Artículos científicos tipo Bella Durmiente

Contaban hoy mismo, en la información que recibo regularmente de la American Chemical Society (ACS), que un Grupo de la Universidad de Indiana publicará próximamente en la revista PNAS [doi/10.1073/pnas.1424329112] un curioso trabajo sobre artículos científicos antiguos que, tras un periodo de tiempo relativamente largo en el que casi nadie ha reparado en ellos, han adquirido especial relevancia de modo repentino, merced a diversos avatares de la actividad científica ordinaria. A esas viejas contribuciones científicas, los autores del artículo los han bautizado como Sleeping Beauty papers in Science, una denominación ciertamente sugerente que yo he traducido en el título de esta entrada.

Los autores del artículo en PNAS han diseñado un algoritmo para clasificar la importancia del despertar de esas publicaciones, en el que han tenido en cuenta el número de años en los que el artículo ha dormitado en el más absoluto (o casi) de los olvidos, el año de su brusca reaparición, el número de citas desde entonces, amén de otra serie de parámetros que les han conducido a establecer un ranking entre los más de 22 millones de artículos que han evaluado con dicho algoritmo, abarcando todos los campos de las Ciencias Naturales y Sociales y publicados en el último siglo. Y entre los resultados relevantes, para químicos como un servidor, es que siete de los que aparecen entre los quince primeros tienen mucho que ver con la Química en general y con la Química Física en particular.

Además, en los lugares cuarto y noveno aparecen dos artículos que, al final, han acabado casi siempre citados conjuntamente y que mis colegas y yo hemos referenciado en los últimos años varias veces. Se trata de un artículo de R.N. Wenzel del año 1936 y otro de A.B.D. Cassie y S. Baxter del año 1944. Ambos han "despertado" cual Bella Durmiente en torno a los años 2002/2003, como consecuencia de la pujanza de la Nanociencia y la Nanotecnologia y, entre otras cosas, de la necesidad de explicar un fenómeno del que ya hablé hace tiempo en este Blog y que se suele conocer como el efecto Flor de Loto.

En nuestras actividades diarias estamos acostumbrados a ver que las gotas de agua que se forman sobre determinadas superficies suelen estar más o menos aplanadas sobre ellas. Pero también (y cada vez más) estamos viendo otras superficies, como las de las telas de paraguas, las prendas deportivas especialmente diseñadas para ambientes adversos o los sellantes de siliconas empleados en cocinas y baños, sobre las que las gotas de agua formas gotas casi esféricas. En esos casos, hablamos de superficies hidrófobas o superhidrófobas, dependiendo de cuánto se acerque la gota a la esfericidad perfecta. Sería ya entrar en demasiados detalles el contar que los químicos evaluamos esa propiedad con aparatos que miden el denominado ángulo de contacto, aunque, de manera suave, eso está ya explicado en la entrada arriba mencionada.

En realidad en este, como en otros casos (véase la entrada anterior sobre el adhesivos de los mejillones y percebes), los humanos no hemos hecho sino copiar pautas exhibidas en la Naturaleza, donde existen diversos ejemplos de plantas y animales que presentan ese comportamiento hidrófobo. El ejemplo más conocido es el de la mencionada Flor de Loto, en la que las gotas que quedan sobre sus hojas son prácticamente esféricas, lo que hace además que con un pequeño movimiento de las mismas, provocado en muchos casos por el viento, la gota pueda rodar, eliminando asi una humedad permanente, dañina para la hoja y, de paso, arrastrar partículas de suciedad existentes en la misma (efecto autolimpiable).

Y ahora llegamos a la conexión con los artículos tipo Bella Durmiente. Hoy sabemos que cuando una gota de agua se coloca en una superficie ideal, no rugosa, lisa y químicamente homogénea, la gota no puede llegar más allá (incluso en materiales especiales como los polímeros que contienen flúor), de un cierto nivel de esfericidad. Ese nivel es más bajo que el que se da en otras superficies y, concretamente, en la flor de loto y otras especies. Aunque a vista de ojo con presbicia, como el de este vuestro autor favorito, esas hojas parecen presentar una superficie aparentemente lisa, pero el microscopio electrónico revela que las mismas presenta una rugosidad a nivel nano y micrométrico que, finalmente, hemos comprendido que es la responsable de esa alta cuasi-esfericidad de las gotas de agua que se forman sobre ellas.

Cuando una gota de agua se coloca en una superficie rugosa, se pueden dar dos situaciones extremas (ver la imagen que ilustra esta entrada).  En la primera de ellas, la gota puede quedar suspendida sobre las cimas de la rugosidad y, en ese caso, su comportamiento puede explicarse mediante el modelo de Cassie-Baxter, uno de los artículos Bella Durmiente. En el otro extremo, la gota de agua penetra en las rugosidades de la superficie y está definida matemáticamente por otra Bella Durmiente, el modelo de Wenzel. En la Naturaleza (la vida es siempre muy complicada) se dan situaciones intermedias, donde parte del agua penetra en las rugosidades y otra parte queda suspendida en las mencionadas cimas. No viene al caso, tampoco, el que os explique cómo determinamos los químico-físicos cuál es la mayor o menor proximidad de una determinada superficie al comportamiento según uno u otro modelo.

Lo que queda claro es que los que hemos andado jugando con estas cosas durante los últimos años, hemos sido una especie de príncipes que con nuestros "ósculos" hemos despertado a las "Bellas Durmientes" que escribieron Wenzel por un lado y Cassi y Baxter por otro.