Si alguna vez ha intentado levantar una rebanada de pizza cubierta de caliente, queso fundido, sin duda te has encontrado con el largo, cuerdas cursis que unen una porción de pizza con la siguiente. Sigue levantando la rebanada de pizza y estos puentes de queso eventualmente se rompen, cubriendo el plato, mesa (o incluso tu regazo) en largo, finas hebras de queso. Si bien esto es solo un pequeño inconveniente con la pizza, es un problema de larga data en la industria, donde los líquidos con propiedades similares al queso derretido, denominados fluidos viscoelásticos, deben dispensarse de manera limpia y rápida.

Ahora, Los científicos han desarrollado una nueva técnica que utiliza la rotación para romper estos puentes líquidos. Sus hallazgos, publicado el 11 de junio de 2021 en PNAS , podría mejorar la velocidad y precisión de la dispensación de fluidos viscoelásticos, en aplicaciones que van desde la producción de placas de circuito y el procesamiento de alimentos hasta la ingeniería de tejidos vivos y la impresión 3D.

"Fluidos viscoelásticos, como el kétchup, masilla tonta y pasta de dientes, tienen propiedades muy extrañas:cuando se aprietan lentamente, fluyen como un fluido, pero a mayor velocidad, actúan como un sólido elástico, "dijo el co-primer autor, San To Chan, quien es un Ph.D. estudiante y becario JSPS DC2 en la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST). "Estas propiedades únicas hacen que la dosificación de estos fluidos sea bastante difícil".

En la actualidad, el método estándar en la industria consiste en levantar la boquilla de la superficie sobre la que se ha depositado el líquido. Aunque esto efectivamente rompe el puente, extrae el líquido depositado en un largo, pico delgado, conocida como cola capilar. Si el puente líquido se rompe en varios lugares, pequeñas gotas de líquido, llamadas gotas de satélite, también forma. Las colas capilares y las gotas de satélite pueden contaminar los productos o provocar un cortocircuito en los chips electrónicos.

"Cuanto más se retrae la boquilla, cuanto más larga sea la cola capilar, por lo que mayor es la posibilidad de contaminación, "Chan explicó." Dado que la boquilla no se puede levantar demasiado, el puente líquido es más grueso y tarda más en romperse, lo que ralentiza todo el proceso de dispensación ".

Para superar estos desafíos, Chan y sus colegas idearon una solución simple:en lugar de estirar el puente líquido, podría desestabilizarse por torsión.

En el estudio, el equipo de investigación probó esta idea en aceite de silicona viscoelástica, que es 60, 000 veces más viscoso que el agua. Los científicos colocaron una gota de aceite de silicona entre una placa superior e inferior. Usando imágenes de alta velocidad, descubrieron que cuando el puente líquido se giraba girando la placa superior, provocó una grieta a medio camino entre los extremos del puente líquido. La grieta luego se extendió hacia adentro desde el borde hacia el centro, cortando el puente limpiamente en dos sin formar colas capilares o gotitas satélite.

En tono rimbombante, este proceso tomó alrededor de un segundo, en comparación con los diez segundos que normalmente se necesitan para dispensar el mismo fluido utilizando el método de retracción convencional.

Para su próximo paso, los científicos descubrieron el mecanismo subyacente que hace que el puente líquido se rompa cuando se somete a torsión. Se asociaron con un laboratorio de investigación de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, que simuló lo que Chan y sus colegas habían observado experimentalmente. Las simulaciones proporcionaron información concreta sobre cómo reaccionó el puente líquido, validando lo que los científicos habían sospechado:la grieta fue causada por una "fractura del borde".

"Esto es particularmente sorprendente ya que la fractura del borde se ha caracterizado como un fenómeno realmente indeseable que los científicos tratan de evitar que ocurra," "dijo el Dr. Simon Haward, quien es el líder del grupo de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica. "Esta es la primera vez que se ha descubierto que la fractura del borde tiene una aplicación beneficiosa".

En la siguiente fase de su investigación, el equipo planea experimentar con diferentes fluidos viscoelásticos para confirmar que se aplica el mismo efecto. También planean aumentar aún más la velocidad del proceso de dispensación, potencialmente combinando la rotación y la retracción de la placa superior.

"Para muchas industrias, cambiar de una boquilla que se retrae a una que gira es relativamente fácil, pero tiene ramificaciones de gran alcance, "dijo el autor principal, Profesora Amy Shen. "Una dispensación de líquido más rápida y precisa podría reducir el consumo de energía, y menos productos contaminados podría significar que se utiliza menos materia prima ".