Estudian en instituto de Física las micelas tubulares

MORELIA, Mich., 10 de septiembre de 2014.-Además de los virus, las esferas de coloides, las proteínas y el mismo ADN –del cual nos formamos–, las micelas tubulares constituyen un ejemplo de materia condensada suave, también llamada fluido complejo. Esos sistemas se relacionan entre sí por su comportamiento físico: sus características de superficie y carga, su capacidad hidrofóbica o hidrofílica y por su flexibilidad.

La materia condensada suave se relaciona, así, con la física, la química, la biología y la medicina. Las micelas tubulares –que son agregados de anfifilos o surfactantes, estos últimos base para la fabricación de los jabones– son útiles en la industria de los alimentos, de las pinturas e impermeabilizantes y, quizás, hasta podrían servir para crear un cristal líquido, como el de las pantallas LCD.

Para entender la ciencia básica de esos sistemas, el estudiante del doctorado en Ciencias (Física), Antonio Tavera Vázquez, bajo la tutoría de Rolando Castillo Caballero, a cargo de los laboratorios de fluidos complejos del Instituto de Física (IF), quiere ir más allá de lo logrado hasta ahora, de acuerdo con la literatura, que ha sido la ruptura de los agregados micelares en disolución, para obtener un líquido poco viscoso a partir de una solución con esa consistencia. El joven, además de reproducir este proceso pretende lograr su reversibilidad.

Químicamente se componen de una “cabeza polar” y una “cola” o cadena hidrocarbonada; la primera es hidrofílica y la segunda hidrofóbica, es decir, a una parte le “gusta” el agua y a la otra no.

Al disolverse el surfactante en agua, las partes que son amigables con el líquido quedan por fuera, y las que no, tratan de juntarse por dentro; así, en principio se forma una especie de esferas o micelas esféricas. Si se añaden más surfactantes, se pueden formar estructuras en forma de gusano o micelas tubulares.

Son interesantes porque al estar en solución y en mayor cantidad, forman un fluido viscoelástico que, de acuerdo con las características de deformación que tenga, puede comportarse como un sólido elástico o como un fluido viscoso.

En el Laboratorio de Fluidos Complejos del IF se utilizan algunas técnicas físicas, de dispersión de luz, para estudiar el comportamiento de estos fluidos que no son tan fáciles de obtener; se requiere un equilibrio en la solución, cierta cantidad de sal, de iones libres y de surfactante, para que la forma y tamaño de las micelas sean los adecuados.

La dimensión varía; pueden tener una longitud desde medio micrómetro hasta 10 micras aproximadamente, y en una misma solución puede haber varios tamaños, lo que se conoce como polidispersidad.

Asimismo, de acuerdo con el régimen de concentración, la sustancia puede estar en una fase isotrópica, es decir, donde no hay preferencia en la orientación de las micelas; si aumenta, se puede llegar a una fase nemática, donde se forma un cristal líquido y las micelas se alinean.

Para lograr el equilibrio termodinámico, estas estructuras se rompen y se regeneran. Es como una lucha, explicó Antonio Tavera: si se fraccionan, se favorece el aumento de entropía del sistema. Por otro lado, este proceso genera un gasto energético porque los “gusanos” deben “cerrarse” por las orillas, y para evitar ese gasto, las micelas tienden a reformarse nuevamente.

En solución están encimadas, se traslapan y forman una especie de espagueti; entre más lo están, la sustancia se vuelve más viscosa, pero si se rompen, fluye más.

El universitario pretende modificarlas, romperlas y unirlas nuevamente a su gusto. Para ello, intentará unir químicamente a las micelas una molécula fotosensible, aunque aún no conoce el proceso químico exacto que llevará a esta unión, de modo que al irradiarle luz de cierta longitud de onda, cambie su isomerización, es decir, su conformación espacial, con los mismos átomos, pero dispuestos de forma distinta. Al modificar su conformación geométrica se moverán, lo que provocará que se “tuerzan” y se rompan.

“Quiero fragmentarlas con la irradiación y si uso otra longitud de onda, podría regresar a la conformación que tenían antes. De ese modo, las micelas que están separadas se unirían otra vez. Voy a pasar de un estado a otro simplemente con luz”, adelantó el joven estudiante. Hasta ahora, en la literatura científica no se ha reportado que exista un método que permita hacer el proceso reversible; tal sería su aportación.

La molécula elegida para adherirla a la micela es de la familia del azobenceno, que para longitudes de onda de 300 a 400 nanómetros cambia del isómero trans al cis, y con luz ultravioleta cambia del cis altrans; se trata de un isómero con la misma fórmula química, pero con diferentes propiedades químicas y físicas.

Como parte de su proyecto de doctorado, intentará aislar una sola micela modificada, con un dispositivo microfluídico, del tamaño de micrómetros a milímetros, donde en vez de pasar corriente eléctrica, como en los chips que conocemos, lo hace un fluido por canales pequeñísimos.

Los glucómetros electrónicos, que separan a la glucosa del resto de la sangre, son ejemplo de esos sistemas microfluídicos que alrededor del mundo tienen aplicaciones variadas.

Una vez aislada, el doctorante estudiará la dinámica de rompimiento y reformación a través de los cambios de luz. Para la construcción de estos dispositivos contará con la colaboración de Laura Oropeza Ramos, de la Facultad de Ingeniería, a cargo del centro de dispositivos microfluídicos en la Universidad (UNAMems). Su trabajo de investigación doctoral apenas comienza.