La renuencia del aceite y el agua a mezclarse y permanecer así es tan conocida que se ha convertido en un cliché para describir dos cosas que no van bien juntas. Ahora, un nuevo hallazgo de investigadores del MIT podría cambiar esa expresión, proporcionando una forma de que las dos sustancias se mezclen y se mantengan estables durante largos períodos, sin necesidad de agitarlas. El proceso puede encontrar aplicaciones en productos farmacéuticos, productos cosméticos, y alimentos procesados, entre otras áreas.

El nuevo proceso implica enfriar un baño de aceite que contiene una pequeña cantidad de un surfactante (una sustancia similar al jabón), y luego dejar que el vapor de agua del aire circundante se condense sobre la superficie del aceite. Los experimentos han demostrado que esto puede producir pequeñas, gotas de agua uniformes en la superficie que luego se hunden en el aceite, y su tamaño se puede controlar ajustando la proporción de tensioactivo. Los resultados, por la estudiante graduada del MIT Ingrid Guha, ex postdoctorado Sushant Anand, y la profesora asociada Kripa Varanasi, se informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Como sabe cualquiera que haya usado aderezo para ensaladas, no importa cuán vigorosamente se agite la mezcla, el aceite y el vinagre (una solución a base de agua) se separarán en minutos. Pero para muchos usos, incluidos nuevos sistemas de suministro de medicamentos y métodos de procesamiento de alimentos, es importante poder obtener aceite en agua (o agua en aceite) para formar gotitas diminutas, de solo unos pocos cientos de nanómetros de diámetro, demasiado pequeñas para verlas a simple vista, y para que permanezcan pequeñas en lugar de fusionarse en gotas más grandes y, finalmente, separarse del otro líquido.

Típicamente, En los procesos industriales, estas emulsiones se obtienen agitando mecánicamente la mezcla o utilizando ondas sonoras para generar vibraciones intensas dentro del líquido. un proceso llamado sonicación. Pero ambos procesos "requieren mucha energía, "Varanasi dice, "y cuanto más finas son las gotas, más energía se necesita ". Por el contrario, "nuestro enfoque es muy económico en términos de energía, " él añade.

"La clave para superar esa separación es tener muy poco gotitas a nanoescala, "Guha explica." Cuando las gotas son pequeñas, la gravedad no puede vencerlos, "y pueden permanecer suspendidos indefinidamente.

Para el nuevo proceso, el equipo instaló un depósito de aceite con un surfactante agregado que puede unirse tanto a las moléculas de aceite como de agua. Lo colocaron dentro de una cámara con aire muy húmedo y luego enfriaron el aceite. Como un vaso de agua fría en un caluroso día de verano, la superficie más fría hace que el vapor de agua se precipite. El agua de condensación luego forma gotas en la superficie que se esparcen a través de la mezcla de aceite y surfactante, y los tamaños de estas gotas son bastante uniformes, el equipo encontró. "Si obtienes la química correcta, puede obtener la dispersión adecuada, "Dice Guha. Al ajustar la proporción de surfactante en el aceite, los tamaños de las gotas pueden controlarse bien.

En los experimentos, el equipo produjo emulsiones a nanoescala que se mantuvieron estables durante períodos de varios meses, en comparación con los pocos minutos que tarda la misma mezcla de aceite y agua en separarse sin el tensioactivo añadido. "Las gotas permanecen tan pequeñas que son difíciles de ver incluso bajo un microscopio, "Dice Guha.

A diferencia de los métodos de agitación o sonicación, que toman el grande, separar masas de aceite y agua y hacer que gradualmente se descompongan en gotas más pequeñas (un enfoque "de arriba hacia abajo"), el método de condensación comienza de inmediato con las gotas diminutas que se condensan a partir del vapor, que los investigadores llaman un enfoque de abajo hacia arriba. "Al cubrir las gotitas de agua a nanoescala recién condensadas con aceite, estamos aprovechando la naturaleza inherente de los fenómenos de cambio de fase y propagación, "Dice Varanasi.

"Nuestro enfoque de abajo hacia arriba para crear emulsiones a nanoescala es altamente escalable debido a la simplicidad del proceso, "Dice Anand." Hemos descubierto muchos fenómenos nuevos durante este trabajo. Hemos descubierto cómo la presencia de surfactante puede cambiar las interacciones entre el aceite y el agua en tales condiciones, promover la propagación del aceite sobre las gotas de agua y estabilizarlas en la nanoescala ".

El equipo dice que el enfoque debería funcionar con una variedad de aceites y tensioactivos, y ahora que se ha identificado el proceso, sus hallazgos "brindan una especie de guía de diseño para que alguien la use" para un tipo particular de aplicación, Dice Varanasi.

"Es algo tan importante, " él dice, porque "los alimentos y los productos farmacéuticos siempre tienen una fecha de caducidad, "ya menudo eso tiene que ver con la inestabilidad de las emulsiones que contienen. Los experimentos utilizaron un surfactante particular que se usa ampliamente, pero hay muchas otras variedades disponibles, incluidos algunos que están aprobados para productos de calidad alimentaria.

Además, Guha dice, "Imaginamos que podría utilizar varios líquidos y hacer emulsiones mucho más complejas". Y además de utilizarse en la alimentación, productos cosméticos, y drogas, el método podría tener otras aplicaciones, como en la industria del petróleo y el gas, donde los fluidos como los "lodos" de perforación enviados a los pozos también son emulsiones, Dice Varanasi.

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.