Separación de gotas grandes de una emulsión aceite-en-agua mediante un chip microfluídico de desplazamiento lateral determinista (DLD)

Por qué importan las pequeñas gotas de aceite

Desde los aliños para ensaladas y las cremas para la piel hasta los sistemas de administración de fármacos, muchos productos cotidianos dependen de diminutas gotas de aceite dispersas en agua. Si algunas gotas son mucho más grandes que otras, tienden a fusionarse y ascender o separarse, convirtiendo cremas suaves en granuladas y acortando la vida útil. Este estudio explora una forma delicada de eliminar esas gotas grandes problemáticas mediante un pequeño chip de plástico con estructuras microscópicas, con el objetivo de obtener emulsiones más estables y uniformes sin añadir productos químicos adicionales.

Lograr mezclas más homogéneas eliminando las grandes

Las emulsiones aceite-en-agua son mezclas en las que gotas de aceite están dispersas en agua. Son fundamentales en cosmética, alimentación y medicina, donde la sensación, el aspecto y la forma en que se liberan los ingredientes activos dependen del tamaño de las gotas. Las gotas más grandes actúan como semillas que aceleran la fusión y la separación, especialmente cuando no se usan tensioactivos (químicos estabilizantes). Si los tamaños de las gotas se reducen por debajo de aproximadamente un micrómetro y se mantienen con una distribución estrecha, el movimiento térmico aleatorio puede contrarrestar la gravedad, ayudando a que la mezcla permanezca homogénea durante más tiempo. Por ello, los autores no se centran en cómo formar una emulsión desde cero, sino en cómo limpiar una emulsión ya hecha mediante la eliminación selectiva de sus gotas más grandes.

Un chip que ordena gotas por tamaño

Para ello, el equipo empleó una tecnología microfluídica llamada desplazamiento lateral determinista, o DLD. En el interior de un chip transparente del tamaño de una tarjeta se dispone un bosque de diminutos pilares organizados en filas ligeramente desplazadas. Cuando el líquido fluye entre esos pilares, las gotas pequeñas siguen trayectorias ondulantes y ordenadas determinadas por el agua, mientras que las gotas por encima de cierto tamaño son empujadas lateralmente cada vez que topan con un pilar. Esto genera dos rutas distintas en una sola pasada: una para las gotas pequeñas que permanecen en el centro del canal y otra para las gotas grandes que son gradualmente desviadas hacia las paredes laterales. Al elegir cuidadosamente el diámetro de los pilares, la separación entre ellos y el desplazamiento fila a fila, los investigadores diseñaron un chip con un tamaño de “corte” de aproximadamente 1,7 micrómetros, lo que significa que las gotas mayores que ese valor son separadas del resto.

Probar la clasificación con partículas modelo

Antes de usar emulsiones reales, los investigadores verificaron la capacidad del chip para separar partículas de tamaño conocido. Simulaciones por ordenador del flujo entre los pilares mostraron cómo las líneas de corriente se doblan y comprimen, explicando por qué los objetos más grandes se desvían lateralmente mientras los más pequeños se entrelazan y atraviesan. Experimentos con microesferas plásticas fluorescentes de uno y dos micrómetros confirmaron el mecanismo: las esferas pequeñas se distribuyeron a lo largo del canal, mientras que las esferas mayores viajaron en una franja estrecha cerca de la pared y salieron por una salida distinta. Las condiciones de flujo se eligieron de modo que las gotas se comportaran casi como esferas rígidas en lugar de cuerpos deformables, asegurando que fuera el tamaño —y no la deformación— lo que determinara la trayectoria seguida.

Limpiar emulsiones reales y comprobar la estabilidad

El equipo aplicó luego el chip a nanoemulsiones aceite-en-agua elaboradas con un dispositivo ultrasónico, que usa ondas sonoras focalizadas para fragmentar el aceite en gotas finas sin tensioactivos. Las emulsiones iniciales tenían tamaños medianos de gota alrededor de 1,1 micrómetros. Tras pasar por el chip DLD, el tamaño medio cayó a unos 0,77 micrómetros en una muestra y 0,73 micrómetros en otra, y la fracción de gotas grandes se redujo notablemente. Pasadas repetidas con varios chips idénticos produjeron distribuciones de tamaño casi iguales cada vez, demostrando que el proceso es reproducible. Cuando las emulsiones procesadas se almacenaron durante una semana y se monitorizaron en busca de signos de separación, no se observaron cambios significativos, lo que indica que reducir el tamaño de las gotas y estrechar la distribución mejoró, de hecho, la estabilidad.

Perspectivas y obstáculos prácticos

Aunque el concepto funciona bien, el dispositivo actual afronta límites prácticos. Para apuntar a tamaños de corte más pequeños o manejar más líquido por hora, las aberturas entre pilares deben hacerse más estrechas y los canales más altos, lo que es difícil de fabricar en silicona blanda y puede causar deformación o fugas bajo presiones más altas. Los autores sugieren que versiones futuras hechas de materiales más rígidos, como vidrio o polímeros duros, y el uso de muchos canales en paralelo podrían permitir mayores caudales adecuados para uso industrial, manteniendo el mismo principio de separación pasiva y suave.

Qué significa esto para los productos cotidianos

En términos sencillos, el estudio demuestra que un microchip diseñado con ingenio puede eliminar las gotas más grandes e inestables de una mezcla aceite-en-agua, dejando una emulsión más fina y homogénea que permanece mezclada por más tiempo —todo ello sin añadir químicos estabilizantes ni utilizar equipos consumidores de mucha energía. Si se escala, este enfoque podría ayudar a fabricantes de alimentos, cosméticos y medicamentos a afinar la textura y la vida útil mediante un paso de posprocesado compacto y continuo, convirtiendo el control preciso del tamaño de gota en una herramienta práctica para productos mejores y más fiables.

Cita: Hong, H., Lee, E., Hwangbo, S. et al. Separation of large droplets from an oil-in-water emulsion using a deterministic lateral displacement (DLD) microfluidic chip. Sci Rep 16, 9985 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39347-0

Palabras clave: nanoemulsión, chip microfluídico, separación de gotas, estabilidad de la emulsión, desplazamiento lateral determinista