Efecto de loto
El efecto de loto se refiere a las propiedades de autolimpieza que son el resultado de la ultrahidrofobicidad exhibida por las hojas de Nelumbo , la flor de loto. [1] Las partículas de suciedad son recogidas por las gotas de agua debido a la arquitectura micro y nanoscópica en la superficie, que minimiza la adhesión de la gota a esa superficie. Las propiedades de ultrahidrofobicidad y autolimpieza también se encuentran en otras plantas, como Tropaeolum (capuchina), Opuntia (tuna), Alchemilla , caña y también en las alas de ciertos insectos. [2]
El fenómeno de la ultrahidrofobicidad fue estudiado por primera vez por Dettre y Johnson en 1964 [3] utilizando superficies hidrofóbicas rugosas. Su trabajo desarrolló un modelo teórico basado en experimentos con perlas de vidrio recubiertas con parafina o telómero de PTFE . Wilhelm Barthlott y Ehler estudiaron la propiedad de autolimpieza de las superficies micro- nanoestructuradas ultrahidrófobas en 1977, [4] quienes describieron tales propiedades de autolimpieza y ultrahidrófobas por primera vez como el "efecto de loto"; Los materiales ultrahidrófobos de perfluoroalquilo y perfluoropoliéter fueron desarrollados por Brown en 1986 para el manejo de fluidos químicos y biológicos. [5]Otras aplicaciones biotécnicas han surgido desde la década de 1990. [6] [7] [8] [9] [10] [11]
La alta tensión superficial del agua hace que las gotas adopten una forma casi esférica, ya que una esfera tiene un área superficial mínima y, por lo tanto, esta forma minimiza la energía superficial sólido-líquido. Al contacto del líquido con una superficie, las fuerzas de adhesión dan como resultado la humectación de la superficie. Puede ocurrir un humedecimiento completo o incompleto dependiendo de la estructura de la superficie y la tensión del fluido de la gota. [12] La causa de las propiedades de autolimpieza es la doble estructura hidrófoba que repele el agua de la superficie. [13] Esto permite reducir significativamente el área de contacto y la fuerza de adhesión entre la superficie y la gota, lo que da como resultado un proceso de autolimpieza. [14] [15] [16]Esta estructura doble jerárquica está formada por una epidermis característica (su capa más externa llamada cutícula) y las ceras que la recubren. La epidermis de la planta de loto posee papilas de 10 μm a 20 μm de altura y de 10 μm a 15 μm de ancho sobre las que se imponen las denominadas ceras epicuticulares. Estas ceras superpuestas son hidrófobas y forman la segunda capa de la doble estructura. Este sistema se regenera. Esta propiedad bioquímica es responsable del funcionamiento de la repelencia al agua de la superficie.
La hidrofobicidad de una superficie se puede medir por su ángulo de contacto . Cuanto mayor sea el ángulo de contacto, mayor será la hidrofobicidad de una superficie. Las superficies con un ángulo de contacto <90 ° se denominan hidrófilas y las que tienen un ángulo> 90 ° como hidrófobas. Algunas plantas muestran ángulos de contacto de hasta 160 ° y se denominan ultrahidrofóbicas, lo que significa que solo el 2-3% de la superficie de una gota (de tamaño típico) está en contacto. Las plantas con una superficie de doble estructura como el loto pueden alcanzar un ángulo de contacto de 170 °, por lo que el área de contacto de la gota es solo del 0,6%. Todo esto conduce a un efecto autolimpiante.
Las partículas de suciedad con un área de contacto extremadamente reducida son recogidas por gotas de agua y, por lo tanto, se limpian fácilmente de la superficie. Si una gota de agua rueda por una superficie tan contaminada, la adhesión entre la partícula de suciedad, independientemente de su composición química, y la gota es mayor que entre la partícula y la superficie. Este efecto de limpieza se ha demostrado en materiales comunes como el acero inoxidable cuando se produce una superficie superhidrófoba. [17] Como este efecto de autolimpieza se basa en la alta tensión superficial del agua, no funciona con disolventes orgánicos. Por tanto, la hidrofobicidad de una superficie no protege contra los grafitis.
