Measurement of a Structured Backflow in an Open Small Channel Induced by Surface-Tension Gradients

We present experiments in which the laterally confined flow of a surfactant film driven by controlled surface tension gradients causes the subtended liquid layer to self-organize into an inner upstream microduct surrounded by the downstream flow. The anomalous interfacial flow profiles and the concomitant backflow are a result of the feedback between two-dimensional and three-dimensional microfluidics realized during flow in open microchannels. Bulk and surface particle image velocimetry data combined with an interfacial hydrodynamics model explain the dependence of the observed phenomena on channel geometry.

Rheology of high solids surface size starches

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia pintaliimatärkkelysten reologista käyttäytymistä korkeissa kuiva-ainepitoisuuksissa. Tarve työn suorittamiselle syntyi kun tutkittiin pintaliimausta filminsiirtopuristimella tavallista korkeammissa kuiva-ainepitoisuuksissa, sileän sauvan ollessa applikointilaitteena. Koska applikointi sileällä sauvalla tapahtuu hydrodynaamisten periaatteiden mukaisesti, sen käyttö edellyttää pintaliimojen reologisten ominaisuuksien tarkkaa tuntemusta ja hallintaa.Kiinnostuksen kohteena olevat ominaisuudet olivat tärkkelysten kuiva-ainepitoisuuden (8 – 30 %) vaikutus viskositeettiin eri lämpötiloissa (20, 30, 40 ja 50 ºC), leikkausnopeus alueella 1 s-1 - 700 000 s-1. Myös tärkkelysten myötörajat määritettiin tutkimuksessa. Viskositeetti eri leikkausnopeusalueilla mitattiin seuraavilla laitteilla: Bohlin VOR (matalat leikkausnopeudet ja myötöraja) ja Hercules HiShear (keskitason leikkausnopeudet) reometrit sekä Eklund kapillaariviskometri (korkeat leikkausno-peudet). Analysoidut tärkkelykset olivat kaksi anionista matalaviskoottista peruna (tärkkelys A) ja ohra (tärkkelys C) tärkkelystä, sekä yksi kationinen korkeaviskoottinen peruna tärkkelys (tärkkelys B). Tutkittujen tärkkelysten Brookfield viskositeetit (100 rpm) olivat (10 % liuos, 60 °C:ssa) tärkkelys A ja C: 25 ± 5 mPas ja tärkkelys B: 100 ± 20 mPas.Tärkkelysliuosten kuiva-ainepitoisuuden noustessa muuttui virtauskäyttäytyminen Newtoniaalisesta leikkausohenevaksi. Leikkausoheneva käyttäytyminen oli voimakkainta tärkkelys B:n kohdalla. Viskositeetti – lämpötila riippuvuus korkeissa leikkausnopeuksissa (esim. 500 000 s-1) oli vähäisempää, mitä oli oletettavissa Brookfield viskositeettiarvojen perusteella. Kaikki tarkkelykset osoittautuivat tiksotrooppisiksi, myös tiksotrooppisuus lisääntyi kuiva-ainepitoisuuden kasvaessa. Tärkkelysten myötörajat osoittautuivat odottamattoman alhaisiksi, kuitenkin varsinkin tärkkelys B:n myötörajat olivat selvästi riippuvaisia lämpötilasta ja kuiva-ainepitoisuudesta. Tutkittujen tärkkelysten virtauskäyttäytyminen oli kirjallisuudessa esitetyn kaltaista. Tärkkelysmolekyylien ketjun pituus oli tärkein tärkkelyksen reologisia ominaisuuksia määrittävä tekijä; mitä matalampi on tärkkelyksen molekyylimassa, sitä matalammat ovat viskositeetti ja myötöraja. Pintaliimauksessa tärkkelysmolekyylien ketjunpituudella on suuri vaikutus ajettavuuteen ja lopputuotteen ominaisuuksiin. Haasteellista pintaliimatärkkelyksen valinnassa on sellaisen yhdistelmän löytäminen, jossa sopivan reologisen käyttäytymisen omaava tärkkelys ja pintaliimatulle paperille tai kartongille asetetut vaatimukset kohtaavat.

Neutron skin thickness in the droplet model with surface width dependence: Indications of softness of the nuclear symmetry energy

We analyze the neutron skin thickness in finite nuclei with the droplet model and effective nuclear interactions. The ratio of the bulk symmetry energy J to the so-called surface stiffness coefficient Q has in the droplet model a prominent role in driving the size of neutron skins. We present a correlation between the density derivative of the nuclear symmetry energy at saturation and the J/Q ratio. We emphasize the role of the surface widths of the neutron and proton density profiles in the calculation of the neutron skin thickness when one uses realistic mean-field effective interactions. Next, taking as experimental baseline the neutron skin sizes measured in 26 antiprotonic atoms along the mass table, we explore constraints arising from neutron skins on the value of the J/Q ratio. The results favor a relatively soft symmetry energy at subsaturation densities. Our predictions are compared with the recent constraints derived from other experimental observables. Though the various extractions predict different ranges of values, one finds a narrow window L∼45-75 MeV for the coefficient L that characterizes the density derivative of the symmetry energy that is compatible with all the different empirical indications.

Novel micropatterns mechanically control fibrotic reactions at the surface of silicone implants.

Over the past decade, various implantable devices have been developed to treat diseases that were previously difficult to manage such diabetes, chronic pain, and neurodegenerative disorders. However, translation of these novel technologies into clinical practice is often difficult because fibrotic encapsulation and/or rejection impairs device function after body implantation. Ideally, cells of the host tissue should perceive the surface of the implant being similar to the normal extracellular matrix. Here, we developed an innovative approach to provide implant surfaces with adhesive protein micropatterns. The patterns were designed to promote adhesion of fibroblasts and macrophages by simultaneously suppressing fibrogenic activation of both cell types. In a rat model, subcutaneously implanted silicone pads provided with the novel micropatterns caused 6-fold lower formation of inflammatory giant cells compared with clinical grade, uncoated, or collagen-coated silicone implants. We further show that micropatterning of implants resulted in 2-3-fold reduced numbers of pro-fibrotic myofibroblast by inhibiting their mechanical activation. Our novel approach allows controlled cell attachment to implant surfaces, representing a critical advance for enhanced biointegration of implantable medical devices.

Nuclear surface properties in relativistic effective field theory

We perform Hartree calculations of symmetric and asymmetric semi-infinite nuclear matter in the framework of relativistic models based on effective hadronic field theories as recently proposed in the literature. In addition to the conventional cubic and quartic scalar self-interactions, the extended models incorporate a quartic vector self-interaction, scalar-vector non-linearities and tensor couplings of the vector mesons. We investigate the implications of these terms on nuclear surface properties such as the surface energy coefficient, surface thickness, surface stiffness coefficient, neutron skin thickness and the spin-orbit force.