UC3M, medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas

by Lucio Villalba
0 comment

medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas

 

uc3m, medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas

Una investigación de la UC3M analiza cómo medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas

17/03/21

Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han publicado un trabajo científico que sienta las bases para desarrollar un método de medida más preciso de la viscosidad superficial en filamentos líquidos y membranas biológicas cuya superficie es viscosa. Este avance podría tener aplicaciones en el sector alimenticio, farmacéutico o en biomedicina.

El cilindro del filamento líquido se transforma espontáneamente en un conjunto de gotas

El cilindro del filamento líquido se transforma espontáneamente en un conjunto de gotas que pueden estar separadas por microfilamentos o bien por fluido del entorno. Crédito: UC3M.

Los filamentos líquidos se pueden encontrar en diversos contextos de la vida diaria, como el chorro de agua del grifo, el gel que utilizamos al ducharnos o la leche que ponemos en el café. A nivel biológico, están presentes en procesos que ocurren en el interior de los organismos, como en el estiramiento y rotura de vesículas, en la división celular o en los filamentos recubiertos de proteínas en el interior de las células, entre muchos otros. Además, tienen una importancia crucial en multitud de tecnologías donde se requiere un control preciso de la producción de gotas, como la impresión 3D y la manufactura aditiva, por ejemplo.

uc3m, medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas


alejandro-martinez-calvo

Estos filamentos líquidos son intrínsecamente inestables debido a la tensión superficial, dando lugar a un proceso en el que pequeñas perturbaciones se amplifican produciendo su fragmentación en gotas. Esto se puede ver, por ejemplo, en los filamentos de saliva que se forman en nuestro labios y eventualmente, debido a la fonación, acaban siendo expelidos y en forma de gotículas, o en el chorro de agua de la ducha que se “rompe” cuando es muy estrecho y acaba formando gotas pequeñas. “Esto se debe a que la esfera es la figura geométrica con menor superficie para un volumen dado fijo, por lo cual 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.

uc3m, medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas

alejandro-sevilla-santiago

En su investigación, publicada recientemente en la revista Physical Review Letters, han estudiado de forma teórica y numérica el caso en el que la superficie del filamento es viscosa, lo que ocurre cuando dicha superficie está recubierta por una concentración de moléculas (denominadas normalmente surfactantes). En algunos casos, estos tipos de moléculas son capaces de formar una estructura compleja que le confiere a la propia superficie cierta resistencia a fluir, la cual se manifiesta a través de la viscosidad superficial.

La medida del coeficiente de viscosidad superficial de filamentos líquidos y de membranas biológicas compuestas por estas moléculas es un reto a día de hoy, debido a la complejidad físico-química asociada al acoplamiento hidrodinámico de la superficie del filamento con su interior. En su trabajo, estos científicos han descubierto un nuevo régimen universal donde la fuerza de tensión superficial está en equilibrio dinámico con la fuerza viscosa superficial, dando lugar a un adelgazamiento exponencial del radio del filamento hasta que acaba adoptando la forma de gotas o vesículas esféricas, con un tiempo de decaimiento que solo depende de las propiedades de la superficie, entre las cuales se encuentran la viscosidad superficial.

Este trabajo supondría un paso significativo para el desarrollo de un método de medida no intrusivo de los coeficientes de viscosidad que tendría mayor precisión que los existentes en la actualidad. Los métodos de medida actuales hacen uso de partes mecánicas móviles que deforman la entrefase, como conos, placas, cilindros o anillos que se sitúan en la superficie y se mueven de forma controlada. Con estos métodos de carácter intrusivo se generan variaciones de la concentración de moléculas que dan lugar a fuerzas elásticas superficiales, además de las propias fuerzas viscosas superficiales que se pretenden medir. “En la configuración que hemos estudiado, la deformación de la entrefase no es inducida desde el exterior del sistema por métodos mecánicos, sino que ocurre de manera espontánea. De este modo, la técnica de medida que podría desarrollarse con nuestra idea sería no intrusiva, puesto que bastaría con medir mediante técnicas fotográficas el ritmo al que se deforma el filamento”, señalan los investigadores.

Referencia bibliográfica: Martínez-Calvo, A. Sevilla, A. (2020). Universal Thinning of Liquid Filaments under Dominant Surface Forces. Phys. Rev. Lett. 125, 114502 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.114502

https://www.revistanuve.com/placas-solares-40-mas-de-energia/
https://www.revistanuve.com/uc3m-la-covid-19-ha-acelerado-el-proceso-de-digitalizacion-y-aislamiento-socio-politico/
https://www.revistanuve.com/robot-subterraneo-inteligente-para-entornos-urbanos/

Artículos relacionados