물리학 발전으로 액체 속 고체 물체를 제어하는 ​​새로운 방법 세부 사항 공개

연구진은 초음파를 이용하여 액체 방울에 스핀을 생성하고, 액체 속에 떠 있는 고체 입자를 응축시키는 현상의 물리학적 원리를 자세히 밝혀냈습니다. 이번 발견은 연구자들이 생의학 검사 및 신약 개발과 같은 분야에 이 기술을 적용하는 기술을 개발하는 데 도움이 될 것입니다.

"압전 기판 표면에 초음파를 생성함으로써, 기판 위에 놓인 액체 방울에 스핀을 유도할 수 있습니다."라고 노스캐롤라이나 주립대학교 기계항공우주공학과 조교수이자 이 연구 논문의 공동 주저자인 추이 첸(Chuyi Chen)은 설명합니다.

"초음파의 진동은 방울 내부의 유체를 원형으로 흐르게 하지만, 방울의 표면 장력은 방울이 평평한 시트 형태로 퍼지는 것을 방지합니다. 초음파, 회전하는 방울, 그리고 방울 내부에서 움직이는 유체의 힘이 합쳐져 방울 내부의 입자들이 나선형으로 움직이게 하는데, 이는 본질적으로 방울 내부를 나선형으로 휘감아 중앙 지점에 모이게 합니다."

"이것은 액체 용액에서 고체 입자를 농축하는 새로운 방법으로, 매우 유용할 수 있습니다."라고 첸은 말합니다. "예를 들어, 세포 내용물을 농축하면 센서가 생의학 분석에 필요한 물질을 더 쉽게 감지할 수 있습니다."

하지만 이러한 현상을 활용하는 기술을 개발하려면 연구자들은 이러한 현상이 발생하는 원인을 정확히 이해해야 합니다.

"이 논문은 물방울 내부의 입자를 제어하는 ​​물리학을 상세히 제시하고 있다는 점에서 중요한 진전입니다."라고 첸 박사는 말합니다. "이제 관련된 힘을 이해했으므로, 정보에 기반한 결정을 내리고 액체 시료 내 입자를 제어된 방식으로 농축하는 기술을 개발할 수 있습니다."

이러한 연구 결과의 주요 측면 중 하나는 액체의 표면 장력, 물방울의 반경, 초음파의 진폭 등 여러 매개변수를 조작하여 물방울 내 입자의 움직임에 영향을 미칠 수 있다는 것입니다.

"이를 통해 시스템의 회전과 입자의 행동을 미세하게 조정할 수 있는 여러 가지 메커니즘을 얻을 수 있었습니다."라고 첸은 말했습니다.

이 새로운 기술은 생물의학적 응용 분야에서의 잠재적 유용성 외에도 회전 시스템의 물리학과 관련된 다양한 연구 문제를 탐구하는 데 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

"예를 들어, 토네이도와 같은 소용돌이 흐름을 생성하거나 코리올리 운동에 의한 수송을 매우 작은 규모로 연구할 수 있습니다."라고 첸은 말합니다. "이를 통해 대규모 기술에 비해 간결하고 쉽게 관찰할 수 있으며 비교적 저렴한 방식으로 물리학적 의문을 탐구할 수 있습니다."

본 연구는 미국 국립보건원의 R01GM132603 및 R01GM141055 보조금과 미국 국립과학재단의 2104295 보조금으로 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250521124615.htm