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La manipulación de gotas está despertando un gran interés en varios campos, como las aplicaciones tecnológicas y los estudios básicos en sistemas dinámicos. La comunidad del Lab-on-a-chip y la microfluídica está especialmente interesada en la manipulación precisa de pequeños volúmenes de fluidos, la microfluídica de gotas. Una investigación llevada a cabo por el Cluster de Microfluídica de la UPV/EHU ha descubierto que un anillo superparamagnético se forma espontáneamente alrededor de una gota de agua cuando un ferrofluido de base oleosa está en contacto con la gota bajo la influencia de un campo magnético y varía en función de la fuerza del campo magnético aplicado.
El anillo está formado por un ferrofluido de base oleosa, una suspensión estable de partículas ferromagnéticas en una fase oleosa. Aparece espontáneamente debido a la interacción interfacial aceite-agua bajo la influencia de un campo magnético. "La interacción ferrofluido-agua se asemeja a una magdalena, con el anillo circundante solo en la base de la gota", explica la profesora de Ikerbasque Lourdes Basabe, que dirige el grupo. El anillo es análogo a un imán anular de materia blanda, "que estabiliza las gotas en una superficie y evita que se mezclen". Y estas gotas de agua pueden moverse con precisión desplazando el campo magnético externo", añadió.
El profesor de la UPV/EHU Fernando Benito-López, investigador principal del clúster, explicó que "bajo un campo magnético las gotas de agua pueden quedar encapsuladas en el ferrofluido, y ser movidas a distancia desplazando un imán, gracias a las propiedades magnéticas del ferrofluido. Incluso cuando se unen mecánicamente dos o más "bizcochos", las gotas de agua no se mezclan, porque sus anillos de ferrofluido se fusionan para formar una barrera física aislante. Además, al ser paramagnético, si se retira el imán, si se elimina el campo magnético, el efecto desaparece, es decir, es una estructura conmutable, y estas gotas pueden mezclarse apagando el campo magnético. Asimismo, este conjunto podría formarse encima de un sustrato o, como una magdalena colgante, en la parte inferior de un sustrato". Se trata de gotas de tamaño milimétrico, que contienen volúmenes a escala de microlitros, por lo que "se abren múltiples posibilidades para manejar volúmenes tan pequeños", añadió.
Un nuevo y ventajoso enfoque de la microfluídica de gotas de superficie abierta.
Ambos investigadores afirman que este hallazgo "hace posible la manipulación robusta, controlable y programable de las gotas de agua encerradas. Este trabajo abre la puerta a nuevas aplicaciones en microfluídica invertida o de superficie abierta, sienta las bases para nuevos estudios sobre las interacciones entre dos líquidos inmiscibles y podría dar lugar a nuevos estudios, un nuevo conocimiento relacionado con la interacción líquido-líquido. También revelan que el uso de este anillo para manipular una gota colgante es el primer ejemplo de manipulación magnética de gotas en una superficie invertida, lo que abre el camino a nuevas aplicaciones.
Se trata de una investigación básica que puede tener aplicaciones actualmente desconocidas, pero por el momento enumeran una serie de posibilidades, como "el desarrollo de dispositivos de detección de líquidos, reacciones químicas a microescala con pequeñas cantidades de reactivos, análisis de células individuales, detección de sustancias en aerosoles, etc.".
Ahora, "queremos averiguar lo pequeñas que pueden ser estas gotas. Nos gustaría explorar el desarrollo de nuevas tecnologías microfluídicas, es decir, la manipulación de volúmenes muy pequeños, o desarrollar los sistemas generados a través de este proyecto para producir dispositivos de análisis de fluidos basados en propiedades magnéticas, o al menos explotar esas propiedades de alguna manera", dijeron.
Fuentes, créditos y referencias:
Vahid Nasirimarekani et al, Tunable Superparamagnetic Ring (tSPRing) for Droplet Manipulation, Advanced Functional Materials (2021). DOI: 10.1002/adfm.202100178