A medida que se evapora una solución, los químicos disueltos se concentran hasta que comienzan a formar un cristal a través de un proceso llamado nucleación. Las industrias que usan cristales pequeños en productos farmacéuticos, alimentos y microelectrónica buscan comprender este evento de nucleación. Los científicos que estudian la nucleación a menudo usan gotas microscópicas comoExperimentos en miniatura que pueden ejecutarse rápidamente, en paralelo y en un espacio pequeño. Sin embargo, estos experimentos requieren imágenes de alta resolución, lo que limita el número de imágenes de gotas que se pueden procesar simultáneamente.
Los investigadores recientemente superaron este desafío de resolución al enfocar sus mediciones en el contraste entre las gotas y su medio circundante. Esta técnica, publicada esta semana en Avances AIP , de AIP Publishing, proporciona el método más preciso y eficiente para detectar la nucleación de cristales hasta la fecha.
La nucleación de cristales es un proceso inherentemente estocástico, y estimar cada tiempo de nucleación requiere modelos de crecimiento que funcionen hacia atrás desde el momento en que el cristal creció hasta un tamaño detectable. Este intervalo temporal puede variar de varios minutos a horas.
"Es como decir cuándo alguien quedó embarazada una vez que el bebé está afuera", dijo Romain Grossier, autor del artículo en el Centro Nacional Francés de Investigación Científica y la Universidad Aix-Marsella. "Detectamos el momento del embarazo".
Para determinar el tiempo que tarda un cristal en nuclearse en una microgota, el equipo generó una grilla de microgotas de agua salada idénticas cubiertas en una fina capa de aceite. El agua es ligeramente soluble en aceite en estas proporciones, por lo que el agua comenzó adifunde en su entorno, imitando el proceso de evaporación.
Los investigadores convirtieron la imagen de cada gota y su región circundante en un escalar, la desviación estándar del gris de los píxeles, y rastrearon este valor a medida que cambiaba. Cuando el cristal finalmente se forma, su presencia dificulta la suave evolución de la refraccióníndice, que aparece como un salto repentino en el nivel de grisáceo. Esto permite a los científicos medir con precisión el tiempo de nucleación sin resolver el cristal o hacer suposiciones sobre los mecanismos de nucleación. Curiosamente, las altas concentraciones de sal en las microgotas provocan un crecimiento explosivo, cortando elretraso entre la nucleación y la detección a 0,5 segundos o menos.
Cada gota también desaparece por un período corto cuando su índice de refracción coincide con el medio circundante. Esto siempre ocurre a la misma concentración para un sistema dado, y se puede calcular de antemano. Los investigadores quieren desarrollar un modelo para la concentración entre cuandola gota desaparece y el tiempo de nucleación que podría permitirles resolver teorías competitivas sobre la nucleación de cristales en el futuro.
El equipo se sorprendió al descubrir que las microgotas no siempre eran independientes entre sí, como se había supuesto anteriormente. A veces, la nucleación en una microdropleta retrasaba la nucleación en sus vecinas porque el aumento del flujo de agua de la primera gota diluía temporalmente a las otras.El equipo planea aumentar la independencia de las microgotas en futuros experimentos.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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