Winzige, weiche Polymerpartikel – sogenannte Mikrogele – können extrem dünne Flüssigkeitsstrahlen länger stabil halten. Das zeigt eine aktuelle Studie unter Leitung der TU Darmstadt, an der auch Wissenschaftler des IFW Dresden beteiligt waren. Die Ergebnisse sind jetzt in Nature Communications erschienen.
Für die Experimente erzeugte das Forschungsteam mithilfe akustischer Oberflächenwellen sehr dünne Wasserstrahlen. Dabei zeigte sich: Je weicher die eingesetzten Mikrogele waren, desto länger blieb der Flüssigkeitsstrahl stabil. Computersimulationen erklären den Effekt damit, dass sich weiche Mikrogele an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser stärker verformen und miteinander verbunden bleiben können. So tragen Wechselwirkungen auf der Nanoskala dazu bei, einen deutlich größeren Flüssigkeitsstrahl zu stabilisieren.
Ultradünne Flüssigkeitsstrahlen durch akustische Oberflächenwellen
Für die experimentelle Umsetzung brachte das IFW Dresden seine langjährige Expertise auf dem Gebiet akustischer Oberflächenwellen in die gemeinsame Studie ein. Dr. Andreas Winkler und Dr. Mehrzad Roudini entwickelten den akustischen Versuchsaufbau, mit dem die extrem dünnen Flüssigkeitsstrahlen erzeugt wurden. Ein speziell gefertigter Chip erzeugt dabei akustische Oberflächenwellen mit einer Frequenz von rund 64 Megahertz, durch die aus einem Wassertropfen mit Mikrogelpartikeln ein etwa 200 Mikrometer dünner Flüssigkeitsstrahl entsteht.
Die Nutzung akustischer Oberflächenwellen zur gezielten Bewegung und Zerstäubung kleinster Flüssigkeitsmengen ist seit vielen Jahren ein Forschungsthema am IFW Dresden. Die Forschungsgruppe Akustische Mikrosysteme entwickelt dafür mikroakustische Systeme, unter anderem zur Aerosolerzeugung und präzisen Flüssigkeitsdosierung. Die aktuelle Studie knüpft an diese Expertise an und liefert neue Erkenntnisse zur Stabilität akustisch erzeugter Flüssigkeitsstrahlen.
Die Ergebnisse könnten unter anderem für die Weiterentwicklung nadelfreier medizinischer Injektionssysteme und bedarfsgesteuerter Tropfenquellen interessant sein. Am IFW liegt ein besonderes Augenmerk dabei auf der weiteren Optimierung der Wandler für die akustischen Wellen und ihrer elektrischen Ansteuerung.
Die Studie „Soft microgel networks stabilize and extend nozzle-free water jets“ ist in Nature Communications erschienen.
Originalpublikation:
Razavi, A., Roudini, M., Winkler, A., Liebchen, B., v. Klitzing, R., Mandal, S. und Rahimzadeh, A.: “Soft microgel networks stabilize and extend nozzle-free water jets”. Nature Communications 17, 8819 (2026).
https://doi.org/10.1038/s41467-026-76854-0
Weitere Informationen zur Studie und möglichen Anwendungen finden Sie in der Pressemitteilung der TU Darmstadt
Kontakt
Patricia Bäuchler
Wissenschaftskommunikation IFW Dresden
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