Un grupo de científicos de MSU, Instituto Frumkin de Química Física y Electroquímica de la Academia de Ciencias de Rusia, y el Centro de Investigación Juelich han descrito el mecanismo de aparición de una fuerza de elevación inercial que actúa sobre partículas de tamaño finito en microcanales. Anteriormente, dichos cálculos solo eran posibles para algunos casos específicos. Una descripción más precisa permite utilizar esta elevación inercial para la clasificación de partículas. El estudio fue publicado en Revista de mecánica de fluidos .

Los autores del trabajo estudiaron las fuerzas que actúan sobre las partículas en microcanales. El comportamiento de las partículas depende del número de Reynolds, que es la relación de fuerzas inerciales a viscosas dentro de un líquido. En un número finito de Reynolds, las partículas pequeñas migran a través de las líneas de corriente a algunas posiciones de equilibrio en los microcanales. Esta migración se atribuye a la acción de las fuerzas de elevación inerciales.

Los cálculos precisos de las migraciones de partículas en los microcanales ayudarán a utilizarlos para separar las células sanas de las cancerosas. Dado que hay varias fuerzas que actúan simultáneamente sobre las partículas, sus migraciones son difíciles de interpretar teóricamente. Los estudios anteriores abordaron solo algunos casos específicos simples, como la migración de partículas puntuales, cuyo tamaño se ignora, o partículas de tamaño finito que se trasladan en las proximidades de una sola pared.

"Los microfluidos inerciales son ampliamente conocidos y utilizados, pero hasta ahora solo en altos números de Reynolds, condiciones difíciles de generar en microcanales ya que el bombeo del líquido requiere una gran caída de presión. Por lo tanto, los dispositivos modernos para la separación inercial de partículas emplean canales bastante amplios, "dijo Evgeny Asmolov, un coautor del trabajo, investigador asociado senior del Instituto de Mecánica, MSU, e investigador asociado líder del IPCE.

El nuevo estudio propone una teoría más general, que describe una elevación hidrodinámica de partículas de tamaño finito en microcanales. Adicionalmente, los autores lograron contabilizar la interacción partícula-pared y analizar el comportamiento de partículas con diferente densidad. Si la densidad de una partícula difiere de la de un líquido, la fuerza de sustentación estará equilibrada por la gravedad y la fuerza de flotación. Estas dos fuerzas adicionales pueden cambiar las posiciones de equilibrio o incluso provocar su desaparición.

Los científicos validaron la nueva teoría mediante el uso de simulaciones por computadora. Según sus resultados, las nuevas fórmulas se obtienen anteriormente en los correspondientes casos límite. Es más, los físicos analizaron varios escenarios experimentales típicos para predecir el comportamiento de las partículas.

"Según nuestras predicciones, incluso con números bajos de Reynolds, las partículas esféricas pueden despegar girando desde las paredes de un microcanal, como aviones. Luego vuelan a ciertas distancias de las paredes, que dependen únicamente de su densidad y radio, formando cadenas. Estas cadenas de partículas se pueden separar fácilmente en dispositivos de laboratorio en un chip, y el fraccionamiento en este caso es más eficiente que en canales amplios y en números de Reynolds altos, "dijo Olga Vinogradova, un coautor del trabajo, profesor de la Facultad de Física, MSU, y jefe de laboratorio del IPCE.