Uma equipa internacional de investigadores, liderada pela Monash University, desvendou que, pela primeira vez, o mistério por trás da formação de “anéis de café” ao examinar o ângulo de contacto das gotas numa superfície e a forma como secam.
O diretor do BioPRIA (Bioresource Processing Research Institute da Austrália), no Departamento de Engenharia Química da Monash University, Gil Garnier, liderou uma equipa internacional para explorar a forma como os padrões se formavam a partir da evaporação de gotículas – um fenómeno que confunde os físicos há anos.
A colaboração de Monash University e a Cambridge University também desenvolveu um modelo matemático que consegue prever quando pode ser observado um anel de café em sistemas de partículas esféricas rígidas.
A formação de padrões é um fenómeno comum na secagem de líquidos coloidais, como leite, café, tinta, aerossóis e sangue. O mais comum em gotículas é uma distribuição em anel, onde as partículas líquidas são realocadas para a borda, o que é conhecido como um “anel de café”, durante a secagem.
Os cientistas concluíram que os ângulos de contacto em que uma gota é colocada numa superfície molhada determinam a prevalência dos ângulos do café. Quando a gota é colocada num ângulo de contacto alto, não surgem anéis de café.
“O nosso estudo identificou o ângulo de contacto formado pela suspensão de gotículas na superfície e o seu conteúdo de sólidos como as duas variáveis governantes importantes para a formação do anel do café”, disse Garnier, em comunicado.
“Embora a modelagem bem-sucedida tenha sido alcançada anteriormente, mostrámos aqui pela primeira vez que, para cada ângulo de contacto, há uma fração de volume colóide inicial crítica sobre a qual não se formará nenhum padrão semelhante a um anel. Essencialmente, quanto menor o ângulo de contacto, maior a probabilidade de que os perfis de anel sejam encontrados”, continuou.
Quando uma gota é colocada numa superfície, atinge rapidamente uma posição de equilíbrio aparente que pode, para pequenas gotas, ser definida apenas pelo ângulo e raio de contacto.
A taxa de evaporação e a variação da fluidez da massa na superfície da gota dependem de muitos fatores, incluindo a pressão de vapor do fluido, a geometria da superfície da gota, bem como a velocidade e pressão parcial da atmosfera circundante.
Nas experiências de secagem, foi colocada uma gota de 6µL de solução num substrato com uma pipeta Eppendorf. A gota foi deixada a secar numa sala com humidade e temperatura controlada mantida a 23°C e 50% de humidade relativa.
“Mostrámos que a presença ou ausência de um anel de café pode ser prevista exclusivamente pela fração de volume inicial das partículas numa suspensão e o ângulo de contacto formado pela suspensão na superfície de interesse”, disse Garnier.
“Usando esta descoberta, conseguimos calcular um modelo para prever a formação de anéis de café a partir de ângulos de contacto, usando várias gotas de líquido. Esta técnica de modelagem é uma nova ferramenta poderosas para otimizar as técnicas de fabricação e diagnóstico”, explicou.
Este estudo, publicado em junho na revista científica Journal of Colloid and Interface Science, pode abrir portas na área do diagnóstico de sangue, especialmente na descoberta de tratamentos para anemia e outras doenças do sangue.
