تاثیر تغییرهای ترشوندگی یک سطح جامد بر روی جریان سیال داخل قطره چسبان حامل میکروذره‌های آبگریز

استفاده از میکروذره‌ها در داخل قطره‌های حامل، از اهمیت گسترده‌ای در زمینه کنترل فرایندهای کاربردی چندمرحله‌ای زیستی و صنعتی از جمله در تشخیص بیماری‌ها و جداسازی‌های سلولی با استفاده از غشا برخوردار می‌باشد. در این مقاله به بررسی ساختارجریان داخل قطره دارای میکروذره‌های آبگریز با استفاده از روش شبیه‌سازی mdpd پرداخته شده است.  قطره در هنگام بارگیری، انتقال و رهاسازی یک میکروذره آبگریز درمجاورت یک سطح جامد که دارای گرادیان ترشوندگی خطی می‌باشد قرار دارد. ساختار جریان به تفصیل در بازه‌های زمانی گوناگون و مهم از جمله لحظه‌ای که قطره با میکروذره تماس پیدا می‌کند، زمانی که قطره شروع به حمل میکروذره می‌کند، زمانی که قطره میکروذره را انتقال می‌دهد و نهایتا لحظه‌ای که قطره میکروذره را رها می‌کند، مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌ها نشان دادند که با توجه به حضور میکروذره، ساختار و شکل جریان به طور چشمگیری با حالتی که درون قطره هیچ میکروذره‌ای وجود ندارد، متفاوت می‌باشد. نکته مهم دیگر این است که در حضور میکروذره، سرعت قطره به صورت غیر یکنواخت می‌باشد. اصطکاک بین میکروذره و سطح، نه تنها حرکت قطره را به تعویق می‌اندازد، بلکه ممکن است باعث جدایش میکروذره از قطره شود. این پدیده به علت این واقعیت است که با افزایش نیروی اصطکاکی، اگرچه نیروهای عامل و تقویت کننده حرکت موثر بر میکروذره داخل قطره نیز افزایش می‌یابد اما این مقدار با توجه به نیروهای جاذبه چسبندگی قطره محدود می‌شود. بنابراین زمانی که نیروی مورد نیاز برای حرکت قطره از بیش‌ترین نیروی تامین شده توسط نیروهای جاذبه چسبندگی قطره افزایش می‌یابد، پدیده رهایش و جدایی میکروذره و قطره رخ می‌دهد. همچنین نتیجه‌گیری شد که سرعت بحرانی بیش‌تر از ریخت‌شناسی قطره تحت تاثیر نیروهای چسبندگی داخل قطره می‌باشد.

effects of the wettability gradient of the flow structure inside a sessile droplet carrying a hydrophobic microparticle on solid substrate

manipulation of microparticles by sessile droplets is important for the control of multi-step biological and industrial processes in wide range of applications e.g., in disease diagnosis, cell separation, and so on. here, we report on the flow structure inside a sessile droplet containing a hydrophobic microparticle using many-body dissipative particle dynamics (mdpd) simulations. the droplet is actuated by a linear wettability gradient on the solid substrate to pick up, transport, and deliver a hydrophobic microparticle. for quantitative analysis, the droplet velocity at different locations was presented using a modified “quasi-stationary” post-processing method. detailed flow structures are presented at different time sequences of high interest, such as when the droplet touches the microparticle, when the droplet starts to pick up the microparticle, when droplet transports the microparticle, and finally when droplet delivers the microparticle. due to the existence of the microparticle, the flow structure inside the sessile droplet is significantly altered compared to the case without a presence of the microparticle inside it. more importantly, in presence of the microparticle droplet velocity follows a nonmonotonic trend. the friction between the microparticle and the substrate not only can retard the motion of the droplet, but also may cause the microparticle to be delivered. this is due to the fact that when the friction force increases, although the driving force exposed on the microparticle by the droplet is increased however its amount is limited by the cohesive attraction forces of the droplet. hence, when the required driving force to transport the microparticle gets larger than the maximum of it provided by the droplet, the microparticle will be dropped off. more importantly, it is proved that the critical velocity for the delivery of the microparticle is mainly affected by the cohesive forces inside the droplet, not by the droplet morphology.