Відео вперше показують, як влаштована центрифуга

Лаборант, який став науковим фотографом, створив камеру, яка дозволяє нам зазирнути всередину чорного ящика центрифуги, коли вона обертає свої зразки. Відео зачаровують, і, що ще важливіше, вони показують нам динаміку рідини з рівнем деталізації, якого ми ніколи раніше не бачили.

Наразі голландський винахідник Моріс Міккерс звернув свою камеру на знайомі рідини, такі як кава, смузі та гострий соус. Але центрифужна камера може мати всі види дослідницьких застосувань, від вивчення фізики та генетики до їжі, очищення стічних вод тощо.

Перш ніж зайнятися науковою фотографією, Міккерс працював лаборантом у Голландському національному інституті охорони здоров’я та навколишнього середовища, де займався діагностикою паразитів.

Там Міккерс використовував центрифугу незліченну кількість разів, але те, що відбувалося всередині машини, залишалося загадкою чорної скриньки, в яку завжди хотів зазирнути фотограф у ньому.

«Під час роботи в лабораторії я просто мав лише візуальні знання про зразок «до центрифугування» та «після центрифугування», — пише Міккерс у есе, опублікованому в Medium.

Він знав, що це за процес у теорії, з наукових ілюстрацій і анімацій: «Однак я ніколи не бачив прямого перегляду процесу розділення», — пояснює він.

Щоб зафіксувати це сам, Міккерс працював місяцями, борючись із технічними проблемами, які виникають, коли ви намагаєтеся встановити цифрову камеру на машині, що обертається так швидко, що створює сили, які у 2500 разів перевищують гравітацію поверхні Землі – що, звичайно, впливає не лише на зразок. що знімається, а й саме обладнання для запису.

Центрифуги обертають рідини зі швидкістю, що створює інтенсивні відцентрові сили. Шари, найдальші від середини центрифуги, відчувають сильнішу відцентрову силу, ніж шари, розташовані ближче до середини, оскільки коло, яке вони роблять за один оберт, набагато більше.

Це по-різному впливає на частинки в рідині, залежно від їх щільності, змушуючи компоненти розділятися на акуратні шари, причому найщільніша речовина тягнеться до крайньої зовнішньої точки.

Ця технологія особливо відома тим, що використовується для розділення зразка крові на еритроцити, лейкоцити, тромбоцити та плазму для аналізу чи донорства. Він також використовується для вилучення ДНК з клітин. Оскільки ДНК має нижчу щільність, ніж інші компоненти клітини, вона піднімається наверх у центрифузі.

Ця, здавалося б, проста техніка є фундаментальною для майже всіх генетичних аналізів і досліджень, від картографування геномів видів до виявлення вірусів, паразитів і бактерій в організмі людини, до точного визначення та навіть налаштування кодів, які визначають наші фізичні риси.

Деякі рідини, зафіксовані камерою Міккерса, не розділяються, але демонструють цікаву динаміку рідини, яку раніше не можна було спостерігати таким чином. Наприклад, знімок «до і після» не дає жодного натяку на заворожливі вихори гелю для душу, підданого силі 2500 g.

Центрифуги навіть були інтегровані в харчову науку, а відео Міккерса зацікавило Альваро Мартіна, фізика рідини з Університету Твенте в Нідерландах, який обговорював ці кадри в презентації про кулінарну динаміку рідин.

«Відео з камери центрифуги є несподіваним для будь-якого спеціаліста з динаміки рідини через кількість руху, присутнього в більшості відео, далеко не від м’якого відокремлюючого руху та тривалого протягом хвилин», — каже Мартін.

Отже, побачити, що насправді відбувається всередині цього крихітного обертового циклу, є досить важливою справою для дослідників у всіх сферах – генетики, фізики, мистецтва та навіть очищення стічних вод.

Міккерс зараз співпрацює з реологом Лоренцо Ботто з Делфтського технологічного університету в Нідерландах над проектом під назвою «Sludgecam», який досліджує потенційне застосування цієї технології для відновлення цінних ресурсів з осаду стічних вод.

Коли вода видаляється зі стічних вод, залишається огидний, смердючий і небезпечний мул, який все частіше визнають «золотою жилою» поживних речовин і мінералів, не кажучи вже про синтетичні матеріали, такі як полімери.

Метою проекту є створення розумної центрифужної камери, яка допоможе операторам очисних споруд адаптувати спосіб обробки осаду залежно від того, що насправді в ньому міститься.

«Це перший випадок, коли дослідники можуть побачити, що відбувається всередині лабораторної центрифуги під час обертання, і це дасть багато уявлень, які можна застосувати не лише для очищення стічних вод, але й для інших застосувань, таких як біотехнології та переробка харчових продуктів», — говорить Ботто.