Las estructuras líquidas (gotas de líquido que mantienen una forma específica) son útiles para una variedad de aplicaciones, desde el procesamiento de alimentos hasta la cosmética, medicamento, e incluso extracción de petróleo, pero los investigadores aún tienen que aprovechar todo el potencial de estos nuevos y emocionantes materiales porque no se sabe mucho sobre cómo se forman.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por Berkeley Lab ha capturado videos de alta resolución en tiempo real de estructuras líquidas que toman forma como tensioactivos de nanopartículas (NPS), partículas similares a jabón de apenas mil millonésimas de metro de tamaño, que se atascan juntas, lado a lado, para formar una capa sólida en la interfaz entre el aceite y el agua.

Sus hallazgos, recientemente aparecido en la portada de Avances de la ciencia , podría ayudar a los investigadores a optimizar mejor las estructuras líquidas para promover nuevas aplicaciones biomédicas, como los microfluidos reconfigurables para el descubrimiento de fármacos y la robótica totalmente líquida para la administración dirigida de fármacos contra el cáncer, entre otros.

En experimentos dirigidos por el coautor Paul Ashby, un científico de planta en la División de Ciencias de Materiales y Fundición Molecular de Berkeley Lab, y Yu Chai, un ex investigador postdoctoral en el grupo Ashby que ahora es profesor asistente en la City University of Hong Kong, Los investigadores utilizaron una técnica de imagen especial llamada microscopía de fuerza atómica (AFM) para tomar las primeras películas en tiempo real de los NPS apiñándose y atascados en la interfaz aceite-agua. un paso crítico para bloquear un líquido en una forma específica.

Las películas de los investigadores revelaron un retrato de la interfaz NPS con un detalle sin precedentes, incluido el tamaño de cada NPS, si la interfaz estaba compuesta por una o varias capas, y cuanto tiempo pasó, hasta el segundo, para que cada NPS se conecte y se instale en la interfaz.

Las espectaculares imágenes de AFM también mostraron el ángulo en el que un NPS "se asienta" en la interfaz, un resultado inesperado. "Nos sorprendió lo toscas que son las interfaces, "Ashby dijo." Siempre habíamos dibujado ilustraciones de una interfaz uniforme con nanopartículas unidas en el mismo ángulo de contacto, pero en nuestro estudio actual, descubrimos que en realidad hay mucha variación ".

La mayoría de las herramientas de imágenes a nanoescala solo pueden investigar muestras inmóviles que están secas o congeladas. Durante las últimas dos décadas, Ashby ha centrado su investigación en el desarrollo de capacidades AFM únicas que permiten al usuario controlar la punta de la sonda para que interactúe suavemente con muestras que se mueven rápidamente. como las NPS del estudio actual, sin tocar el líquido subyacente, una hazaña desafiante.

"Imágenes de una estructura líquida a nanoescala, y observar cómo las nanopartículas se mueven en líquido en tiempo real utilizando una sonda AFM; eso no sería posible sin la amplia experiencia de Paul, "dijo el coautor Thomas Russell, un científico de la facultad visitante y profesor de ciencia e ingeniería de polímeros de la Universidad de Massachusetts que dirige el programa Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab. "Este tipo de capacidades no están disponibles en ningún otro lugar excepto en Molecular Foundry".

A continuación, los investigadores planean estudiar el efecto de las partículas autopropulsadas en las estructuras líquidas de NPS.