Фізики виявили, що ефективність полоскання тканини в чистій воді під час прання в першу чергу визначається не швидкістю потоку рідини або дифузією частинок бруду, а ефектом дифузіоосмосу - рухом частинок у рідині під дією градієнта концентрації розчинених у воді речовин. Саме завдяки йому вдається ефективно «витягати» частинки бруду з мікрометрових каналів між волокнами тканини, пишуть вчені в.
Процес очищення тканини від бруду під час прання за допомогою прального порошку складається з двох основних стадій. Перша стадія - це відрив закріплених на волокнах тканини частинок бруду і їх пов'язування з поверхнево-активними речовинами прального порошку. Друга стадія - транспорт частинок, що утворилися, з потоком рідини назовні. Якщо ефективність першої стадії залежить в першу чергу від хімічного складу чистячого засобу, то на другому етапі швидкість процесу визначається можливістю потрапляння частинок у потік рідини. Під час прання тканину полощуть у чистій воді, щоб за допомогою потоку чистої води позбавити текстильний матеріал від мильної води і пов'язаних частинок бруду.
І якщо в досить широких «проточних» каналах між великими волокнами цей процес проходить досить швидко, то «витягнути» частинки бруду з тупикових каналів і замкнутих просторів між мікроволокнами значно складніше. Якби такий процес визначався тільки дифузією частинок, то тканина стала б чистою тільки через кілька годин безперервного полоскання. Тим не менш, навіть більш коротке полоскання в чистій воді виявляється досить ефективним. До теперішнього моменту було незрозуміло, за якими саме механізмами відбувається процес очищення замкнутих просторів з низькою швидкістю потоку рідини всередині тканини, тому не вдавалося керувати цим процесом і підвищувати його ефективність.
Для визначення механізму очищення тканин під час полоскання і підвищення ефективності прання фізики з США і Великобританії під керівництвом Говарда Стоуна (Howard A. Stone) з Прінстонського університету детально вивчили, що відбувається з твердими частинками всередині текстильних матеріалів в той момент, коли мильний розчин змінюється чистою водою.
Для цього вчені провели модельний експеримент в системі з декількох замкнутих мікроканалів довжиною 100 мікрометрів, з'єднаних з основним широким проточним каналом. Всередині замкнутих каналів спочатку знаходилася мильна вода (в якості поверхнево-активної речовини використовувався додецилсульфат натрію) і модельні частинки бруду, в якості яких вчені використовували пофарбовані полістирольні мікросфери діаметром 500 нанометрів. В якості рідини всередині основного каналу вчені використовували або такий же розчин поверхнево-активної речовини (але без частинок), як всередині замкнутих пір, або розчин значно нижчої концентрації (в тому числі і чисту воду).
Виявилося, що в першому випадку, коли процес «витягування» частинок з пір визначається тільки швидкістю потоку рідини і дифузією в результаті броунівського руху, очищення каналу від забруднення відбувається значно повільніше, ніж у другому випадку. Вчені пояснили це спостереження ефектом дифузіофорезу - переміщення частинок під дією градієнта концентрації солі в рідині. У разі потоку чистої води між часом і основним каналом виникає різниця концентрації поверхнево-активної речовини, що призводить до спотворення подвійного електричного шару навколо частинки і викликає її рух в область меншої концентрації розчиненої речовини.
Швидкість частинок за рахунок дифузіофорезу виявилася приблизно на два порядку вище швидкості рідини в цих каналах, при цьому вона змінювалася в залежності від концентрації солі у воді. Теоретичний аналіз показав, що саме виникаючий градієнт концентрації і призводить до значного прискорення процесу виходу частинок із замкнутих пір.
Щоб показати, що цей ефект працює не тільки в модельній мікрофлюїдній системі, але і в текстильному матеріалі, аналогічний експеримент вчені провели з невеликим шматком бавовняної тканини, на який було нанесено пляму з пофарбованих забруднюючих частинок. Виявилося, що якщо в разі полоскання чистою водою пляма повністю пропадає з тканини за дві хвилини, то при полосканні в розчинах додецилсульфату натрію цей процес сильно затягується, а в концентрованих розчинах - не відбувається зовсім.
Крім визначення основного механізму очищення тканини під час полоскання, вчені також запропонували спосіб підвищити ефективність цього процесу. Виявилося, що при появі градієнта солі між собою конкурують два ефекти: дифузіофорезом і електрофорезом. Керувати цими процесами можна за рахунок зміни рухливості великих аніонів.
Ефект дифузіоосмосу часто стає важливим у технологіях, в яких використовується зміна розчинників з різною концентрацією солей. Наприклад, та ж група фізиків показала, що дифузіоосмос може призводити до забивання пор частинками - ефекту, який не тільки знижує ефективність мікрофлюїдних пристроїв, але і може бути використаний і в корисних цілях: наприклад, для сортування ДНК або розробки біомембран.