Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han publicado un artículo científico que sienta las bases para desarrollar un método más preciso de medición de la viscosidad superficial en filamentos líquidos y membranas biológicas con superficies viscosas. Este desarrollo podría aplicarse en la alimentación, industrias farmacéuticas o biomédicas.

Los filamentos líquidos se pueden encontrar en varios contextos de nuestra vida cotidiana, como un chorro de agua del grifo, gel de ducha o la leche que ponemos en nuestros cafés. A nivel biológico, están presentes en procesos que ocurren dentro de los organismos, "como en el estiramiento y ruptura de vesículas, en la división celular o en los filamentos cubiertos de proteína dentro de las células, entre otros. Además de esto, son cruciales en una multitud de tecnologías donde se requiere el control preciso de la producción de gotas, como en la impresión 3D y la fabricación aditiva, por ejemplo.

Estos filamentos líquidos son inherentemente inestables debido a su tensión superficial, dando como resultado un proceso en el que se amplifican pequeñas perturbaciones que hacen que las gotas se fragmenten. Esto se puede ver en los filamentos de saliva, por ejemplo, que se forman en nuestros labios y eventualmente terminan siendo expulsados ​​en forma de gotitas durante el habla, o en el chorro de agua en chubascos que se "rompe" cuando es muy estrecho y acaba formando pequeñas gotitas. "Esto se debe a que las esferas son la forma geométrica con la superficie más pequeña para un volumen fijo dado, por lo que adoptar una forma esférica minimiza la energía superficial, "explican Alejandro Martínez Calvo y Alejandro Sevilla Santiago del Grupo de Mecánica de Fluidos de la UC3M.

En su investigación, publicado recientemente en el Cartas de revisión física diario, han estudiado teórica y numéricamente un caso en el que la superficie del filamento es viscosa, que ocurre cuando la superficie está cubierta por una concentración de moléculas (generalmente llamadas tensioactivos). En algunos casos, este tipo de moléculas pueden formar una estructura compleja que le da a la superficie cierta resistencia al flujo, que se manifiesta a través de la viscosidad superficial.

La medición del coeficiente de viscosidad superficial de los filamentos líquidos y las membranas biológicas formadas por estas moléculas es un desafío en este momento. debido a la complejidad fisicoquímica asociada al acoplamiento hidrodinámico de la superficie del filamento con su interior. En su trabajo, los científicos han descubierto un nuevo marco universal donde la tensión superficial está en equilibrio dinámico con la fuerza viscosa de la superficie, resultando en un adelgazamiento exponencial del radio del filamento hasta que termina tomando la forma de gotas de vesículas esféricas, con un tiempo de decadencia que depende solo de las propiedades de la superficie, entre los que se encuentra la viscosidad superficial.

Este trabajo sería un paso significativo para el desarrollo de un método no intrusivo de medición de coeficientes de viscosidad que tendría una mayor precisión que los disponibles actualmente. Los métodos actuales de medición utilizan piezas mecánicas móviles que distorsionan la interfaz, como conos, platos, cilindros o anillos que se colocan en la superficie y se mueven de manera controlada. Estos métodos intrusivos crean variaciones en la concentración de moléculas que dan lugar a fuerzas elásticas superficiales, además de sus propias fuerzas superficiales de viscosa que se pretenden medir. "En esta configuración hemos estudiado, la distorsión de la interfaz no se produce desde el exterior del sistema a través de métodos mecánicos, sino que se produce de forma espontánea. Por lo tanto, la técnica de medición que podría desarrollarse con nuestra idea sería no intrusiva, ya que medir la velocidad a la que se distorsiona el filamento utilizando técnicas fotográficas sería suficiente, "afirman los investigadores.