1. El desafío de la visibilidad: transparencia frente a opacidad.
La principal diferencia entre las microburbujas (MB) y las nanoburbujas (NB) visible a simple vista es la turbidez de la solución. Al generarse, las MB (típicamente de 10 a 50 µm) dispersan una cantidad significativa de luz, lo que hace que el agua parezca "lechosa" o turbia. Sin embargo, las MB ascienden rápidamente y estallan en la superficie, haciendo que la turbidez desaparezca con rapidez. Agarwal y otros, 2011Por el contrario, las nanopartículas (NB) son más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible (normalmente entre <200 nm y 1 µm) y poseen una flotabilidad insignificante. En consecuencia, no dispersan la luz hasta el punto de causar opacidad, lo que hace que la solución de NB sea transparente incluso a altas concentraciones. Etchepare et al., 2017; Babu y Amamcharla, 2023.
2. Análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA): El "estándar de oro"
El análisis NTA se ha consolidado como el método preferido para caracterizar las nanobandas porque supera las limitaciones de los métodos de dispersión de luz en masa.
- Principio de funcionamiento: La técnica NTA utiliza un haz láser para iluminar partículas en una muestra líquida. Un microscopio acoplado a una cámara de alta sensibilidad captura la luz dispersada por cada nanopartícula. El software rastrea el movimiento browniano de cada partícula fotograma a fotograma. Mediante la ecuación de Stokes-Einstein, se calcula el diámetro hidrodinámico en función de la velocidad de difusión de las partículas (las partículas más pequeñas se mueven más rápido). Nirmalkar y otros, 2018; Azevedo et al., 2016.
- Por qué es el "estándar de oro": A diferencia de otros métodos, NTA proporciona una medición directa de concentración de burbujas (burbujas/mL) junto con la distribución de tamaño. Permite la discriminación de partículas individuales incluso en muestras polidispersas, mientras que otros métodos sesgan los resultados hacia partículas más grandes. Investigadores como Alheshibri y Ushikubo utilizan NTA para confirmar la estabilidad y existencia de NB porque puede visualizar partículas en tiempo real y proporcionar estadísticas de conteo precisas que no están disponibles a través de métodos de conjunto. Alheshibri et al., 2016; Ushikubo y otros, 2020; Azevedo et al., 2019.
3. Dispersión dinámica de la luz (DLS): Uso y limitaciones
- Uso: La DLS mide las fluctuaciones en la intensidad de la luz dispersada causadas por el movimiento browniano de las partículas para determinar su tamaño promedio. Se utiliza ampliamente debido a su facilidad de operación y su capacidad para medir partículas desde el rango subnanométrico hasta el micrométrico. Gurung y otros, 2016; Li y Zhang, 2022.
- Limitaciones frente a la NTA: La principal limitación de DLS es que la intensidad de la luz dispersada es proporcional al diámetro elevado a la sexta potencia (d^6). En consecuencia, unas pocas microburbujas grandes o contaminantes pueden enmascarar la señal de millones de NB, desplazando el tamaño medio informado a un valor más alto. Además, DLS no puede proporcionar la concentración (densidad numérica) de burbujas, que es un parámetro crítico para evaluar el rendimiento del generador NB. Nirmalkar y otros, 2018; Li y Zhang, 2022.
4. Diferenciación de impurezas
Para su validación, es fundamental distinguir las nanopartículas rellenas de gas de las nanopartículas sólidas o las gotas de aceite. Los investigadores emplean diversas pruebas de estrés:
- Respuesta a la presión: Las nanobandas son compresibles. Cuando se aplica presión externa, las nanobandas se encogen o desaparecen (se disuelven), mientras que las nanopartículas sólidas mantienen su tamaño. Esta respuesta se suele monitorizar mediante DLS o NTA bajo presión. Alheshibri y Craig, 2019; Ahmed y otros, 2018.
- Ciclos de congelación y descongelación: Las NB son termodinámicamente inestables al congelarse. Someter la solución a ciclos de congelación-descongelación destruye las NB, mientras que los contaminantes sólidos siguen siendo detectables. Si el recuento de partículas disminuye significativamente después de la descongelación, la población inicial estaba compuesta por NB. Nirmalkar y otros, 2018; Li et al., 2021.
- Medición de masa resonante (RMM): Esta técnica diferencia las partículas en función de su flotabilidad. Las nanopartículas poseen una masa insignificante (flotabilidad positiva en líquido), mientras que las partículas sólidas tienen flotabilidad negativa. Esto permite una clara diferenciación entre las fases gaseosa y sólida. Alheshibri y Craig, 2019; Azevedo et al., 2019.