Pesquisadores da Universidade Carlos III de Madrid (UC3M) publicaram um artigo científico que estabelece as bases para o desenvolvimento de um método mais preciso de medição da viscosidade superficial em filamentos líquidos e membranas biológicas com superfícies viscosas. Este desenvolvimento pode ser aplicado na alimentação, indústrias farmacêuticas ou biomédicas.

Os filamentos líquidos podem ser encontrados em vários contextos em nossa vida cotidiana, como um jato de água da torneira, gel de banho ou o leite que colocamos em nossos cafés. Em um nível biológico, eles estão presentes em processos que ocorrem dentro dos organismos, "como no alongamento e separação das vesículas, na divisão celular ou nos filamentos cobertos por proteínas dentro das células, entre outros. Além disso, eles são cruciais em uma infinidade de tecnologias onde o controle preciso da produção de gota é necessário, como impressão 3D e manufatura aditiva, por exemplo.

Esses filamentos líquidos são inerentemente instáveis ​​devido à sua tensão superficial, resultando em um processo no qual pequenos distúrbios são amplificados, fazendo com que as gotas se fragmentem. Isso pode ser visto nos filamentos de saliva, por exemplo, que se formam em nossos lábios e acabam sendo expelidos na forma de gotículas durante a fala, ou no curso d'água em chuveiros que "quebra" quando é muito estreito e acaba formando pequenas gotas. "Isso ocorre porque as esferas são a forma geométrica com a menor superfície para um determinado volume fixo, então, adotar uma forma esférica minimiza a energia da superfície, "explica Alejandro Martínez Calvo e Alejandro Sevilla Santiago do Grupo de Mecânica dos Fluidos da UC3M.

Em sua pesquisa, publicado recentemente no Cartas de revisão física Diário, eles estudaram teórica e numericamente um caso em que a superfície do filamento é viscosa, que ocorre quando a superfície é coberta por uma concentração de moléculas (geralmente chamadas de surfactantes). Em alguns casos, esses tipos de moléculas são capazes de formar uma estrutura complexa que dá à superfície alguma resistência ao fluxo, que se manifesta através da viscosidade superficial.

A medição do coeficiente de viscosidade superficial de filamentos líquidos e membranas biológicas constituídas por essas moléculas é um desafio no momento, devido à complexidade físico-química associada ao acoplamento hidrodinâmico da superfície do filamento com seu interior. Em seu trabalho, os cientistas descobriram uma nova estrutura universal onde a tensão superficial está em equilíbrio dinâmico com a força viscosa superficial, resultando em um afinamento exponencial do raio do filamento até que ele acabe tomando a forma de gotas de vesículas esféricas, com uma redução de tempo que depende apenas das propriedades da superfície, entre os quais está a viscosidade superficial.

Este trabalho seria um passo significativo para o desenvolvimento de um método não intrusivo de medição dos coeficientes de viscosidade que teria uma precisão maior do que os atualmente disponíveis. Os métodos atuais de medição usam peças mecânicas móveis que distorcem a interface, como cones, pratos, cilindros, ou anéis que são colocados na superfície e movidos de maneira controlada. Esses métodos intrusivos criam variações na concentração de moléculas que dão origem a forças elásticas de superfície, além de suas próprias forças de viscose de superfície que devem ser medidas. "Nesta configuração que estudamos, a distorção da interface não é causada de fora do sistema por meio de métodos mecânicos, mas ocorre espontaneamente. Assim, a técnica de medição que poderia ser desenvolvida com nossa ideia seria não intrusiva, como medir a taxa na qual o filamento é distorcido usando técnicas fotográficas seria suficiente, "afirmam os pesquisadores.