Капля отрывается от носика крана, и за ней тянется тонкая нить. В последний миг нить рвётся не в одном месте, а сразу в двух — и между ними повисает крошечный шарик, капля-спутник. Такой "мусор" из побочных капель засоряет печатающие головки, портит микросхемы и сбивает точность дозирования лекарств.
До сих пор с этой напастью боролись либо сложной электроникой, подстраивающей форму импульса, либо добавками, которые делали жидкость гуще. Но густая жидкость хуже течёт через тонкие сопла и тоже забивает их. Исследователи из Пекинского университета аэронавтики и астронавтики нашли третий путь: они не трогали саму жидкость, а одели её поверхность в невидимый корсет из белка.
Бычий сывороточный альбумин (БСА) — это белок, который в растворе сам собирается на границе воды и воздуха, образуя тончайшую плёнку. Плёнка эта не просто прочная: она одновременно упругая, как резинка, и вязкая, как мёд. Такое сочетание называют поверхностной вязкоупругостью. Когда нить начинает утончаться, белковый корсет сжимается и не даёт ей рваться где попало.
Чтобы проверить, что дело именно в поверхностной плёнке, учёные сравнили поведение нитей с разной концентрацией белка. При 0.001 грамма на литр — почти ничего — нить вела себя как чистая вода. Но уже при 0.1 грамма на литр, то есть одной десятитысячной доле процента, капли-спутники исчезали полностью. Для контроля они взяли обычное поверхностно-активное вещество, которое снижает поверхностное натяжение, но не образует упругой плёнки. Результат: поведение не отличалось от чистой воды. Значит, дело не в натяжении, а именно в упруго-вязком корсете.
Численное моделирование показало, что на последних мгновениях жизни нити поверхностная вязкость белкового слоя уравновешивает силу, которая тянет нить в стороны. В чистой жидкости эта сила смещает точку разрыва от центра, и нить рвётся дважды. Белковый корсет удерживает самую тонкую точку в середине, и нить рвётся один раз — чисто, без спутников.
Открытие даёт простой и дешёвый способ улучшить струйную печать, микрофлюидные чипы и биопечать. Достаточно добавить в чернила или биочернила крошечное количество белка — и принтер перестанет плеваться лишними каплями. Тот самый невидимый корсет, который природа использует для защиты клеток, теперь будет наводить порядок в наших устройствах.
Добавка белка в концентрации всего 0.02–0.1 грамма на литр (20–100 частиц на миллион) полностью убирает капли-спутники — это сравнимо с растворением щепотки яичного порошка в ведре воды.