Aspectos dinámicos de monocapas de langmuir. Introducción y desarrollo de la microfluídica bidimensional
- Autores: Patricia Burriel Andres
- Directores de la Tesis: Jordi Ignés Mullol (dir. tes.), Josep Claret (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Ortin Rull (presid.), Ramon Reigada Sanz (secret.), Maria Teresa Martin Romero (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
Les monocapes de Langmuir són pel¿lícules monomoleculars formades per molècules anfifíliques situades sobre la interfase aire/aigua. El principal interès de les monocapes de Langmuir es centra en la seva rellevància com a sistemes model en dues dimensions i en el seu caràcter multidisciplinari per les seves aplicacions en Nanotecnología, Biologia, Química o Física.
El nostre objectiu ha sigut l'estudi dinàmic d'aquest tipus de sistemes, derivant en el desenvolupament de mètodes per a la manipulació i control de fluxos de monocapes de Langmuir. En primer lloc, es va dur a terme l'estudi de les monocapes de àcid 4-(4-((4-octilfenil)azo) fenoxi) butanoic: un compost fotosensible, que pot isomeritzar-se de l'isòmer cis a trans (i a l'inrevés) mitjançant irradiació. En monocapes fotestacionàries d'aquest compost s'observa una separació de fases espontània que dóna lloc a dominis circulars amb textures internes (formades majoritàriament per isòmer trans) envoltades de fase isòtropa (isòmer cis). Aquestes monocapes han sigut el punt de partida d'aquest treball on s'ha dut a terme l'estudi de la resposta col¿lectiva molecular de dominis de formats per l'isòmer trans de l'àcid 4-(4-((4-octilfenil)azo) fenoxi) butanoic, prèviament foto-alineats, quan es fa rotar contínuament el pla de polarització de la llum. D'aquesta manera es veu que la configuració foto-alineada pot adaptar-se a una pertorbació seguint una dinàmica col¿lectiva amb una resposta influenciada per la viscositat rotacional, pel sentit de rotació del pla de polarització i per la quiralitat de la gota. La tècnica experimental per excel¿lència emprada per seguir la resposta dels dominis ha sigut la Microscòpia d'angle Brewster.
En segon lloc, s'ha dut a terme una caracterització de les monocapes d'1-octadecanotiol a pressions superiors a la pressió d'equilibri, ¿e. En particular, mitjançant isotermes pressió superficial - àrea molecular a diferents temperatures s'ha estudiat el comportament d'aquest sistema al col¿lapse, equiparant-lo al comportament de materials sòlids, podent associar la dependència de la ¿c amb la temperatura amb dos comportaments ben diferenciats, característics del flux plàstic: ¿ i ¿.
A més a més, s'ha observat, un comportament similar en monocapes de Langmuir de l'1-hexadecanotiol, posant de manifest l'efecte de la variació de la longitud de la cadena. La principal diferencia entre l'1-octadecanotiol i el 1-hexadecanotiol és el desplaçament de la temperatura a la que es dóna el màxim de ¿c, que coincideix amb la separació entre el comportaments de flux plàstic tipus ¿ i ¿. En tots dos casos, aquesta temperatura presenta un desplaçament de 10 K respecte els seus punts de fusió respectius en volum. Això ens permet plantejar la hipòtesis, mitjançant la microscòpia d'angle Brewster, que la temperatura corresponent al màxim de ¿c podria ésser equivalent al pseudo-punt de fusió en 2D.
Per últim, essent l'objectiu més ambiciós d'aquesta tesis, s'ha dut a terme una sèrie d'estudis per determinar els protocols necessaris per manipular i controlar varis fluxos de monocapes de Langmuir en una xarxa de microcanals, semblant a la microfluídica convencional, establint els protocols òptims de fabricació i de manipulació dels fluxos de monocapes, batejant aquest nou àmbit de recerca com a microfluídica bidimensional. En primer lloc, mitjançant la caracterització del flux d'una monocapa d'àcid elaídic a través d'un canal, s'ha dut a terme un estudi experimental i teòric de l'efecte bottleneck que ha permès directament relacionar el comportament transitori del flux de la monocapa de Langmuir amb la compressibilitat intrínseca del material. Els resultats experimentals indiquen un bon acord entre el model proposat i els experiments realitzats, observant que l'efecte bottleneck es troba molt present per amplades de canal inferiors a 400 ¿m, on la monocapa es troba inicialment aïllada pel propi canal.
Un cop caracteritzat aquest tipus de sistema s'han dut terme experiments per tal de generar dominis d'una mesofase en un altre, mitjançant una sèrie de dispositius de junta T adaptats a les monocapes de Langmuir. El resultat no ha sigut satisfactori. Tot i que aquest resultat confirma la no validesa de Rayleigh-Plateau per 2D, en un primer moment es va pensar que la formació d'aquests dominis podria donar-se a través d'un mecanisme de squeezing (típic en microfluídica) concret, el qual proposa que la formació dels dominis es determina exclusivament a partir de les dimensions dels microcanals i de les velocitats de flux. Encara així, els experiments han revelat que la formació de dominis a través d'aquest mecanisme no es factible, suggerint una possible relació entre aquest resultat i l'elevada compressibilitat de les monocapes de Langmuir.
Aquests resultats han derivat en l'optimització dels dispositius emprats en microfluídica bidimensional, fabricant circuits per la combinació de tècniques fotolitogràfiques amb superfícies d'elevat contrast a les propietats de mullat. De forma anàloga als dispositius de micorfluídica convencional, es proposa un dispositiu de disseny versàtil basat en un elevat contrast en les propietats de mullat entre uns canals hidròfils i la superfície súper-hidrófoba que els envolta, posant de manifest la seva validesa mitjançant la determinació de coeficients de difusió de la molècula de Texas Red DHPE.
