Estudo revela manipulação precisa de fluidos por microbolhas em água fervente

São Paulo — InkDesign News —

Pesquisadores da Universidade de Kyoto desenvolveram uma nova técnica que permite controlar a vibração e sincronização de microbolhas por meio do ajuste preciso da distância entre elas, apresentando potencial para manipulação eficiente de fluidos em áreas médicas e químicas.

Contexto da descoberta

A fervura da água, fenômeno comum e familiar, envolve a formação e movimento dinâmico de bolhas que influenciam o fluxo do fluido e a transferência de calor da fonte para o meio líquido. Apesar de sua importância, o comportamento coletivo das bolhas e como suas vibrações interagem ainda são pouco compreendidos, limitando aplicações práticas em laboratórios e indústrias, especialmente na manipulação em escala micro, necessária para processos que envolvem análises médicas e químicas rápidas e precisas.

O controle preciso de pequenas quantidades de líquidos, frequentemente usado em triagem celular e outras técnicas biomédicas, pode se beneficiar muito da exploração desses comportamentos vibratórios das microbolhas.

Métodos e resultados

A equipe utilizou luz laser para aquecer foto-termicamente água desgasificada, criando microbolhas de aproximadamente 10 micrômetros que vibram em frequências abaixo de um megahertz. Esse sistema experimental permitiu ajustar com precisão a distância entre as bolhas, possibilitando o estudo detalhado das interações vibracionais entre elas.

Analisando os dados experimentais e comparando-os com modelos teóricos, descobriram que a pressão gerada pela vibração de cada bolha influencia as outras, causando uma sincronização notável de suas oscilações. Alterar a distância entre as bolhas em apenas 10 micrômetros resultou em variações superiores a 50% na frequência das vibrações.

“Não esperávamos observar um acoplamento vibracional tão claro entre duas bolhas oscilantes, mas as vibrações que geramos foram muito estáveis ao longo do tempo e altamente reproduzíveis.”
(“We did not expect to observe such clear vibrational coupling between two oscillating bubbles, but the vibrations of the bubbles we generated were very stable over time and highly reproducible.”)

— Kyoko Namura, autora correspondente, Universidade de Kyoto

Essa estabilidade permitiu registrar como pequenos ajustes posicionais alteram a dinâmica vibracional.

Implicações e próximos passos

Os resultados indicam que é possível controlar o fluxo líquido ajustando a configuração espacial das bolhas, abrindo caminho para novas ferramentas no controle de fluidos em campos que demandam rapidez e precisão na análise, como medicina e química. Além disso, a técnica demonstrou eficácia em misturas de água e álcool, ampliando seu espectro de aplicação.

“Conseguimos estabelecer um novo método para alterar fundamentalmente o fluxo líquido simplesmente ajustando o arranjo das bolhas.”
(“We were able to establish a new method to fundamentally alter the liquid flow by simply adjusting the arrangement of bubbles.”)

— Xuanwei Zhang, primeiro autor, Universidade de Kyoto

Para o futuro, o grupo planeja explorar a seleção ativa das frequências de vibração e modos das bolhas, controlar arrays maiores e analisar os fluxos e ondas sonoras gerados, ampliando o entendimento e a utilidade dessa abordagem.

Com aplicações que podem revolucionar a manipulação microfluídica, essa pesquisa impulsiona a ciência de controle de fluidos e prepara o terreno para inovações em desempenho analítico rápido.

Fonte: (Phys.org – Ciência & Descobertas)