Cierto tipo de gotas de aceite cambia de forma cuando se enfría y se encoge: de esféricas a icosaédricas a hexagonales planas. Dos teorías en competencia no pudieron explicar esto por completo, pero ahora, una Carta de revisión física de Ireth García-Aguilar y Luca Giomi resuelve el misterio.
Fue un descubrimiento accidental. Investigadores búlgaros de la Universidad de Sofía estaban estudiando pequeñas gotas aceitosas de alcanos en agua, estabilizadas con moléculas de tensioactivo similares al jabón. “Son similares a las gotas de emulsión de la mayonesa”, dice Luca Giomi, “y además, están encerradas en una monocapa congelada de moléculas de alcano y tensioactivos”.
Cuando los búlgaros estaban jugando con ellos, se dieron cuenta de que algo especial estaba pasando. Cuando se bajó la temperatura, las gotas cambiaron de formas esféricas ordinarias a formas icosaédricas extrañas, parecidas a cristales. A temperaturas aún más bajas, se transformaban en rombos o hexágonos de cuatro lados, con tentáculos en crecimiento en las esquinas.
Casi al mismo tiempo, otro grupo de la Universidad Bar-Ilan en Israel dirigido por Eli Sloutskin, coautor de esta carta, hizo observaciones similares y se dio cuenta de que las gotas pequeñas eran más propensas a cambiar de forma en comparación con las gotas grandes.
Gotas De Líquido Hexagonales. Crédito: N Denkov et al. Naturaleza 1-4 (2015) doi:10.1038/naturaleza16189
aves
“Esto es inspirador, es muy exótico y es algo que no esperarías”, dice Giomi. Normalmente, las láminas elásticas grandes son más flexibles y más propensas a doblarse que las láminas pequeñas. “Uno puede verificar esto sujetando una hoja de papel por un lado: una hoja A4 se doblará inmediatamente por su propio peso, pero una hoja más pequeña, como un sello de correos, permanecerá recta. Cuanto más grande es la lámina, mayor es el torque que experimenta, más fácil se dobla”.
El grupo de la Universidad de Sofía avanzó una teoría en la que una capa delgada especial debajo de la capa de tensioactivos causa los bordes, "pero más tarde, las imágenes de microscopía detalladas del laboratorio de Sloutskin no vieron esa capa", dice Giomi.
Para explicar las transformaciones de forma, así como la dependencia del tamaño anómalo, los físicos de Leiden tuvieron que incluir en su modelo cuatro ingredientes diferentes: tensión superficial, gravedad, defectos y curvatura espontánea. Este último es un efecto de la forma de las moléculas que forman la capa sólida. Cuando las moléculas largas se apilan como fósforos en una caja, la interfaz es plana, pero cuando uno de los extremos de las moléculas es más grueso que el otro, la membrana resultante puede tener una curvatura preferida.
tentáculos extraños
Mientras que los defectos y la gravedad tienden a doblar las gotas, la tensión superficial tiende a restaurar la forma esférica. Pero, en presencia de curvatura espontánea, este efecto se vuelve más débil a medida que las gotas se vuelven más pequeñas, lo que hace que las gotas pequeñas sean propensas a facetas. Esto explica el comportamiento misterioso, escriben los investigadores en un artículo en Physical Review Letters.
Sin embargo, queda una cosa por explicar: los extraños tentáculos que se desarrollan a las temperaturas más bajas. “Pero tenemos ideas”, dice Giomi.
Este tipo de investigación es fundamental y está impulsado por la curiosidad, agrega. Sin embargo, el comportamiento de las células vivas es siempre una inspiración. “Las células biológicas tienen una extraordinaria capacidad de cambiar de forma en diferentes circunstancias”.
Uno de los temas de investigación de Giomi es cómo las células cancerosas logran separarse de su tumor principal y migrar dentro del cuerpo para formar metástasis mortales. Giomi: “Las células cancerosas tienen que sufrir cambios drásticos de forma para poder hacerlo”. Comprender cómo los objetos simples del tamaño de una micra pueden ajustar su forma de forma autónoma puede ser fundamental para descifrar estos procesos.
Referencia: “Faceting and Flattening of Emulsion Droplets: A Mechanical Model” por Ireth García-Aguilar, Piermarco Fonda, Eli Sloutskin y Luca Giomi, 21 de enero de 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.038001
