Dondequiera que haya agua, seguramente habrá burbujas flotando en la superficie. Desde charcos, lagos y arroyos, hasta piscinas, jacuzzis, fuentes públicas y baños, las burbujas son ubicuas, tanto adentro como afuera.
Un nuevo estudio del MIT muestra cómo las burbujas contaminadas con bacterias pueden actuar como pequeñas granadas microbianas, reventando y lanzando microorganismos, incluidos patógenos potenciales, fuera del agua y hacia el aire.
En el estudio, publicado en la revista Cartas de revisión física , los investigadores descubrieron que las bacterias pueden afectar la longevidad de una burbuja: una burbuja cubierta de bacterias que flota en la superficie del agua puede durar más de 10 veces más que una no contaminada, persistiendo durante minutos en lugar de segundos. Durante este tiempo, la tapade la burbuja contaminada se adelgaza. Cuanto más delgada es la burbuja, mayor es el número de gotas que puede lanzar al aire cuando esta explota inevitablemente. Una sola gota, estiman los investigadores, puede transportar hasta miles de microorganismos, y cada burbuja puede emitircientos de gotas
"Descubrimos que las bacterias pueden manipular las interfaces de una manera que puede mejorar su propia dispersión de agua a aire", dice Lydia Bourouiba, profesora asistente de ingeniería civil y ambiental y directora del Laboratorio de Dinámica de Fluidos de Transmisión de Enfermedades.
El coautor de Bourouiba en el artículo es el estudiante graduado Stephane Poulain.
Algo en el agua
Bourouiba ha pasado los últimos años generando, creando imágenes y caracterizando meticulosamente burbujas limpias y no contaminadas, con el objetivo de establecer una línea de base del comportamiento normal de las burbujas.
"Primero teníamos que entender la física de las burbujas limpias antes de poder agregar organismos como bacterias para ver qué efecto tienen en el sistema", dice Bourouiba.
Como sucede, los investigadores notaron por primera vez el efecto de las bacterias por casualidad. El equipo estaba en medio de mudarse a un nuevo espacio de laboratorio, y en la confusión, un vaso de agua había quedado a la intemperie. Cuando el investigadorutilizado en experimentos posteriores, los resultados no fueron lo que el equipo esperaba.
"Las burbujas producidas a partir de esta agua vivieron mucho más tiempo y tuvieron una evolución de adelgazamiento peculiar en comparación con las típicas burbujas de agua limpia", dice Poulain.
Bourouiba sospechaba que el agua había sido contaminada, y el equipo pronto confirmó su hipótesis. Analizaron el agua y encontraron evidencia de bacterias que están naturalmente presentes en el interior.
El efecto del jugo
Para estudiar directamente el efecto de las bacterias en las burbujas, el equipo organizó un experimento en el que llenaron una columna con una solución de agua y varias especies de bacterias, incluido E. coli . Los investigadores desarrollaron un sistema para generar burbujas con una bomba de aire, una a la vez, dentro de la columna, para controlar el volumen y el tamaño de cada burbuja. Cuando una burbuja salía a la superficie, el equipo usabavelocidad de imagen junto con una gama de técnicas ópticas para capturar su comportamiento, en la superficie y a medida que estalla.
Los investigadores observaron que, una vez que una burbuja se contaminó con E. coli llegó a la superficie del agua, su propia superficie o tapa, inmediatamente comenzó a adelgazarse, principalmente drenándose de nuevo al agua, como una cáscara de chocolate derretida. Este comportamiento fue similar al de las burbujas no contaminadas.
Pero las burbujas contaminadas permanecieron en la superficie más de 10 veces más que las burbujas no contaminadas. Y después de un período crítico de tiempo, las burbujas cargadas de bacterias comenzaron a diluirse mucho más rápido. Bourouiba sospechaba que podrían no ser las bacterias mismas, pero quésecretan, eso mantiene la burbuja en su lugar durante más tiempo.
"Las bacterias están vivas y, como todo lo que está vivo, generan desperdicios, y esos desperdicios suelen ser algo que potencialmente podría interactuar con la interfaz de la burbuja", dice Bourouiba. "Así que separamos los organismos de su 'jugo'".
Los investigadores eliminaron las bacterias de sus secreciones, luego repitieron sus experimentos, utilizando las secreciones de las bacterias. Tal como Bourouiba sospechaba, las burbujas que contenían las secreciones solo duraron mucho más que las burbujas limpias. Las secreciones, concluyó el grupo, deben ser la claveingrediente para extender la vida útil de una burbuja. ¿Pero cómo?
Nuevamente, Bourouiba tenía una hipótesis: las secreciones bacterianas podrían estar actuando para reducir la tensión superficial de una burbuja, haciéndola más elástica, más resistente a las perturbaciones y, al final, más probable que viva más tiempo en la superficie del agua. Este comportamiento, ellase observó que era similar a los compuestos tensioactivos o tensioactivos, como los compuestos de los detergentes que producen pompas de jabón.
Para probar esta idea, los investigadores repitieron los experimentos, esta vez intercambiando bacterias por tensioactivos sintéticos comunes, y descubrieron que también producían burbujas más duraderas que también se diluyeron dramáticamente después de un cierto período de tiempo. Este experimento confirmó que las secreciones de las bacteriasactuar como tensioactivos extendiendo la vida útil de las burbujas contaminadas.
Luego, los investigadores buscaron una explicación para el cambio drástico en la velocidad de adelgazamiento de una burbuja contaminada. En las burbujas limpias, el adelgazamiento de la tapa fue principalmente el resultado del drenaje, ya que el agua en la tapa drena principalmente hacia el fluido desde el cualla burbuja se elevó. Dichas burbujas viven en el orden de segundos, y su velocidad de drenaje disminuye lentamente a medida que la burbuja se adelgaza.
Pero si una burbuja dura más de un tiempo crítico, la evaporación comienza a jugar un papel más dominante que el drenaje, esencialmente eliminando las moléculas de agua de la tapa de la burbuja. Los investigadores concluyeron que, si una burbuja contiene bacterias, las bacterias y sus secreciones, hacenuna burbuja dura más en la superficie del agua, lo suficiente como para que la evaporación se vuelva más importante que el drenaje para diluir la capa de la burbuja.
A medida que la tapa de una burbuja se adelgaza, las gotas que rociará cuando inevitablemente explote se vuelven más pequeñas, más rápidas y más numerosas. El equipo descubrió que una sola burbuja cargada de bacterias puede crear 10 veces más gotas, que son 10 veces más pequeñasy se expulsa 10 veces más rápido de lo que puede producir una burbuja limpia. Esto equivale a cientos de gotas que miden solo unas pocas docenas de micras y que se emiten a velocidades del orden de 10 metros por segundo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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