Com es poden produir gotes nanomètriques de manera controlada?

Des del punt de vista físic, les gotes es generen per una inestabilitat del fluid. En l’estudi es presenta un mecanisme de desestabilització de l'adherència del microfilament del fluid en diferents tipus de superfícies. Els vídeos mostren respectivament, una simulació del model i la gravació d'un experiment (realitzat en vertical).
Des del punt de vista físic, les gotes es generen per una inestabilitat del fluid. En l’estudi es presenta un mecanisme de desestabilització de l'adherència del microfilament del fluid en diferents tipus de superfícies. Els vídeos mostren respectivament, una simulació del model i la gravació d'un experiment (realitzat en vertical).
Recerca
(11/04/2011)

Quan una gota cau damunt dʼuna flor de lotus resta damunt la superfície sense arribar a mullar-la. Això es deu, dʼuna banda, als components químics de les fulles dʼaquesta planta que repel·leixen lʼaigua, és a dir, són hidròfobics, i de lʼaltra, a la nanoestructura de la superfície que ajuda encara més a repel·lir lʼaigua. Utilitzant aquestes propietats nanoestructurades de les superfícies, investigadors de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona han dut a terme un estudi que publica la revista Nature materials, en què es mostra quines són les condicions físiques necessàries per a la formació controlada de gotes de proporcions entre la micro i la nanoescala.

Des del punt de vista físic, les gotes es generen per una inestabilitat del fluid. En l’estudi es presenta un mecanisme de desestabilització de l'adherència del microfilament del fluid en diferents tipus de superfícies. Els vídeos mostren respectivament, una simulació del model i la gravació d'un experiment (realitzat en vertical).
Des del punt de vista físic, les gotes es generen per una inestabilitat del fluid. En l’estudi es presenta un mecanisme de desestabilització de l'adherència del microfilament del fluid en diferents tipus de superfícies. Els vídeos mostren respectivament, una simulació del model i la gravació d'un experiment (realitzat en vertical).
Recerca
11/04/2011

Quan una gota cau damunt dʼuna flor de lotus resta damunt la superfície sense arribar a mullar-la. Això es deu, dʼuna banda, als components químics de les fulles dʼaquesta planta que repel·leixen lʼaigua, és a dir, són hidròfobics, i de lʼaltra, a la nanoestructura de la superfície que ajuda encara més a repel·lir lʼaigua. Utilitzant aquestes propietats nanoestructurades de les superfícies, investigadors de la Facultat de Física de la Universitat de Barcelona han dut a terme un estudi que publica la revista Nature materials, en què es mostra quines són les condicions físiques necessàries per a la formació controlada de gotes de proporcions entre la micro i la nanoescala.

En el treball sʼhan determinat les diferents condicions físiques perquè un fluid es desestabilitzi per produir gotes tenint en compte les característiques de mullada de la superfície. Com explica Ignasi Pagonabarraga, professor del Departament de Física Fonamental de la UB i un dels autors del treball, «la interacció del fluid amb la superfície es pot utilitzar per controlar de manera precisa la mida i el període en què apareixen les gotes. Tot i que hi ha altres mètodes per a la creació de gotes micromètriques, lʼafinitat dels líquids a les superfícies sòlides obre un escenari més versàtil per a la producció i control dʼaquestes fins a la nanoescala».

Segons la professora del Departament dʼEstructura i Constituents de Matèria de la UB i coautora del treball, Aurora Hernández-Machado «la miniaturizació en els líquids és important per millorar lʼeficiència i optimitzar la despesa de substàncies, com ara els fàrmacs, els cosmètics o la tinta, la qual cosa permetria abaratir els processos associats a la producció i control dʼaquests productes. Dʼaltra banda, el model físic, que es podria definir com el dʼun dispensador microfluídic de les diverses substàncies esmentades, permet, dʼuna banda, superar les limitacions associades als processos actuals de formació de gotes i, de lʼaltra, arribar a escales nanomètriques».
 
Un dels camps amb més aplicacions per a aquest tipus de processos són els dispositius anomenats lab-on-a-chip (LOC), que integren diverses funcions dʼanàlisis de laboratori en poques micres i que requereixen volums molt petits de líquid per dur a terme les anàlisis corresponents. Les dinàmiques per a la formació de gotes submicromètriques tenen aplicacions tecnològiques en altres camps, com ara, en el control de lʼadministració de fàrmacs o en la formació dʼemulsions com les que es fan servir en les cremes cosmètiques anomenades de caviar, formades per petites gotes de substàncies amb determinades propietats dins dʼun altre fluid. També és aplicable en altres tecnologies, com per exemple, en la distribució de tinta en una impressora.
 
Des del punt de vista físic, les gotes es generen per una inestabilitat del fluid. En lʼestudi es presenta un mecanisme de desestabilització de l'adherència del microfilament del fluid en diferents tipus de superfícies. Els investigadors han determinat lʼequilibri de forces que determina el mecanisme dʼemissió de gotes en què intervenen la capil·laritat del fluid, la fricció viscosa amb la superfície sòlida i la gravetat. Aquest balanç i la mida dels dispositius determinen la grandària de les gotes emeses, que poden arribar a ser nanomètriques. Dʼaltra banda, també sʼha observat que lʼemissió depèn molt de lʼangle estàtic de mullada, és a dir lʼangle que forma la gota amb la superfície de contacte. Com més gran és aquest angle més hidrofòbica és la superfície.
 
En els experiments que sʼhan dut a terme, en aquest cas, dʼaigua en aire, per mostrar el funcionament del model físic sʼha arribat a la creació de gotes de lʼordre de micres, però el model permet produir-ne fins a la nanoescala. Lʼestudi cobreix des de les superfícies hidrofíliques fins als substrats superhidrofòbics i els autors mostren com la mullada es pot emprar per localitzar el punt dʼemissió del goteig. Així, variant les propietats químiques i nanoestructurals de la superfície és possible modificar aquest angle i controlar, així, la dinàmica del procés de formació de gotes.
 
Referència de lʼarticle:
Rodrigo Ledesma-Aguilar, Raul Nistal, Aurora Hernández-Machado i Ignasi Pagonabarraga. Controlled drop emission by wetting properties in driven liquid filaments. Nature Materials (abril, 2011). DOI: 10.1038/NMAT2998