Coloides para entender los fluidos a pequeña escala

En función de la proporción del valor de capilaridad, el frente se rompe en dos dedos que a continuación se desestabilizan y emiten gotas de manera periódica. / UB


Los dispositivos de laboratorio en un chip (lab-on-a-chip) son el resultado de una revolución tranquila que se ha vivido en los últimos años en los campos de la química y la medicina, y que ha sido posible gracias al conocimiento sobre cómo se comportan los fluidos a pequeña escala. En el futuro, reducir estos dispositivos a tamaños aún más pequeños, incluso comparables al de una molécula líquida, será un gran reto.

Una nueva forma de hacerlo es utilizar coloides como átomos muy grandes, según un artículo publicado recientemente por la revista Nature Communications y en el que participan investigadores de la Universidad de Barcelona.

Los coloides son partículas lo suficientemente pequeñas como para no pesar demasiado, por lo que no se sedimentarán si se dispersan en un fluido –sea aire o agua–, pero no son tan pequeñas como para disolverse en dicho fluido.

Las partículas coloidales pueden estar formadas por numerosos componentes distintos, y su tamaño puede ir de un nanómetro (que es la millonésima parte de un milímetro) a un milímetro. Un coloide es enorme en comparación con una molécula de agua; sin embargo, es una partícula minúscula si se compara con un canal de microfluidos. En esta escala, el coloide parece una masa pequeña.

En el laboratorio, los investigadores han utilizado una mezcla coloidal de partículas esféricas y cadenas poliméricas muy interesante para entender cómo se comportan los fluidos en canales extremadamente pequeños. El tamaño de las partículas de esta mezcla es de 200 nanómetros aproximadamente, por lo que encajan perfectamente en la clasificación de partículas coloidales.

El aspecto más interesante de esta mezcla coloidal es que las cadenas poliméricas pueden comprimirse entre las partículas esféricas, una manera de estrecharse que al final tiene como consecuencia la creación de una mezcla de dos fases, muy similar a tener el aceite separado del agua.

Utilizando estos líquidos agrandados, los investigadores han estudiado diversos fenómenos en microcanales. Cambiando el tamaño de los canales, pudieron poner al descubierto, con gran detalle, cómo interactúa un fluido con los límites que lo confinan. Este conocimiento se puede utilizar para controlar la formación de gotas, chorros y lenguas solo un centenar de veces más grandes que el tamaño de una partícula coloidal.

Significativamente, el tamaño de las partículas coloidales ha hecho posible observar la dinámica de fluidos en su máximo esplendor en un confinamiento tan extremo utilizando solo técnicas ópticas directas, algo que habría sido imposible hacer con un líquido común como el agua.

“Por lo tanto, esta técnica sencilla tiene mucho potencial para hacer avanzar nuestro conocimiento sobre el comportamiento de los fluidos en escalas pequeñas”, aseguran los investigadores.

Como las partículas coloidales tienen la función de los átomos muy grandes, muchos de los fenómenos descubiertos utilizando coloides se pueden trasladar al estudio del comportamiento de otros líquidos, como el agua, del mismo modo que se pueden utilizar la leche y una linterna para entender las puestas de sol.

“De hecho, utilizar el conocimiento de un sistema para entender otro no es una propiedad única de nuestros coloides; es un principio subyacente al funcionamiento de la física que permite explicar el mundo que nos rodea, y descubrir esta generalidad es, quizás, uno de los aspectos más maravillosos de todo ello”, concluyen.

Referencia del artículo:

S. A. Setu, R. P. A. Dullens, A. Hernández-Machado, I. Pagonabarraga, D. G. A. L. Arts y R. Ledesma-Aguilar. “Superconfinement tailors fluid flow at microscales“. Nature Communications, junio de 2015. Doi: :10.1038/ncomms8297.

En esta investigación, liderada por el profesor Rodrigo Ledesma Aguilar, de la Universidad de Northumbria (Reino Unido), han participado dos investigadores de la UB: el profesor Ignacio Pagonabarraga, del Departamento de Física Fundamental, y la profesora Aurora Hernández Machado, del Departamento de Estructura y Constituyentes de la Materia.

(UB)

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