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Micelas tubulares, potenciales para crear materiales inteligentes

Reyna Alejandra Fonseca Velázquez
30/jun/2014

Imaginemos un impermeabilizante “inteligente”, lo suficientemente viscoso para poder embarrarlo pero que también sea altamente elástico para que no se “rompa” y no deje pasar la humedad en absoluto. Esto y más puede crearse a partir de materiales con propiedades elásticas y viscosas llamados “micelas tubulares” y que son muy parecidos a los cabellos humanos.

Gracias a la reología (del griego rheos, que significa corriente o flujo), que se dedica al estudio y deformación de los materiales, los científicos pueden estudiar y hasta modificar las características de dichos materiales.

La reología incluye dos ramas de la mecánica muy distintas denominadas: mecánica de los sólidos y mecánica de los fluidos, por eso es capaz de estudiar los plásticos (o polímeros) viscoelásticos que se comportan como sólidos y como fluidos. A partir de la reología han surgido otras técnicas a las que les interesa tener una precisión a escalas más pequeñas, como es la microreologia.

Estudiar su comportamiento frente a diversos agentes externos, ya sean esfuerzos mecánicos, cambios de temperatura o del tiempo, es el primer paso para lograr lo importante: crear polímeros nuevos y sofisticados para aplicaciones específicas.

En el IFUNAM, el estudiante de doctorado Antonio Tavera, analiza un material que se comporta como polímero (aunque no lo es), y que lleva el nombre de micela tubular gigante; tubos delgados y largos (de ~50 nanómetros hasta 1 micra) que se forman por la unión de moléculas anfifílicas, es decir, que una parte de ellas es soluble en agua y la otra parte no lo es.

“Se trata de estudiar las propiedades de las micelas tubulares porque, aunque ya se han estudiado previamente sus características, son un material que tiene propiedades reológicas y en particular viscoelásticas muy interesantes”, explicó Tavera luego de su charla "Dinámica y estructura de las micelas tubulares gigantes", el pasado 19 de mayo del presente año, en el Seminario de Estudiantes del IFUNAM.

“Cuando entran en un medio acuoso, las partes que no son solubles en el agua (hidrofóbicas) se unen para no entrar en contacto con el agua y las partes solubles en agua (hidrofílicas) quedan en contacto con el medio, así es como se generan las micelas tubulares” con sus curiosas propiedades como la viscoelasticidad.


Cuando la concentración de las moléculas que componen a las micelas es relativamente pequeña entonces la micela es esférica, sin embargo cuando la concentración de estas moléculas conformadoras aumenta es cuando la micela formada es tubular, como las que estudia en este caso Tavera.

Para estudiar el comportamiento de estos materiales, se les aplica un esfuerzo o perturbación. Dependiendo de la manera en la que se perturbe el material se comportará de diferentes formas.

“Por ejemplo, al dar un golpe a una mesa de madera, vemos que no se deforma, eso significa que el material es completamente elástico y se le conoce como un sólido de Hooke”, o sea, que la deformación del material es proporcional al esfuerzo que se le aplica, “en cambio si se deformara completamente se trataría de un material completamente viscoso”, explica Tavera.


Se muestra en los esquemas la deformación correspondiente a cada uno de los distintos tipos de materiales, ya sea elásticos, viscosos o viscoelásticos. Con esto nos podemos dar una idea de cómo actúan en ellos los esfuerzos aplicados a los materiales.

Las propiedades mecánicas estudiadas por la reología y la microreología se pueden medir mediante reómetros, aparatos que permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa, lo que nos dice qué tan viscosos y elásticos son los materiales.

Tavera menciona que para este tipo de materiales, que se presentan en forma de solución, es mejor que se estudie por medio de un método conocido como microreologóa óptica; con este método podemos conocer la manera en la que se están moviendo las micelas dentro de la solución, al hacer incidir luz (con longitud de onda alrededor del ultravioleta) en lugares específicos de ella, obtendrán medidas de la dispersión de la luz que sale luego de haber entrado en contacto con las micelas y con esto se conocerán los coeficientes de viscosidad y elasticidad de la muestra.

En general, las micelas están enredadas como si fueran bolas de pelo, lo que da a los materiales las propiedades viscoelásticas, por eso Tavera explica que al modificar la longitud de onda incidente en la muestra y agregando moléculas fotosensibles que faciliten la dispersión de la luz en la solución, él podrá también modificar el acomodo de las micelas y cambiarán sus propiedades: “entre más marañas hayan, las micelas casi no se van a poder mover y por eso el material es más viscoso, entonces si las marañas se rompen, las micelas van a poder fluir y pasará a ser un material más elástico”.


En la imagen de la izquierda, las micelas están enredadas y el material no fluye con facilidad, es decir, es más viscoso. Sin embargo, en la imagen de la derecha, las micelas se encuentran separadas entre sí y se observa como fluye mejor.

El rompimiento de las marañas de micelas no es un proceso reversible, lo que quiere decir que si ya están separadas, difícilmente se les regresa al estado “enredado” en el que estaban, y aunque se ha logrado, no mantienen las mismas características que tenían antes de haberse roto.

“Queremos estudiar a estos sistemas pero modificados, esto quiere decir que podemos hacer materiales tan elásticos o tan viscosos como uno quiera”. Con ello, Tavera pretende lograr, en un futuro, la reversibilidad del rompimiento de los cúmulos de micelas.

Con estos objetivos de investigación, Tavera podrá separar o unir a las micelas, y esto abriría la puerta a la manipulación de la viscoelasticidad del material. “Es interesante porque son materiales inteligentes, los puedes utilizar para crear impermeabilizantes por ejemplo, son viscosos para poder embarrarlo y luego se le pide ser elástico para que no se “rompa” y no deje pasar la humedad, como nuestra piel, por ejemplo, que es un material viscoelástico”.

En este momento Tavera se encuentra estudiando las diferentes técnicas que existen para el estudio y modificación de los materiales viscoelásticos y la manera en la que se pueden aprovechar sus características.