I ricercatori dell'Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) hanno pubblicato un articolo scientifico che pone le basi per lo sviluppo di un metodo più preciso per misurare la viscosità superficiale nei filamenti liquidi e nelle membrane biologiche con superfici viscose. Questo sviluppo potrebbe essere applicato nel settore alimentare, industrie farmaceutiche o biomediche.

I filamenti liquidi possono essere trovati in vari contesti della nostra vita quotidiana, come un getto d'acqua del rubinetto, gel doccia o il latte che mettiamo nei nostri caffè. A livello biologico, sono presenti nei processi che avvengono all'interno degli organismi, "come nello stiramento e nella rottura delle vescicole, nella divisione cellulare o nei filamenti ricoperti di proteine ​​all'interno delle cellule, tra gli altri. In aggiunta a questo, sono cruciali in una moltitudine di tecnologie in cui è richiesto il controllo preciso della produzione di gocce, come nella stampa 3D e nella produzione additiva, Per esempio.

Questi filamenti liquidi sono intrinsecamente instabili a causa della loro tensione superficiale, risultando in un processo in cui vengono amplificati piccoli disturbi che provocano la frammentazione delle gocce. Questo può essere visto nei filamenti di saliva, Per esempio, che si formano sulle nostre labbra e finiscono per essere espulsi sotto forma di goccioline durante il discorso, oppure nel getto d'acqua nelle docce che si "rompe" quando è molto stretto e finisce per formare piccole goccioline. "Questo perché le sfere sono la forma geometrica con la superficie più piccola per un dato volume fisso, quindi l'adozione di una forma sferica riduce al minimo l'energia superficiale, " spiegano Alejandro Martínez Calvo e Alejandro Sevilla Santiago del Fluid Mechanics Group di UC3M.

Nella loro ricerca, recentemente pubblicato in Lettere di revisione fisica rivista, hanno studiato teoricamente e numericamente un caso in cui la superficie del filamento è viscosa, che si verifica quando la superficie è ricoperta da una concentrazione di molecole (solitamente chiamate tensioattivi). In alcuni casi, questi tipi di molecole sono in grado di formare una struttura complessa che conferisce alla superficie una certa resistenza al flusso, che si manifesta attraverso la viscosità superficiale.

La misurazione del coefficiente di viscosità superficiale dei filamenti liquidi e delle membrane biologiche costituite da queste molecole è una sfida al momento, a causa della complessità fisico-chimica associata all'accoppiamento idrodinamico della superficie del filamento con il suo interno. Nel loro lavoro, gli scienziati hanno scoperto una nuova struttura universale in cui la tensione superficiale è in equilibrio dinamico con la forza viscosa superficiale, con conseguente assottigliamento esponenziale del raggio del filamento fino a quando non finisce per assumere la forma di gocce di vescicole sferiche, con un decadimento temporale che dipende solo dalle proprietà della superficie, tra cui la viscosità superficiale.

Questo lavoro sarebbe un passo significativo per lo sviluppo di un metodo non intrusivo di misurazione dei coefficienti di viscosità che avrebbe una precisione maggiore di quelli attualmente disponibili. Gli attuali metodi di misurazione utilizzano parti meccaniche in movimento che distorcono l'interfaccia, come i coni, piatti, cilindri, o anelli che vengono posti sulla superficie e spostati in modo controllato. Questi metodi intrusivi creano variazioni nella concentrazione delle molecole che danno origine a forze elastiche superficiali, oltre alle proprie forze di viscosa superficiale che si intende misurare. "In questa configurazione abbiamo studiato, la distorsione dell'interfaccia non è causata dall'esterno del sistema attraverso metodi meccanici ma avviene spontaneamente. Così, la tecnica di misurazione che potrebbe essere sviluppata con la nostra idea sarebbe non invadente, poiché sarebbe sufficiente misurare la velocità con cui il filamento viene distorto utilizzando tecniche fotografiche, " affermano i ricercatori.