Durante años, los científicos se han inspirado en la naturaleza para innovar soluciones a problemas difíciles, incluso derrames de petróleo, desastres provocados por el hombre con devastadoras consecuencias ambientales y económicas. Un nuevo estudio de la USC sigue el ejemplo de la estructura de la hoja para fabricar material que pueda separar el petróleo yagua, lo que podría conducir a métodos de limpieza de derrames de petróleo más seguros y eficientes.
Además, el material es capaz de "manipulación de microgotas" o la transferencia de volúmenes en miniatura de líquido. La microfluídica basada en gotitas es una herramienta utilizada en diversas aplicaciones como cultivos celulares, síntesis química y secuenciación de ADN.
Utilizando la impresión en 3-D, el profesor asociado Yong Chen y su equipo de investigación en la Escuela de Ingeniería Industrial y de Sistemas Daniel J. Epstein de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC han imitado con éxito un fenómeno biológico en las hojas de las plantas llamado "efecto Salvinia".Su estudio se centra en un helecho flotante nativo de América del Sur llamado Salvinia molesta. Las hojas únicas son súper hidrofóbicas, lo que significa "miedo al agua" y retienen una bolsa de aire circundante cuando están sumergidas en el agua debido a la presencia de pelos resistentes al agua.
"Creo que la razón por la cual la superficie de la planta es superhidrófoba es porque vive en el agua y requiere aire para sobrevivir", dijo Yang Yang, un investigador postdoctoral en el equipo de Chen. "Si no fuera por mucho tiempo-término evolución de esta planta, la planta podría sumergirse en agua y moriría "
estructura repelente al agua
En un nivel microscópico, los pelos de las hojas se alinean en una estructura que se asemeja a un batidor de huevos, o batidor de cocina. Chen explica que la superficie de la hoja de Salvinia se compone de esta estructura llamada "batidor de huevos" que es superhidrófoba.
Utilizando un método llamado impresión tridimensional de acumulación de superficie sumergida impresión ISA-3D, el equipo de investigación creó con éxito la microestructura del batidor de huevos en muestras hechas de plástico y nanotubos de carbono. Chen explica que el método permitió al equipo demostrarFabricación de un material con propiedades súper hidrofóbicas y oleófilas que absorben el aceite que, cuando se combinan, generan fuerzas capilares capaces de una separación altamente eficiente de aceite y agua.
"Intentamos crear una textura de superficie funcional que pudiera separar el aceite del agua", dijo Chen. "Básicamente, modificamos la superficie de los materiales mediante un enfoque de impresión en 3D que nos ayudó a lograr una superficie interesantepropiedades "
El equipo ha impreso un prototipo en 3-D, citando una creciente demanda de materiales que pueden separar eficientemente las mezclas de agua y aceite en vastas masas de agua. Eventualmente, esperan que la tecnología se pueda aplicar para fabricar materiales a gran escala para acomodar masivosderrames de petróleo en el océano. Los métodos actuales requieren una energía tremenda en forma de campo eléctrico o presión aplicada mecánicamente.
aplicación de microfluídica
El "efecto Salvinia" también tiene potencial para la tecnología de manejo de líquidos que ejecuta la "manipulación de microgotas", un avance en el que la adhesión del líquido a un brazo robótico puede ajustarse en consecuencia y dar como resultado una transferencia sin pérdidas para cantidades muy pequeñas de líquidoLa técnica se puede aplicar de innumerables maneras, algunas de las cuales incluyen microrreactores basados en gotas dispositivos utilizados en síntesis química, síntesis de nanopartículas, ingeniería de tejidos, descubrimiento de fármacos y monitoreo de administración de fármacos.
Xiangjia Li, estudiante de doctorado en el equipo de Chen y coautor del estudio, dice que un ejemplo de manipulación de microgotas de alto rendimiento podría conducir a análisis de sangre más eficientes para los pacientes. Una pinza robótica podría trasladarse a diferentes estaciones y dispensar microgotasde sangre que luego se mezclan uniformemente con diferentes productos químicos para varias pruebas. Además, las pruebas podrían diseñarse para controlar la proporción de producto químico a gota y dar como resultado una conservación significativa de los materiales fuente y los reactivos químicos.
"Puede tener un brazo robótico con una pinza para imitar el 'efecto Salvinia'", dijo Li. "No importa en qué dirección mueva el brazo, la fuerza de agarre es tan grande que una gota permanecerá unida".
Dirigido por Chen, el equipo de investigación también incluyó a Yang, Li, el profesor Qifa Zhou y los estudiantes graduados Xuan Zheng y Zeyu Chen. Su estudio titulado "Estructura biomimética súper hidrofóbica impresa en 3D para la manipulación de microgotas y la separación de aceite / agua"publicado en el número 30 de marzo de 2018 de Materiales avanzados . El equipo también produjo un video que ilustra la tecnología.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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