Bienvenido al asombroso mundo de los sustratos blandos. Estos materiales están hechos de geles de silicona y tienen la misma textura que la panna cotta, pero sin el delicioso sabor. Se utilizan en una variedad de aplicaciones, especialmente en la industria farmacéutica, porque sus propiedades biocompatibles y antiadhesivas las hacen resistentes a la corrosión y contaminación bacteriana. Estos sustratos son tan blandos que pueden deformarse (reversiblemente) por las fuerzas capilares que se producen en los bordes de las gotas cuando se colocan sobre sus superficies. Sin embargo, las gotas se mueven muy lentamente sobre estas superficies; para fluir, las gotitas tienen que deformar dinámicamente los sustratos y superar la resistencia creada por las propiedades viscoelásticas del sustrato. Una gota del tamaño de un milímetro colocada sobre un sustrato colocado verticalmente fluirá a una velocidad de solo entre unos pocos cientos de nanómetros por segundo y unas pocas docenas de micrómetros por segundo. En otras palabras, ¡La gota tardaría tres horas en moverse solo un metro! Este efecto de desaceleración se conoce como frenado viscoelástico y es un gran obstáculo para el uso más generalizado de sustratos blandos. especialmente en la fabricación.

Un equipo de científicos del laboratorio de Ingeniería Mecánica de Interfaces Blandas (EMSI) de EPFL, dentro de la Facultad de Ingeniería, ha demostrado que el frenado viscoelástico se puede superar colocando pequeños pilares en la superficie del sustrato. Más fundamentalmente, los científicos pudieron observar, por primera vez, el contacto entre un fluido y un sustrato blando en una geometría compleja. Sus hallazgos acaban de publicarse en PNAS .

Una nueva geometría

Los científicos de la EPFL emplearon un método que ya se usa ampliamente en los procesos de humectación:alterar la textura de la superficie de un sustrato para que se vuelva superhidrófobo. Más específicamente, cubrieron una superficie de gel con pilares diminutos de 100 µm de alto y 100 µm de ancho, de modo que las gotas que se colocan en el gel se encuentran solo en la parte superior de los pilares, como un temerario que camina sobre un lecho de clavos. Viendo las gotas a través de un microscopio confocal, los científicos vieron que los pilares se deforman a medida que las gotas se mueven a lo largo de ellos. Y lo que es más, el tamaño de la deformación sólida fue casi el mismo que el obtenido en una superficie plana de gel, lo que significa que, de hecho, las gotas están sostenidas por cientos de pilares diminutos. Y a pesar de que los tamaños de deformación eran tan cercanos, las gotas se movían a la misma velocidad que lo harían sobre una superficie dura.

"Estas texturas alteradas 'matan' el efecto de frenado viscoelástico, aunque hay un área de contacto bastante grande entre el fluido y el sólido, "dice Martin Coux, uno de los autores del estudio, junto con el Prof. John Kolinski. "Debido a la geometría única de los puntos de contacto entre el fluido y el sólido, elevado ligeramente por encima de la superficie del sustrato, las gotas adoptan configuraciones que normalmente no podrían adoptar en una superficie blanda. Eso les permite fluir a lo largo del sustrato tan rápido como lo harían en una superficie dura ". Usando el microscopio de alta velocidad del EMSI, los científicos pudieron observar y comprender este fenómeno previamente desconocido de la física fundamental.

Vale la pena señalar que todo esto ocurre a escala micrométrica (las deformaciones sólidas son del orden de 1–100 µm). "Gracias a los avances realizados en la tecnología de visualización durante los últimos diez años, Los científicos ahora pueden ver las deformaciones que ocurren cuando los fluidos entran en contacto con sustratos blandos, y no solo de forma estática (como cuando las gotas están estacionarias), pero también de forma dinámica, como cuando las gotas fluyen en la superficie, "dice Coux. Esta nueva capacidad ha dado un impulso a los físicos que se especializan en mecánica de fluidos, aceleró su comprensión de las interacciones elastocapilares entre sustratos blandos y fluidos, y puso a los científicos de la EPFL en el camino hacia su gran descubrimiento.