Diminutas esferas autopropulsadas, midiendo solo micrómetros, se mueven más rápido sobre una superficie de silicona hidrófoba que sobre vidrio hidrófilo. "Casi nadie se había dado cuenta de que el sustrato importa, "dice Stefania Ketzetzi, el investigador que descubrió el efecto, lo investigó y lo explicó. Ella publica sobre eso en la revista. Cartas de revisión física .

"Este fue un descubrimiento accidental, "dice Ketzetzi, un científico del grupo Daniela Kraft, que investiga a los micro nadadores. Estas son pequeñas esferas coloidales que miden solo micrómetros. La mitad de la esfera está cubierta por una fina capa de platino.

Diminutos cohetes

Cuando estas partículas se suspenden en una solución de peróxido de hidrógeno, el platino actúa como catalizador. Promueve la reacción química del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. La formación de productos de reacción en un lado de la partícula crea un flujo de fluido que impulsa la partícula como un cohete diminuto. Debido a su autopropulsión, se denominan partículas "activas". Un día, pueden aplicarse como piezas de motor para micro-robots.

"Me topé con el efecto de sustrato mientras trabajaba en un proyecto para el que necesitaba usar vidrios recubiertos de polímero como sustratos, "dice Ketzetzi sobre la publicación en Cartas de revisión física . "Esos sustratos eran altamente hidrófilos. Noté que los mismos nadadores se movían mucho más lento. ¿Por qué?" Junto con el líder del grupo Kraft, decidió investigar.

Siliconas

Los investigadores comprobaron sistemáticamente si las cargas eléctricas de los sustratos importaban para la velocidad, pero esto no arrojó un resultado claro. La rugosidad de los sustratos tampoco arrojó una correlación. Luego, decidieron probar sustratos con diferente hidrofobicidad:el polidimetilsiloxano hidrofóbico ('siliconas') versus vidrio y polietileno hidrofílico. Resulta que el deslizamiento del sustrato marca la diferencia en las velocidades de propulsión:los diminutos cohetes alcanzaron una velocidad de 2,8 micrómetros por segundo en siliconas, versus 1 micrómetro por segundo en los otros sustratos.

Una medida de hidrofobicidad es el ángulo de contacto, el ángulo que forma la superficie de una gota de agua con una superficie sólida. Sobre sustratos hidrofílicos, las gotas se esparcen ampliamente y el ángulo de contacto es pequeño. Sobre sustratos hidrofóbicos, el ángulo de contacto es mayor, típicamente más de 90 grados. Los investigadores encontraron que para ángulos de contacto similares, las velocidades también eran similares, mientras que un ángulo de contacto más alto también significa una mayor velocidad.

Se encontró una explicación con la ayuda del físico teórico Joost de Graaf de la Universidad de Utrecht. El ángulo de contacto de la solución sobre el sustrato se relaciona con el deslizamiento del sustrato. Cuanto mayor sea el ángulo de contacto, cuanto más resbaladizo sea el sustrato, y así más fácil para el fluido fluir a lo largo de él.

Resbaladizo

"Resulta que el deslizamiento del sustrato marca la diferencia en las velocidades de propulsión, ", dice Ketzetzi. La propulsión proviene de flujos de fluido alrededor de la partícula. Cuando una partícula se mueve sobre un sustrato, parte de estos flujos fluirá entre la partícula y la superficie. Esto será más fácil en resbaladizo, Superficies hidrofóbicas.

Por otra parte, Ketzetzi dice:fluyendo sobre superficies hidrofílicas, el agua siente más resistencia, por lo que los flujos de propulsión tienen más dificultades para moverse entre la partícula y la superficie. Esto dificultará la propulsión del coloide, lo que resulta en nadadores más lentos sobre superficies hidrófilas.

El siguiente paso, Ketzetzi dice:es investigar cómo usar esto. Uno podría pensar en aplicaciones como lab-on-a-chip, un laboratorio químico en miniatura, o de la administración de fármacos, donde los medicamentos se dirigen y se envían a lugares específicos del cuerpo. Ketzetzi:"En las aplicaciones, los nadadores tendrán que autopropulsarse en entornos complejos con paredes y obstáculos limitantes. Es importante comprender el efecto que estos tienen en el nadador. Con este nuevo conocimiento, podemos entender y posiblemente controlar el comportamiento de los micro nadadores ".