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Grupo de microfluidos

Temas de investigación

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

Inestabilidad de un chorro capilar

Inestabilidad capilar

Una columna líquida se rompe en gotas debido a la tensión superficial. Esto de debe a que cualquier perturbación cuya longitud de onda supera (aproximadamente) el diámetro del chorro es inestable. Aunque el tamaño de las gotas queda principalmente determinado por la longitud de onda de la perturbación más inestable, la dispersión en el tamaño de las gotas refleja la inestabilidad de diferentes longitudes de onda.

Nuestra investigación se concentra en la medición de la relación de dispersión del chorro capilar. Para ello, usamos análisis de Fourier para encontrar la respuesta espectral del chorro. Puesto que la perturbación más inestable domina el comportamiento del chorro, hemos desarrollado un forzamiento mecánico del chorro para estudiar su comportamiento a diferentes frecuencias.

Producción de partículas de alginato

Part&iacuteculas de alginato

Los microfluidos permiten la producción de gotas con tamaños muy controlados. Queremos usar esta posibilidad para producir partículas de alginato de tamaño reproducible en el rango de los micrómetros. El alginato es un biopolímero proveniente de algas, que tiene múltiples usos, tanto actuales como potenciales. Por ejemplo, las partículas de alginato pueden servir para encapsular células o bacterias, pues el alginato permite el paso de nutrientes y gases y además proporciona un ambiente de sostén para las células.

El alginato gelifica en presencia de cationes multivalentes, como Ca+2. El principal obstáculo para la producción de partículas de alginato al interior de los microcanales es poner en contacto las gotas, líquidas, de alginato, con la solución de cationes. Esto es porque los cationes son solubles en solventes polares (como el agua), al igual que el alginato. Sin embargo, para generar gotas se necesitan dos líquidos inmiscibles. Una alternativa es fusionar gotas de alginato con gotas que contengan los cationes, pero es difícil sincronizar la producción de gotas y fusionarlas. Es por ello que investigamos otras sustancias que puedan disolver los cationes y al mismo tiempo ser inmiscibles con las gotas de alginato.

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.