Agenda

Emmanuelle Rio.  

The importance of evaporation in the stability of soapy objects

The stability of soapy objects such as films, bubbles and foams has been studied widely because of the numerous applications concerning food industry, climate prediction or artistic utilization of giant bubbles. It has been demonstrated that their stability is primarily affected by the thinning dynamics of the thin soap films. The drainage dynamics, which is the capillary or gravity driven flow in the liquid film has been widely investigated [1]. However, more recently, researchers also became interested in the influence of evaporation on this thinning dynamics [2,3]. In this seminar, I will show that, to describe bubble stability, evaporation must be taken into account as soon as the films are thin enough [4]. We will see that the bubble lifetime can be predicted by taking into account both the drainage and the evaporation to describe the thinning dynamics [2] and that this is all the more important concerning the stability of giant soap films. I will conclude with the implications on the influence of physical-chemistry on the film thinning and evaporation [5].

[1] H. Lhuissier and E. Villermaux, J. Fluid Mech., 2012, 696, 5-44. [2] J. Miguet, M. Pasquet, F. Rouyer, Y. Fang and E. Rio, Soft Matter, 2020, 16, 1082–1090. [3] S. Poulain and L. Bourouiba, Phys. Rev. Lett., 2018, 121, 204502. [3] A. Roux, A. Duchesne, M. Baudoin, Physical Review Fluids, 7(1), L011601,2022. [4] Champougny, L., Miguet, J., Henaff, R., Restagno, F., Boulogne, F., Rio, E., Influence of evaporation on soap film rupture. Langmuir, 34(10), 3221-3227, 2018. [5] Pasquet, M., Boulogne, F., Sant-Anna, J., Restagno, F., Rio, E., The impact of physical-chemistry on film thinning in surface bubbles. Soft Matter, 18(24), 4536-4542, 2022.

Edith Navarro.  

Micro y nanoestructuras plasmónicas para su aplicación como sustratos SERS y nanogeneradores triboeléctricos

En los últimos años, los nanomateriales plasmónicos han generado un gran interés para el desarrollo de sustratos SERS debido a que son capaces de otorgar una alta sensibilidad para la detección de moléculas a nivel de trazas. En esta ponencia se presentarán la obtención diversas nanoestructuras plasmónicas tales como estructuras octaédricas de Ag, nanojaulas de Au, nanodendritas bimetálicas y nanodendritas de Ag decoradas con nanopartículas bimetálicas (Ag-Au y Au-Cu) obtenidas por técnicas de electrodepósito las cuales resultan ser métodos de síntesis fáciles, de bajo costo, reproducibles y rápidos[1], [2] . Estos materiales se probaron mediante la impregnación de rodamina 6, 4-aminotiofenol, cristal violeta, bisfenol A, triclosan, tetraciclina, tramadol y vancomicina como analitos para verificar su eficacia como sustratos SERS. Sorprendentemente, todavía se detectan espectros SERS de alta resolución a concentraciones tan bajas como 1×10-15 M y 1×10-18 M; que, según nuestro conocimiento, son las concentraciones de analito más bajas detectadas hasta la fecha. Asimismo, se evaluó la reutilización de los sustratos SERS basados en las jaulas de Au, se observa que después de 75 reúsos durante 100 días, los sustratos aún detectan espectros SERS de alta calidad, lo que demuestra su ultra-alta sensibilidad y reproducibilidad. Adicionalmente, la nanoestructuras plasmónicas también han demostrado en los últimos años su potencial como sistemas de recolección de energía. En este sentido, con la finalidad de explorar dicho campo y ampliar las aplicaciones de algunas de estas nanoestructuras plasmónicas, también desarrollamos un dispositivo nanogenerador triboeléctrico (TENG) para convertir energía mecánica en eléctrica. La fabricación del TENG de rendimiento mejorado se realizó usando electrodos nanoestructurados recubiertos con nanoensamblajes octaédricos de Ag mediante la técnica de electrodepósito sobre sustratos flexibles de PET/ITO. En base a los resultados obtenidos, se ha logrado el aumento significativo de la recolección de carga eléctrica de las tribocargas inducidas, demostrando que la potencia de salida eléctrica resultante puede alimentar dispositivos electrónicos de bajo consumo de energía [3]. En conclusión, los resultados obtenidos muestran el alto potencial de las micro y nanoestructuras plasmónicas para el desarrollo

Zenaida Briceño.  

Synthesis and cis-trans kinetics of an azobenzene-based molecular switch for light-responsive silica surfaces

Light-responsive materials design is an attractive research field that stimulates demand for the synthesis of novel molecular photoswitches. The novel photoswitches should be capable of being attached to a desired surface in order to provide it with light-responsive properties. The switchback to its ground state is expected to be gradual, with the possibility of acceleration. This study presents a comprehensive description of a chemical route to a molecular photoswitch based on an azobenzene derivative with a trifluoromethoxy group and a long alkyl chain. The photoswitch is capable of modifying submicrometer silica particles and silicon wafers as models of curved and flat surfaces, respectively. The thermal relaxation times of the synthesized azobenzene were studied in three different solvents: ethanol, chloroform, and toluene. The results reveal a significantly delayed relaxation process lasting for several days. This observation is found to be related to the polarity of the solvents used. To characterize the extensive thermal relaxation process, a methodology including the use of white-light pulses to accelerate cis-trans isomerization is suggested. The white light spectrum used in pulses affects thermal relaxation but does not alter the relaxation time extrapolated to zero. The density of the photoswitch molecules attached to particles varies from 0.7 to 1.7 molecules/nm2 as the initial amount of azobenzene in the reaction increases. Surface-attached photoswitches demonstrate reversible cis-trans isomerization behavior when exposed to UV and white light irradiation. A 14° contact angle change is observed when flat surfaces modified with photoswitches are irradiated with UV light.

Edilio Lárazo.  

Desentrañando las Anomalías Estructurales y la Reología en Suspensiones de Nanopartículas Suaves desde una Perspectiva Fuera del Equilibrio.

Las nanopartículas recubiertas con polímeros han ganado una creciente atención debido a sus diversas aplicaciones en materiales funcionalizados [1], generación y almacenamiento de energía [2], entrega de medicamentos [3], y electrónica orgánica [4]. Controlar la dispersión de estas partículas en un polímero anfitrión es esencial en estas aplicaciones. En un estudio reciente (PRL 110, 148302, 2013), se observaron propiedades estructurales y dinámicas inusuales en estas suspensiones. A medida que la fracción de volumen aumenta, las correlaciones entre partículas disminuyen y la dinámica de las partículas se acelera por encima de un valor crítico. En este presentación, exploramos una primera modelación teórica del sistema experimental y, basándonos en la teoría NE-SCGLE, nuestros resultados sugieren que las anomalías estructurales pueden estar relacionadas con un régimen en el que el proceso de envejecimiento desempeña un papel crucial.

[1] Gupta, S.; Zhang, Q.; Emrick, T.; Balazs, A. C.; Russell, T. P. Entropy-Driven Segregation of Nanoparticles to Cracks in Multilayered Composite Polymer Structures. Nat. Mater. 2006, 5, 229−233. [2] Wang, Q.; L. Zhu, L. Polymer Nanocomposites for Electrical Energy Storage. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2011, 49, 1421−1429. [3]Han, G.; Ghosh, P.; Rotello, V. M. Functionalized Gold Nanoparticles for Drug Delivery. Nanomedicine 2007, 2, 113−123. [4] Rodriguez, R.; Herrera, R. A.; Archer, L. A.; Giannelis, E. P. Nanoscale Ionic Materials. Adv. Mater. 2008, 20, 4353−4358. 

Juan Escobar. 

 Droplets as Force Gauges on Hydrophobic Surfaces

Hydrophobic and super-hydrophobic interactions can be characterized by measuring forces between drops and surfaces using force gauges that range from optical fibers to AFM cantilevers. Here we propose and implement an alternative methodology in which a nearly spherical drop itself serves as a force gauge. By obtaining dynamic contact angles, force constants of biological structures and force of adhesion on non-wettable surfaces, we demonstrate the robustness, wide applicability and simplicity (neither profile fitting, nor knowledge of contact angle or area required) of this technique

Anna Kozina.  

Self-Assembly of Anisotropic Colloids at Fluid Interfaces and in Bulk

Colloidal particles with anisotropic interactions attract much scientific interest due to the possibility of creating sophisticated structures in two and three dimensions, which opens the possibility of tailoring macroscopic material properties. The anisotropy in particle interaction potential may be achieved using anisotropic building blocks. There are three main types of particle anisotropy: surface, volume, and shape. One possible approach to achieving surface anisotropy involves selective modification of the particle surface with chemical substances that possess distinct properties. The simplest example is amphiphilic Janus particles, whose hemispheres possess a different affinity for water. Such particles in polar solvents can self-organize into clusters, helices, and other peculiar structures. Shape anisotropy may be realized by the fabrication of non-spherical particles, such as ellipses, dumbells, rods, etc. Colloidal rods may self-assemble in nematic, smectic, or solid phases analogous to liquid crystals.

Natalia Rincón.  

Ciclodextrinas: aliadas en el mejoramiento de propiedades macroscópicas.

La encapsulación de moléculas hidrófobas para diferentes aplicaciones es de gran importancia, especialmente para la ciencia farmacéutica, ya que dichas moléculas pueden usarse como portadoras de otras moléculas. Una posible molécula que puede usarse para la encapsulación, las ciclodextrinas (CD) son de particular interés ya que pueden formar complejos de inclusión y de no-inclusión. En esta platica les compartiré resultados obtenidos sobre la interacción de las ciclodextrinas con micelas tubulares las cuales están formar de surfactantes y estos tienen la capacidad de formar complejos de inclusión con la ciclodextrina. Es interesante pensar si la ciclodextrina, en un medio micelar, formará complejos de inclusión o no inclusión. Esto tendrá un impacto directo que podremos observar mediante el cambio en las propiedades reológicas.  

Antonio Tavera.  

Light-activated Janus micro-swimmers within thermotropic liquid crystals

Studies of self-propelled colloids suspended in isotropic liquid mixtures have advanced significantly over the last decade. However, investigations of self-propelled systems in out-of-equilibrium liquid crystal (LC) interfaces have been scarce. In this work, we consider light-activated self-propelled particles in nematic systems. Specifically, we use Janus silica particles half-coated with titanium, immersed in a thermotropic LC, and confined in a slit channel. The Janus particles’ mobility is triggered by light. The light-absorbing side of the colloids is heated, thereby inducing a localized LC nematic-isotropic (NI) phase transition. Consequently, the colloids move in response to the uneven distribution of the NI interface around them. We use particle tracking analysis to examine the particles’ active motion and propose a phenomenological model that predicts the colloids’ diffusivity at intermediate and short lag times, accounting for the elasticity and viscosity of the system. Furthermore, a suitable calibration of the model with the experimental results would permit its use for microrheological measurements. This research contributes to a better understanding of active swimmers in highly structured media, which gives place to the emergence of long-ranged emergent interactions. These interactions provide a rich toolkit for assembly and open important fundamental questions regarding far-from-equilibrium topological defects.

Berenice Pérez.  

Coalescencia de microburbujas acarreadoras de fármaco fabricadas en un dispositivo de enfoque de flujo

Una futura aplicación de las microburbujas es para terapias dirigidas. Para este tipo de nuevas aplicaciones se requiere mejorar su respuesta a ondas de ultrasonido. Las burbujas con la misma composición generan respuestas uniformes al ultrasonido si tienen una distribución de tamaños uniforme. Una manera directa de obtenerlas es empleando dispositivos de enfoque de flujo. Sin embargo, estas burbujas pueden ser difíciles de recolectar y tienen tiempos de vida cortos. Segers et. al [Lab chip 19, 158-167 (2019)] desarrollaron un modelo para describir la probabilidad de coalescencia de burbujas de membranas lipídicas fabricadas en dispositivos de enfoque de flujo. Ellos hallaron que la temperatura, la concentración lipídica y la cantidad de lípidos pegilados pueden modificar la probabilidad de coalescencia. En el presente trabajo estudiamos la coalescencia de burbujas cuando se agrega fármaco a la membrana. Se usó doxorrubicina (DOX), un fármaco de primera línea de quimioterapia, para evaluar su efecto en la probabilidad de coalescencia. Las membranas de las burbujas son de DPPC:DPPS:DPPE-PEG5000. La DOX se agregó a la mezcla de lípidos a diferentes concentraciones para evaluar el resultado. Las burbujas se produjeron empleando un dispositivo de enfoque de flujo. Al final se obtienen las distribuciones de tamaños de las burbujas que nos indican la cantidad de eventos de coalescencia para cada concentración de fármaco.

Pedro Quinto.  

Generación de daño y nanoburbujas en substratos de vidrio utilizando ondas inducidas por pulsos láser

El enfocamiento de pulsos láser en líquidos puede generar explosiones microscópicas en las que se emite una onda de choque y una burbuja cavitante. Además, cerca de un sólido, estos fenómenos también pueden producir ondas superficiales que pueden dañar el material creando fracturas con dimensiones de cientos de nanómetros. En esta plática se van a mostrar distintas geometrías para enfocar ondas de choque y superficiales para controlar la dirección del daño en substratos de vidrio. La interacción de estas ondas con las fracturas puede utilizarse para generar burbujas con dimensiones que van desde centenas de nanómetros a unas cuantas micras con tiempos de vida de decenas de nanosegundos.

Susana Figueroa. 

 Modelado molecular como herramienta para estudiar fenómenos fisicoquímicos

La simulación molecular ha llegado a ser una herramienta muy importante para el estudio de muchos fenómenos en la Ciencia e Ingeniería, yendo desde procesos fisicoquímicos simples hasta fenómenos bioquímicos complejos. Los sistemas hechos de materia blanda; aquellos que se deforman fácilmente a temperatura ambiente, como, por ejemplo, líquidos, polímeros, geles, coloides, espumas, y proteínas, por mencionar algunos, no han sido la excepción, y son estudiados usando esta herramienta. La cual nos permite comprender lo que ocurre en el nivel microscópico, y que, combinado con la información experimental, nos da un panorama más completo de lo que está ocurriendo cuando estudiamos un fenómeno. En ocasiones, la simulación se usa para probar o complementar teorías dentro del campo de la Termodinámica Estadística, o incluso se llega a usar para predecir propiedades y sustituir experimentos, cuando las condiciones lo requieren.

Alberto Sánchez. 

Viscoelasticidad interfacial en la intercara aire/agua de soluciones acuosas de ciclodextrinas y tensoactivos 

Mezclas de tensoactivos anionicos y cationicos muestran altos efectos sinérgicos en solución acuosa y en la intercara aire/agua. Debido a la atracción electrostática entre ellos, su estudio ha sido reducido a un rango de concentraciones donde no se forman agregados que precipiten. La adición de ciclodextrinas a estos sistemas reduce los efectos de precipitación, al formar complejos de inclusión con los tensoactivos, además modifica algunos valores de los tensoactivos como la temperatura de Krafft y la concentración de agregación crítica (CAC). En este trabajo estudiamos los efectos promovidos por las interacciones electrostáticas de los complejos de inclusión formados, los cuales se reflejan en altas viscoelasticidades interfaciales. Calculamos de acuerdo al modelo de Rosen el parámetro de interacción de la mezcla de tensoactivos dodecil sulfato de sodio (SDS, aniónico) y dodeciltrimetil bromuro de amonio (DTAB, catiónico) en presencia de -ciclodextrina (CD) en solución acuosa. Realizamos mediciones reológicas utilizando un tensiómetro de gota pendiente, variando la concentración de tensoactivos y de -ciclodextrina y de temperatura. Encontramos que el módulo dilatacional muestra una clara relación con el parámetro de interacción. Atribuimos estas interacciones en la intercara aire/agua a los complejos de inclusión formados por 2 CD y un tensoactivo (2:1), que de acuerdo a estudios previos, es la especie dominante tanto en el bulto como en la intercara a las concentraciones estudiadas. Los efectos sinérgicos interfaciales de la mezcla SDS-DTAB−CD pueden ser aplicados en distintos procesos, desde emisión de gotas, métodos de entrega de fármacos, emulsificadores, en retardadores de espumas, donde las propiedades interfaciales juegan un papel importante.

Nestor Valadez.  

Efecto de la gravedad sobre el comportamiento de fase y la gelación en coloides atractivos

Las partículas coloidales en suspensión presentan diversos estados de equilibrio y fuera de equilibrio termodinámico. Es bien conocido que la forma del diagrama de fases depende en buena medida del alcance del potencial de interacción entre partículas, lo cual ha quedado establecido en la ley generalizada de estados correspondientes. Sin embargo, el comportamiento de fase de un sistema puede ser modificado si entra en juego un campo externo como lo es la gravedad. En esta plática se mostrarán resultados, obtenidos mediante simulación, sobre el efecto de la gravedad en el desarrollo de la separación gas-líquido y en la gelación de sistemas con atracciones de corto alcance. En la simulación la gravedad es cuantificada por el número de Péclet (Pe) misma propiedad que puede ser calculada para un sistema experimental. Los resultados indican que existe un valor límite, para el Pe, que separa los sistemas estables de aquellos que son dominados por la gravedad y que eventualmente sedimentan. Este escenario se observa tanto en sistemas con interacciones isotrópicas como en otros donde la interacción presenta cierta direccionalidad. Los resultados aquí mostrados nos ayudan a entender la relevancia de la gravedad en fenómenos donde la agregación de partículas es fundamental, por ejemplo, en la gelación.

Oriana Chávez

PLATAFORMAS INTEGRADAS DE MICROFLUIDOS PARA EL ANÁLISIS DE CÉLULAS SANGUÍNEAS

La sangre, con su variada composición de células y moléculas, es fundamental para el funcionamiento del cuerpo humano. Los leucocitos, piezas clave del sistema inmunitario, desempeñan un papel crucial en la detección de enfermedades y en terapias inmunológicas. El proceso actual para analizar los leucocitos en muestras sanguíneas involucra múltiples pasos, desde el aislamiento celular hasta la estimulación de biomarcadores. Este proceso no solo retrasa el diagnóstico de enfermedades, sino que también resulta costoso, debido al uso de equipos y reactivos voluminosos.

Para abordar estas limitaciones, han surgido plataformas microfluídicas como una alternativa eficiente en el estudio de leucocitos. Estas plataformas presentan ventajas notables, como la reducción en el consumo de muestras y reactivos, la aceleración de los tiempos de análisis y la mitigación del error humano gracias a la automatización. Se presenta plataformas microfluídicas que permite aislar y capturar leucocitos de sangre diluida en un solo paso. Estos sistemas constan de módulos de separación que utiliza las propiedades de sedimentación de las células para separar los leucocitos según su tamaño, un módulo de captura que atrapa los leucocitos después de la separación y un sistema de presión portátil que agrega movilidad al dispositivo, acercándolo a una plataforma integral adecuada para su uso en el punto de atención médica.

Keyla Fuentes.  

Myco-textiles obtenidos por aproximaciones bio-nanotecnológicas: ¿Cómo puede la nanotecnología contribuir al desarrollo de los textiles del futuro?

Durante siglos el hombre ha dominado el desarrollo de fibras y tejidos para crear prendas que nos han proporcionado protección del medio ambiente, así mismo nos han aportado una identidad individual y/o grupal. Nuestro guardarropa está formado por elementos naturales como cuero o fibras vegetales y textiles sintéticos derivados de materiales ultra-resistentes y duraderos. Sin embargo, la industria textil no es sostenible basándose en los materiales que conocemos hasta el momento. Por un lado, el crecimiento demográfico limitará el uso de los recursos naturales exclusivamente para la alimentación. Al mismo tiempo, los materiales sintéticos han sido sustituidos paulatinamente por alternativas biodegradables debido a su innegable acumulación en el medio ambiente. Considerando la infinita inventiva del ser humano, la posibilidad de cultivar nuestra propia ropa, tomando como ventaja la maquinaria sintética que la naturaleza ha proporcionado a ciertos microorganismos, como en el caso de los hongos, es ya una realidad a partir del control preciso de algunos procesos biotecnológicos. Sin embargo, nuestra vestimenta, lejos de volver al pasado en términos de apariencia, rendimiento e inteligencia, debe ser capaz de adaptarse a los desafíos de las sociedades futuras. En esta charla mencionaremos algunas potencialidades de la nanotecnología para incorporar sinérgicamente propiedades deseadas a este nuevo grupo de biotextiles, que contribuirán al desarrollo de la industria textil del futuro.

Pedro Díaz Leyva  

Dispersión estática y dinámica de luz

La técnica de dispersión de luz ha sido utilizada para caracterizar materiales suaves desde hace más de 70 años. Los principios fundamentales de esta técnica se originan en fenómenos como el color azul del cielo y el efecto Tyndall, entre otros. En este taller veremos las capacidades de la técnica para obtener propiedades estáticas tales como el factor de forma y el factor de estructura de sistemas termodinámicos, así como propiedades dinámicas como la difusión y el desplazamiento cuadrático medio de los mismos. 

Jesus Santana.  

Flujo de Glóbulos Rojos y micropartículas en microcanales 

La dinámica de las componentes celulares de la sangre en los vasos sanguíneos da lugar a un fenómeno de segregación conocido como marginación, donde los glóbulos rojos tienden a fluir en el centro de los vasos mientras que las plaquetas y glóbulos blancos tienden a circular cerca de las paredes. En este taller se abordará el estudio del flujo de glóbulos rojos y partículas de tamaño microscópico como modelo de plaquetas para estudiar el fenómeno de la marginación en los vasos sanguíneos. El estudio se realiza en la microvasculatura del músculo cremáster de ratón, así como in vitro en una red de microcanales microfluídicos con el fin de obtener diferentes propiedades dinámicas como los perfiles de velocidad, la distribución espacial y el desplazamiento cuadrático medio de las micropartículas.

Francisco Alarcón 

 Lattice-Boltzmann: a mesoscopic computational method and a different approach of other coarse grained dynamics

In this workshop we shall introduce some "traditional" mesoscopic methods and the coarse grained dynamics used to explain the behavior of several complex systems in a wide range of topics, from living systems to materials science and condensed matter. We will focus particularly in the Lattice-Boltzmann method (LBM), LBM can be seen as an alternative meso-scale/continuum-level modeling tool, LBM can model systems with complex geometry in scales up to the nanoscale. Thanks to the multi-scale nature of the LBM, from meso-scale to continuum scale, can be considered as a substitute of several computational fluid dynamics as well as a complementary hierarchical integration with atomistic/molecular-level models.