Los líquidos, con su dinámica de flujo, a menudo están lejos del equilibrio. Esto hace que sea particularmente difícil modelar procesos en materia blanda o tejido vivo que contienen líquidos. Una nueva investigación del Instituto de Ciencias Industriales IIS de la Universidad de Tokio ofrece unenfoque elegante para modelar la autoorganización de sistemas fuera de equilibrio.
Tales sistemas, naturalmente, intentan autoorganizarse en estados más estables. Las suspensiones coloidales, suspensiones homogéneas de partículas no disueltas en un líquido, de naturaleza generalizada, tienden a separarse con el tiempo si los coloides se atraen fuertemente entre sí. ALa mayor dificultad para modelar este proceso es la interacción dinámica compleja entre los coloides y el líquido. Los dos componentes tienen dinámicas muy diferentes que son difíciles de unir en un solo modelo.
El estudio IIS, publicado en Materiales computacionales de la naturaleza , resuelve esto a través de un enfoque denominado dinámica de partículas fluidas FPD. En lugar de tratarse como sólidos, las partículas coloides suspendidas se simulan como gotas de líquido altamente viscosas indeformables. Esto hace que la suspensión coloidal sea una mezcla líquida binaria, y elimina lanecesidad de un tratamiento complicado de una condición límite sólido-líquido.
Para validar las simulaciones, se compararon con estudios de microscopio 3D de la mezcla de suspensiones coloidales reales, donde los coloides se agregan en grupos más grandes. "Los factores clave para controlar la estabilidad de la dispersión fueron el potencial intercoloide, que controla cómo interactúan las partículas, yla temperatura ", dice el coautor del estudio Michio Tateno." Elija con cuidado, y el proceso cinético de desmezcla se reproduce con mucha precisión ".
Aparte del potencial y la temperatura intercoloides, el modelo no contiene parámetros ajustables, lo que lo hace generalmente aplicable a mezclas de todo tipo sin equilibrio, y atestigua la corrección esencial del concepto subyacente de FPD. Sin embargo, el estudio confirmó unorequisito crucial para cualquier modelo de tales sistemas: interacciones hidrodinámicas.
"Las partículas en una suspensión coloidal, aunque están separadas entre sí, interactúan indirectamente a través de sus efectos sobre el solvente", explica el autor principal Hajime Tanaka. "Esta 'interacción hidrodinámica' está presente en nuestro modelo de FDP. Sin ella -por ejemplo, en modelos que descuidan el movimiento del solvente, la cinética de separación de fases es completamente incorrecta ".
Tateno y Tanaka esperan que la simplicidad y la precisión de sus predicciones de FPD sin parámetros abrirán nuevas vías para simular materia blanda y fluidos biológicos, y algún día podrían mejorar el diseño asistido por computadora de materiales coloidales avanzados.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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