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Ingenieros mecánicos logran controlar y guiar la dispersión de líquidos

Aunque el experimento está en una primera etapa, los expertos ya piensan en sus futuras aplicaciones


Un informe publicado en la revista Nature pone de manifiesto el descubrimiento de un material capaz de controlar y guiar, de manera metódica, las gotas que están en su superficie, gracias a una serie de estructuras con forma de pilares. Financiada por la National Science Foundation, la DARPA, y Northrop Grumman, el grupo de expertos sostiene que esta nueva invención dará lugar a una gama diversa de aplicaciones en el ámbito de la biología y de la electrónica. Por Guillermo Melis.




Una gota simétrica (arriba) se forma en una superficie  recta con nano-pilares, mientras que en una superficie inclinada con pilares (abajo) de la gota es asimétrica,  que se extiende sólo a la derecha. MIT News.
Una gota simétrica (arriba) se forma en una superficie recta con nano-pilares, mientras que en una superficie inclinada con pilares (abajo) de la gota es asimétrica, que se extiende sólo a la derecha. MIT News.
Un grupo de expertos del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) obtuvo con éxito la creación de una serie de estructuras, sobre la superficie de un material, que tienen la capacidad de lograr que una gota de cualquier líquido sea dirigida o guiada en una única dirección, informa el citado Instituto en un comunicado.

Esther y Harold E. Edgerton, profesores adjuntos de Ingeniería Mecánica, Evelyn N. Wang y los estudiantes de posgrado Kuang-Han Chu y Xiao Rong, son los autores de este nuevo hallazgo. Según explican, la investigación de este trabajo está en una etapa temprana; no obstante, Wang sostiene, de manera optimista, que este método "podría utilizarse para una amplia variedad de aplicaciones".

Este avance marca un cambio en la forma de tratar los materiales convencionales, puesto que la estructura de la superficie evita la dispersión de las gotas. "Nadie había realmente estudiado este tipo de geometría, porque es muy difícil de fabricar", afirma Wang.

El secreto de los pilares

El material que Wang y su equipo de trabajo presentaron es completamente infalible, puesto que presenta una superficie con una textura en forma de pilares pequeños. De este modo, el líquido puede viajar en un solo sentido, es decir, una gota colocada en cualquier parte de la superficie logra explorar una única dirección.

El informe publicado en la revista Natura Materials explica que, una vez preparada la superficie del material, no es posible la aplicación de controles mecánicos o eléctricos para impulsar el líquido en la dirección que uno lo desea, puesto que la apariencia de la superficie controla la circulación de las gotas.

Los elementos que se utilizaron para las pruebas (chips) fueron grabados en un plano de silicio para generar una retícula de pilares diminutos, que más tarde fueron recubiertos por oro con el objetivo de hacer doblar los pilares en una dirección.

Uno de los problemas que se les presentó a los expertos fue el de comprobar si el efecto causado era ocasionado por las formas de inclinación o por un proceso químico entre el silicio y el oro. Con la intervención del grupo de la profesora Karen Gleason, del Departamento de Ingeniería Química, lograron cubrir la superficie con una capa delgada de polímero. De esta manera se aseguraban que el agua entrara en contacto con un solo tipo de material.

Para sorpresa de algunos ingenieros, la experiencia arrojó resultados extraordinarios: todos los pilares diminutos se curvaron en una sola dirección, ocasionando que el líquido recorriese de manera satisfactoria ese único sentido.

Un paso hacia el mañana

Hasta ayer, los investigadores sólo podían controlar la cantidad de líquido que se expandía en una superficie. Hoy, gracias a los ingenieros mecánicos del MIT, es posible manipular el recorrido de las gotas a través de esta estructura. Este reciente instrumento abre las puertas hacia una nueva tecnología, capaz de ser aplicada en el terreno de la electrónica, la biología, la medicina y el medio ambiente.

Por ejemplo, podría proporcionar un nuevo y revolucionario método para manipular las moléculas biológicas en la superficie de un chip, con el objetivo práctico de probar diversos sistemas de medición. O podría utilizarse para un control más preciso de los líquidos de refrigeración en un microchip, enviando el refrigerante hacia puntos clave en lugar de dejar que se expanda por todo el material.

También su aplicación tendría lugar en el medio ambiente, puesto que podrá ser utilizada en los sistemas de desalación para ayudar a trasladar el agua que se condensa en una superficie hacia un sistema de recogida. Cabe destacar que la potabilización del agua de mar podría solucionar el problema del agua potable. A su vez, las micromatrices de ADN brindarán su aporte en la investigación médica, como también las impresoras de inyección de tinta y los sistemas digitales como "el laboratorio-en-un-chip".

El criterio de sus colegas

El profesor Mark Shannon de la University of Illinois at Urbana-Champaign considera, al igual que Wang, que el fruto de este proyecto brindará un aluvión de ideas y una multiplicidad de aplicaciones, incluyendo el laboratorio de biomédica-en-un-chip para la detección de biomoléculas específicas en la sangre. "Esta investigación ayudará a permitir estas operaciones", afirma.

"La manipulación de la gotita, pesadamente, ha sido desarrollada para mover muestras de la estación a la estación para pasos de análisis diferentes y este nuevo método podría proporcionar un modo útil de hacer esto con exigencias de energía mínimas, pero, de ser así, requerirá la capacidad de crear múltiples regiones sobre la superficie que propulse el líquido en direcciones diferentes".

Howard Stone, profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad Princeton, que no estuvo implicado en este trabajo, dice que los investigadores han tomado varios caminos para revestir la superficie. Según Stone, "Este avance de la investigación es una buena adición para modelar la estructura y controlar la circulación del líquido", concluye.

Jueves, 1 de Abril 2010
Guillermo Melis
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