Físicos experimentales de la Universidad de Massachusetts Amherst informan hoy que han desarrollado una nuevo proceso dinámico para envolver gotas de líquido en láminas de polímero ultradelgadas, de modo que lo que antes era un proceso laborioso que tomaba decenas de minutos ahora se puede hacer en una fracción de segundo.
El profesor de física Narayanan Menon, con el actual investigador postdoctoral Deepak Kumar, ex postdoctorado Joseph Paulsen y profesor de ciencia de polímeros Thomas Russell, reportar sus hallazgos en el número actual de Ciencias . Paulsen está ahora en la Universidad de Syracuse.
Como explica Menon, Muchos grupos de investigación de todo el mundo están trabajando en el problema de envolver las gotas de líquido para estabilizar las emulsiones. que puede ser útil en sistemas de administración de fármacos, por ejemplo, o para remediar derrames de petróleo.
El método habitual consiste en utilizar una capa de fluido que actúa como tensioactivo para mantener los aceites y el agua en suspensión. La mayonesa es una emulsión de aceite y agua, Menon señala, con clara de huevo como tensioactivo que lo mantiene en suspensión. Pero una capa de surfactante líquido no tiene rigidez, no puede mantener una forma. Los investigadores de UMass Amherst buscaban una envoltura con una rigidez finita.
Él dice, "Digamos que te pido que envuelvas una pelota de baloncesto y te doy cinta y papel. Lo haces lo mejor que puedes, pero no saldrá muy bien. Tendrá lagunas y superposiciones. Con nuestro nuevo proceso, tiras la pelota de baloncesto al papel, y sale perfectamente envuelto ".
Menon agrega, "Si estás pensando en hacer este tipo de envoltura una y otra vez, la velocidad y la facilidad de uso marcan la diferencia. La solución rápida y sencilla que ha encontrado Kumar es un gran avance, y una vez que lo dominó e identificó los parámetros más importantes, descubrió que podía ser aventurero y hacer diferentes formas. Mostramos que hemos hecho cubos y un tetraedro, por ejemplo."
También, "Los materiales son polímeros y líquidos comunes, solo aceite y agua. No se necesitan ingredientes mágicos, y podemos pasar libremente de las gotas de aceite al agua y viceversa. Las costuras se mantienen en su lugar por la aversión del fluido del interior al fluido del exterior, por lo que los bordes de la envoltura se encuentran justo en la costura y no hay superposición ni espacio ".
Kumar, primer autor del artículo, señala que la nueva técnica aprovecha la dinámica rápida del impacto de las gotas para lograr el envuelto de las gotas de aceite mediante películas de polímero ultradelgadas en una fase acuosa. "A pesar de la violencia de los eventos de salpicaduras, El proceso produce envolturas de forma robusta que tienen una forma óptima para maximizar el volumen de fluido encerrado y tienen costuras casi perfectas. "Logramos envolturas de formas tridimensionales específicas al adaptar el límite bidimensional de las películas y mostramos la generalidad de la técnica al producir envolturas de aceite en agua y agua en aceite".
Factores importantes involucrados en el éxito práctico del nuevo método, Kumar señala, son la densidad del fluido de la gota y el tamaño de la gota en relación con el tamaño de la delgada hoja de polímero. Menon bromea, "No funciona si arrojas una pelota de baloncesto a una sábana, ni en un sello de correos. El tamaño de la gota y la hoja deben estar relacionados ".
Una ventaja inesperada de este trabajo, los autores señalan, es que han logrado no solo el éxito práctico, pero pudieron responder parte de la cuestión científica más profunda del mecanismo. Kumar dice:"Proponemos algunas ideas, pero no tenemos la respuesta a todas las preguntas ".
Menon dice que espera que los físicos experimentales que lean sobre este trabajo comprendan rápidamente que "es técnicamente fácil y debería hacerlo usted mismo. De hecho, debe tomarlo e ir en direcciones en las que no hemos pensado. Esperamos que otros investigadores piensen en más aplicaciones diferentes de las que nosotros mismos pensaríamos. Si desea agregar complejidad, podría poner una capa o un patrón en el interior del envoltorio, o puede agregar una ventana para que gotee un poco. Una vez que sepa cómo hacer la técnica, no es quisquilloso ".
