NeoFronteras

Sólo el 2-3% de la gota está en contacto con superficie de la hoja de loto. Foto: Wolf Friedmann.

Unos científicos confirman el papel jugado por las nanoestructuras de las hojas del loto en el proceso de autolimpieza de las mismas.
Hace ya tiempo que se conoce la existencia el efecto “loto”, o cómo la superficie de la hoja del loto (una planta acuática de origen asiático) y otras especies animales y vegetales tienen la capacidad de limpiarse a sí mismas o de no mojarse, pero no se sabe el mecanismo exacto que lo produce.
Sólo recientemente se ha empezado a desentrañar los mecanismos microscópicos responsables de este efecto y se ha visto que las estructuras manométricas juegan un importante papel. Una de las consecuencias interesantes que se ha encontrado es que estas hojas no solo carecen de suciedad sino que además las colonias bacterianas no crecen sobre ellas, a pesar de que estas plantas viven en charcas y estanques bastante sucios desde el punto de vista bacteriano.
En los últimos años los científicos han desarrollado modelos teóricos para explicar este comportamiento. Básicamente, según este modelo, las hojas tienen dos niveles de estructuras que afectan a este comportamiento. Un nivel microestructurado (del tamaño de micras o milésimas de milímetro) consistente en bultos superficiales y un nivel nanoestructurando (del orden de la millonésima de milímetro) formado por pequeños pelitos. Ambos sistemas están acoplados mediante un sistema químico ceroso.
Hasta ahora no habían realizado experimentos sistemáticos que pusieran a prueba este modelo.
Recientemente Y. T. Cheng de la Universidad de Michigan y sus colaboradores han realizado esos experimentos.
Este equipo ha conseguido separar el efecto de las nanoestructuras y de la rugosidad micrométrica para ver cómo funciona cada nivel. Este resultado ayudará a diseñar superficies autolimpiables y nos ayudará a entender los mecanismos del mojado.
La propiedad de autolimpieza de la hoja de loto requiere por tanto de una rugosidad a dos escalas. Cuando una gota cae sobre la hoja forma un ángulo grande en lugar de un ángulo pequeño se desvía en lugar de esparcirse. Una hoja puede tener ángulos de contacto cercanos a 170º haciendo que sean extremadamente hidrofóbicas. De hecho sólo un 2 o 3% de la gota realmente moja la superficie de la hoja debido a la composición cerosa y al aire atrapado en la misma por las micro y nanoestructuras.
Con ese escaso contacto la gota rueda literalmente sobre la hoja casi sin fricción. La gota en su camino recolecta bacterias y suciedad y las barre de la superficie de la hoja. De este modola hoja es limpiada.
El equipo de investigadores ha comprobado cómo funciona el sistema cuando las nanoestructuras son eliminadas de la superficie. Además han comparado los resultados con los aportados por una superficie simplemente encerada.

En esta imagen de microscopía electrónica se compara una hoja de loto sin tratar (a) que posee micro y nano estructuras, con otra recocida (b) donde las nanoestructuras se han derretido. Estás últimas pierden gran parte de la capacidad de autolimpieza de las originales. Foto: Cheng, Y. T.

Recocieron las hojas a cierta temperatura y después las dejaron enfriar lentamente, de este modo las estructuras nanométricas desaparecían al fundirse pero retenían la composición cerosa química original.
Midieron un significativo menor ángulo de contacto (126º) para estas hojas recocidas, con sólo microestructuras, que en las hojas originales. La superficie encerada tenía un ángulo aun menor de sólo 73º.
Por tanto, la presencia de los pelillos de tamaño nanométrico eran los responsables de un aumento adicional de 16º en el ángulo de contacto, amplificando de este modo el efecto mediante el cual las gotas ruedan en lugar de mojar.
Los resultados son importantes para entender el sistema de autolimpieza de la hoja del loto y poder aplicarlo en el futuro a productos de consumo.

Referencia: Cheng, Y T, Rodak, D E, Wong, C A and Hayden C A. “Effects of micro- and nano-structures on the self-cleaning behaviour of lotus leaves.” Nanotechnology 17 (2006) 1359-1362.