Manipulación de fluidos utilizando películas delgadas mesoporosas

MERCURI, MAGAL¨ª; BERLI, CLAUDIO L. A.; BELLINO, MART¨ªN GONZALO

Congreso; XVIII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2018

La manipulaci¨®n de fluidos en una herramienta fundamental para el desarrollo de micro y nanodispositivos vers¨¢tiles. Los m¨¦todos utilizados consisten, en general, en aplicar un campo el¨¦ctrico en l¨ªquidos o superficies cargadas, lo cual restringe las aplicaciones tecnol¨®gicas. En este trabajo, se desarroll¨® un enfoque novedoso que permite movilizar fluidos dentro de matrices mesoporosas independientemente de la naturaleza del fluido y de la carga el¨¦ctrica del sistema.Estudios previos [1], revelaron que cuando se coloca una gota de agua sobre una pel¨ªcula mesoporosa se genera un anillo de imbibici¨®n que avanza dentro la matriz hasta que se detiene. Este comportamiento se atribuye a la acci¨®n conjunta de la capilaridad, evaporaci¨®n y condensaci¨®n, que ocurren dentro de la matriz y en la interfaz con el aire. En este contexto, se propuso un m¨¦todo que consiste en utilizar una celda termoel¨¦ctrica para regular la temperatura del sistema aplicando tensiones de entrada variables. De esta manera, se controla el grado de evaporaci¨®n y condensaci¨®n, logrando la manipulaci¨®n de los fluidos en tiempo y espacio [2].Se sintetizaron pel¨ªculas mesoporosas de TiO2 (~180nm de espesor) y se colocaron sobre una celda termoel¨¦ctrica conectada a una fuente de tensi¨®n variable, monitoreando la temperatura a trav¨¦s de una termo-resistencia que se ubic¨® en contacto con el sustrato. Para evaluar la factibilidad del m¨¦todo, se deposit¨® una gota de agua y una vez que se estableci¨® espont¨¢neamente el anillo de imbibici¨®n se aplic¨® un esquema de tensiones variables de 0 a 2V. Inmediatamente, se observ¨® un descenso de temperatura de 1,4¡ãC respecto a la ambiente y un crecimiento de 110¦Ìm en el posicionamiento del frente. Cuando se aplicaron voltajes en sentido opuesto, aument¨® la temperatura hasta valores ambiente y se observ¨® que el anillo de imbibici¨®n volvi¨® a posicionarse como al inicio. En otras palabras, cuando la temperatura disminuye, predomina el fen¨®meno de condensaci¨®n y los poros del borde del anillo, cercanos a la interfaz l¨ªquido-vapor, adsorben las mol¨¦culas de agua del ambiente manifestando una imbibici¨®n mayor. En cambio, cuando aumenta la temperatura, se incrementa el grado de evaporaci¨®n y se evapora el l¨ªquido de los poros cercanos a la interfaz, manifest¨¢ndose una imbibici¨®n menor. Estos resultados condujeron a explorar los alcances de la estrategia y se estudi¨® el comportamiento del anillo frente a esquemas de tensiones con forma de onda triangular. Se observ¨® que el posicionamiento del fluido resultaba c¨ªclico, respondiendo a los ciclos de voltaje aplicados en el tiempo. Esto demostr¨® que el m¨¦todo permite generar posiciones alternadas y reproducibles en el frente de avance, el cual oscil¨® entre estados estacionarios a temperatura ambiente (0V) y estados activados a temperaturas menores. Finalmente, con el objetivo de modular conexiones nanoflu¨ªdicas, se colocaron dos gotas contiguas y se aplicaron tensiones diferenciales para promover la conexi¨®n/desconexi¨®n entre los fluidos de cada gota. En efecto, cuando se provoc¨® la disminuci¨®n de temperatura, los anillos manifestaron un acercamiento y cuando aument¨® la temperatura se evidenci¨® la desconexi¨®n.La estrategia result¨® vers¨¢til, novedosa y compatible con la industria microelectr¨®nica. La actuaci¨®n termoel¨¦ctrica sobre el fluido que se transporta a trav¨¦s de las pel¨ªculas mesoporosas abri¨® caminos hacia el desarrollo de novedosos dispositivos que incorporen la tecnolog¨ªa de manipulaci¨®n de fluidos en la nanoescala para diversas aplicaciones.