Método de burbuja cautiva

Cuando un sistema se forma a partir de una superficie sólida y una gota de líquido, la energía libre del sistema produce mínimos y máximos de energía . Si la superficie sólida es rugosa u homogénea, el sistema (compuesto por un sólido, un líquido y un fluido) puede presentar múltiples mínimos de energía libre en diferentes puntos. Uno de estos mínimos es el mínimo global, que representa la energía libre más baja del sistema y se define como el estado de equilibrio estable. Los demás mínimos ilustran los estados de equilibrio metaestables del sistema. Entre estos mínimos existen barreras energéticas que dificultan el flujo de energía entre los distintos estados metaestables. La transición de energía entre estados metaestables también se ve afectada por la disponibilidad de energía externa, la cual está relacionada con el volumen de la gota de líquido sobre la superficie sólida. Por lo tanto, el volumen del líquido puede influir en la ubicación de los mínimos, lo que a su vez puede afectar los ángulos de contacto entre el sólido y el líquido. Los ángulos de contacto están directamente relacionados con si la superficie sólida es ideal o, en otras palabras, si es una superficie lisa y heterogénea. ^{[ 4 ]}

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La medición de ángulos de contacto mediante el método de burbuja cautiva también puede ser útil en el análisis de la superficie de la membrana de ósmosis inversa para el estudio de su rendimiento. Mediante el análisis de ángulos de contacto, se pueden determinar propiedades de las membranas, como la rugosidad. La rugosidad de las membranas, que indica el área superficial efectiva, puede conducir a la investigación de las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas de la superficie. Según los estudios, un ángulo de contacto mayor puede corresponder a una superficie más hidrofóbica en el análisis de membranas. En la aplicación del método de burbuja cautiva para el análisis de membranas, varios factores pueden influir en el ángulo de contacto, como el volumen de la burbuja, el tipo de líquido y las tensiones.

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En comparación con el método de burbuja cautiva para la medición de ángulos de contacto en otros casos, el ángulo de contacto en el estudio de la monocapa de surfactante pulmonar se mantiene constante en 180 grados, debido a la propiedad del gel de agar hidratado en la parte superior de la burbuja. El sistema aplicado en el estudio del surfactante pulmonar está diseñado para ser hermético, asegurando la independencia de la película superficial de las burbujas de otros materiales y sustancias como paredes de plástico, barreras y salidas. En lugar de añadir tubos adicionales o perforar la interfaz aire-agua de la burbuja con agujas, este sistema cerrado se crea ajustando la presión dentro de la cámara de muestra cerrada mediante la adición o eliminación de medios acuosos para regular el tamaño de la burbuja y la tensión superficial de las películas insolubles en la superficie de la burbuja.

Dado que el volumen de las burbujas se controla modificando la presión en la cámara de muestra, la superficie y la tensión superficial de la película de surfactante en la superficie de la burbuja se reducen a medida que disminuye el volumen de la burbuja.

En este caso, la forma de la burbuja puede variar de esférica a ovalada según la tensión superficial, la cual se puede calcular midiendo la altura y el diámetro de las burbujas. Además de medir la tensión superficial, la formación de burbujas también se puede utilizar para medir la adsorción del surfactante pulmonar, que define la rapidez con la que las sustancias se acumulan en la interfaz aire-líquido del surfactante pulmonar para formar una película.

Existen dos métodos para medir la adsorción con burbujas cautivas:

1. Un método para formar burbujas y medir la adsorción consiste en comenzar con una pequeña burbuja de 2-3 mm de diámetro en una cámara de 10 mm de diámetro, para luego expandirla o comprimirla. La burbuja se introduce en la cámara mediante un pequeño tubo de plástico conectado a una microjeringa de 50 µL. Posteriormente, se expande mediante una disminución repentina de la presión en su interior o un aumento del volumen de la cámara al mover el émbolo del cilindro de vidrio. Para calcular la tasa de adsorción exacta, es necesario considerar la cantidad inicial de surfactante en la superficie de la burbuja antes de la modificación de volumen.
2. Otro método para medir la adsorción consiste en iniciar la formación de una burbuja con un volumen fijo en lugar de un tamaño o diámetro determinado, utilizando una aguja en la entrada inferior de la cámara de burbujeo. El volumen inicial suele ser de 200 ml, lo que equivale a unos 7 mm de diámetro. Al igual que en el primer método, es necesario calcular la acumulación de material en la superficie de la burbuja durante su formación para evaluar la tasa exacta de adsorción.