Un nuevo sistema desarrollado por ingenieros en el Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts podr\u00eda permitir controlar la forma en que el agua se mueve sobre una superficie, utilizando s\u00f3lo la luz.<\/p>\n
Este avance puede abrir la puerta a tecnolog\u00edas como dispositivos de diagn\u00f3stico microflu\u00eddico cuyos canales y v\u00e1lvulas podr\u00edan ser reprogramados sobre la marcha, o sistemas de campo que podr\u00edan separar el agua del petr\u00f3leo en una plataforma de perforaci\u00f3n, dicen los investigadores.<\/p>\n
El sistema, publicado en la revista Nature Communications, fue desarrollado por un equipo liderador por el profesor asociado de ingenier\u00eda mec\u00e1nica Kripa Varanasi.<\/p>\n
El objetivo inicial del proyecto era encontrar formas de separar el petr\u00f3leo del agua, por ejemplo, para tratar la espumosa mezcla de agua salada y petr\u00f3leo crudo producida en ciertos pozos petroleros. Cuanto m\u00e1s se mezclan estas mezclas \u2013 cuanto m\u00e1s finas sean las gotitas \u2013 m\u00e1s dif\u00edcil ser\u00e1 separarlas. A veces se utilizan m\u00e9todos electrost\u00e1ticos, pero \u00e9stos requieren mucha energ\u00eda y no funcionan cuando el agua es muy salina, como suele ser el caso. En cambio, el equipo explor\u00f3 el uso de superficies \u201cfotorreactivas\u201d, cuyas respuestas al agua pueden ser alteradas por la exposici\u00f3n a la luz.<\/p>\n
Al crear superficies cuyas interacciones con el agua -una propiedad conocida como humectabilidad- podr\u00edan ser activadas por la luz, los investigadores descubrieron que podr\u00edan separar directamente el aceite del agua causando que las gotitas individuales de agua se unieran y se extendieran por la superficie. Cuanto m\u00e1s se fusionan las gotitas de agua, m\u00e1s se separan del aceite.<\/p>\n
Los materiales fotosensibles han sido ampliamente estudiados y utilizados; Un ejemplo es el ingrediente activo en la mayor\u00eda de los filtros solares, di\u00f3xido de titanio, tambi\u00e9n conocido como titania. Pero la mayor\u00eda de estos materiales, incluida la titania, responden principalmente a la luz ultravioleta y casi nada a la luz visible. Sin embargo, s\u00f3lo alrededor del 5 por ciento de la luz solar est\u00e1 en el rango ultravioleta. As\u00ed que los investigadores descubrieron una manera de tratar la superficie de titania para que sea sensible a la luz visible.<\/p>\n
Lo hicieron utilizando primero una t\u00e9cnica de deposici\u00f3n capa por capa para construir una pel\u00edcula de part\u00edculas de titania unidas a pol\u00edmero sobre una capa de vidrio. Luego se recubrieron el material con un simple tinte org\u00e1nico.<\/p>\n
La superficie resultante result\u00f3 ser muy sensible a la luz visible, produciendo un cambio en la humectabilidad cuando se expone a la luz solar que es mucho mayor que la de la propia titania. Cuando se activaba por la luz del sol, el material demostr\u00f3 ser muy eficaz en \u201cdesmulsionar\u201d la mezcla de aceite y agua, consiguiendo que el agua y el aceite se separaran entre s\u00ed.<\/p>\n
\u201cNos inspir\u00f3 el trabajo en fotovoltaica, donde la sensibilizaci\u00f3n de tinte se utiliz\u00f3 para mejorar la eficiencia de absorci\u00f3n de la radiaci\u00f3n solar\u201d, dice en un comunicado Varansi. \u201cEl acoplamiento del colorante a las part\u00edculas de titania permite la generaci\u00f3n de portadores de carga a la iluminaci\u00f3n de la luz, lo que crea una diferencia de potencial el\u00e9ctrico que se establece entre la superficie y el l\u00edquido tras la iluminaci\u00f3n y conduce a un cambio en las propiedades humectantes\u201d.<\/p>\n
\u201cEl agua salina se extiende en nuestra superficie bajo iluminaci\u00f3n, pero el petr\u00f3leo no lo hace\u201d, dice Gibum Kwon, miembro del equipo y ahora profesor asistente en la Universidad de Kansas. \u201cEncontramos que pr\u00e1cticamente toda el agua de mar se extender\u00e1 en la superficie y se separar\u00e1 del crudo, bajo luz visible\u201d.<\/p>\n
El mismo efecto tambi\u00e9n podr\u00eda ser utilizado para impulsar gotitas de agua a trav\u00e9s de una superficie, como el equipo demostr\u00f3 en una serie de experimentos. Mediante el cambio selectivo de la humectabilidad del material usando un haz de luz m\u00f3vil, una gotita puede dirigirse hacia el \u00e1rea m\u00e1s mojable, impuls\u00e1ndola en cualquier direcci\u00f3n deseada con gran precisi\u00f3n. Tales sistemas podr\u00edan dise\u00f1arse para fabricar dispositivos microflu\u00eddicos sin l\u00edmites o estructuras integrados. El movimiento del l\u00edquido \u2013 por ejemplo una muestra de sangre en un laboratorio de diagn\u00f3stico sobre un chip \u2013 estar\u00eda completamente controlado por el patr\u00f3n de iluminaci\u00f3n proyectado sobre \u00e9l.<\/p>\n
\u201cAl estudiar sistem\u00e1ticamente la relaci\u00f3n entre los niveles de energ\u00eda del colorante y la humectabilidad del l\u00edquido en contacto, hemos creado un marco para el dise\u00f1o de estos sistemas de manipulaci\u00f3n de l\u00edquidos guiados por luz\u201d, dice Varanasi. \u201cAl elegir el tipo de tinte adecuado, podemos crear un cambio significativo en la din\u00e1mica de las gotitas. Es un movimiento inducido por la luz \u2013 un movimiento sin contacto de las gotitas\u201d.<\/p>\n
La humectabilidad conmutable de estas superficies tiene otro beneficio: pueden ser en gran medida autolimpiantes. Cuando la superficie se cambia de atrayente de agua (hidr\u00f3filo) a repelente de agua (hidr\u00f3fobo), cualquier agua en la superficie se expulsa, llevando consigo cualquier contaminante que se haya acumulado.<\/p>\n
Dado que el efecto fotorreactivo se basa en el revestimiento de tinte, puede ajustarse muy bien seleccionando entre los miles de tintes org\u00e1nicos disponibles. Todos los materiales involucrados en el proceso son ampliamente disponibles y de bajo costo, y los procesos para logarlos son comunes.<\/p>\n
Fuente:<\/strong> Agencia ID<\/p>\n
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