Les aérosols sont de minuscules particules qui peuvent avoir un impact significatif sur le climat de la Terre et la santé humaine.
Par exemple, ces microgouttelettes peuvent refléter la lumière solaire entrante vers l’espace, aidant à refroidir une planète qui se réchauffe. Ou ils peuvent être utilisés pour administrer des médicaments aux poumons, notamment pour traiter les affections respiratoires.
Ainsi, la capacité de contrôler plus précisément la façon dont les aérosols se déplacent est d’une importance cruciale pour les sciences pharmaceutiques et la recherche sur le climat. La science des aérosols est également un aspect clé de nombreuses industries, de l’automobile à la transformation des aliments.
Maintenant, les scientifiques ont publié une étude décrivant un dispositif révolutionnaire – un nouveau pulvérisateur d’aérosol à jet fouetté – qui est relativement peu coûteux à construire et à exploiter.
“Nous avons créé un jet fouettant unique, à régime permanent, à gaz qui n’utilise pas d’électricité”, déclare l’auteur principal Sankar Raju Narayanasamy, PhD, chercheur au Lawrence Livermore National Laboratory et chercheur affilié au Berkeley Lab et au SLAC. Laboratoire national des accélérateurs.
“Ce développement est un exploit important qui peut avoir un large éventail d’applications”, déclare Narayanasamy, qui a mené la recherche en tant que boursier BioXFEL, un consortium de recherche financé par la US National Science Foundation et dirigé par l’Université de Buffalo, Hauptman-Woodward Medical Research Institute ( HWI) et les institutions partenaires.
Martin Trebbin, PhD, professeur adjoint de chimie SUNY Empire Innovation à l’Université de Buffalo College of Arts and Sciences, est co-auteur correspondant de l’étude.
Il dit que «les aérosols monodispersés fins de tailles contrôlées sont utiles dans l’instrumentation de l’environnement d’échantillon, comme la spectrométrie de masse, les lasers à rayons X à électrons libres (XFEL) et la microscopie cryoélectronique, qui sont utilisés pour étudier les bio-macromolécules pour la structure. analyse et découverte de médicaments.
Trebbin, qui dit que la recherche est une « réalisation importante en dynamique des fluides et en microfluidique », est l’un des principaux membres du corps professoral de l’Institut UB RENEW, et il occupe un poste au BioXFEL Science and Technology Center.
La technologie est décrite dans une étude intitulée « A sui generis whipping instabilité-based self-sequencing multi-monodisperse 2D Sprays from an anisotropic microfluidic liquid jet device », qui a été publiée dans la revue Cell Press. Rapports de cellule Sciences physiques.
L’étude marque une avancée de troisième génération dans la technologie des jets de liquide. Les premiers jets de liquide cylindriques sont apparus en 1998, suivis des jets de feuille de liquide plats en 2018.
Le nouveau jet à fouetter est le premier du genre car il produit des gouttelettes homogènes dans un profil bidimensionnel, déclare l’auteur co-correspondant Hoi-Ying N. Holman, PhD, directeur du programme d’imagerie de biologie structurale infrarouge Synchrotron de Berkeley au Lawrence Berkeley National Laboratory .
Au cours des 20 dernières années, les scientifiques ont essayé de nombreux moyens, tels que l’actionnement piézoélectrique ou le chauffage local, pour contrôler avec précision le mouvement des aérosols. L’utilisation de ces techniques est toutefois limitée car elles ont tendance à modifier les spécimens que les scientifiques utilisent pour étudier les aérosols. Cela est particulièrement vrai avec les échantillons biologiques.
Dans l’étude, les chercheurs discutent du rôle important que la dynamique analytique des fluides – une branche de la mécanique des fluides qui utilise l’analyse numérique et les structures de données pour analyser et résoudre des problèmes impliquant des écoulements de fluides – a joué dans leur travail.
Cela comprend l’explication du “diamètre du jet, du régime de fouettage et de l’angle d’étalement” des appareils, explique Ramakrishna Vasireddi, PhD, co-premier auteur et chercheur à SOLEIL, le synchrotron français à Paris.
Il ajoute : “Le phénomène est en outre caractérisé expérimentalement en mesurant l’angle par rapport au débit, les distances entre les gouttelettes, les formes des gouttelettes et la reproductibilité de ces paramètres.”
Dans l’étude, l’équipe explique également comment construire de tels appareils, qui sont relativement peu coûteux.
