Revista de química física y biofísica
Acceso abierto

abstracto

Una teoría del tiempo de tránsito de las gotitas que pasan a través de constricciones circulares y de hendidura

Ethan Sun*, Lubna Shah, Zhangli Peng

Derivamos ecuaciones analíticas y soluciones del tiempo de tránsito de una gota viscosa que pasa a través de pequeñas poros y rendijas a microescala bajo una presión prescrita constante. Estos análisis matemáticos fueron motivado por los procesos vitales de las células biológicas que pasan a través de pequeños poros en los vasos sanguíneos y sinusoides y gotas que pasan a través de poros diseñados artificialmente en microfluidos. Primero, derivamos el Ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO) de una gota que pasa a través de un poro circular al combinar las Solución de Sampson, flujo de Poiseuille y ecuaciones de Young-Laplace. Si la tensión superficial es despreciable, tenemos derivó las soluciones de forma cerrada del tiempo de tránsito. Si la tensión superficial es finita, resolviendo estas EDO numéricamente, estudiamos los efectos de la presión, las dimensiones de los poros, la tensión superficial, la viscosidad y el tamaño de gota sobre el tiempo de tránsito. Además, ampliamos nuestros estudios de un poro circular a una hendidura, que es más realista en muchas aplicaciones fisiológicas y de ingeniería. Usando estos modelos analíticos, encontramos que el tiempo de tránsito es linealmente proporcional a la viscosidad, aproximadamente linealmente proporcional a la longitud y la caída volumen, y aproximadamente inversamente lineal para la presión sólo cuando la tensión superficial es despreciable. Tambien es una función altamente no lineal del radio del poro y el ancho de la rendija. También comparamos el tiempo de tránsito de una circular poro y una hendidura con la misma área de sección transversal. Nuestros resultados muestran que el tiempo de tránsito es siempre mayor en la hendidura que el poro circular para la mayoría de los casos en aplicaciones prácticas. Nuestros resultados proporcionarán cálculos para el diseño de microfluidos de gotas y la comprensión de las células que pasan a través de las constricciones.