Superficies capaces de controlar activamente cómo se mueven sobre ellas fluidos o partículas

Unos investigadores han desarrollado una nueva forma de fabricar superficies que pueden controlar activamente cómo se mueven por ellas fluidos o partículas. El trabajo posibilitaría la creación de nuevos tipos de dispositivos biomédicos o microfluídicos, así como mejoras espectaculares en sistemas de todo tipo existentes, logrando por ejemplo paneles solares que podrían autolimpiarse automáticamente del polvo y la arenilla.

La inmensa mayoría de las superficies son pasivas. Dependen de la gravedad, u otras fuerzas, para mover fluidos o partículas.

Un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, y la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales, en Arabia Saudí, decidió usar campos externos, tales como campos magnéticos, para hacer activas a las superficies, permitiendo así un control preciso sobre el comportamiento de partículas o gotas moviéndose sobre ellas.

El sistema desarrollado por Kripa Varanasi, Karim Khalil y sus colaboradores utiliza una superficie con microtexturas, con baches y crestas de apenas unos pocos micrómetros de diámetro, que es impregnada con un fluido el cual puede ser manipulado; por ejemplo, un aceite conteniendo diminutas partículas magnéticas, o ferrofluido, que puede ser empujado o arrastrado mediante la aplicación de un campo magnético sobre la superficie. Cuando gotas de agua o partículas pequeñísimas son colocadas en dicha superficie, las cubre una fina capa de fluido, formando un manto magnético.

El delgado manto magnetizado puede entonces tirar de la gota o la partícula a medida que la propia capa es arrastrada magnéticamente a través de la superficie. Las diminutas partículas ferromagnéticas en el ferrofluido, de aproximadamente 10 nanómetros de diámetro, permitirían un control de gran precisión cuando fuera necesario, por ejemplo en un dispositivo microfluídico utilizado para análisis de muestras biológicas o químicas, mezclándolas con varios tipos de reactivos. A diferencia de los canales fijos de los sistemas microfluídicos convencionales, tales superficies podrían tener canales “virtuales” que podrían ser reconfigurados a voluntad.

Si bien otros investigadores han desarrollado sistemas que usan el magnetismo para mover partículas o fluidos, requieren que el material que se mueve sea magnético, y campos magnéticos muy fuertes para moverlo. El nuevo sistema, que produce una superficie superdeslizante que permite a los fluidos y partículas resbalar con apenas fricción, necesita mucha menos fuerza para mover estos materiales. Esto permitirá conseguir altas velocidades al aplicar fuerzas pequeñas.

El nuevo método podría ser útil para una amplia variedad de aplicaciones: Por ejemplo, los paneles solares y espejos utilizados en sistemas de energía solar de concentración pueden perder un porcentaje notable de su eficiencia cuando en sus superficies se acumulan polvo, humedad u otros materiales. Pero si estuviesen recubiertos con tal material de superficie activa, podría emplearse un breve pulso magnético para barrer esos materiales indeseables acumulados.

Una ventaja del nuevo sistema de superficie activa es su eficacia con una amplia cantidad de sustancias contaminantes superficiales.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Seyed Reza Mahmoudi, del MIT, y Numan Abu-dheir, de la Universidad Rey Fahd de Petróleo y Minerales.

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