Evelyn C. Ayala20/nov/2025
Con una metodología novedosa en proceso de patentarse en México y creada por el investigador del departamento de física química del Instituto de Física (IFUNAM), Juan Valentín Escobar Sotomayor, se puede medir el ángulo de contacto en superficies superhidrofóbicas, es decir en aquellos materiales que repelen líquidos como el agua.
Esta propuesta innovadora resuelve un problema en particular: las mediciones realizadas con aparatos convencionales generalmente son inexactas. Calcularlas con ayuda de la metodología del IFUNAM posibilita hacerlas con menor incertidumbre y, por lo tanto, que sean reproducibles.
Esto permitiría a diversas industrias y laboratorios caracterizar mejor la interacción entre superficies y líquidos. “Por ejemplo, es deseable que los parabrisas repelan el agua cuando llueve para poder ver, o que no queden remanentes en los frascos que contienen alguna medicina, porque eso puede representar un porcentaje importante del total del líquido a nivel industrial”, explica Escobar.
De acuerdo con el investigador, en el mercado ya existen instrumentos comerciales que caracterizan superficies, pero en el caso de aquellas que repelen al agua, hay una advertencia: los resultados serán inconsistentes o poco exactos.
Para caracterizar la interacción entre superficies y líquidos se toma en cuenta el ángulo de contacto entre estas variables, o sea la forma que adquiere una gota en su contacto con la superficie. Escobar puntualiza que en el caso de superficies hidrofílicas (con afinidad al agua), el ángulo de contacto es menor de 90 grados, en las hidrofóbicas es mayor de 90 grados, y las superhidrofóbicas es de más de 150 grados.
Medir el ángulo de contacto en superficies repelentes al agua es un reto porque en el método tradicional se registra fotográficamente el contacto a una escala mesoscópica, tan cerca que se puede ver la curvatura de la gota a contraluz. En el caso de estas superficies, el ángulo de contacto aumenta tanto que el pixeleo de la cámara conlleva un error sistemático muy grande.
“Cuando el ángulo de contacto tiende a 180 grados (que sería una gota de una superficie repelente al agua completamente), la derivada del perfil tiende a infinito y entonces un pequeño cambio en el píxel que corresponde al punto de contacto puede hacer que el ángulo que uno mide cambie de 178 a 170, son unos rangos muy grandes. Entonces hay una necesidad en el campo de la capilaridad de desarrollar nuevas técnicas e instrumentos que logren caracterizar esa repelencia a los líquidos pero de maneras indirectas”, explica Escobar.
El primer paso de la metodología es anclar una gota (de cualquier líquido, casi esférica y diminuta) en un micropilar, una estructura cilíndrica de acrílico que permitirá sostener la gota. Una vez que la gota está anclada, se ilumina con luz colimada (rayos paralelos) para registrar su contorno a contraluz a través de la cámara de alta definición y se pone en contacto con la superficie en cuestión. En lugar de medir el ángulo de contacto directamente utilizando esa imagen, lo que se mide en la técnica de Escobar es la presión hidrostática adimensional conforme la gota se va evaporando sobre la superficie.
“La presión del líquido dentro de la gota, que está en equilibrio con la tensión superficial, puede adimensionalizarse, o sea, se puede dividir por la tensión superficial del líquido y multiplicar por el radio máximo. El resultado es una cantidad que no tiene unidades pero que es muy importante porque cuando se incorpora en las ecuaciones fundamentales que nos dan la curvatura de la gota, conforme la gota se va despegando de la superficie, esa cantidad (que se puede medir experimentalmente) alcanza un mínimo”, explica Escobar.
Este mínimo de presión es clave porque revela información antes de que la gota se separe de la superficie. En lugar de medir el punto exacto en que la gota toca la superficie, el investigador observa la presión interna de la gota conforme ésta se evapora.
“Es una medición que solo depende de la geometría; conforme el líquido se va despegando de la superficie, entonces no le importa la composición del líquido, no le importa la composición de la superficie. Lo que hace y que la vuelve más robusta es que lo único que está midiendo es la curvatura del líquido durante su despegue de la superficie y matemáticamente resulta que esa cantidad está relacionada con el ángulo de contacto”, aseguró el investigador”, aseguró el investigador. “Si mido el mínimo de esta cantidad, puedo inferir el ángulo de contacto sin preocuparme por lo que pasa en la interfase”, dijo.
Esta metodología pasó por varios procesos antes de proponerse para obtener una patente, con ideas que surgieron, dice Escobar, desde hace mucho tiempo. “Desde mi contratación hace 10 años empecé a estudiar este problema y poco a poco fui avanzando. Pero yo diría que el parteaguas ocurrió durante la pandemia cuando no tuve acceso al laboratorio y tuve que sentarme con más cuidado a revisar todas las ecuaciones”, contó.
El proceso fue complejo, desde la creación de un prototipo, la comprobación de su utilidad y la capacidad de reproducir esta metodología en cualquier laboratorio o industria, la obtención de recursos a través del Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT), la redacción y publicación de un artículo de investigación en la revista Physical Review Applied, hasta la documentación solicitada por la Coordinación de Vinculación y Transferencia Tecnológic (CVTT) de la UNAM para iniciar el registro de la patente.
Una vez que el registro sea aceptado, Juan Valentín Escobar espera que su metodología e instrumento encuentren aplicaciones en el ámbito de la investigación fundamental, específicamente en ciencia de superficies, así como en la industria.
"Se agradece el financiamiento de los proyectos CBF-2025-I-1653 y PAPIIT-IT102023".
