Array1 (a) inmediatamente después de la generación, la línea inferior (línea 9) es la generada más recientemente, 527 μDs con un radio de gota inicial de 25,1 μm ± 0,8 (para la línea 9), con un volumen de 60.7pL asumiendo un ángulo de contacto de 130 °, 17 (b) μDs con el ROI de un área ampliada de (a) (línea 6 desde la parte superior) en t =133s después de la generación de Array 1 para una película de la dinámica de microgotas) y (c) histograma de nivel de gris para el ROI de μD 294 en t =270 s. Crédito: Anticipos de AIP (2018). DOI:10.1063 / 1.5034443
A medida que se evapora una solución, los químicos disueltos se concentran hasta que comienzan a formar un cristal a través de un proceso llamado nucleación. Industrias que utilizan pequeños cristales en productos farmacéuticos, los alimentos y la microelectrónica buscan comprender este evento de nucleación. Los científicos que estudian la nucleación a menudo usan gotitas microscópicas como experimentos en miniatura que pueden ejecutarse rápidamente, en paralelo, y en un espacio reducido. Sin embargo, estos experimentos requieren imágenes de alta resolución, limitando el número de imágenes de gotitas que se pueden procesar simultáneamente.
Los investigadores superaron recientemente este desafío de resolución al centrar sus mediciones en el contraste entre las gotas y el medio que las rodea. Esta tecnica, publicado esta semana en Anticipos de AIP , proporciona el método más preciso y eficaz para detectar la nucleación de cristales hasta la fecha.
La nucleación de cristales es un proceso inherentemente estocástico, y estimar cada tiempo de nucleación requiere modelos de crecimiento que funcionen hacia atrás desde el momento en que el cristal creció hasta un tamaño detectable. Este intervalo temporal puede oscilar entre varios minutos y horas.
"Es como decir que cuando alguien queda embarazada una vez que el bebé está afuera, "dijo Romain Grossier, autor del artículo en el Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas y la Universidad de Aix-Marsella. "Detectamos el momento del embarazo".
Para determinar el tiempo que tarda un cristal en nuclearse en una microgotita, el equipo generó una cuadrícula de microgotas de agua salada idénticas cubiertas con una fina capa de aceite. El agua es ligeramente soluble en aceite en estas proporciones, así que el agua comenzó a difundirse en su entorno, imitando el proceso de evaporación.
Los investigadores convirtieron la imagen de cada gota y su región circundante en un escalar, la desviación estándar del gris de los píxeles, y rastreó este valor a medida que cambiaba. Cuando el cristal finalmente se forma, su presencia dificulta la suave evolución del índice de refracción, que aparece como un salto repentino en el nivel de grisáceo. Esto permite a los científicos medir con precisión el tiempo de nucleación sin resolver el cristal o hacer suposiciones sobre los mecanismos de nucleación. Curiosamente, altas concentraciones de sal en las microgotas provocan un crecimiento explosivo, reduciendo el retraso entre la nucleación y la detección a 0,5 segundos o menos.
Cada gota también desaparece durante un breve período cuando su índice de refracción coincide con el medio circundante. Esto siempre ocurre a la misma concentración para un sistema dado, y se puede calcular de antemano. Los investigadores quieren desarrollar un modelo para la concentración entre el momento en que desaparece la gota y el tiempo de nucleación que podría permitirles resolver teorías en competencia sobre la nucleación de cristales en el futuro.
El equipo se sorprendió al descubrir que las microgotas no siempre eran independientes entre sí, como se había supuesto anteriormente. A veces, la nucleación en una microgotita retrasó la nucleación en sus vecinas porque el aumento de la salida de agua de la primera gota diluyó temporalmente las otras. El equipo planea aumentar la independencia de las microgotitas en experimentos futuros.
