Os surfistas Marangoni são pequenaspartículas que se autopropelem enquanto se estendem por uma interface fluido-fluido de uma forma semelhante a quela em que um surfista se move nasuperfÍcie de uma onda. Nos últimos anos, aspartículas autopropulsoras se tornaram o foco de inúmeros estudos de física, pois poderiam servir como um modelo para estudar o movimento de objetos brownianos ativos com uma ampla gama de velocidades e interações.

Pesquisadores da ETH Za¼rich, da Heinrich-Heine University em Da¼sseldorf e da University College London (UCL) realizaram recentemente surfistas Marangoni micromanãtricos ativos aplicando luz laser aos coloides Janus absorvidos nas interfaces a¡gua-a³leo. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters , baseia-se em vários estudos anteriores que exploram o uso da luz para controlar o movimento de micro-nadadores.

"Este trabalho surgiu atravanãs de um esfora§o conta­nuo para criar micro-nadadores que sejam mais eficientes e que possam ser facilmente controlados", disseram Lucio Isa e Nick Jaensson, dois dos pesquisadores que realizaram o estudo. "Nossos resultados são baseados em um corpo de trabalho existente que trata do controle do movimento de micro-nadadores usando luz e com as propriedades dos micro-nadadores confinados em interfaces de fluidos, o que inclui alguns de nossos trabalhos anteriores."

Em um de seus estudos anteriores, Isa e seus colegas descobriram que confinar aspartículas de Janus nas interfaces a³leo- águapermitiu que essaspartículas se autopropulsassem por meio de gradientes químicos autogerados que desencadearam reações catala­ticas. Este efeito se assemelha muito ao que costuma ser observado empartículas dentro de suspensaµes em massa.

Além disso, os pesquisadores observaram que essaspartículas poderiam interagir muito fortemente entre si devido a s forças eletrosta¡ticas repulsivas que caracterizam os objetos presos em interfaces. Embora essa observação tenha aberto novas possibilidades para o estudo departículas ativas de forte interação, sabe-se que nadadores catala­ticos são particularmente difa­ceis de controlar usando fatores externos. Isso ocorre porque sua propulsão depende da concentração de combusta­vel qua­mico, que édifa­cil de regular dinamicamente.

"A solução para este problema veio acoplando a geração de gradientes de temperatura assimanãtricos porpartículas de Janus que absorvem luz e a ideia bem conhecida de que nas interfaces de fluido, essas geram gradientes de tensão superficial e, correspondentemente, fluxos de Marangoni que poderiam ser aproveitados para impulsionar opartículas atravanãs de iluminação controlada espacial e temporalmente ", disse Isa e Jaensson.

Os surfistas Marangoni sãopartículas autopropulsoras, o que significa que eles podem converter fontes externas de energia (por exemplo, luz) em movimento direcionado, criando e mantendo uma assimetria nas propriedades de seu ambiente circundante (por exemplo, perfis de temperatura), por sua vez, gerandosuperfÍcie perfis de tensão. O nome Marangoni estãoassociado a  origem desta qualidade autopropulsora, que émediada por gradientes de tensão superficial e seus correspondentes fluxos de fluido. A manifestação desses fluxos de fluidos, que podem ser observados em vários fena´menos fa­sicos (por exemplo, la¡grimas de vinho e propulsão de barcos de ca¢nfora), éconhecida como efeito Marangoni.

"Os surfistas de Marangoni são importantes na física porque constituem um novo sistema de modelo para estudar o movimento ativo de objetos em microescala autopropulsores com uma enorme faixa dina¢mica de velocidades (até10.000 comprimentos corporais por segundo) e interações sintoniza¡veis", disse Isa e Jaensson . “Estes últimos são mediados pela interface fluida, que também os confina em um plano bidimensional sem a presença de contornos sãolidos. Estudar experimentalmente o movimento coletivo departículas ativas na ausaªncia de agregação tem sido um desafio para a comunidade e vai pavimentar a maneira de estudar materiais bidimensionais, como cristais e vidros feitos exclusivamente de componentes ativos. "

Para perceber os surfistas Marangoni em microescala, Isa, Jaensson e seus colegas usaram um manãtodo simples que envolve o revestimento de uma monocamada departículas (ou seja, uma camada departículas compactadas) usando um filme de ouro por meio de uma técnica conhecida como revestimento por pulverização cata³dica. Posteriormente, eles confinaram aspartículas em uma interface a³leo-a¡gua, depositando uma gota de uma suspensão aquosa usando uma micro seringa.

Finalmente, os pesquisadores iluminaram aspartículas usando um laser verde. A luz desse laser foi absorvida pelas tampas de ouro da parta­cula, gerando um perfil de temperatura assimanãtrico.

"O perfil de temperatura assimanãtrico gerado pela adsorção da tampa de ouro gera um gradiente de tensão superficial que impulsiona aspartículas atravanãs dos fluxos de Marangoni", disse Isa e Jaensson. "Na presença de espanãcies tensoativas, ou seja, surfactantes, o movimento daspartículas também éacoplado a um gradiente de concentração, que gera um segundo perfil de tensão superficial. O equila­brio entre os dois regula a propulsão."

Isa, Jaensson e seus colegas estãoentre os primeiros pesquisadores a demonstrarpartículas ativas com uma gama extremamente ampla de velocidades de propulsão possa­veis, aproveitando os fluxos de Marangoni em microescala. Além disso, as velocidades de propulsão daspartículas que eles criaram podem ser facilmente reguladas simplesmente controlando a concentração do surfactante e a iluminação.

"Aspartículas que demonstramos constituem um novo sistema modelo que pode ser usado para investigar as propriedades de uma nova classe de materiais ativos", disseram Isa e Jaensson. “Pretendemos agora estender nossos estudos, onde nos concentramos essencialmente na caracterização do comportamento de propulsão uniparticulada e na elucidação de suas origens microsca³picas, para o caso do controle simulta¢neo de montagens de surfistas de Marangoni para a realização de materiais ativos bidimensionais . "