Micro/nano liquid ejection via electrohydrodynamic fields and gaseous streams. Application in structural biology with xfel
- Autores: Francisco Cruz- Mazo
- Directores de la Tesis: Alfonso Miguel Gañán Calvo (dir. tes.), José María Montanero Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Número de páginas: 98
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Angel Herrada Gutiérrez (presid.), José María López-Herrera Sánchez (secret.), Pablo Villanueva Pérez (voc.), Ahmed Said Mohamed Ismail (voc.), Conrado Ferrera Llera (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial por la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
Esta tesis doctoral se centra en el estudio teórico, numérico y experimental de la generación controlada de chorros y gotas líquidos mediante configuraciones cono-chorro bajo condiciones óptimas de homogeneidad, tamaño y velocidad. La aplicación más directa de los resultados de esta tesis se encuentra en la optimización de la entrega de muestras biológicas en experimentos de cristalografía en serie (SFX) e imagen de moléculas simples (SMI), donde rayos X de láseres de electrones libres (XFEL) son usados para conseguir resolver su estructura molecular con resolución atómica.
En este sentido, la tecnología Flow Focusing (FF) en su modo chorro estacionario se ha posicionado como un estándar para la inyección de muestras desde el comienzo de SFX hasta ahora. Sin embargo, la llegada de instalaciones XFEL con tasas de repetición superiores al MHz impone retos en la producción de chorros estacionarios en términos de grandes velocidades (sobre 100 m/s) y diámetro micrométrico. Para ello, la optimización de FF exige trabajar en condiciones de operación cercanas al límite de inestabilidad axilsimétrica de chorros líquidos que impone la transición goteo-chorro. Así, se estudia en esta tesis como una combinación entre la estabilidad global de la configuración y la respuesta transitoria a impulsos sobre la linealización del sistema pueden definir esas deseadas condiciones de operación para FF para MHz – SFX, llevadas a cabo en el marco de una colaboración internacional para conseguir los primeros experimentos de este tipo a esas altas tasas de repetición en European XFEL.
En condiciones estándar y no tan exigentes en lo que a tasa de repetición se refiere, Flow Focusing podría permitir la optimización de la cantidad de muestra biológica requerida. Idealmente, una sincronización entre trenes de gotas monodispersas y pulsos XFEL cumplirían con este objetivo. En esta tesis se muestra como Flow Focusing puede operar en el régimen aquí descubierto “monosized dripping mode” que posibilita entregar gotas periódicamente a una frecuencia y tamaño deseados dentro de unos límites de operación. Leyes de escala experimentalmente validadas son derivadas para ambas características del flujo.
Por último y no menos importante, en esta tesis se aborda el reto de la minimización del diámetro de chorro en combinación con la maximización de su velocidad para la producción de chorros estables apropiados para el transporte de muestras biológicas para SMI con XFEL a altas tasas de repetición. Así, en esta tesis se introduce un nuevo método cono-chorro es presentado donde campos electrohidrodinámicos y flujos gaseosos laminares son combinados para estabilizar flujos básicos en condiciones extremas que resultarían inalcanzables por configuraciones clásicas sin reducir considerablemente su robustez en operación. Leyes de escala numérica y experimentalmente validadas son derivadas en condiciones cercanas a la transición goteo-chorro para configuraciones cono-chorro.
