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Grupo de microfluidos

Temas de investigación

Motores biológicos

Materia activa

Generamos motores biológicos, hechos de una suspensión bacteriana densa confinada al interior de una gota, inmersa en aceite. El nado de las bacterias es capaz de hacer que la gota se desplace o rote, transmitiendo el movimiento desde la micro escala (las bacterias) a la macro escala (la gota).

Cuando usamos Escherichia coli, las bacterias organizan su nado de manera colectiva en vórtices fluctuantes, lo que se conoce como turbulencia activa. Estos vórtices hacen que la gota ruede sobre el sustrato y se desplace en una caminata aleatoria con persistencia.

Al usar bacterias magnetotácticas e imponer un campo magnético constante, las bacterias se organizan en un gran vórtice que abarca casi la totalidad de la gota y la hacen rotar.

Escherichia coli
Bacterias magnetotacticas

Modelo de suelo sintético

Bacterias de suelo

Las bacterias del género Bradyrhizobium viven en el suelo y hacen simbiosis con las leguminosas, colonizando sus raíces y permitiéndoles fijar el nitrógeno atmosférico. Como tal, son un atractivo biofertilizante para una agricultura sustentable.

Para mejorar la eficiencia de estas bacterias como fertilizante, queremos entender su transporte hacia las raíces de las plantas. Estamos usando modelos sistéticos de suelo, con canales de diferentes tamaƱos para estudiar su nado bajo distintos grados de confinamiento.

Transporte de gotas en microcanales

Transporte de gotas

En microfluidos, las gotas suelen estar muy confinadas entre las paredes superior e inferior de los microcanales. Esto hace que las gotas adopten una forma aplanada. La descripción del transporte de las microgotas por un fluido externo es diferente a la situación de una gota esférica en el caso sin confinamiento.

Algunas consecuencias son que las gotas viajan más lento que el fluido que las transporta. Esto se debe a la fricción entre las paredes del microcanal y la gota. Además, las gotas no mantienen una forma circular, sino que se deforman, siempre. En este proyecto nos dedicamos a investigar estos dos efectos.

Deformación de gotas

Deformaci&oacuten de gotas

Estudiamos la deformación de gotas de agua inmersas en aceite sometidas a un flujo hiperbólico en confinamiento. Para eso diseñamos un microcanal que produce un tren de gotas, las gotas viajan hasta una intersección en forma de cruz donde dos flujos opuestos se encuentran y desaguan perpendicularmente, creando un flujo extensional que deforma las gotas. Mientras mayor es el flujo, mayor es la deformación, e incluso en ocasiones las gotas pueden romperse.

Deformaci&oacuten de gotas

El microcanal es poco profundo, por lo que las gotas antes de deformarse tienen forma de discos aplanados. Este confinamiento, que llamamos δ, es clave en la deformación de la gota. Hemos encontrado una manera de cuantificar la deformación de la gota tomando en cuenta el efecto del flujo externo, el tamaño de la gota y el grado de confinamiento. En particular, hemos descubierto que el campo de presión, más que los esfuerzos viscosos, es el responsable de la deformación de las gotas. Esto causa el escalamiento de la deformación de las gotas en función del flujo externo y el tamaño de las gotas

Plasmones acústicos

Plasmones ac&uacutesticos

Los plasmones son ondas que se propagan en la superficie de un arreglo de difusores, sin radiar energía hacia el espacio lejos del arreglo. Los plasmones han sido muy estudiados en el campo del electromagnetismo, pero son un fenómeno ondulatorio genérico. Recientemente, hemos descrito la relación de dispersión de los plasmones cuando los difusores son suaves, es decir, cuando el campo ondulatorio puede penetrar en su interior. En particular, hemos demostrado que la razón de impedancia entre el medio externo y los difusores modifica la relación de dispersión de los plasmones.

Ahora, estamos concentrados en generar experimentalmente plasmones acústicos en la superficie de un arreglo uni- o bi-dimensional. Para ello, usamos técnicas de microfabricación para fabricar los arreglos de difusores.

Difusión en una geometría compleja

Difusi&oacuten en geometr&iacutea compleja

La difusión es un proceso de gran relevancia a pequeñas escalas y puede jugar un rol importante en el transporte de materia en medios porosos o al interior de organelos celulares. En casos como éstos la geometría puede ser compleja y puede determinar las escalas temporales características del proceso difusivo.

La descripción de la difusión en una red compleja de canales no está bien descrita hasta ahora. Para entenderla, hemos fabricado redes aleatorias de canales con características estadísticas bien definidas, tales como la longitud promedio de los canales, o su grosor. Llenamos estas redes de una solución fluorescente y estudiamos la difusión de las moléculas fluorescentes al interior de las redes. El objetivo es comprender el efecto de las diferentes escalas espaciales propias de la red de canales en la difusión.