Cómo la elasticidad del fluido cambia la trampa para partículas exprés
Una gota de champú espeso cae al agua y se congela en una hebra caprichosa. Un fluido que a la vez fluye y se estira como un resorte se llama viscoelástico. En él, las partículas diminutas bajo la acción de los ultrasonidos se comportan de manera muy distinta que en el agua.
En un microcanal con este fluido se encienden los ultrasonidos y aparecen dos corrientes. Una, acústica, empuja las partículas hacia ciertas zonas, como el viento lleva el polen hacia una valla. La segunda, vorticial, generada por el sonido intenso, mezcla el fluido y puede arrastrar las partículas lejos. En un medio viscoelástico, estas fuerzas se entrelazan de otra manera: la elasticidad del fluido actúa como una red invisible que a veces atrapa la partícula y a veces la suelta. Los científicos construyeron un modelo basado en las ecuaciones del fluido de Oldroyd-B, una descripción matemática en la que el fluido recuerda deformaciones recientes, como una banda elástica.
Las principales palancas resultaron ser dos números. El número de Deborah (De) compara el tiempo de relajación de las tensiones elásticas en el fluido con el período de los ultrasonidos: cuanto mayor es, más tiempo "recuerda" el fluido el empujón. El número de difusión viscosa (Dv) indica qué tan rápido se disipan los vórtices debido a la viscosidad. Al variarlos, se puede trasladar la trampa de partículas de un lugar a otro: del centro del canal a la pared, a la línea donde la presión no oscila, o al eje de simetría del sonido.
Así nace la acustofluídica para fluidos complejos: la posibilidad de clasificar sin contacto partículas de menos de un micrómetro. Es un camino directo hacia el trabajo delicado con células vivas, virus o gotas de medicamentos, donde es importante no dañar la carga. Y todo gracias a que el fluido es un poco elástico.
El número de Deborah lleva el nombre de la profetisa del Libro bíblico de los Jueces, quien dijo: "Los montes se derriten ante el Señor", una alusión a que incluso lo sólido puede fluir si se observa durante el tiempo suficiente.
En la novela "La expansión", los ingenieros usan campos sonoros para controlar flujos en gravedad cero: un principio similar, solo que en lugar de viscoelasticidad actúa la inercia.