Donde sea que haya agua seguramente habrá burbujas flotando en la superficie. De charcos de pie, lagos y arroyos, a piscinas, jacuzzis, fuentes públicas, y baños, las burbujas son omnipresentes, adentro y afuera.

Un nuevo estudio del MIT muestra cómo las burbujas contaminadas con bacterias pueden actuar como pequeñas granadas microbianas, microorganismos que revientan y lanzan, incluyendo patógenos potenciales, fuera del agua y en el aire.

En el estudio, publicado hoy en la revista Cartas de revisión física , Los investigadores encontraron que las bacterias pueden afectar la longevidad de una burbuja:una burbuja cubierta de bacterias que flota en la superficie del agua puede durar más de 10 veces más que una no contaminada. persistiendo durante minutos en lugar de segundos. Durante este tiempo, la tapa de la burbuja contaminada se adelgaza. Cuanto más fina es la burbuja, cuanto mayor sea el número de gotas que puede lanzar al aire cuando la burbuja estalla inevitablemente. Una sola gota los investigadores estiman, puede transportar hasta miles de microorganismos, y cada burbuja puede emitir cientos de gotitas.

"Descubrimos que las bacterias pueden manipular las interfaces de una manera que puede mejorar su propia dispersión de agua a aire, "dice Lydia Bourouiba, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental y director del Laboratorio de Dinámica de Fluidos de Transmisión de Enfermedades.

El coautor del artículo de Bourouiba es el estudiante graduado Stephane Poulain.

Algo en el agua

Bourouiba ha pasado los últimos años generando meticulosamente, imagen y caracterizando limpio, burbujas no contaminadas, con el objetivo de establecer una línea de base del comportamiento normal de las burbujas.

"Primero tuvimos que entender la física de las burbujas limpias antes de poder agregar organismos como bacterias para ver qué efecto tienen en el sistema". "Dice Bourouiba.

Como sucede, los investigadores notaron por primera vez el efecto de las bacterias por accidente. El equipo estaba en medio de mudarse a un nuevo espacio de laboratorio, y en la baraja, se había dejado un vaso de agua al aire libre. Cuando el investigador lo utilizó en experimentos posteriores, los resultados no fueron los que esperaba el equipo.

“Las burbujas producidas a partir de esta agua vivieron mucho más tiempo y tuvieron una evolución de adelgazamiento peculiar en comparación con las típicas burbujas de agua limpia, "Dice Poulain.

Bourouiba sospechaba que el agua estaba contaminada, y el equipo pronto confirmó su hipótesis. Analizaron el agua y encontraron evidencia de bacterias que están presentes naturalmente en el interior.

El efecto jugo

Para estudiar directamente el efecto de las bacterias en las burbujas, el equipo organizó un experimento en el que llenaron una columna con una solución de agua y varias especies de bacterias, incluyendo E. coli. Los investigadores desarrollaron un sistema para generar burbujas con una bomba de aire, uno a la vez, dentro de la columna, para controlar el volumen y tamaño de cada burbuja. Cuando una burbuja subió a la superficie, el equipo utilizó imágenes de alta velocidad junto con una variedad de técnicas ópticas para capturar su comportamiento, en la superficie y mientras estallaba.

Los investigadores observaron que, una vez que una burbuja contaminada con E. coli llegó a la superficie del agua, su propia superficie, o gorra, inmediatamente comenzó a adelgazar, principalmente drenando de nuevo al agua, como una cáscara de chocolate que se derrite. Este comportamiento fue similar al de las burbujas no contaminadas.

Pero las burbujas contaminadas permanecieron en la superficie más de 10 veces más que las burbujas no contaminadas. Y después de un período de tiempo crítico, las burbujas cargadas de bacterias comenzaron a adelgazarse mucho más rápido. Bourouiba sospechaba que podrían no ser las bacterias en sí mismas, pero lo que segregan, que mantiene la burbuja en su lugar durante más tiempo.

"Las bacterias están vivas, y como todo lo vivo, hacen desperdicio, y ese desperdicio suele ser algo que potencialmente podría interactuar con la interfaz de la burbuja, "Dice Bourouiba." Así que separamos los organismos de su 'jugo' ".

Los investigadores eliminaron las bacterias de sus secreciones, luego repitió sus experimentos, utilizando las secreciones de las bacterias. Tal como sospechaba Bourouiba, las burbujas que contenían las secreciones solas duraron mucho más que las burbujas limpias. Las secreciones el grupo concluyó, debe ser el ingrediente clave para extender la vida útil de una burbuja. ¿Pero cómo?

De nuevo, Bourouiba tenía una hipótesis:las secreciones bacterianas pueden estar actuando para reducir la tensión superficial de una burbuja, haciéndolo más elástico, más resistente a las perturbaciones, y en el fin, es más probable que viva más tiempo en la superficie del agua. Este comportamiento, ella notó, era similar a los compuestos tensioactivos, o tensioactivos, como los compuestos de los detergentes que hacen pompas de jabón.

Para probar esta idea, los investigadores repitieron los experimentos, esta vez intercambiando bacterias por tensioactivos sintéticos comunes, y descubrió que también producían burbujas más duraderas que también se adelgazaban drásticamente después de un cierto período de tiempo. Este experimento confirmó que las secreciones de bacterias actúan como tensioactivos prolongando la vida útil de las burbujas contaminadas.

Luego, los investigadores buscaron una explicación para el cambio drástico en la tasa de adelgazamiento de una burbuja contaminada. En burbujas limpias, el adelgazamiento de la tapa fue principalmente el resultado del drenaje, ya que el agua en la tapa se drena en su mayor parte hacia el líquido del que se elevó la burbuja. Tales burbujas viven en el orden de segundos, y su velocidad de drenaje disminuye continuamente a medida que la burbuja se adelgaza.

Pero si una burbuja sobrepasa un período crítico, la evaporación comienza a jugar un papel más dominante que el drenaje, esencialmente eliminando las moléculas de agua de la tapa de la burbuja. Los investigadores concluyeron que, si una burbuja contiene bacterias, las bacterias y sus secreciones, hacer que una burbuja dure más en la superficie del agua, el tiempo suficiente para que la evaporación se vuelva más importante que el drenaje para adelgazar la tapa de la burbuja.

A medida que la tapa de una burbuja se vuelve más delgada, las gotitas que saldrá cuando estalle inevitablemente se harán más pequeñas, más rápido, y más numerosos. El equipo descubrió que una sola burbuja cargada de bacterias puede crear 10 veces más gotas, que son 10 veces más pequeños y se expulsan 10 veces más rápido de lo que puede producir una burbuja limpia. Esto equivale a cientos de gotas que miden solo unas pocas decenas de micrones y que se emiten a velocidades del orden de 10 metros por segundo.

"El mecanismo [Bourouiba] identificado también funciona cuando las burbujas de espuma estallan en la superficie del océano, "dice Andrea Prosperetti, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Houston, que no participó en la investigación. "El tamaño de estas pequeñas gotas de película determina qué tan bien pueden ser recogidas y transportadas por el viento. Este proceso tiene implicaciones significativas para el clima y el tiempo. El mismo proceso básico afecta los peligros para la salud de los derrames de petróleo en el océano:la película diminuta las gotas transportan productos químicos peligrosos del aceite, que puede ser inhalado por personas y animales en las regiones costeras. Entonces, estos humildes, pequeñas gotas tienen consecuencias descomunales en muchos procesos cruciales para la vida ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.