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Súper plástico que atrae y repele el agua
Un método nuevo y práctico para hacer superficies con patrones de áreas que atraen y repelen fuertemente el agua podría conducir a un método altamente eficiente para capturar agua limpia. Este material versátil también podría encontrar usos en la fabricación de nuevos tipos de dispositivos para pruebas médicas y síntesis química.
Se puede modelar un nuevo material para repeler el agua en algunas áreas (gotas esféricas) y atraerla en otras (las planas). Las aplicaciones podrían incluir la recolección de agua en el desierto. (Imagen cortesía de Michael Rubner, MIT).
Los científicos han informado de numerosas aplicaciones de superficies que atraen el agua (superhidrófilas) y repelen el agua (superhidrófobas), incluidos anteojos y parabrisas que no se empañan, y trapos y cristales autolimpiantes. Ahora, un grupo de investigadores del departamento de ciencia e ingeniería de materiales del MIT ha combinado esas características opuestas en una sola superficie, mediante el uso de un proceso de fabricación simple y versátil.
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Robert Cohen , Michael Rubner , y sus colegas comenzaron ensamblando una película nanoestructurada hecha de capas alternas de polímeros cargados positiva y negativamente y nanopartículas de sílice. La estructura de la película y una capa de silano fluorado ceroso hacen que el agua gotee, formando esferas casi perfectas que se deslizan fácilmente. Para agregar las regiones superhidrófilas (a las que se adhieren las gotas de agua), los investigadores aplicaron un polímero naturalmente hidrófilo a áreas seleccionadas.
En las regiones secas del mundo, sin fácil acceso a agua limpia, este material podría usarse para recolectar agua. En esta aplicación, las áreas hidrofílicas del material atraerían humedad en el aire, recolectando gotas de agua que se acumulan, hasta que se derraman en las regiones hidrofóbicas y ruedan hacia un canal recolector. Actualmente, en países con acceso limitado a agua potable, los habitantes suelen utilizar grandes mallas de fibra de polipropileno para recolectar agua de la niebla.
La nueva tecnología proporcionaría un aumento de más de diez veces en la captura de agua en comparación con las redes ineficientes que se utilizan actualmente, dice Andrew Parker, biólogo de la Universidad de Oxford y del Museo de Historia Natural de Londres, que ha estudiado el escarabajo del desierto que inspiró el MIT. trabajo. Si el nuevo material pudiera agregarse simplemente a los techos de las casas en áreas sujetas a la niebla del desierto, dice Parker, entonces se podría obtener un suministro de agua con poco esfuerzo.
El laboratorio de Rubner también está llevando la técnica más lejos. Cuando recolectamos agua, tenemos una química integrada en el área hidrófila para que tenga un agente antibacteriano para matar las bacterias y otras cosas que causan daño, dice Rubner. Esto descontamina el agua a medida que se acumula para que el agua recolectada sea segura para su uso. Al aplicar esta técnica, los investigadores han podido matar bacterias dañinas comunes en cuatro minutos, dice.
El recubrimiento también podría encontrar usos en aplicaciones biomédicas para fabricar chips de microfluidos. Normalmente, los dispositivos de microfluidos contienen canales micrométricos cerrados grabados en placas de silicona, vidrio o plástico. Luego, los campos eléctricos o de presión impulsan pequeños volúmenes de fluidos, generalmente nanolitros, a lo largo de estos canales para pruebas de diagnóstico e investigación genética. Por ejemplo, para analizar la presencia de una determinada proteína en la sangre, puede tomar sangre en un canal y dirigirla a otro canal que contenga un reactivo químico que identifique la proteína.
En comparación con los microfluídicos convencionales, un chip de microfluidos basado en la nueva superficie tendría la ventaja de una mezcla más fácil, dice Rubner. En este momento, los chips necesitan bombas y válvulas que muevan el líquido para inducir la mezcla. En nuestro caso, puede mezclar los líquidos simplemente controlando la cantidad de líquido que pone en la superficie, dice. Con una pipeta, podría agregar cantidades precisas de líquido en dos ranuras hidrofílicas colocadas cerca una de la otra. A medida que agrega más líquido, las gotas sobresalen en el borde de las ranuras debido al área hidrofóbica circundante. Finalmente, las superficies abultadas se tocan y se mezclan. Ser capaz de confinar líquidos a una región pequeña podría proporcionar sitios de reacción densamente empaquetados con más control sobre la reacción, dice, ya que las gotas adyacentes no se mezclarán a menos que se las fuerce.
Si bien los usos exactos de este nuevo material aún son inciertos, abre muchas posibilidades, dice Kenneth Wynne , profesor de ingeniería química en la Virginia Commonwealth University. Modelar parches ultrahidrófilos en una superficie ultrahidrófoba de esta manera es nuevo y útil, dice.