Investigadores de UCLA y UCLA han descubierto una ‘efervescencia’ de espuma

Universidad de California, Los Angeles

Los ingenieros químicos de la Universidad de Illinois Chicago y UCLA respondieron preguntas de larga data sobre los procesos básicos que determinan el ciclo de vida de la espuma líquida. El avance podría ayudar a mejorar la producción y aplicación de espumas comerciales en una amplia gama de industrias.

Consecuencias Se ha mostrado la búsqueda Este mes en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

La espuma es un fenómeno familiar en la vida cotidiana: mezclar jabón y detergentes en agua al lavar los platos, hacer burbujas con juguetes de agua con jabón, sorber espuma de un vaso de café con leche o batido. Las espumas líquidas se pueden encontrar en una variedad de entornos naturales e industriales. Si bien algunas espumas se producen de forma natural, como en cuerpos de agua que crean grandes floraciones oceánicas en las playas, otras se originan en procesos industriales. En los procesos de extracción y fermentación de aceite, por ejemplo, las espumas son un subproducto.

Cuando se agita el agua con jabón, se forma espuma. En su mayoría son bolsas de gas separadas por delgadas membranas líquidas que a menudo contienen pequeños agregados moleculares llamados micelas. Por ejemplo, la suciedad aceitosa se elimina ocultándose en los núcleos hidrófobos de las micelas. Además, la digestión de las grasas en nuestro organismo depende del papel de las micelas formadas a partir de las sales biliares.

Con el tiempo, la espuma se disipa a medida que el líquido se comprime dentro de las películas delgadas. Las moléculas de jabón y detergente que son de naturaleza anfibia (hidrófila e hidrófoba) se agregan dentro del agua para formar micelas esféricas, con sus cabezas hacia afuera siendo hidrófilas y colas absorbentes de agua que forman el núcleo.

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El co-investigador principal Vivek Sharma, profesor asociado de ingeniería química en Facultad de Ingeniería de la UIC. Durante casi una década, ha estado investigando cómo y por qué la presencia de micelas conduce a un adelgazamiento o estratificación gradual dentro de películas de espuma muy delgadas y pompas de jabón.

Para resolver el misterio, Sharma y sus colaboradores han desarrollado métodos de imagen avanzados que llaman protocolos IDIOM (Microscopía óptica de imágenes digitales) que se implementan con cámaras réflex digitales de lente única (DLSR) de alta velocidad. Encuentran que las membranas de espuma tienen una topografía rica y en constante cambio, y que las diferencias de espesor entre las diferentes capas son mucho mayores que el tamaño de las micelas.

El co-investigador principal Samanvaya Srivastava, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en Escuela de Ingeniería UCLA Samueli. “Descubrimos que el grosor de la película de espuma disminuye en lúpulos separados, y cada salto corresponde a la distancia exacta entre las micelas en la película líquida”.

El equipo también descubrió que la disposición de las micelas en las membranas de espuma se rige principalmente por las interacciones iónicas entre las micelas. La atracción y repulsión electrostática entre los iones afecta cuánto tiempo permanece estable la espuma y cómo se degrada su estructura. Con estos resultados, los investigadores determinaron que simplemente midiendo el grosor de la película de espuma, que se puede lograr con una cámara DSLR utilizando protocolos IDIOM, pueden caracterizar las interacciones a nanoescala de las micelas en líquidos y la estabilidad de la espuma.

En comparación con las técnicas anteriores que consumen mucho tiempo y requieren equipos costosos y personalizados, el nuevo método no solo es menos costoso, sino también más completo y efectivo.

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“El conocimiento y la comprensión pueden ayudar en el desarrollo de nuevos productos, desde alimentos y cuidado personal hasta productos farmacéuticos”, dijeron los autores principales del estudio, los estudiantes graduados Shang Zhao de UCLA Samueli y Christian Ochoa de UIC. “También podría ayudar a los ingenieros a mejorar el control de la espuma en los procesos industriales”.

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