Conforme a solução evapora, os produtos químicos dissolvidos se concentram até começarem a formar um cristal por meio de um processo denominado nucleação. Indústrias que usam pequenos cristais em produtos farmacêuticos, alimentos e microeletrônica estão buscando entender esse evento de nucleação. Os cientistas que estudam a nucleação costumam usar gotículas microscópicas como experimentos em miniatura que podem ser executados rapidamente, em paralelo, e em um pequeno espaço. Contudo, esses experimentos requerem imagens de alta resolução, limitar o número de imagens de gotículas que podem ser processadas simultaneamente.

Os pesquisadores recentemente superaram esse desafio de resolução concentrando suas medições no contraste entre as gotas e seu meio circundante. Esta técnica, publicado esta semana em AIP Advances , fornece o método mais preciso e eficiente para detectar nucleação de cristal até o momento.

A nucleação do cristal é um processo inerentemente estocástico, e estimar cada tempo de nucleação requer modelos de crescimento que funcionam retroativamente a partir do momento em que o cristal cresceu até um tamanho detectável. Essa lacuna temporal pode variar de vários minutos a horas.

"É como dizer quando alguém engravida quando o bebê está fora de casa, "disse Romain Grossier, autor do artigo no Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica e na Universidade Aix-Marseille. "Detectamos o momento da gravidez."

Para determinar o tempo que leva para um cristal nuclear em uma microgotícula, a equipe gerou uma grade de microgotículas idênticas de água salgada cobertas por uma fina camada de óleo. A água é ligeiramente solúvel em óleo nessas proporções, então a água começou a se difundir em seu entorno, imitando o processo de evaporação.

Os pesquisadores converteram a imagem de cada gota e sua região circundante em um escalar, o desvio padrão do cinza dos pixels, e rastreou esse valor conforme ele mudava. Quando o cristal finalmente se forma, sua presença impede a evolução suave do índice de refração, que aparece como um salto repentino no nível de cinza. Isso permite aos cientistas medir com precisão o tempo de nucleação sem resolver o cristal ou fazer suposições sobre os mecanismos de nucleação. Interessantemente, altas concentrações de sal nas microgotículas causam um crescimento explosivo, cortar o atraso entre a nucleação e a detecção para 0,5 segundos ou menos.

Cada gota também desaparece por um curto período quando seu índice de refração coincide com o meio circundante. Isso sempre ocorre na mesma concentração para um determinado sistema, e pode ser calculado de antemão. Os pesquisadores querem desenvolver um modelo para a concentração entre o momento em que a gota desaparece e o tempo de nucleação que poderia permitir-lhes resolver teorias concorrentes sobre nucleação de cristal no futuro.

A equipe ficou surpresa ao descobrir que as microgotículas nem sempre eram independentes umas das outras, como havia sido assumido anteriormente. Às vezes, a nucleação em uma microgotícula atrasa a nucleação em suas vizinhas porque o aumento do fluxo de água da primeira gota dilui temporariamente as outras. A equipe planeja aumentar a independência das microgotículas em experimentos futuros.