Como controlar objetos sólidos em líquidos - em uma gota de líquido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2025

Esquema geral da indução de giro no interior de gotas, criando vórtices que concentram as partículas.
[Imagem: Chuyi Chen et al. - 10.1126/sciadv.adx0269]

Diluição em uma gota

Dissolver o suco ou achocolatado em pó na água ou no leite é tão simples quanto mexer com uma colher. Mas a coisa é bem mais complicada se você quiser misturar coisas dentro de algo tão pequeno quanto uma gota de líquido.

Normalmente não precisamos fazer isto em casa - misturar coisas em uma gota - mas este é um afazer essencial em tarefas de laboratório, por exemplo no desenvolvimento de novos medicamentos ou na realização de testes biomédicos.

Chuyi Chen e colegas da Universidade da Carolina do Norte criaram agora um dispositivo que permite fazer justamente isso: Criar vórtices no interior de gotas líquidas, que podem então concentrar ou diluir partículas sólidas suspensas no líquido.

"Ao criar ondas ultrassônicas na superfície de um substrato piezoelétrico, podemos induzir giro em uma gota de líquido que está em repouso sobre esse substrato," detalhou Chen. "A oscilação das ondas ultrassônicas empurra o fluido dentro da gota, fazendo-a fluir em um círculo, mas a tensão superficial da gota impede que ela se espalhe em uma camada plana."

Essa combinação de forças das ondas ultrassônicas, da gota em rotação e do fluido em movimento dentro da gota faz com que as partículas em suspensão se movam em um padrão helicoidal, essencialmente girando em espiral através da gota até se reunir em um ponto central - a gota em si não sai do lugar.

"Esta é uma nova maneira de concentrar partículas sólidas em uma solução líquida, o que pode ser extremamente útil," disse Chen. "Por exemplo, concentrar o conteúdo de uma célula pode facilitar a detecção por sensores de materiais relevantes para ensaios biomédicos."

Visão geral do sistema de gotas acionadas por efeito acustofluídico e órbitas das partículas em suspensão.
[Imagem: Chuyi Chen et al. - 10.1126/sciadv.adx0269]

Múltiplos mecanismos

Para desenvolver tecnologias que façam uso desse fenômeno inusitado, os pesquisadores primeiro precisaram se debruçar sobre o que estava acontecendo, para entender exatamente o que causa o movimento.

Eles descobriram que um aspecto fundamental é que é possível influenciar o movimento das partículas dentro da gota manipulando qualquer um dos vários parâmetros: A tensão superficial do líquido, o diâmetro da gota e a amplitude das ondas ultrassônicas.

"Isso nos dá múltiplos mecanismos para ajustar a rotação do sistema e o comportamento das partículas," disse Chen.

Além de sua potencial utilidade em aplicações biomédicas, a nova técnica também poderá ser usada na exploração de uma série de questões de pesquisa relacionadas à física de sistemas rotativos. "Por exemplo, podemos criar fluxos de vórtices semelhantes a tornados ou estudar o transporte induzido por Coriolis em uma escala muito pequena," disse Chen. "Isso nos permite explorar questões de física de uma forma compacta, facilmente observável e relativamente barata, em comparação com técnicas de larga escala."

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