El transporte de líquidos en sistemas implementados en microchips es importante en muchas áreas, como los microfluidos o los optofluidos. El movimiento del líquido en estos sistemas se provoca por medios mecánicos (bombas) o por «electromojado» (electrowetting). Steve Arscott (Universidad de Lille, Francia) ha descubierto un nuevo fenómeno, el «fotoelectromojado» (photoelectrowetting) que permite mover una gota de líquido conductor sobre un sustrato formado por un aislante y un semiconductor (una fina capa de teflón sobre una oblea de silicio dopada tipo p o n). La luz genera portadores de cargas en el semiconductor cerca de la superficie del sustrato, lo que altera la capacitancia de la interface con el líquido, modificando el ángulo de contacto de humectación de la gota; si se aplica la luz de forma asimétrica se provoca que la microgota empiece a moverse. Más sencillo imposible, iluminar una gota de líquido y observar como empieza a moverse hacia donde le lleva la luz. El artículo técnico es Steve Arscott, «Moving liquids with light: Photoelectrowetting on semiconductors,» ArXiv, 24 Aug. 2011 (el artículo cita unos vídeos pero no he podido encontrarlos). Por cierto, uno de los cinco líquidos que ha utilizado Arscott ha sido Coca Cola Cero (hecho que he enfatizado en el título). ¿Por qué ha utilizado Coca Cola? Quizás busque un Premio Ig-Nobel.
En el «electromojado» normalmente se utiliza una gota de un líquido conductor colocada sobre un sustrato formado por una fina capa aislante sobre un conductor. Sin embargo, Arscott ha estudiado el efecto de sustituir el conductor por un semiconductor (tanto de tipo p, como en la figura, como de tipo n). Al aplicar una diferencia de potencial entre la gota y el sustrato semiconductor cambia la capacitancia por unidad de superficie en la capa aislante y con ella la tensión superficial del líquido de la gota, lo que hace que su ángulo de humectación varíe. Para un semiconductor de tipo p, una diferencia de potencial positiva (negativa) hace que el ángulo de humectación aumente (disminuya). ¿Cuál es la ventaja de usar un semiconductor en lugar de un conductor como sustrato? En el semiconductor se forma una nueva capacitancia (Cs) que actúa en serie con la capacitancia del aislante (Ci), lo que permite un grado de libertad adicional para el control del electromojado. Si la diferencia de potencial se aplica de forma asimétrica, el ángulo de humectación variará de forma asimétrica y la gota se moverá por el sustrato. Este efecto ya ha sido utilizado en sistemas microfluidodinámicos para mover microgotas.
La idea de Arscott ha sido sustituir la aplicación de un potencial eléctrico asimétrico por una iluminación asimétrica de la gota de líquido. La capacitancia del sustrato es independiente de la iluminación, pero la capacitancia efectiva en el semiconductor (Cs) se puede modificar por dos vías, tanto por un cambio en el potencial eléctrico como por el uso de iluminación adecuada. Esta segunda posibilidad ha sido bautizada por Arscott como fotoelectromojado. La nueva configuración tiene la ventaja de que es muy fácil introducir una asimetría que provoque la gota se mueva por el sustrato utilizando luz.
Asrcott ha utilizado como aislante una fina capa de teflón (Politetrafluoroetileno o PTFE) colocada sobre una oblea de silicio convencional. Se han utilizado obleas con cuatro tipos diferentes de dopaje, que Arscott llama p+, p, n+, y n. Como líquidos conductores, Arscott ha utilizado una solución diluida de ácido clorhídrico, dos soluciones salinas, ácido acético y Coca Cola Cero (en una lata abierta 7 días antes del experimento), cuyas conductividades eléctricas son 3,64 mS/cm, 1,18 mS/cm, 0,12 mS/cm, 1,32 mS/cm, y 1,07 mS/cm. Las microgotas colocadas encima de la superficie de teflón tienen un volumen de unos pocos microlitros.
En resumen, un estudio realmente curioso que por el formato del preprint seguramente habrá sido enviado a Nature o a Nature Physics. Ya veremos si se lo aceptan.
Francis (th)E mule Science's News 