Los chorros de fluido nos rodean:desde la impresión de inyección de tinta, al géiser "Old Faithful" en el Parque Nacional de Yellowstone, a chorros cosmológicos de varios miles de años luz de largo.

Un investigador de la Universidad Northwestern con colaboradores de la Universidad de Cambridge, Universidad de Oxford, y el Centro Nacional de Biotecnología han verificado recientemente la teoría clásica de Landau-Squire en el chorro sumergido más diminuto. El diámetro de sus chorros estaba en el rango de 20 a 150 nanómetros, que es la longitud de unos pocos cientos de moléculas de agua alineadas en una fila.

"El caudal de este nanojet está en el rango de decenas de pico litros por segundo, "dijo Sandip Ghosal, profesor asociado de ingeniería mecánica y (por cortesía) ciencias de la ingeniería y matemáticas aplicadas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick de Northwestern. "A este ritmo, si hubiera comenzado a llenar una botella de refresco de dos litros en el momento en que se estaba construyendo la primera pirámide en Egipto, la botella estaría medio llena ahora ".

Un artículo que describe la investigación, "Un Landau-Squire Nanojet, "fue publicado el 14 de octubre en la revista Nano letras .

El nanojet está diseñado alrededor de un "nano capilar, "que los investigadores fabricaron calentando un capilar de vidrio ordinario (un tubo de vidrio hueco) con un láser y tirando suavemente de él hasta que se rompió, creando una punta fina. Los investigadores aplicaron un voltaje eléctrico a través del capilar, que se sumergió en una solución salina para crear un flujo electroosmótico que luego emergió como un chorro.

Para medir la corriente en chorro, los investigadores construyeron un diminuto anemómetro, un dispositivo parecido a un molino de viento que se usa para medir la velocidad del viento, a partir de una perla de poliestireno de menos de una quincuagésima parte del ancho de un cabello humano. La cuenta se mantuvo en su lugar mediante una "trampa óptica, "un rayo láser finamente enfocado que servía como eje para el diminuto anemómetro. Cuando la perla se colocó frente al chorro, dio vueltas, y una cámara de video captó pequeñas fluctuaciones de luz de un hoyuelo en la cuenta.

La nueva técnica de anemometría permitió a los investigadores trazar un mapa de los campos de vorticidad y velocidad del nanojet y compararlos con los predichos por la solución clásica de Landau-Squire de las ecuaciones de Navier-Stokes. las ecuaciones de 200 años que forman la base de la física clásica. Sus observaciones demostraron estar en notable acuerdo con la teoría.

"Se espera que las ecuaciones de Navier-Stokes y todo lo que se derive de ellas salgan mal a medida que nos acercamos a las escalas moleculares, pero nadie sabe hasta dónde se puede empujar antes de que se rompa, ", Dijo Ghosal." Descubrimos que funciona muy bien hasta decenas de nanómetros ".

Los investigadores también observaron un fenómeno que llaman rectificación de flujo:una asimetría en el caudal con respecto a la inversión de voltaje. Descubrieron que cuando se invierte el voltaje, el capilar aspira líquido como se esperaba, pero a un ritmo mucho menor. Por tanto, el capilar se comporta como un diodo semiconductor, una "válvula" electrónica que permite que la corriente fluya en una sola dirección, pero con fluido fluyendo en lugar de electrones.

El nanojet tiene una serie de posibles aplicaciones novedosas. Un posible uso es como un inyector de volumen ultra bajo para transferir biomoléculas a células o vesículas, un proceso utilizado en tecnologías de ADN recombinante importante en la producción de insulina humana y cultivos resistentes a enfermedades. Otras posibilidades incluyen el uso como "rectificador de flujo" en circuitos lógicos de microfluidos, el equivalente funcional de los diodos semiconductores en microelectrónica, y también en aplicaciones que involucran patrones de nanoescala y micromanipulación.