p Filmes de espuma micelar mostram variações de intensidade em tons de cinza que correspondem a uma rica topografia nanoscópica mapeada usando protocolos IDIOM. Crédito:Chrystian Ochoa e Vivek Sharma
p Os engenheiros químicos da Universidade de Illinois em Chicago e da UCLA responderam a perguntas de longa data sobre os processos subjacentes que determinam o ciclo de vida das espumas líquidas. A descoberta pode ajudar a melhorar a produção comercial e a aplicação de espumas em uma ampla gama de indústrias. p Os resultados da pesquisa foram apresentados este mês em
Proceedings of the National Academy of Sciences.
p As espumas são um fenômeno familiar na vida cotidiana - misturar sabões e detergentes na água ao lavar a louça, soprando bolhas de brinquedos de água com sabão, bebericando a espuma de uma xícara de café com leite ou milk-shake. As espumas líquidas podem ocorrer em uma variedade de ambientes naturais e artificiais. Embora algumas espumas sejam produzidas naturalmente, como em corpos d'água que criam grandes florações oceânicas nas praias, outros surgem em processos industriais. Na recuperação e fermentação de óleo, por exemplo, as espumas são um subproduto.
p Sempre que a água com sabão é agitada, espumas são formadas. Eles são principalmente bolsões de gás separados por finos filmes líquidos que geralmente contêm minúsculos agregados moleculares chamados micelas. Sujeira oleosa, por exemplo, é lavado ao se esconder nos núcleos das micelas com fobia de água. Além disso, a digestão da gordura em nossos corpos depende do papel das micelas formadas pelos sais biliares.
p Hora extra, as espumas se dissipam à medida que o líquido dentro dos filmes finos é expelido. Moléculas de sabão e detergente que são por natureza anfifílicas (hidrofílicas e hidrofóbicas) agregam-se na água para formar micelas esféricas, com suas cabeças voltadas para fora sendo caudas hidrofílicas e com fobia de água formando o núcleo.
Drenagem via estratificação do filme de espuma micelar formado por uma solução aquosa de SDS, visualizado em microscopia de luz refletida. Cada tom de cinza corresponde a uma espessura diferente. A estratificação prossegue através da nucleação de domínios escuros mais finos, e o número de passos aumenta com a concentração, ao passo que o tamanho do passo diminui com a concentração. Crédito:Chrystian Ochoa e Vivek Sharma p "Micelas são minúsculas, mas influente, não apenas na limpeza e solubilização de moléculas que amam o óleo, mas também em afetar os fluxos dentro das películas de espuma, "disse o co-investigador principal Vivek Sharma, professor associado de engenharia química na UIC College of Engineering. Por quase uma década, ele buscou a questão de como e por que a presença de micelas leva ao afinamento gradual, ou estratificação, dentro de filmes de espuma ultrafinos e bolhas de sabão.
p Para resolver o quebra-cabeça, Sharma e seus colaboradores desenvolveram métodos de imagem avançados que eles chamam de protocolos IDIOM (microscopia óptica de imagem digital de interferometria) que são implementados com câmeras de alta velocidade e digital single-lens reflex (DLSR). Eles descobriram que os filmes de espuma têm uma rica topografia em constante mudança, e as diferenças de espessura entre diferentes estratos são muito maiores do que o tamanho das micelas.
p "Usamos uma técnica de precisão chamada espalhamento de raios-X de baixo ângulo para resolver a forma das micelas, tamanhos, e densidades, "disse o co-investigador principal Samanvaya Srivastava, professor assistente de engenharia química e biomolecular na UCLA Samueli School of Engineering. "Descobrimos que a espessura do filme de espuma diminui em saltos discretos, com cada salto correspondendo à distância exata entre as micelas no filme líquido. "
p A equipe também descobriu que o arranjo das micelas em filmes de espuma é governado principalmente pelas interações iônicas entre as micelas. A atração e repulsão eletrostática entre os íons influenciam por quanto tempo as espumas permanecem estáveis e como sua estrutura decai. Com essas descobertas, os pesquisadores determinaram que simplesmente medindo a espessura do filme de espuma, que pode ser realizado com uma câmera DSLR usando os protocolos IDIOM, eles poderiam caracterizar as interações em nanoescala de micelas em líquidos e a estabilidade das espumas.
Drenagem via estratificação do filme de espuma micelar formado por uma solução aquosa de SDS, visualizado em microscopia de luz refletida. Cada tom de cinza corresponde a uma espessura diferente. As dimensões no plano estão em mícrons, mas as variações de espessura são em nanômetros, e podem ser convertidos em mapas topográficos usando protocolos IDIOM. Crédito:Chrystian Ochoa e Vivek Sharma p Em comparação com as técnicas anteriores, que são mais demoradas e caras, equipamento personalizado, o novo método não é apenas menos caro, mas também mais abrangente e eficiente.
p "O conhecimento e a compreensão podem ajudar no desenvolvimento de novos produtos - desde alimentos e cuidados pessoais a produtos farmacêuticos, "disseram os co-autores do estudo, alunos de graduação Shang Gao da UCLA Samueli e Chrystian Ochoa da UIC. "Também pode ajudar os engenheiros a melhorar o controle de espumas em processos industriais."
