Controlan el movimiento de pequeñas gotas de agua mediante magnetismo

Unos científicos han presentado y caracterizado la formación y propiedades de un anillo superparamagnético, que se ajusta con precisión alrededor de una gota de agua, debido a la interacción líquido-líquido, y permite la manipulación física de las gotas.

La manipulación de gotas individuales está adquiriendo un gran interés en varios campos, incluyendo aplicaciones tecnológicas y estudios fundamentales en sistemas dinámicos. La comunidad de la microfluídica y del “laboratorio en un chip” está especialmente interesada en la manipulación precisa de pequeños volúmenes de fluidos, la microfluídica de gotas.

Una investigación llevada a cabo por el Clúster de microfluídica de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) ha constatado que un anillo superparamagnético se forma espontáneamente alrededor de una gota de agua cuando un ferrofluido a base de aceite está en contacto con la gota bajo la influencia de un campo magnético y varía según la intensidad del campo magnético que se aplique.

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 Lourdes Basabe, profesora Ikerbasque y directora del clúster. El anillo es análogo a un imán anular de materia blanda, “que estabiliza las gotas en una superficie, evitando que se mezclen. Y estas gotas de agua pueden moverse con precisión mediante el desplazamiento del campo magnético externo”, añade.

De izquierda a derecha: Fernando Benito López, Vahid Nasirimarekani y Lourdes Basabe Desmonts, autores del trabajo de investigación y desarrollo. (Foto: UPV/EHU)

El profesor de la UPV/EHU Fernando Benito López, investigador principal del clúster, explica que “bajo un campo magnético se pueden encapsular las gotas de agua con el ferrofluido, y se pueden mover de forma remota, moviendo un imán, gracias a las propiedades magnéticas del ferrofluido. Incluso cuando se juntan mecánicamente dos o más ‘magdalenas’, las gotas de agua no se mezclan, porque sus anillos de ferrofluido se fusionan para formar una barrera física aislante. Además, como es paramagnético, si se quita el imán, si se quita el campo magnético, el efecto desaparece; es decir, es una estructura conmutable, y esas 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 milimétricas, que contienen cantidades de agua del orden de los microlitros, y “por lo tanto, se abren múltiples posibilidades para el manejo de volúmenes tan pequeños”, añade.

Ambos investigadores afirman que este avance “permite una manipulación robusta, controlable y programable de las gotas de agua encerradas. Este trabajo abre la puerta a nuevas aplicaciones en la microfluídica invertida o de superficie abierta, sienta las bases para nuevos estudios sobre interacciones entre dos líquidos inmiscibles y puede dar lugar a nuevos estudios, a nuevo conocimiento, de la interacción liquido-liquido”. Asimismo, revelan que el uso de este anillo para la manipulación de una gota colgante es el primer ejemplo de manipulación magnética de gotas en una superficie invertida, lo que abre la puerta a nuevas aplicaciones.

Se trata de una investigación fundamental que puede tener aplicaciones actualmente no conocidas, pero de momento enumeran una serie de posibilidades, como “el desarrollo de dispositivos sensóricos para líquidos, reacciones químicas en la microescala con pequeña cantidad de reactivos, análisis de células individuales, detección de substancias en aerosoles…”.

Ahora, “queremos llegar a saber cómo de pequeñas pueden llegar a ser esas 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 fabricar dispositivos de análisis de fluidos basados en propiedades magnéticas o, por lo menos, aprovechar esas propiedades de alguna manera”, afirman.

Los investigadores agradecen la financiación europea obtenida gracias al proyecto europeo MAMI, “una red internacional de formación de estudiantes de doctorado, integrada por un consorcio de grupos de investigación y empresas multidisciplinares de seis países, para desarrollar nuevas tecnologías en torno al uso de materiales magnéticos, que nos ha permitido contratar a gente que viene con una motivación muy grande”. Además, se felicitan de que este gran hallazgo se haya conseguido “en un grupo de investigación joven, lo cual demuestra que en la UPV/EHU se puede hacer una investigación de primer nivel”.

Lourdes Basabe Desmonts, Fernando Benito López y Vahid Nasirimarekani exponen los detalles técnicos de su trabajo pionero en la revista académica Advanced Functional Materials, bajo el título “Tunable Superparamagnetic Ring (tSPRing) for Droplet Manipulation”. (Fuente: UPV/EHU)