Los investigadores han desarrollado una técnica mediante la cual pueden encapsular espontáneamente gotas microscópicas de emulsión de agua y aceite en una pequeña esfera hecha de cristales de sal, algo así como un diminuto balón de fútbol de origami que se autoconstruye lleno de líquido. El proceso, al que llaman 'origami capilar de cristal', podría usarse en una variedad de campos, desde la administración más precisa de medicamentos hasta dispositivos médicos a nanoescala. La técnica se describe en un artículo que aparece en la revista Nanoscale el 21 de septiembre.

La acción capilar, o 'capilaridad', será familiar para la mayoría de las personas como la forma en que el agua u otros líquidos pueden moverse por tubos estrechos u otros materiales porosos aparentemente desafiando la gravedad (por ejemplo, dentro de los sistemas vasculares de las plantas, o incluso más simplemente , el dibujo de pintura entre los pelos de un pincel). Este efecto se debe a las fuerzas de cohesión (la tendencia de las moléculas de un líquido a pegarse), lo que da como resultado la tensión superficial y la adhesión (su tendencia a pegarse a la superficie de otras sustancias). La fuerza de la capilaridad depende de la química del líquido, la química del material poroso y de las otras fuerzas que actúan sobre ambos. Por ejemplo, un líquido con una tensión superficial más baja que el agua no podría sostener a un insecto zancudo acuático.

Menos conocido es un fenómeno relacionado, la elastocapilaridad, que aprovecha la relación entre la capilaridad y la elasticidad de una lámina plana muy pequeña de un material sólido. En determinadas circunstancias, las fuerzas capilares pueden superar la resistencia a la flexión elástica de la lámina.

Esta relación se puede explotar para crear 'origami capilar' o estructuras tridimensionales. Cuando se coloca una gota de líquido sobre la lámina plana, esta última puede encapsular espontáneamente a la primera debido a la tensión superficial. El origami capilar puede adoptar otras formas, como arrugarse, doblarse o plegarse automáticamente en otras formas. La forma geométrica específica que termina tomando la estructura de origami capilar 3D está determinada tanto por la química de la hoja plana como por la del líquido, y por el diseño cuidadoso de la forma y el tamaño de la hoja.

Sin embargo, hay un gran problema con estos pequeños dispositivos. "Estas estructuras de origami autoensambladas convencionales no pueden ser completamente esféricas y siempre tendrán límites discontinuos, o lo que podría llamarse 'bordes', como resultado de la forma bidimensional original de la lámina", dijo Kwangseok Park, investigador principal. sobre el proyecto. Agregó:"Estos bordes podrían convertirse en defectos futuros con el potencial de fallar ante un mayor estrés". También se sabe que las partículas no esféricas son más desventajosas que las partículas esféricas en términos de captación celular.

El profesor Hyoungsoo Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica explicó:"Esta es la razón por la que los investigadores han estado buscando durante mucho tiempo sustancias que puedan producir una estructura de origami capilar completamente esférica".

Los autores del estudio han demostrado una esfera de origami de este tipo por primera vez. Mostraron cómo, en lugar de una hoja plana, el crecimiento de cristales de sal puede realizar una acción de origami capilar de manera similar. Lo que ellos llaman 'origami capilar de cristal' construye espontáneamente una cápsula de capa esférica suave a partir de estos mismos efectos de tensión superficial, pero ahora la encapsulación espontánea de un líquido está determinada por las condiciones elasto-capilares de los cristales en crecimiento.

Aquí, el término 'sal' se refiere a un compuesto de un ion con carga positiva y otro con carga negativa. La sal de mesa, o cloruro de sodio, es solo un ejemplo de sal. Los investigadores utilizaron otras cuatro sales:propionato de calcio, salicilato de sodio, tetrahidrato de nitrato de calcio y bicarbonato de sodio para envolver una emulsión de agua y aceite. Normalmente, una sal como el cloruro de sodio tiene una estructura cristalina cúbica, pero estas cuatro sales forman estructuras en forma de placas como cristalitos o "granos" (la forma microscópica que se forma cuando un cristal comienza a crecer por primera vez). Estas placas luego se autoensamblan en esferas perfectas.

Usando microscopía electrónica de barrido y análisis de difracción de rayos X, investigaron el mecanismo de tal formación y concluyeron que era la 'presión de Laplace' la que impulsa las placas de cristalito para cubrir la superficie de la emulsión. La presión de Laplace describe la diferencia de presión entre el interior y el exterior de una superficie curva provocada por la tensión superficial en la interfaz entre las dos sustancias, en este caso entre el agua salada y el aceite.

Los investigadores esperan que estas nanoestructuras autoensamblables puedan usarse para aplicaciones de encapsulación en una variedad de sectores, desde la industria alimentaria y cosmética hasta la administración de medicamentos e incluso dispositivos médicos diminutos. + Explora más

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