Pesquisadores desenvolveram uma técnica pela qual podem encapsular espontaneamente gotículas microscópicas de água e emulsão de óleo em uma pequena esfera feita de cristais de sal – como uma pequena bola de futebol de origami autoconstruída cheia de líquido. O processo, que eles chamam de 'origami capilar de cristal', pode ser usado em uma variedade de campos, desde a entrega mais precisa de medicamentos até dispositivos médicos em nanoescala. A técnica é descrita em um artigo publicado na revista Nanoscale em 21 de setembro.
A ação capilar, ou 'capilaridade', será familiar para a maioria das pessoas, pois a água ou outros líquidos podem mover-se por tubos estreitos ou outros materiais porosos aparentemente desafiando a gravidade (por exemplo, dentro dos sistemas vasculares das plantas, ou ainda mais simplesmente , o desenho de tinta entre os cabelos de um pincel). Este efeito é devido às forças de coesão (a tendência das moléculas de um líquido se unirem), o que resulta em tensão superficial e adesão (sua tendência de aderir à superfície de outras substâncias). A força da capilaridade depende da química do líquido, da química do material poroso e das outras forças que atuam sobre ambos. Por exemplo, um líquido com tensão superficial menor do que a água não seria capaz de segurar um inseto de água.

Menos conhecido é um fenômeno relacionado, a elasto-capilaridade, que tira vantagem da relação entre capilaridade e elasticidade de uma folha plana muito pequena de um material sólido. Em certas circunstâncias, as forças capilares podem superar a resistência elástica à flexão da folha.

Essa relação pode ser explorada para criar 'origami capilar', ou estruturas tridimensionais. Quando uma gota de líquido é colocada na folha plana, esta pode encapsular espontaneamente a primeira devido à tensão superficial. O origami capilar pode assumir outras formas, incluindo enrugamento, flambagem ou auto-dobragem em outras formas. A forma geométrica específica que a estrutura capilar do origami 3D acaba tomando é determinada tanto pela química da folha plana quanto pela do líquido, e pelo desenho cuidadoso da forma e do tamanho da folha.

Há um grande problema com esses pequenos dispositivos, no entanto. "Essas estruturas convencionais de origami automontadas não podem ser completamente esféricas e sempre terão limites descontínuos, ou o que você pode chamar de 'bordas', como resultado da forma bidimensional original da folha", disse Kwangseok Park, pesquisador principal. no projeto. Ele acrescentou:"Essas bordas podem se tornar defeitos futuros com potencial de falha em face do aumento do estresse". Partículas não esféricas também são conhecidas por serem mais desvantajosas do que partículas esféricas em termos de absorção celular.

O professor Hyoungsoo Kim, do Departamento de Engenharia Mecânica, explicou:"É por isso que os pesquisadores estão há muito tempo em busca de substâncias que possam produzir uma estrutura capilar de origami totalmente esférica".

Os autores do estudo demonstraram pela primeira vez tal esfera de origami. Eles mostraram como, em vez de uma folha plana, o crescimento de cristais de sal pode realizar ação capilar de origami de maneira semelhante. O que eles chamam de 'origami capilar de cristal' constrói espontaneamente uma cápsula de concha esférica lisa a partir desses mesmos efeitos de tensão superficial, mas agora o encapsulamento espontâneo de um líquido é determinado pelas condições elasto-capilares dos cristais em crescimento.

Aqui, o termo 'sal' refere-se a um composto de um íon carregado positivamente e outro carregado negativamente. Sal de mesa, ou cloreto de sódio, é apenas um exemplo de sal. Os pesquisadores usaram quatro outros sais:propionato de cálcio, salicilato de sódio, nitrato de cálcio tetrahidratado e bicarbonato de sódio para envolver uma emulsão água-óleo. Normalmente, um sal como o cloreto de sódio tem uma estrutura cristalina cúbica, mas esses quatro sais formam estruturas semelhantes a placas como cristalitos ou 'grãos' (a forma microscópica que se forma quando um cristal começa a crescer). Essas placas então se automontam em esferas perfeitas.

Usando microscopia eletrônica de varredura e análise de difração de raios X, eles investigaram o mecanismo de tal formação e concluíram que era a 'pressão de Laplace' que impulsiona as placas de cristalito para cobrir a superfície da emulsão. A pressão de Laplace descreve a diferença de pressão entre o interior e o exterior de uma superfície curva causada pela tensão superficial na interface entre as duas substâncias, neste caso entre a água salgada e o óleo.

Os pesquisadores esperam que essas nanoestruturas de automontagem possam ser usadas para aplicações de encapsulamento em vários setores, desde a indústria de alimentos e cosméticos até a entrega de medicamentos e até mesmo pequenos dispositivos médicos. + Explorar mais

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