I getti di fluido sono tutt'intorno a noi:dalla stampa a getto d'inchiostro, al geyser "Old Faithful" nel Parco Nazionale di Yellowstone, a getti cosmologici lunghi diverse migliaia di anni luce.

Un ricercatore della Northwestern University con collaboratori dell'Università di Cambridge, Università di Oxford, e il Centro Nacional de Biotecnología hanno recentemente verificato la teoria classica di Landau-Squire nel più piccolo getto sommerso. Il diametro dei loro getti era compreso tra 20 e 150 nanometri, che è la lunghezza di poche centinaia di molecole d'acqua allineate in fila.

"La portata di questo nanojet è nell'ordine di decine di pico litri al secondo, " disse Sandip Ghosal, professore associato di ingegneria meccanica e (per gentile concessione) di scienze ingegneristiche e matematica applicata presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern. "Di questo passo, se avessi iniziato a riempire una bottiglia di soda da due litri al momento della costruzione della prima piramide in Egitto, la bottiglia sarebbe piena per metà adesso."

Un documento che descrive la ricerca, "Un Nanojet Landau-Squire, " è stato pubblicato il 14 ottobre sulla rivista Nano lettere .

Il nanojet è progettato attorno a un "nano capillare" di vetro, " che i ricercatori hanno fabbricato riscaldando un normale capillare di vetro, un tubo di vetro cavo, con un laser e tirandolo delicatamente finché non si rompe, creando una punta fine. I ricercatori hanno applicato una tensione elettrica attraverso il capillare, che è stato immerso in una soluzione salina per creare un flusso elettroosmotico che poi è emerso come un getto.

Per misurare la corrente a getto, i ricercatori hanno costruito un minuscolo anemometro, un dispositivo simile a un mulino a vento utilizzato per misurare la velocità del vento, da una perlina di polistirene meno di un cinquantesimo della larghezza di un capello umano. Il tallone era tenuto in posizione da una "trappola ottica, " un raggio laser finemente focalizzato che fungeva da perno per il minuscolo anemometro. Quando la pallina fu posizionata davanti al getto, ha girato intorno, e una videocamera rilevava minuscole fluttuazioni di luce da una fossetta sul tallone.

La nuova tecnica di anemometria ha permesso ai ricercatori di mappare i campi di vorticità e velocità del nanogetto e confrontarli con quelli previsti dalla classica soluzione Landau-Squire delle equazioni di Navier-Stokes, le equazioni di 200 anni che costituiscono il fondamento della fisica classica. Le loro osservazioni si sono rivelate in notevole accordo con la teoria.

"Le equazioni di Navier-Stokes e tutto ciò che ne deriva dovrebbero andare storto quando ci avviciniamo alle scale molecolari, ma nessuno sa fino a che punto si può spingere prima che si rompa, " ha detto Ghosal. "Abbiamo scoperto che funziona molto bene fino a decine di nanometri."

I ricercatori hanno anche osservato un fenomeno che chiamano rettifica del flusso:un'asimmetria nella portata rispetto all'inversione di tensione. Hanno scoperto che quando la tensione è invertita, il capillare aspira il fluido come previsto, ma a un ritmo molto più basso. Il capillare si comporta quindi come un diodo a semiconduttore, una "valvola" elettronica che consente il flusso di corrente in una sola direzione, ma con il fluido che scorre al posto degli elettroni.

Il nanojet ha una serie di potenziali nuove applicazioni. Un possibile utilizzo è come iniettore a volume ultra basso per il trasferimento di biomolecole in cellule o vescicole, un processo utilizzato nelle tecnologie del DNA ricombinante importante nella produzione di insulina umana e colture resistenti alle malattie. Altre possibilità includono l'uso come "raddrizzatore di flusso" in circuiti logici microfluidici, l'equivalente funzionale dei diodi a semiconduttore nella microelettronica, e anche in applicazioni che coinvolgono modelli su scala nanometrica e micromanipolazioni.