Resuelto el misterio de los microgeles
Los resultados abren nuevas posibilidades de aplicación en la investigación farmacéutica y de materiales
Investigadores del PSI y la Universidad de Barcelona han conseguido explicar el extraño comportamiento de los microgeles. Sus mediciones con haces de neutrones han llevado esta técnica de medición hasta sus límites. Los resultados abren nuevas posibilidades de aplicación en la investigación de materiales y productos farmacéuticos.
Fluyen por nuestras arterias, dan color a nuestras paredes o hacen sabrosa la leche: diminutas partículas o gotitas muy finamente distribuidas en un disolvente. Juntas forman un coloide. Mientras que la física de los coloides con partículas duras -como los pigmentos de color de las emulsiones- se conoce bien, la de los coloides con partículas blandas -como la hemoglobina, el pigmento rojo de la sangre, o las gotitas de grasa de la leche- depara sorpresas sorprendentes. Un experimento realizado hace 15 años demostró que las partículas blandas hechas de polímeros -los llamados microgeles- se contraen bruscamente cuando su concentración en un disolvente aumenta por encima de cierto umbral. Cuando esto ocurre, las partículas grandes se contraen hasta alcanzar el tamaño de sus vecinas más pequeñas. Sorprendentemente, esto ocurre incluso cuando las partículas no están en contacto entre sí. Los investigadores se quedaron perplejos: ¿cómo sabe una partícula de gel lo grande que es su vecina sin tocarla? ¿Existe algún tipo de "telepatía" entre los microgeles?
Hipótesis de 2016 confirmada
"Por supuesto que no", sonríe Urs Gasser. El físico lleva diez años estudiando la milagrosa contracción de microgeles en coloides. Junto con un equipo de investigadores, publicó en 2016 un artículo en el que explicaba el fenómeno. Brevemente, en esta situación, las partículas de polímero consisten en largas cadenas de carbono. Estas llevan una débil carga negativa en un extremo. Estas cadenas forman una bola, el microgel. Se puede pensar que se asemeja a un ovillo de lana, con las propiedades de una esponja. Esta maraña tridimensional contiene cargas puntuales negativas que atraen a los iones con carga positiva del líquido. Estos llamados contraiones se disponen alrededor de las cargas negativas del ovillo, formando una nube cargada positivamente en la superficie del microgel. Cuando los microgeles se acercan, sus nubes de carga se solapan. Esto, a su vez, aumenta la presión dentro del líquido, lo que comprime las partículas del microgel hasta que se alcanza un nuevo equilibrio.
En aquel momento, sin embargo, el equipo de investigación no pudo aportar pruebas experimentales de la nube de contraiones. Junto con su estudiante de doctorado Boyang Zhou y Alberto Fernández-Nieves, de la Universidad de Barcelona, Gasser ha aportado ahora esas pruebas, que respaldan de forma impresionante la hipótesis de 2016. Los resultados se han publicado en la revista Nature Communications.
La fuente de neutrones SINQ, crucial para resolver el enigma
Esto fue posible gracias a los neutrones de la fuente de espalación SINQ del PSI, junto con un truco experimental. Y es que la nube de contraiones en el coloide está tan enrarecida que en realidad no es visible en la imagen de los neutrones dispersos. Los contraiones no representan más del uno por ciento de la masa de un microgel. Así que Gasser, Zhou y Fernández-Nieves examinaron dos muestras: un coloide en el que todos los contraiones eran iones de sodio y otro en el que eran iones de amonio (NH4). Estos dos iones también se encuentran de forma natural en los microgeles, y dispersan los neutrones de forma diferente. Al restar una imagen de la otra se obtienen las señales de los contraiones. Boyang Zhou: "Esta solución aparentemente sencilla requiere el máximo cuidado en la preparación de los coloides para que las nubes de iones sean visibles. Nadie había medido antes una nube de iones tan enrarecida".
Aplicaciones en cosmética y farmacia
Saber cómo se comportan los microgeles blandos en coloides significa que pueden adaptarse a muchas aplicaciones diferentes. En la industria petrolera, se bombean a yacimientos subterráneos para ajustar la viscosidad del petróleo en el pozo y facilitar su extracción. En cosmética, dan a las cremas la consistencia deseada. También son concebibles los microgeles inteligentes, que podrían cargarse con medicamentos. Las partículas podrían reaccionar al ácido gástrico, por ejemplo, y liberar el fármaco encogiéndose. O bien un microgel podría encogerse y convertirse en una pequeña bola de polímero densamente empaquetada al aumentar la temperatura, que reflejaría la luz de forma distinta que en su estado hinchado. Esto podría utilizarse como sensor de temperatura en canales de fluidos estrechos. Otros sensores podrían diseñarse para responder a cambios de presión o contaminación. "La imaginación no tiene límites", afirma Urs Gasser.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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