UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

CARRERA DE QUIMICA FARMACEUTICA

Caracterización de emulsiones a escala nanométrica mediante la técnica de

Microscopia de Fuerza Atómica

Autor: Ana Lucia Marcillo Chiguano

[email protected]

Informe Final de Investigación para optar por el Título de:

QUÍMICA FARMACÉUTICA

Tutor: Dr. Pablo Mauricio Bonilla Valladares

[email protected]

Quito - Marzo, 2016

mailto:[email protected]

ii

Marcillo

Chiguano Ana Lucia (2016). Caracterización de

emulsiones a escala nanométrica mediante la

técnica de Microscopia de Fuerza Atómica.

Informe Final de Investigación para optar por el

título de Química Farmacéutica. Carrera de

Química Farmacéutica. Quito: UCE. 127p

iii

DEDICATORIA

Dedico a mis padres Esther y Carlos quienes han sido mi mayor motivación para culminar

este proyecto, en especial a mi madre por ser un ejemplo de lucha, esfuerzo y

perseverancia para conseguir una meta más en mi vida.

iv

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Central del Ecuador, por permitirme realizar la tesis en el Laboratorio

de Nano-estructuras, con la ayuda del Dr. Pablo Bonilla quien como tutor supo guiarme e

impartir sus conocimientos para la exitosa culminación de mi trabajo.

De igual manera a César por su apoyo incondicional, a mis amigas y amigos que me han

brindado su amistad durante todo este tiempo.

v




Yo, Ana Lucia Marcillo Chiguano en calidad de autor del trabajo de investigación

realizado sobre “CARACTERIZACIÓN DE EMULSIONES A ESCALA

NANOMÉTRICA MEDIANTE LA TÉCNICA DE MICROSCOPÍA DE FUERZA

ATÓMICA”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR,

hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contienen esta

obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,

seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8, 19

y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.

También autorizo a la Universidad Central del Ecuador a realizar la digitalización y

publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de conformidad a lo

dispuesto en el Art. 144 de Ley Orgánica de Educación Superior.

__________________________

Ana Lucia Marcillo Chiguano

C.C. 1721738787

vi




Por la presente, dejo constancia que he leído la tesis presentada por la señorita Ana Lucia

Marcillo Chiguano, para optar por el título profesional de Química Farmacéutica cuyo

tema es: CARACTERIZACIÓN DE EMULSIONES A ESCALA NANOMÉTRICA

MEDIANTE LA TÉCNICA DE MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA, la misma que

reúne los requerimientos y los méritos suficientes para ser sometido a evaluación por el

Tribunal Calificador.

En la ciudad de Quito, a los 11 días del mes de febrero del 2016.

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LUGAR DONDE SE REALIZO LA INVESTIGACIÓN

La presente investigación se llevó a cabo en la Universidad Central del Ecuador, Instituto

de Posgrado de Facultad de Ciencias Químicas en el Laboratorio de Nano-estructuras.

ix

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1

CAPITULO I ......................................................................................................................... 2

1. EL PROBLEMA ............................................................................................................. 2

1.1. Planteamiento del problema ......................................................................................... 2

1.2. Formulación del problema ............................................................................................ 3

1.3. Preguntas directrices ..................................................................................................... 3

1.4. Objetivos de la investigacion ....................................................................................... 3

1.4.1. Objetivo general ...................................................................................................... 3

1.4.2. Objetivos especificos ............................................................................................... 3

1.5. Importancia y justificación de la investigacion ............................................................ 4

CAPITULO II ........................................................................................................................ 5

2. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 5

2.1. Antecedentes de la investigacion ................................................................................. 5

2.2. Fundamentación teórica ............................................................................................... 6

2.2.1. Nano-emulsiones ..................................................................................................... 6

2.2.1.1. Características de las nano-emulsiones ................................................................. 7

2.2.1.2. Clasificación .......................................................................................................... 8

2.2.1.3. Componentes de una nano-emulsión ..................................................................... 8

2.2.1.4. Caracterización de nano-emulsiones ..................................................................... 8

a) Método para determinar tamaño de gota ........................................................................ 9

Dispersión de Luz Dinámica (DLS) .................................................................................... 9

b) Distribución de tamaño de gota .................................................................................... 10

c) Método para determinar morfología de la nano-emulsión ........................................... 11

Microscopia óptica y electrónica ....................................................................................... 11

Criofijación ........................................................................................................................ 12

Replicación por criofractura y grabado por congelamiento .............................................. 13

d) Método para determinar potencial z de la nano-emulsión ............................................ 15

2.2.2. Microscopio de Fuerza Atómica ............................................................................ 16

2.2.2.1. Componentes del Microscopio de Fuerza Atómica ............................................ 16

Cantilever y punta.............................................................................................................. 17

Escáner.. ............................................................................................................................ 19

Actuador piezoeléctrico ..................................................................................................... 19

x

2.2.2.2. Esquema de funcionamiento del instrumento AFM. ........................................... 20

2.2.2.3. Modos de operación del microscopio de fuerza atómica AFM .......................... 22

a) Modo contacto .............................................................................................................. 23

b) Modo No-contacto ........................................................................................................ 24

c) Modo de contacto intermitente o Tapping .................................................................... 25

2.2.2.4. Ventajas y desventajas de los modos Contacto, No-contacto y Tapping ............ 26

2.2.2.5. Resolución del AFM ........................................................................................... 27

2.2.2.6. Aplicaciones del Microscopio de Fuerza Atómica ............................................. 28

2.2.2.7. Comparación entre AFM y otras técnicas de imagen ......................................... 31

2.3. FUNDAMENTACIÓN LEGAL ................................................................................ 32

2.3.1. NIOSH (Estados Unidos) ...................................................................................... 32

2.3.2. Comisión Europea ................................................................................................. 32

2.3.3. Norma INEN (ISO/TR 12885:2008, IDT) ............................................................ 32

2.3.3.1. Recogida de muestras para caracterización de materiales .................................. 32

2.3.3.2. Caracterización de la muestra ............................................................................. 33

2.4. Hipótesis del trabajo ................................................................................................... 33

2.5. Sistema de variables ................................................................................................... 33

CAPITULO III ..................................................................................................................... 34

3.1. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 34

3.1.1. Diseño de la investigación ..................................................................................... 34

3.1.2. Población y Muestra .............................................................................................. 34

3.1.3. Diseño Experimental ............................................................................................. 34

3.1.4. Matriz de Operacionalización de las Variables ..................................................... 35

3.1.5. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ................................................ 35

3.1.5.1. Técnicas de Recolección de Datos ...................................................................... 35

Limpieza de las placas de vidrio ....................................................................................... 35

Recubrimiento de placas.................................................................................................... 36

Elaboración de la muestra ................................................................................................. 37

3.1.5.2. Instrumento de Recolección de Datos ................................................................. 38

Medición del diámetro de gota por AFM .......................................................................... 38

3.1.6. Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos ................................................... 39

3.1.6.1. Técnica de Procesamiento de Datos .................................................................... 39

Diseño Factorial................................................................................................................. 39

3.1.6.2. Análisis de datos .................................................................................................. 40

Diferencia mínima significativa ........................................................................................ 41

CAPITULO IV .................................................................................................................... 43

xi

4. Análisis y Discusión de Resultados .............................................................................. 43

4.1. Limpieza de las placas de vidrio ................................................................................ 43

4.2. Recubrimiento de placas de vidrio ............................................................................. 43

4.3. Elaboración de muestras ............................................................................................. 44

4.4. Medición de diámetro de gota en AFM ...................................................................... 44

4.5. Análisis estadístico ..................................................................................................... 44

4.5.1. Análisis estadístico de la emulsión w/o, del sistema aceite de palma y agua. ...... 44

4.5.2. Análisis estadístico del sistema de emulsión o/w, aceite de soya y agua. ............. 49

CAPITULO V ...................................................................................................................... 54

5. Conclusiones y Recomendaciones ................................................................................ 54

5.1. Conclusiones .............................................................................................................. 54

5.2. Recomendaciones ....................................................................................................... 56

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ......................................................................... 57

7. ANEXOS ...................................................................................................................... 60

xii

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 2.1 Importancia del área interfacial ........................................................................... 11

Tabla 2.2 Comparación entre AFM y STM ......................................................................... 31

Tabla 2.3 Comparación entre AFM y SEM ......................................................................... 31

Tabla 2.4 Comparación entre AFM y TEM ......................................................................... 31

Tabla 2.5 Variables independientes que influyen en el tamaño de gota .............................. 33

Tabla 3.1 Matriz de Operacionalización de las Variables ................................................... 35

Tabla 3.2 Materiales para limpieza de placas de vidrio ....................................................... 36

Tabla 3.3 Materiales para recubrimiento de placas ............................................................. 36

Tabla 3.4 Materiales para el tratamiento de superficies ..................................................... 39

Tabla 3.5 Factores y niveles ............................................................................................... 39

Tabla 3.6 Diseño factorial 2 ×2 para emulsión o/w ............................................................. 40

Tabla 3.7 Diseño factorial 2×2 para emulsión w/o .............................................................. 40

Tabla 3.8 Datos de diámetros de partícula para ANOVA ................................................... 41

Tabla 3.9 Reporte de datos de ANOVA .............................................................................. 41

Tabla 3.10 Reporte de datos de la prueba Diferencia Mínima Significativa ....................... 42

Tabla 4.1 Datos de diámetros de gota para ANOVA ......................................................... 44

Tabla 4.2 Análisis de varianza de los Diámetros de gota sistema aceite de palma-agua ... 45

Tabla 4.3 Rangos establecidos por la prueba de Diferencia Mínima Significativa para

Diámetros y Temperatura. ................................................................................................... 45


Diámetros y Superficie ........................................................................................................ 46

Tabla 4.5 Diámetros de gota de la emulsión o/w ................................................................. 49

Tabla 4.6 Análisis de varianza de los Diámetros de gota sistema aceite de soya-agua ...... 49


Diámetros y Temperatura .................................................................................................... 49


Diámetros y Superficie ........................................................................................................ 50

xiii

LISTA DE GRAFICOS

pág.

Figura 2.1 Fluctuaciones de intensidad para partículas grandes y pequeñas. ..................... 10

Figura 2.2 Esquema de un equipo para medición de DLS ................................................... 10

Figura 2.3 Emulsión aceite en agua ..................................................................................... 12

Figura 2.4 Procedimiento para la formación de réplicas por criofractura ........................... 14

Figura 2.5 Región de inestabilidad en cuanto al pH, en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5.15

Figura 2.6 Microscopio de Fuerza Atómica ........................................................................ 16

Figura 2.7 Punta del microscopio de fuerza atómica ........................................................... 17

Figura 2.8 Puntas empleadas en AFM ................................................................................. 18

Figura 2.9 Cantilever ........................................................................................................... 18

Figura 2.10 Escáner separado de x-y scanner ...................................................................... 19

Figura 2.11. Actuador piezoeléctrico ................................................................................... 19

Figura 2.12 Magnitud de deflexión del cantiléver como función de la distancia entre la

punta y la muestra. ............................................................................................................... 21

Figura 2.13 Esquema de funcionamiento del AFM ............................................................. 22

Figura 2.14 Esquema del principio básico de operación de un AFM y en modo contacto . 23

Figura 2.15 Modo no contacto ............................................................................................. 24

Figura 2.16 Representación de AFM en modo tapping ....................................................... 25

Figura 2.17 Efecto de la geometría de la punta en la resolución de un AFM ...................... 27

Figura 2.18 Quantum Dots-Dispositivos Fotónicos ............................................................ 28

Figura 2.19 Nano-estructuras magnéticas estructuras Co Antidot ..................................... 28

Figura 2.20 Superficies Óxido de Zinc ................................................................................ 29

Figura 2.21 Células solares- Fotoconductividad .................................................................. 29

Figura 2.22 Liposomas ........................................................................................................ 30

Figura 2.23 Vesículas lipídicas y bicapa en líquido fotografiado ........................................ 30

Figura 3.1 Diagrama de preparación de las muestras .......................................................... 37

Figura 3.2 Lectura de muestras en el Microscopio de Fuerza Atómica .............................. 38

Figura 4.1 Imágenes de placas después de la limpieza ........................................................ 43

Figura 4.2 Imágenes de placas con recubrimiento de barniz ............................................... 43

Figura 4.3 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión w/o con la temperatura de

la Diferencia Mínima Significativa al 95% ......................................................................... 45

xiv

Figura 4.4 Interacción de medias de los diámetros de la emulsión tipo w/o con la

temperatura y la superficie de la Diferencia Mínima Significativa al 95% ......................... 46

Figura 4.5 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión w/o con la superficie de la

Diferencia Mínima Significativa al 95% ............................................................................. 46

Figura 4.6 Interacción de medias de los diámetros de la emulsión tipo w/o con la superficie

y la temperatura de la Diferencia Mínima Significativa al 95%. ......................................... 47

Figura 4.7 Distribución normal e Histograma de los diámetros de gota del sistema w/o a

una temperatura de 25ºC y superficie vidrio sin recubrimiento. ......................................... 47




una temperatura de 25ºC y superficie vidrio barniz. ............................................................ 48


una temperatura de 40ºC y superficie vidrio barniz. ............................................................ 48

Figura 4.11 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión o/w con la temperatura

de la Diferencia Mínima Significativa al 95%. .................................................................... 50

Figura 4.12 Interacción de medias de los diámetros de la emulsión tipo o/w con la

temperatura y la superficie de la Diferencia Mínima Significativa al 95% ......................... 50

Figura 4.13 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión o/w con la Superficie de

la Diferencia Mínima Significativa al 95%. ........................................................................ 51


superficie y la temperatura de la Diferencia Mínima Significativa al 95% ......................... 51

Figura 4.15. Distribución normal e Histograma de los diámetros de gota del sistema o/w a





una temperatura de 25ºC y superficie vidrio barniz ............................................................. 52


una temperatura de 25ºC y superficie vidrio barniz ............................................................. 52

xv

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo 1. Instrumento de recolección de datos .................................................................... 60

Anexo 2: Tabla de mediciones de las muestras w/o ............................................................ 61

Anexo 2.1 Muestra 1 sistema w/o aceite de palma-agua a temperatura de 25°C y superficie

vidrio sin recubrimiento. ...................................................................................................... 61












vidrio barniz. ........................................................................................................................ 73


vidrio barniz. ........................................................................................................................ 75


vidrio barniz. ........................................................................................................................ 77

Anexo 2.10 Muestra 1 sistema w/o aceite de palma-agua a temperatura de 40°C y

superficie vidrio barniz. ....................................................................................................... 79





Anexo 3: Tabla de mediciones de las muestras o/w ............................................................ 85

Anexo 3.1 Muestra 1 sistema o/w aceite de soya-agua a temperatura de 25°C y superficie


xvi












vidrio barniz. ........................................................................................................................ 97


vidrio barniz. ...................................................................................................................... 101


vidrio barniz. ...................................................................................................................... 103


vidrio barniz ....................................................................................................................... 105


vidrio barniz ....................................................................................................................... 107

xvii

LISTA DE ABREVIATURAS

AFM: Atomic Force Microscope

DLS: Dispersión de Luz Dinámica

crio-ET: tomografía crioelectrónica

nm: nanómetro (s) (1 nm = 10−9

metros)

mL: mililitro

uL: microlitro

Hz: Hertz

µm: micrómetros

xviii

RESUMEN

El avance constante de la nanotecnología y las nano-ciencias requiere conocer las

diferentes técnicas de análisis de nano-estructuras, y la microscopia de fuerza atómica, es

uno de ellos. Para llevar a cabo un análisis se conoció el funcionamiento del equipo,

diferentes aplicaciones y dificultades.

En el presente trabajo de investigación se caracterizó, emulsiones o/w y w/o por

microscopia de fuerza atómica y se determinó morfología y diámetro de gota en distintas

superficies y temperaturas.

Los cubreobjetos como superficie, fue pre-lavada con disolventes orgánicos e inorgánicos

para eliminar las impurezas existentes, para posteriormente ser utilizado como placas con o

sin revestimiento adicional y luego se colocó la muestra de cada emulsión. Las placas con

barniz, se secó durante 24 horas en una placa de vidrio. La medición de cada muestra se

realizó en el microscopio de fuerza atómica, en modo contacto. De cada sistema se obtuvo

los diámetros y las imágenes en altura y 3D, se aplicó un tratamiento estadístico y se

determinó si la temperatura y la superficie, influyen o no en la lectura de una placa. Las

condiciones óptimas para leer una emulsión tipo w/o, fue a una temperatura de secado de

25°C y superficie de vidrio con barniz. Mientras que para la emulsión o/w se encontró que

se debe realizar a una temperatura de 25°C en una superficie de vidrio.

Términos Descriptivos: Nanoemulsiones/Diámetros/Imágenes/Temperatura/Superficie

xix

ABSTRACT

The steady advance of nanotechnology and nanoscience requires knowing the different

techniques of analysis of nano-structures, and the atomic force microscopy is one of them.

For carrying out an analysis was learned operation of the equipment, the different

applications and difficulties.

In the present work of investigation emulsions o/w and w/o were characterized by atomic

force microscopy and was determined morphology and droplet diameter in different

surfaces and temperatures.

The samples analyzed were emulsions o/w soybean oil-water and emulsions w/o palm oil-

water system. Coverslips as surface was pre-washed with organic and inorganic solvents to

remove existing impurities, later to be used as plates with or without additional coating and

then the sample of each emulsion was placed. The plates with varnish, which was dried for

24 hours in a glass plate.

The measurement of each sample was performed in the atomic force microscope, in

contact mode. Of each system were obtained diameters and height and 3D images, a

statistical analysis was applied to determine the temperature and the surface, whether or

not affects the reading of a plate. Optimal conditions for reading an emulsion type w/o

were dry temperature of 25 ° C and glass surface with varnish. While for o/w emulsion at a

temperature of 25 ° C in a glass surface.

KEYWORDS: nanoemulsions/ diameters/images/ temperature/ surface

1

INTRODUCCIÓN

La presente investigación tuvo como objetivo desarrollar una técnica que permita

determinar las condiciones adecuadas para lograr caracterizar una emulsión a escala

nanométrica aplicando la técnica de microscopia de fuerza atómica.

Se estudió el funcionamiento del microscopio de fuerza atómica y la factibilidad del

mismo para realizar lecturas de este tipo de muestras.

Las muestras que se utilizaron fueron emulsiones w/o y o/w las cuales se sometieron a

cambios de temperatura y superficie, logrando obtener diámetros de emulsiones y a los

cuales se aplicó un análisis estadístico para determinar si existe una diferencia mínima

significativa entre los factores mencionados.

En el Capítulo I se presenta el problema, el planteamiento del problema, la

formulación del problema, las preguntas directrices, los objetivos, la importancia y

justificación para esta investigación.

En el Capítulo II se abordan los aspectos teóricos relacionados con las nano-

emulsiones, sus características y caracterización de las mismas, así como el esquema

de funcionamiento, composición, modos de lectura, ventajas y desventajas entre modos

y aplicaciones del microscopio de fuerza atómica.

En el Capítulo III se describe la metodología que se aplicó a esta investigación, el

diseño experimental propuesto, la matriz de operacionalización de las variables

implicadas, las técnicas e instrumentos con los que se realizó la recolección de los

diámetros de gota, así como la técnica con los que se procesó y analizo los datos

obtenidos.

En el Capítulo IV se analizó los resultados obtenidos desde la recolección de datos

hasta el procesamiento y análisis de los mismos para las respectivas discusiones.

En el Capítulo V se presenta las conclusiones y recomendaciones que se obtuvieron en

la investigación.

2

CAPITULO I

1. EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del problema

Las nano-emulsiones, obedecen las leyes de la física cuántica por lo que sus

propiedades mecánicas, ópticas y eléctricas son totalmente diferentes a emulsiones de

tamaño micrométrico. Por lo que resulta difícil manejarlas y en cuanto a su análisis no

existe una técnica directa y sencilla para la determinación de tamaño de gota a escala

nanométrica. Debido a estas características las nano-emulsiones se ven afectadas por

el aumento del movimiento browniano que no permite distinguirlas mediante

instrumentos ópticos simples.

Las técnicas actuales para determinar la topografía de una emulsión requieren procesos

complicados y condiciones extremas de tratamiento, como por ejemplo, la técnica de

crioscopía en donde la muestra se enfría a máxima velocidad mediante nitrógeno

líquido pasando por un sistema de criofijación, este procedimiento es usado en las

técnicas de Microscopia Electrónica de Barrido (por sus siglas en ingles SEM) y

Microscopia Electrónica de Transmisión (por sus siglas en ingles TEM) las cuales son

costosas y se necesita de personal capacitado y equipo adecuado. (Microscopia, 2012)

Por ello nace la necesidad de una técnica versátil y sensible, para lograr resultados

confiables, replicables y publicables. Creándose así, el Microscopio de Fuerza

Atómica (Atomic Force Microscope por sus siglas en inglés (AFM)) el cual es una

herramienta indispensable para la investigación en nanotecnología, permitiendo

realizar análisis más a fondo de las propiedades de los materiales y fenómenos

interfaciales en términos de nano-escala, logrando caracterizar las propiedades

mecánicas, magnéticas, ferroeléctricos, y piezoeléctricos con alta resolución espacial.

Por lo expuesto anteriormente el propósito de esta investigación fue conocer si las

condiciones de superficie y temperatura tienen un efecto sobre la impresión de gotas de

una emulsión.

De esta manera, determinar el tamaño y morfología de una emulsión mediante la

técnica de Microscopia de Fuerza de Atómica.

3

1.2. Formulación del problema

La técnica convencional para caracterizar nano-emulsiones es la crioscopia, la misma

que requiere de equipo de alta tecnología y de personal capacitado.

Al contar con el microscopio de fuerza atómica se plantea la posibilidad de desarrollar

una técnica para caracterizar emulsiones a escala nanométrica utilizando materiales y

equipos que se dispone en el laboratorio y lograr así garantizar el alcance de los

objetivos.

1.3. Preguntas directrices

¿Es factible determinar las condiciones adecuadas para caracterizar emulsiones a

escala nanométrica mediante la técnica de Microscopía de Fuerza Atómica?

¿Al variar parámetros como la temperatura y el tipo de superficie se logrará realizar

mediciones en el equipo de fuerza atómica?

1.4. Objetivos de la investigación

1.4.1. Objetivo general

Caracterizar emulsiones w/o y o/w a escala nanométrica mediante la técnica

microscopía de fuerza atómica.

1.4.2. Objetivos específicos

- Conocer el funcionamiento y aplicaciones del equipo de Microscopio de Fuerza

Atómica.

- Realizar lecturas de impresiones de gotas de nano-emulsiones a base de aceite de

soya en sistema o/w y aceite de palma en sistema w/o, en los diferentes tipos de

superficies de vidrio (hidrofílica) y vidrio con recubrimiento de barniz.

- Estudiar el efecto de la temperatura a 25°C y 40°C para lograr impresiones sobre

placa de gotas de emulsiones en los diferentes sistemas.

- Identificar los parámetros que intervienen en la determinación del diámetro de

gota de emulsiones a escala nanométrica en el Microscopio de Fuerza Atómica.

4

1.5. Importancia y justificación de la investigación

En los últimos años en nuestro país se está dando paso a la investigación en nano-

ciencia y nanotecnología, lo que implica profundizar en estas áreas del conocimiento y

dominar las diferentes técnicas empleadas para identificar un material fabricado a

escala nanométrica.

El conocer el funcionamiento y manejo de los equipos usados en este proceso,

permitirá realizar investigaciones innovadoras sobre nano-materiales.

El área de interés para esta investigación se enfocó en nano-emulsiones obtenidas a

partir de aceites vegetales, que serán usadas como sistema transportador de fármacos.

Su caracterización topográfica es de mucha importancia ya que permitirá conocer la

morfología y tamaño de las gotas formadas. La correcta preparación de la misma para

ser analizada mediante la técnica de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) es un paso

imprescindible.

Comparada con las técnicas actuales el AFM proporciona imágenes tridimensionales

de superficies con alta resolución espacial en tiempo real. Sin necesidad de una

preparación excesivamente cara (en recubrimientos de oro, titanio) de muestras no

conductoras, es posible observar y brindar una información completa de las que se

obtienen en dos dimensiones a partir de secciones transversales de muestras en

microscopia electrónica.

En la tecnología actual, el AFM es el sistema más económico para lograr resolución

atómica sobre cualquier tipo de material y con un mínimo de preparación de la

muestra; sin embargo existen ciertas limitaciones impuestas sobre todo por las

características de las muestras, que dificultan la obtención de imágenes de calidad con

resolución espacial atómica, siendo además importante la adecuada elección de los

parámetros de medida para cada muestra en particular. (Arroyave M. , 2002)

Con el objeto de obtener imágenes de alta resolución de las nano-emulsiones se

realizaron ensayos experimentales con dos tipos de sistemas o/w y w/o que se

sometieron a superficies hidrofílicas, recubiertas con barniz y a diferentes temperaturas

con el fin de caracterizarlas topográficamente.

5

CAPITULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación

Se han encontrado diferentes investigaciones en donde se determinar la forma y el

tamaño de una nano-emulsión los cuales se mencionan en los siguientes artículos.

Segun la investigación Síntesis, morfología y reología de núcleo-corteza de una

emulsión acrílica de silicona estabilizadas con tensioactivo polimerizable, indica que

las películas del polímero fueron preparadas mediante el recubrimiento por

centrifugación en una placa de vidrio recién escindido. La película del polímero se

secó durante unos minutos al aire y a temperatura ambiente antes de su observación

por microscopía de fuerza atómica (AFM). Todas las mediciones se hicieron en el

modo de contacto. (Wang & R, 2010)

En el año 2012 la investigacion, Formulación y caracterización de Nano-emulsión

recubiertas con aceite de neem (Azadirachta indica) determinaron la forma y el

tamaño de la nano-emulsión con aceite de neem utilizando AFM. En este estudio las

nano-emulsiones se diluyeron con agua. La gota de la nano-emulsión diluida, se colocó

sobre un portaobjetos de vidrio y se secaron en el horno para luego llevarse a cabo los

estudios en AFM. (Karthikeyan & Jeeva, 2012)

La investigación Los Efectos de las Pequeñas y grandes moléculas emulsionadoras en

las características de nano-emulsiones de b-caroteno preparado a alta presión de

homogenización, estudiaron la estructura de las nano-emulsiones de b-caroteno

mediante AFM. Las muestras fueron diluidas y luego se depositaron sobre sustratos de

mica recién escindidas, y secadas al aire. Las diferentes regiones de mica fueron

escaneados por AFM con la sonda Si3N4, aplicando corriente alterna en el modo de

tapping. Presentándose la imagen en plano y la imagen tridimensional de la morfología

de la superficie. (Like & Duoxia, 2010)

En comparación con la microscopía electrónica de barrido (SEM) la observación de

muestras criofijadas puede dotarse de un sistema que es capaz de tratar a la muestra a

muy baja temperatura de forma que su preservación estructural es máxima y la

6

capacidad de trabajo del microscopio no afecta en absoluto, pues ya no tratamos con

una muestra hidratada sino congelada.

El proceso se inicia enfriando la muestra a la máxima velocidad posible mediante

nitrógeno líquido. Luego se lleva a un sistema de criofijación, donde se puede

fracturar, sublimar el hielo superficial y recubrir con oro o carbono para su

observación y/o análisis.

2.2. Fundamentación teórica

La nanotecnología y la nano-ciencia son ramas nuevas en el país, que va generando

conocimiento. Se aplica en medicina, comunicaciones, el transporte, los recursos

energéticos, y otros elementos fundamentales en la vida de hombres y mujeres. Las

aplicaciones que tiene a nivel industrial (fármacos, metalmecánica) son un salto al

futuro”. Por lo que conocer las técnicas de análisis para este tipo de nano-materiales

hace indispensable saber el manejo del equipo para realizar mediciones a escala

nanométrica.

Dentro de los equipos y técnicas de análisis de nano-materiales se encuentra el

microscopio de fuerza atómica el cual es una herramienta indispensable para la

caracterización de superficies de materiales. Además AFM posee una altísima

resolución de manera tal que permiten visualizar la materia a nivel atómico.

2.2.1. Nano-emulsiones

Definición.- son dispersiones de aceite y agua hechas con tensioactivos, moléculas co-

surfactante. En muchos aspectos, son versiones a pequeña escala de emulsiones. Sin

embargo, los tamaños de las gotitas son muy pequeñas, aproximadamente 100 veces

más pequeño que los tamaños típicos de emulsión de gotas.

Una emulsión consta de pequeñas gotas de un líquido suspendidas en otro líquido

continuo. (Mc Bain, 1996).

Una emulsión es sistema heterogéneo líquido-líquido formados por glóbulos líquidos

insolubles, dispersados en una fase liquida. (Helman, 1982)

Una emulsión es un sistema constituido por dos fases líquidas inmiscibles, una de las

cuales se dispersa a través de la otra en forma de gotas muy pequeñas. (Ashford, 2004)

7

Una emulsión es un sistema disperso en el que las fases son líquidas no miscibles o

parcialmente miscibles. Los glóbulos del líquido dispersado son generalmente entre

0,1µ de diámetro. (Shaw, 1990).

Se denomina fase dispersa a la fase en forma de gotitas pequeñas y fase continua a

aquella en la que se encuentran suspendidas las gotitas.

2.2.1.1. Características de las nano-emulsiones

Están formadas por gotitas de 20 a 500 nm de diámetro y constituyen sistemas

inherentemente inestables; los glóbulos de menor tamaño demuestran un

comportamiento coloidal y la estabilidad de una dispersión coloidal hidrófoba.

Las nano-emulsiones son realmente sistemas monofásicos en el que la estructura

contiene fusionado bolas de aceite y bolas de agua fusionadas, sin fase realidad

dispersa.

Las nano-emulsiones son flexibles cerca de estructuras de curvatura cero cuya

estabilidad termodinámica implica una tensión ultra baja interfacial de manera que la

deformación interfacial es fácil.

La fase dispersa tiene tamaños de 10-200 nm.

Tienen una energía libre de formación NEGATIVA, son termodinámicamente

inestables y estables cinéticamente. Como se indica en la ecuación (1).

∆𝑮 = 𝜸𝑰𝑬∆𝑨 − 𝑻∆𝑺 (1)

∆𝑮 = Energía libre de Gibss

𝜸𝑰𝑬∆𝑨 = Energía Interfacial

∆𝑺 = Entropía

𝑻 = temperatura

Las nano-emulsiones exhiben las propiedades típicas de todas las emulsiones pero

con algunas características específicas su tamaño de gota sub-micrométrico las hace

transparentes o por lo menos translúcidas dependiendo de la distribución de tamaño

de gota y del contenido de fase interna. Ya que la interacción con la luz es muy

sensible al tamaño de gota es muy probable que se produzcan cambios en su aspecto

según evolucione el tamaño de gota, es decir, se produzca alguna desestabilización.

8

Las nano-emulsiones no son sistemas particularmente viscosos cuando poseen poca

proporción de fase interna. Sin embargo, es bien conocido que la viscosidad de las

emulsiones aumenta a medida que el tamaño de gota disminuye, así, y

contrariamente a las macro-emulsiones, las nano-emulsiones podrían ser viscosas a

un porcentaje de fase interna entre 40-50% especialmente si son poco poli-

dispersas, en cuyo caso frecuentemente son denominadas emulsiones-gel.

Debido a su pequeño tamaño de gota, las nano-emulsiones tienen mayor área

interfacial llevan mejor la función de transporte de calor y de sustancias pero se

requiere una mayor cantidad de surfactante para estabilizarlas, particularmente si

se toma en cuenta el recubrimiento interfacial.

Se comporta como fluidos newtonianos. (Tauer, 2015)

2.2.1.2. Clasificación

Si el aceite es la fase dispersa, la emulsión se denomina emulsión de aceite en agua

(o/w), si el medio acuoso es la fase dispersa, la emulsión será de agua en aceite (w/o).

Pueden existir sistemas de emulsiones más complicados como ejemplo suspender en

agua una gotita de agua incluida en una gotita de aceite y formar una emulsión de agua

en aceite en agua (w/o/w). Estos sistemas o su contrapartida o/w/o, se denominan

emulsiones múltiples y tiene interés como sistemas de administración de fármacos de

acción retarda.

(Romo, 2000)

2.2.1.3. Componentes de una nano-emulsión

Una nano-emulsión está compuesta por:

Fase orgánica: disolventes orgánicos, aceites, ceras.

Fase acuosa

Tensioactivos: No iónicos, iónicos, Catiónicos

Cotensoactivos: alcoholes de cadena corta, isopropanol, butanol.

2.2.1.4. Caracterización de nano-emulsiones

Para caracterizar las nano-emulsiones se puede determinar:

9

a) tamaño de gota

b) distribución de tamaño de gota

c) morfología

d) potencial z.

a) Método para determinar tamaño de gota

Dispersión de Luz Dinámica (DLS)

DLS es la técnica más utilizada para estimar diámetros medios de sistemas coloidales

liofóbicos. DLS (DDL o DLS, por sus siglas en inglés de "Dynamic light Scattering"),

es conocida también como QELS (Quasi Elastic Light Scattering) o como PCS con

siglas en inglés (Photon Correlation Spectroscopy) espectroscopia de correlación de

fotones.

La dispersión de luz dinámica no tiene en cuenta la dependencia del ángulo, sino la

variación de la intensidad de dispersión en el tiempo.

El término "dinámica" no se refiere al movimiento de la muestra como un conjunto,

sino a la "vibración" de las partículas que la componen.

El fundamento de la técnica viene dada por una la luz láser que al alcanzar las

numerosas partículas que hay en una suspensión, se dispersa en todas las direcciones

posibles. Si una dirección se separa, los haces de luz dispersados por distintas

partículas interfieren entre sí y se logra obtener una determinada intensidad de

dispersión.

El movimiento browniano propio de una partícula nanométrica hace que las

posiciones relativas de las partículas varíen constantemente entre sí, lo que provoca

cambios en las condiciones de interferencia y en la intensidad de dispersión.

Entonces si las partículas se mueven rápidamente (partículas pequeñas), se acelera la

variación de la intensidad de dispersión. Por el contrario, las partículas lentas (grandes)

llevan a variaciones más lentas. Como se demuestra en la figura 2.1.

El equipo puede determinar el tamaño de las partículas, pesos moleculares y

potenciales Z de partículas dispersadas en solución.

Actualmente, DLS permite caracterizar muchos sistemas coloidales en un rango

aproximado de 1 nm a 5 micrones, incluyendo a los látex. Obsérvese en la figura

2.2. (Salager, 1991)

10

Fuente: (Salager, 1991)


b) Distribución de tamaño de gota

El tamaño promedio de gota ( �̅�), puede calcularse de diferentes formas según que el

fenómeno de interés se relacione con el número de gota, su superficie o su volumen.

En cada caso, se usa un algoritmo adecuado.

Se divide la escala de diámetro en diferentes clases 𝒊 (𝒊 =1,2,3..n) y se cuenta el

número de gotas (𝒏𝒊 )correspondientes a la clase 𝒊, cuyo diámetro representativo es 𝒅𝒊

( en general el centro del intervalo).

La frecuencia relativa se define como el número de gotas pertenecientes a la clase i

divido por el número total de gotas. Si se hace la analogía con los conceptos clásicos

de estadística 𝒇𝒊 corresponde a la probabilidad de ocurrencia de 𝒅𝒊.

El tamaño y la distribución del tamaño de las gotas tiene influencia en las propiedades

de las emulsiones, como la velocidad de degradación, la estabilidad a grandes tiempos,

la resistencia al cremado, la textura y la apariencia óptica, la viscosidad, la eficiencia

fisiológica y la reactividad química, como en el caso de la cinética de las reacciones de

polimerización o en las reacciones catalizadas por lipasas en las que el área interfacial

entre la fase oleosa y la fase acuosa tiene una gran influencia.

Figura 2.1 Fluctuaciones de

intensidad para partículas grandes y

pequeñas.

Figura 2.2 Esquema de un equipo

para medición de DLS

11

En la tabla 2.1 se demuestra la importancia del área interfacial en función del tamaño

o distribución de tamaños para un mismo volumen de comparación. (Fernandez,

2006)

Tabla 2.1 Importancia del área interfacial

Radio

(m)

Numero de

partículas

Superficie

(m2)

Superficie/

volumen

(m-1)

Fracción de

moléculas en la

superficie

1 1 1.3×101 3 6×10

-9

10-3

109 1.3×10

4 3×10

3 6×10

-6

10-6

1018

1.3×107 3×10

6 6×10

-3

6×10-10

4.63×1024

1.3×109 5×10

8 1

Calculado para un área por molécula de 0.5nm2, un volumen molecular de 1×10

-27m

3 y

un volumen total de 4.2 m3. (Fernandez, 2006).

c) Método para determinar morfología de la nano-emulsión

Microscopia óptica y electrónica

La observación directa o la fotografía en microscopia óptica son los métodos más

simples, y los únicos que pueden considerarse como absolutos permiten al operador

pronunciar un juicio subjetivo acerca del tamaño o de la forma de las gotas, como se

demuestra en la figura 2.3. Sin embargo, se vuelven extremadamente tediosos y a

menudo es difícil hacer medidas objetivas, como la determinación del tamaño de gota.

El límite inferior de la microscopia óptica es del orden de 1 μm, en buenas condiciones

de iluminación y de contraste. Sin embargo para tales dimensiones, el movimiento

browniano se vuelve un problema y se requiere utilizar mucha sensibilidad y

alumbrados flash para "inmovilizar" la imagen.

Las gotas grandes (d > 100 μm) pueden, por otro lado, aplastarse entre las láminas y

por lo tanto aparecer con un diámetro aumentado o enmascarado, sin embargo se

puede corregir este problema usando láminas especiales.

La microscopia electrónica, tanto de transmisión como de barrido, permite un análisis

de estructuras más pequeñas, tales como cristales líquidos o microemulsiones. Sin

12

embargo, su uso está limitado por los requerimientos de alto vacío, y las dificultades

preparativas tales como la criofractura o la necesidad de réplica. (Fernandez, 2006)


Criofijación

Es una técnica alternativa, que consiste en congelar con rapidez las células y los

tejidos.

Actúa como un fijador químico deteniendo procesos metabólicos y conservando la

estructura biológica.

La principal dificultad que tiene la criofijación, es que forma cristales de hielo, que

crecen hacia fuera desde sitios donde se forman sus núcleos. Conforme crecen los

cristales de hielo, destruye el frágil contenido de la célula en la que se forma. Por lo

que al congelar la muestra con tanta rapidez se evitar la formación de cristales de hielo.

Para alcanzar dichas velocidades de congelación ultrarrápidas se usan varias técnicas.

Cuando se trata de muestras más pequeñas casi siempre se sumergen en un líquido a

muy baja temperatura (como propano líquido, con punto de ebullición a -42°C). Y

cuando son especímenes más grandes se los trata con congelación a alta presión.

Para esta técnica, la muestra se somete a presión hidrostática alta y se rocía con

chorros de nitrógeno líquido. La presión alta reduce el punto de congelación del agua,

lo que disminuye la velocidad de crecimiento de los cristales de hielo.

La muestra congelada puede cortarse con un micrótomo especial en forma similar a un

bloque de tejido en parafina o en plástico. Estos cortes congelados (crio-secciones)

están listos para visualizarlos al microscopio óptico o al electrónico.

Figura 2.3 Emulsión aceite en agua

13

Para lograr imágenes tridimensionales es necesario realizar una reconstrucción

computarizada tridimensional llamada tomograma, y al tratarse de muestras

congeladas esta técnica se denomina tomografía crioelectrónica (crio-ET). Esta técnica

fue desarrollada por Wolfgang Baumeister la cual puede alcanzar una resolución de

unos cuantos nanómetros. (Karp, 2011)

Replicación por criofractura y grabado por congelamiento

La técnica de replicación por criofractura, se realiza colocando pequeños fragmentos

de tejido en un disco metálico pequeño y se congelan con rapidez. Luego el disco se

monta sobre una placa fría dentro de una cámara de vacío y el bloque de tejido

congelado se golpea con el borde de una navaja. El plano de fractura resultante se

extiende desde el punto de contacto y divide el tejido en dos piezas, algo similar a la

manera en que una hoja de hacha separa en dos un trozo de madera.

Considérese que una célula contiene diversos organelos con distintas composiciones.

Estas estructuras tienden a causar desviaciones en el plano de fractura, ya sea hacia

arriba o abajo, lo que produce elevaciones, depresiones y crestas en la cara de fractura

que reflejan los contornos del protoplasma atravesado. Por consiguiente las superficies

expuestas por la fractura contienen información respecto al contenido de la célula. Por

lo que el objetivo es hacer visible esta información.

El proceso de replicación, usa la superficie de fractura como un molde en el que se

deposita una capa de metal pesado en la misma cámara en la que se fracturó el tejido.

El metal se deposita en un ángulo para producir sombras que acentúen la topografía

local. Después se deposita una capa de carbono sobre la capa de metal para cimentar

los parches de metal en una superficie sólida. Una vez que se hizo el molde de la

superficie, el tejido que constituyó el molde puede descongelarse, retirarse y

desecharse; la réplica de metal-carbono es la que se coloca en la rejilla para muestra y

se visualiza en el microscopio electrónico.

Las variaciones en el grosor del metal en las distintas partes de la réplica producen

variaciones en la cantidad de electrones penetrantes que llegan a la pantalla de

visualización, lo que produce el contraste necesario en la imagen.

La replicación por criofractura por sí misma es una técnica en extremo valiosa, pero

puede aportar aún más información si se incluye un paso llamado grabado por

14

congelamiento. En este paso, la muestra congelada y fracturada, que aún permanece

dentro de la cámara fría, se expone al vacío a una temperatura alta por uno a unos

cuantos minutos, durante los cuales puede evaporarse (sublimarse) una capa de hielo

de la superficie expuesta. Luego de retirar parte del hielo, la superficie de la estructura

puede cubrirse con metal pesado y carbono para crear una réplica metálica que revela

las superficies externa e interna de las membranas celulares.

La técnica brinda una resolución muy alta y puede usarse para revelar la estructura y la

distribución de los complejos macromoleculares, como los del citoesqueleto, como se

supone que existen dentro de la célula viva. Refiérase a la figura 2.4 (Karp, 2011)

Fuente: (Karp, 2011)

Figura 2.4 Procedimiento para la formación de réplicas

por criofractura

15

d) Método para determinar potencial z de la nano-emulsión

Fuente: (Kosegarten, 2012)

Existe un potencial entre la superficie de la partícula y el líquido de dispersión, que

varía de acuerdo con la distancia desde la superficie de la partícula, este potencial en el

plano de deslizamiento se llama el potencial Zeta.

Sus unidades son los milivoltios (mV). El valor del potencial Z se ve marcadamente

afectado por el pH de la emulsión, por el efecto de este en la carga de las partículas.

Así las variaciones en el pH resultaran en variaciones en el potencial Z y por tanto, en

la estabilidad de la emulsión, como se demuestra en la figura 2.5.

La tasa de disminución en el potencial zeta, controla estabilidad de la emulsión

mientras que el aumento de la tasa de decaimiento de potencial zeta reducirá la

estabilidad de la emulsión. Indicando que la estabilidad de la emulsión se rige por la

velocidad con la que la desorción de emulgente de la película interfacial tiene lugar

durante el envejecimiento.

Por tanto, puede tenerse en cuenta que la tasa de disminución en el potencial zeta

refleja la fuerza de la película de emulsionante.

El potencial zeta de la muestra determinará si las partículas dentro de un líquido

tenderán a flocular (pegarse) o no.

El potencial zeta es determinado por la naturaleza de la superficie de la partícula y el

medio de dispersión.

Figura 2.5 Región de inestabilidad en cuanto al pH,

en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5.

16

De hecho puede existir cierta atracción cerca de este valor también, y como regla si

queremos asegurarnos que exista repulsión entre las partículas, debemos asegurarnos

de que el valor de potencial zeta en mayor a +30mV o menor a –30mV. (Kosegarten,

2012).

2.2.2. Microscopio de Fuerza Atómica

La técnica se basa en la interacción local entre la punta y la superficie de una muestra,

proporcionando imágenes tridimensionales de superficies con alta resolución espacial

en tiempo real. Se lo utiliza para la caracterización y determinación de propiedades

físicas de superficies de materiales no conductores. (Birdi, 2003)

2.2.2.1. Componentes del Microscopio de Fuerza Atómica

Fuente: (Park S. , 2015)

La figura 2.6 representa los componentes del microscopio de fuerza atómica tiene los

dentro de los que se describe:

a. Cantilever y punta

b. Escáner

c. Actuador piezoeléctrico

d. Espejo

e. Fotodetector

Figura 2.6 Microscopio de Fuerza Atómica

17

f. Amplificador

g. Registro.

Cantilever y punta

Fuente: (Hernandez, 2009)

La elección de la punta más apropiada para cada tipo de experimento es uno de los

pasos previos más importantes.

Las puntas se obtienen con radios de curvatura de entre 1 y 10nm. Las dimensiones de

la micropalanca (cantiléver) varían entre 50micras determinando esta longitud su

dureza final, es decir la constante de fuerza del cantiléver (K o constante de la sonda) y

por tanto, dependiendo de la aplicación o la superficie a analizar se elegirá una sonda u

otra existiendo múltiples combinaciones entre la geometría y dimensiones de la punta y

la longitud del cantiléver. Refiérase a la figura 2.7. (Olmos & González, 2014)

En la figura 2.8 se aprecia las micropalancas que pueden ser de diferentes formas, por

ejemplo:

- Las de forma triangular se pueden utilizar para las medidas de fricción y en

medio en medio liquido debido a su mayor estabilidad.

Figura 2.7 Punta del microscopio de fuerza atómica

18

Figura 2.9 Cantilever

- Las de forma rectangular se suelen utilizar para realizar experimentos al aire.

Fuente: (Olmos & González, 2014)

La circunstancia que limita en gran medida la elección son las condiciones de alta

temperatura (hasta 145ºC).

A veces las puntas se fabrican con recubrimientos finos de un material reflectante, lo

que permite un aumento de la reflectividad.

Las puntas de Si3N4 no pueden ser utilizadas en ensayos a alta temperatura debido a los

diferentes coeficientes de expansión térmica entre el material de la punta y el del

cantilever ya que se generarían tensiones en la punta, provocando un momento de

torsión sobre ella que puede llegar a partirla.

Por este motivo las puntas utilizadas en este tipo de experimentos serán de un único

material, generalmente silicio. (Ramirez, 2010)

En la figura 2.9 se muestra al soporte de la punta el cantilever.

Fuente: (Parker, 2013)

Figura 2.8 Puntas empleadas en AFM

19

Figura 2.11. Actuador piezoeléctrico

Escáner

El diseño del escáner tiene forma de tubo y es de un material cerámico piezoeléctrico

que cambia de dimensiones como respuesta a un voltaje aplicado.

El escáner se caracteriza por tener tres grados de libertad, expandiéndose en una

dirección y contrayéndose en otra como resultado del voltaje aplicado a sus electrodos.

El mayor intervalo de operación de un escáner es de ≈ 100micras en movimiento

lateral y ≈ 10 micras en movimiento vertical. Como se demuestra en la figura 2.10.


Actuador piezoeléctrico


Figura 2.10 Escáner separado de x-y scanner

Escáner XY

Escáner Z

Piezoeléctrico

20

En la figura 2.11, se muestra el sensor presenta dimorfismo, esta característica permite

que el sensor desplace la muestra en el eje x, y para realizar el barrido y en eje Z para

ajustar la distancia de la punta (cantiléver) a la muestra.

2.2.2.2. Esquema de funcionamiento del instrumento AFM.

El fundamento del funcionamiento del equipo se expresa mediante una curva de la

fuerza en donde las perturbaciones registradas en el movimiento de la punta, con

respecto al movimiento dan cuenta de las fuerzas de interacción entre la punta y la

muestra.

La punta está montada en el extremo libre de una viga en voladizo, la cual actúa como

un sensor de fuerza, y opera con base en la ley de Hooke.

𝑭𝒊 = 𝑲𝒗𝒅𝒗 (2)

En donde:

𝑭𝒊 : Fuerza de interacción punta-superficie

𝑲𝒗: Constante de resorte de la viga en voladizo

𝒅𝒗: Desplazamiento vertical

La denominación de fuerza atómica está dada por la baja magnitud obtenida con

materiales como Silicio (Si) y Nitruro de Silicio (SiN3), las cuales son de 𝑲𝒗 (0,1 a

10N/m), que permiten detectar fuerzas del orden de fuerzas interatómicas, razón por la

cual se le conoce a este microscopio, y en inglés Atomic Force Microscopy (AFM).

De acuerdo al régimen y el tipo de fuerzas involucradas en las mediciones, se pueden

obtener hasta tres modos distintos de funcionamiento: AFM de contacto (AFM-C) o

modo estático, AFM de no contacto (AFM-NC) o modo dinámico y AFM de no

contacto intermitente (AFM-IC) también conocido como Tapping Mode. (Arroyave

M. , 2008)

Los regímenes de interacción están dominados, en lo fundamental, por fuerzas

interatómicas de corto y largo alcance, fuerzas adhesivas relacionadas con efectos de

capilaridad y la fuerza misma que ejerce la viga en voladizo sobre la superficie de

acuerdo a 𝑲𝒗 el régimen de contacto o repulsivo está gobernado, principalmente, por

fuerzas de corto alcance sobre distancias menores a un nanómetro, involucradas con el

21

solapamiento de las funciones de onda de las nubes electrónicas de punta y muestra

respectivamente.

Siendo así que para realizar una lectura el microscopio de fuerza atómica, monitorea

la superficie de la muestra con una punta de radio de curvatura de 20 a 60nm que se

localiza al final de un cantiléver. (Arroyave M. , 2002)

Las fuerzas entre la punta y la muestra provocan la deflexión del cantiléver,

simultáneamente un detector mide esta deflexión a medida que la punta se desplaza

sobre la superficie de la muestra generando una micrografía de la superficie. La fuerza

interatómica que contribuye a la deflexión del cantiléver es la fuerza de Van der

Waals. La Magnitud de deflexión del cantiléver actúa como una función de la distancia

entre la punta y la muestra. (Arroyave M. , 2002) Refiérase a la figura 2.12.


Una vez que el AFM detecta que la punta esta próxima a la superficie de la muestra, se

registra la flexión del cantiléver mediante un haz laser reflejado en su parte posterior y

este a su vez incide en un fotodetector dividido en cuatro cuadrantes midiendo la

posición del haz reflejado en cada cuadrante, mientras que el control del AFM le indica

el área de desplazamiento al actuador piezoeléctrico. De esta forma se puede

determinar los desplazamientos de la punta en la dirección z, permitiendo generar un

mapa del relieve de la muestra, Como se demuestra en la figura 2.13. (Ramirez, 2010)

Figura 2.12 Magnitud de deflexión del cantiléver como

función de la distancia entre la punta y la muestra.

22

Fuente: (Ramirez, 2010)

2.2.2.3. Modos de operación del microscopio de fuerza atómica AFM

El microscopio de fuerza atómica utiliza múltiples modos de operación de acuerdo a

las características físicas de la muestra y de las propiedades a medir.

Contacto: Mide la topografía de la muestra deslizando la punta sobre su superficie.

Tapping: También llamado contacto intermitente, mide la topografía de la muestra

tocando intermitentemente su superficie.

Imagen de fase: proporciona una imagen contrastada generada por las diferencias

de adhesión en la superficie de la muestra.

No contacto: Mide la topografía de acuerdo a las fuerzas de Van der Waals que

existen entre la superficie de la muestra y la punta.

Fuerza Magnética: Mide el gradiente de fuerza magnética sobre la superficie de la

muestra.

Fuerza eléctrica: Mide el gradiente de fuerza eléctrica sobre la superficie de la

muestra.

Potencial de Superficie: Mide el gradiente de campo eléctrico sobre la superficie de

la muestra.

Figura 2.13 Esquema de funcionamiento del AFM

23

Modo Lift: técnica que utiliza dos modos de operación usando la información

topográfica para mantener la punta a una altura constante sobre la superficie.

Modulación de Fuerza: mide la elasticidad/suavidad relativa de la superficie de las

muestras.

Fuerza Lateral: Mide la fuerza de fricción entre la punta y la superficie de las

muestras.

Microscopia Electroquímica: Mide la estructura de la superficie y las propiedades

de los materiales conductores inmersos en soluciones electrolíticas.

Litografía: se emplea una punta especial para grabar información sobre la superficie

de muestra. (Cruz, 2005)

a) Modo contacto

Fuente: (Cruz, 2005)

La técnica se basa en las medidas de deflexión de la viga en voladizo, como resultado

de la fuerza neta (valor promedio de 10-9

N) que actúa sobre esta, a medida que el

sistema de posicionamiento en 3D de la muestra (escáner piezoeléctrico) se mueve

bajo la punta. Como esta fuerza depende de la distancia punta-muestra, se utiliza para

detectar las variaciones topográficas de la superficie bajo análisis, manteniendo la

fuerza de interacción constante a través del control realimentado de posición vertical

de la viga, la cual se calcula con un láser y un fotosensor, obteniéndose así una imagen

topográfica o de altura de la superficie de la muestra, refiérase a la figura 2.14. (Cruz,

2005).

Figura 2.14 Esquema del principio básico de operación de un

AFM y en modo contacto

24

b) Modo No-contacto

El régimen de no contacto o atractivo está sometido por fuerzas de largo alcance tipo

Van der Waals, las cuales actúan en rangos de varias decenas de nanómetros y pueden

ser modeladas como la aproximación de una esfera (punta) a un cuerpo semi-infinito

(muestra), lo que lleva a obtener la expresión (Meyer, Josef Hug & Benitez).

𝑭𝑽𝒅𝑾 =𝑯𝑹

𝟔𝑫𝟐 (3)

Donde:

𝑯 : Constante de Hamaker

𝑹 : Radio de la punta

𝑫 : Distancia entre la punta y la superficie.

En la figura 2.15 se demuestra el funcionamiento del modo no contacto.


La técnica AFM-NC involucra aspectos instrumentales y físicos más sofisticados, ya

que la viga en voladizo debe ser excitada por una señal oscilante a la frecuencia

principal de resonancia. En este modo, la fuerza de interacción (50-150 angstrom)

entre la punta y la muestra está influenciada por un factor periódico.

En general la capa fluida de contaminante es sustancialmente más gruesa que el rango

de fuerzas de Van der Waals y por tanto, los intentos de obtener verdaderas imágenes

Figura 2.15 Modo no contacto

25

con el método de no-contacto fallan en el momento que la punta oscilante se ve

atrapada en la capa fluida o se encuentra situada más allá del rango efectivo de fuerzas

que intenta medir. (Cruz, 2005)

Se utiliza cuando el modo contacto interactúa con la punta y puede alterar la muestra.

c) Modo de contacto intermitente o Tapping

Este modo es la herramienta más avanzada en AFM. Es tan potente que permite

obtener una alta resolución en imágenes topográficas de superficies de muestras que

pueden dañarse con facilidad. Tapping está libre de problemas asociados a fricción,

adhesión, fuerzas electrostáticas y otras dificultades. Trabaja en atmosfera ambiente

mediante oscilación del cantiléver a su frecuencia de resonancia o cercana a ella

utilizando un cristal piezoeléctrico.


El movimiento del piezo provoca que el cantiléver oscile con una elevada amplitud

cuando la punta no está en contacto con la superficie. La punta oscilante entonces se

mueve hacia la superficie hasta que comience a tocar ligeramente o golpear la

superficie. Durante el barrido, la punta con oscilación vertical contacta y se eleva de

manera alternativa generalmente a una frecuencia de 50000 a 500000 ciclos por

segundo. Como se demuestra en la figura 2.16.

Figura 2.16 Representación de AFM en

modo tapping

26

Durante el contacto intermitente de la punta con la superficie, la oscilación del

cantiléver se ve reducida debido a la perdida de energía causada por el propio contacto.

La reducción en la amplitud de oscilación se utiliza para identificar y medir las

características superficiales. (Cruz, 2005)

2.2.2.4. Ventajas y desventajas de los modos Contacto, No-contacto y Tapping

MODO CONTACTO

Ventajas

Alta velocidad de barrido.

Eliminación de fuerzas capilares.

Reducción de fuerzas de Van der Waals y capacidad para estudiar procesos

(tecnológicos y biológicos importantes en interfaces solido-liquido.

Desventajas

Las fuerzas laterales pueden distorsionar las características de la superficie en la

imagen.

Las fuerzas normales de interacción punta-muestra pueden ser altas en aire por las

fuerzas de capilaridad la capa fluido-muestra.

Fuerzas laterales y normales pueden reducir la resolución espacial y dañar muestras

blandas.

MODO NO CONTACTO

Ventajas

No se ejercen fuerzas sobre la superficie de la muestra.

Desventajas

Menor resolución lateral, limitada por la separación punta-muestra.

Menor velocidad de barrido se evita el contacto para que la punta no se quede

pegada.

Se utiliza para estudiar muestras muy hidrofóbicas donde la capa de fluido adsorbida

es mínima.

27

MODO TAPPING

Ventajas

Mayor resolución lateral en la mayoría de las muestras (1-5nm).

Menores fuerzas y daño en muestras blandas al trabajar al aire.

Las fuerzas laterales son virtualmente eliminadas, de manera que no deberían

producirse arañazos.

Desventajas

Ligeramente menores velocidades de barrido que en el modo contacto.

2.2.2.5.Resolución del AFM

Fuente: (Cruz, 2005)

En el caso de AFM se la denomina resolución lateral ya que las imágenes que

proporciona son tridimensionales y se considera además una resolución vertical.

Existe una distinción importante entre imágenes obtenidas mediante ondas y las

obtenidas mediante técnicas de barrido de una sonda.

La última está limitada por la geometría de la sonda y de la muestra. Normalmente la

anchura de una molécula de ADN se utiliza como medida de la resolución porque se

conoce un diámetro de 2.0nm en la forma B. Algunos de los mejores valores para

AFM son de 3nm para una forma de DNA en propanol. Refiérase a la figura 2.17.

Muchos autores han visto que es el radio de curvatura de la punta el que influye de

manera significativa en la capacidad de resolución del AFM. (Cruz, 2005)

Figura 2.17 Efecto de la geometría de la punta en la

resolución de un AFM

28

2.2.2.6. Aplicaciones del Microscopio de Fuerza Atómica

La Microscopia de Fuerza Atómica es aplicada en el estudio de materiales. En las

industrias de electrónica, telecomunicaciones, biológicas, químicas, aeroespaciales y

energéticas. Los materiales que se investigan suele ser recubrimientos finos y gruesos,

cerámicas, materiales compuestos, vidrios, membranas sintéticas y biológicas, metales,

polímeros y semiconductores.

Por ejemplo en la figura 2.18 se muestra las imágenes de elaboración de los

Dispositivos Fotónicos vistas con AFM.

Fuente: (Sangwook, 2003)

En la figura 2.19 se observa imágenes de nano-estructuras magnéticas provista en

AFM

Fuente: (JinBae, 2009)

Figura 2.18 Quantum Dots-Dispositivos

Fotónicos

Figura 2.19 Nano-estructuras magnéticas

estructuras Co Antidot

29

Mediante la utilización de AFM no solo se pueden obtener imágenes a escala atómica

sino que también se pueden medir las fuerzas aplicadas sobre un material a una escala

del nano-newton.

Obteniendo de una muestra la imagenología, medidas y análisis de escaneo completo.

Como se demuestra en la figura 2.20 las imágenes vista desde AFM de superficies de

óxido de zinc.

Fuente: (Doutt, 2009)

La determinación de la fotoconductividad y la estructura de células solares que

proporciona la figura 2.21.

Fuente: (Lee, 2008)

Figura 2.21 Células solares- Fotoconductividad

Figura 2.20 Superficies Óxido de Zinc

30

La altura y profundidad de una muestra biológica en este caso de liposomas vistas

desde AFM en 3 dimensiones como se observa en la figura 2.22.

Fuente: (Park S. , 2015)

La determinación de diámetros y la imagen de superficies blandas como son las

vesículas lipídicas, son posibles hacerlas en AFM como se demuestra en la figura 2.23

en donde se visualiza imagen de altura y 3D.

Fuente: (System, 2015)

Figura 2.22 Liposomas

Figura 2.23 Vesículas lipídicas y bicapa en líquido fotografiado

31

2.2.2.7. Comparación entre AFM y otras técnicas de imagen

A continuación en la tabla 2.2 se resume el análisis de las técnicas más utilizadas para

determinar nano-estructuras versus la microscopia de fuerza atómica.

Tabla 2.2 Comparación entre AFM y STM

AFM STM(microscopio de efecto túnel)

La dependencia fuerza-distancia es

mucho más compleja teniendo en

cuenta la influencia que tienen la

forma de la punta y la fuerza de

contacto.

Se usa para aislantes como para

conductores. Siendo más versátil.

Tiene la ventaja de que el voltaje de

entrada y el espaciado entre la punta

y la muestra se pueden controlar

independientemente.

La resolución del STM es mejor que

la del AFM en algunos casos debido a

la dependencia exponencial de la

corriente túnel con la distancia.

Solo es aplicable a muestras

conductoras.

El voltaje de entrada y el espaciado

entre la punta los dos parámetros están

integralmente unidos.

Tabla 2.3 Comparación entre AFM y SEM

AFM SEM (microscopía electrónica de barrido)

Provee un extraordinario contraste

topográfico a partir de la medida

directa de alturas sin obscurecer vistas

de algunas características de la

superficie.

No es necesario realizar

recubrimientos conductores en

muestras que no son conductoras.

Necesita superficies conductoras por

las que las muestras se revisten con oro,

plata y oxido de titanio.

Tabla 2.4 Comparación entre AFM y TEM

AFM TEM (microscopia electrónica de

transmisión)

No necesita una preparación

excesivamente cara de la muestra a

observar y da lugar a una información

más completa.

No obstante con AFM no se pueden

realizar análisis de difracción.

Imágenes que se obtienen de dos

dimensiones a partir de secciones

transversales de muestras.

Se puede realizar análisis de

difracción.

Las muestras se dispersan en etanol,

luego se depositan en una rejilla de cobre

soportada y se secan a presión reducida.

Necesita criofijación y criofractura

32

2.3. FUNDAMENTACIÓN LEGAL

2.3.1. NIOSH (Estados Unidos)

NIOSH es la agencia federal de Estados Unidos encargada de controlar la

investigación y proveer guía en temas de salud ocupacional, implicaciones sanitarias y

aplicaciones de la nanotecnología.

NIOSH ofrece directrices provisionales para el trabajo con nano-materiales,

consistentes con el mejor conocimiento científico.

2.3.2. Comisión Europea

La comisión de comunidades europeas (Diciembre 2004) publica un comunicado

donde se describe estrategias para el desarrollo responsable de la nanotecnología,

incluyendo los potenciales usos para nano-materiales, investigación a nivel mundial,

inversión y la necesidad de integrar evaluación de riesgo ambiental en la investigación

y desarrollo de estas actividades.

2.3.3. Norma INEN (ISO/TR 12885:2008, IDT)

2.3.3.1.Recogida de muestras para caracterización de materiales

A menudo se requiere la determinación de las propiedades físicas y químicas de los

nano-materiales en suspensión relevantes respecto a su efecto potencial sobre la salud

humana. Parámetros como tamaño de partícula, forma, área superficial, composición,

estado de aglomeración, cristalinidad, solubilidad y biopersistencia proporcionan la

información básica para la evaluación de la exposición y toxicidad de los nuevo

materiales.

Las principales técnicas disponibles para determinar el tamaño, la forma y la

composición de partículas son las microscopias electrónicas de alta resolución como

las de barrido (scanning electron microscopy, SEM), emisión de campo (fiel emission

gun, SEM), transmisión (transmission electron microscopy, TEM) y transmisión y

barrido (Scanning transmission electron microscopy-STEM), combinadas con el

microanálisis por rayos X, la espectroscopia de perdida de energía electrónica

(Electron Energy Loss Spectroscopy, EELS) y la difracción electrónica.

33

2.3.3.2. Caracterización de la muestra

Para caracterizar la distribución por tamaños, la concentración en número y la forma

de las nano-partículas recogidas en muestreadores, pueden utilizarse la microscopia

electrónica. En los métodos de limpieza, la utilización de filtros mixtos de esteres de

celulosa a modo de toallitas podría facilitar dicho análisis.

La dispersión de la luz, la difracción laser, la cromatografía de exclusión por tamaño,

las técnicas acústicas y el fraccionamiento de flujo de campo (field flow fractionation)

podrían utilizarse para caracterizar la distribución de tamaños y la concentración en

número, mientras que las técnicas espectroscópicas pueden ser útiles para obtener

información sobre la composición química y la estructura de las nano-partículas. Estas

técnicas también pueden funcionar con los métodos de muestreo mediante aclarado.

2.4. Hipótesis del trabajo

Hi: Al variar parámetros de temperatura o tratamientos de superficies cambiará la

morfología y tamaño de las gotas de las emulsiones.

Ho: Al variar parámetros de temperatura o tratamientos de superficies no cambiará la

morfología y tamaño de las gotas de las emulsiones.

2.5. Sistema de variables

Se establecieron variables independientes las que influirán en la variable dependiente

como se muestra en la tabla 2.5 cada una de las cuales se analizará individualmente.

Tabla 2.5 Variables independientes que influyen en el tamaño de gota

Variables independientes Variable dependiente

Temperatura:

ambiente 25ºC

Diámetro de la gota de emulsión

estufa a 40ºC

Superficie:

vidrio

vidrio-barniz

Los valores del diámetro del tamaño de gota se calcularon en nanómetros.

34

CAPITULO III

3.1.METODOLOGÍA

3.1.1. Diseño de la investigación

Al ser un tema innovador se aplicó una investigación experimental cuantitativa y

estadística. En el cual se modificaron las variables seleccionadas que intervienen en la

determinación del diámetro de gota de la emulsión. Dentro del método experimental

se establecieron las variables independientes y dependientes como son temperatura –

superficie y diámetro de gota, respectivamente. Las temperaturas establecidas son

controladas, y se determinó si influyen o no en el diámetro de la gota de las

emulsiones. Así como la superficie en la que se las tratara.

Mediante la hipótesis formulada se podrá definir las relaciones causales, y este mismo

a su vez se diferencia con los otros tipos de investigación, ya que su objetivo de

estudio y su tratamiento dependen completamente del investigador.

La búsqueda documental es necesaria para complementar la investigación acerca de

métodos e investigaciones previamente realizadas lo que se considera el estado de arte.

3.1.2. Población y Muestra

La población constituye todas aquellas emulsiones con sistema de w/o y o/w que se

están desarrollando en el Laboratorio de Nano-estructuras de la Facultad de Ciencias

Químicas de la Universidad Central del Ecuador. Por lo tanto se puede determinar que

durante la investigación se va a trabajar con toda la población.

Las muestras comprenden emulsiones con sistema w/o de aceite de palma y agua y las

de sistema o/w son de aceite soya y agua, elegidas por su estabilidad para ser

visualizadas en AFM.

3.1.3. Diseño Experimental

La determinación del diámetro de gota de emulsión se realizó con el equipo de

Microscopia de Fuerza Atómica NX10, Park System.

35

Al tratarse de emulsiones diferentes fue necesario dividir el trabajo en dos partes

experimentales estableciendo un diseño experimental para cada una de las partes.

Emulsiones w/o

Emulsiones o/w

3.1.4. Matriz de Operacionalización de las Variables

A continuación se describe la matriz Operacionalización de las Variables

Tabla 3.1 Matriz de Operacionalización de las Variables

Variables Dimensiones Indicador

Dependiente: Diámetro de la

gota

Diámetro de la gota Longitud del

diámetro del gota en

nanómetros

Independiente: Condiciones

Físicas y Ambientales

Temperatura (A) Temperatura ajustada

en estufa en °C. 25°C

y 40°C.

Superficie de la placa

(B)

Tipo de superficie de

la placa con y sin

tratamiento.

B1 y B2

3.1.5. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

3.1.5.1. Técnicas de Recolección de Datos

Limpieza de las placas de vidrio

Proceso para remover impurezas del cubreobjetos.

Coloque 25 cubreobjetos (22 × 22 mm) en un vaso de 250 mL limpio.

A continuación lave los cubreobjetos en acetona por 3 min luego con una

pinza tómelos uno a uno y transfiéralos a un nuevo vaso de precipitación.

Añada al vaso, 50 ml de una solución 50% de metanol - 50% de agua,

después llévelo al baño de ultrasonido y proceda a sonicar durante 20

minutos.

Transfiera los cubreobjetos a un nuevo vaso de precipitación y vuelva a

sonicar durante 20 min en 50 ml de cloroformo.

Coloque los cubreobjetos secos en una placa de vidrio la cual fue previamente

limpiada con cloroformo.

36

Llevar la placa de vidrio con los cubreobjetos y dejarlos secar en la estufa a

25°C durante 15 minutos.

Luego con ayuda de una pinza, colóquelos uno por uno en la caja plástica

adecuada para cubreobjetos. (Cientifica, 2008)

Tabla 3.2 Materiales para limpieza de placas de vidrio

Materiales Equipos Reactivos

Cubreobjetos 22 x 22mm Ultrasonido marca Kendal CHCl3

Vasos de precipitación 100mL Estufa marca Memmert CH3-CO-CH3

Pinza plástica CH3OH

Caja plástica Agua tipo I

Placa de vidrio

Recubrimiento de placas

Para el recubrimiento de placas se procedió de la siguiente manera:

En un placa de vidrio coloque pedazos de cinta doble haz de 1cm y vaya

ubicando de tal modo que haya un espacio de 1cm de separación para cada

cubreobjetos.

Después, en un vaso de precipitación añada 50 mL de barniz acrílico, luego

con ayuda de una pinza tome un cubreobjetos y sumerja el mismo en el barniz

hasta cubrirlo completamente.

Luego proceda a escurrirlos completamente y colóquelos en la cinta doble haz

q esta sobre la placa de vidrio y déjelos secar 24 horas.

Una vez secados, vaya retirándoles con un estilete y vuélvalos a colocar en la

caja para cubreobjetos.

Tabla 3.3 Materiales para recubrimiento de placas

Materiales Reactivos

Cubreobjetos 22 x 22mm Barniz acrílico

Vasos de precipitación 50mL

Pinza plástica

Caja plástica

Placa de vidrio

Cinta doble haz

Estilete

37

Elaboración de la muestra

Se describe el procedimiento en la figura 3.1:

Figura 3.1 Diagrama de preparación de las muestras

Inicio

Diluir a

100mL

En cada balón

Agua Tipo I 5uL de

nanoemulsión

o/w

w/o

Colocar

0,5mL de

cada solución Jeringa

Superficie

vidrio Superficie vidrio

con barniz

T: 25°C T: 40°C T: 40°C T: 25°C

3 repeticiones 3 repeticiones 3 repeticiones 3 repeticiones

Filtrar 50mL Filtro jeringa

0,2 µm

Lectura en

AFM

Fin

t: 15 min t: 15 min t: 15 min t: 10 min

Inicio

38

Se utilizaron nano-emulsiones previamente preparadas.

Las tipo o/w fueron preparadas con aceite de soya como fase dispersa y para la fase

dispersante se utilizó agua tipo 1 adicionalmente distintos surfactantes no iónicos tales

como Tween 20, Tween 80, Cremophor A25, Kolliphor.

Mientras que las tipo w/o la fase dispersa fue aceite de palma y agua tipo I como fase

dispersante. (Calderon, 2015).

3.1.5.2. Instrumento de Recolección de Datos

Medición del diámetro de gota por AFM

Se describe el procedimiento a continuación en la figura 3.2.

Figura 3.2 Lectura de muestras en el Microscopio de Fuerza Atómica

Inicio

Colocar en el

disco magnético

Placa muestra o/w

Cinta adhesiva

doble faz Placa muestra w/o

Trasladar al

portamuestras

magnético

Programas los

parámetros de

lectura

Modo: Contacto

Velocidad de

barrido: 0,50 Hz

Escáner área: 10µm

Pixeles: 512

Observar la

imagen en el

programa

Procesar la

imagen y darle

aplanamiento

Medir diámetros

Fin

39

Se determinó el diámetro de cada una de las gotitas en el equipo de Microscopia de

Fuerza Atómica la cual se basa en la interacción de la punta de silicio y la muestra.

Este arroja la topografía de la gota en una imagen permitiendo medir su tamaño.

Los pasos a seguir para realizar la lectura en el equipo se describe en el siguiente

diagrama:

Tabla 3.4 Materiales para el tratamiento de superficies

Materiales Equipos Reactivos

Caja plástica Microscopio de Fuerza Atómica Muestra con o/w

Pinza NX10 marca Park System Muestra con w/o

Disco de plata

Cinta doble faz

Estilete

3.1.6. Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos

3.1.6.1.Técnica de Procesamiento de Datos

Diseño Factorial

El objetivo de un diseño factorial es estudiar el efecto de varios factores sobre una o

varias respuestas o características en un proceso de calidad y determinar una

combinación de niveles de los factores en la cual el desempeño del proceso sea mejor

que en las condiciones de operación actuales; es decir, encontrar nuevas condiciones

de operación del proceso que eliminen o disminuyan ciertos problema en la variable

respuesta.

Para la obtención y análisis de los resultados se aplicó el Diseño Factorial con dos

factores en A y B con a y b (a, b ≥ 2) niveles de prueba respectivamente. Siendo un

diseño factorial a × b que consiste en a × b tratamientos donde:

Tabla 3.5 Factores y niveles

Factor A Temperatura

Factor B Superficie

El factorial a trabajar es de 2 × 2 porque fueron 2 niveles de temperatura y 2 niveles de

superficies. Cada una con tres repeticiones.

40

Tabla 3.6 Diseño factorial 2 ×2 para emulsión o/w

A: Temperatura

B: Superficie Temperatura

ambiente 25ºC

Temperatura

estufa 40ºC

Vidrio sin

recubrimiento

Vidrio con barniz

Tabla 3.7 Diseño factorial 2×2 para emulsión w/o

A: Temperatura

B: Superficie Temperatura

ambiente 25ºC

Temperatura

estufa 40ºC

Vidrio sin

recubrimiento

Vidrio con barniz

Se elige este diseño factorial a× b ya que se pueden estudiar los dos efectos

individuales y el efecto de interacción de ambos factores.

3.1.6.2. Análisis de datos

Este análisis estadístico midió la variación total de las observaciones, la que se divide

para sus componentes, quedando el residuo como error experimental.

A su vez se estudió la relación entre una variable dependiente y uno o más factores

independientes, estableciendo un balance entre la variabilidad inducida y la no

explicada que viene a ser el error experimental.

Este análisis estadístico se aplicó por separado para los dos distintos sistemas

estudiados es decir, para cada tipo de emulsión sea o/w y w/o.

Además se determinó la existencia de diferencias significativas con un nivel de 95,0%

de confianza entre las medias de los distintos tratamientos utilizando como variable de

comparación el diámetro del tamaño de gota.

Tomando como base lo anteriormente expuesto en la tabla 3.8 se describe ANOVA:

41

Tabla 3.8 Datos de diámetros de partícula para ANOVA

Superficie Temperatura Diámetros

(nm) �̅� Diámetros

(nm)

Desviación

estándar

1 2 3 Vidrio sin

recubrimiento

25°C

40°C

Vidrio-barniz 25°C

40°C

De acuerdo a la hipótesis y análisis de varianza que implica los dos efectos A, B y AB.

Así se plantea la hipótesis:

Ho: Efecto de temperatura (A) = 0

HA: Efecto de temperatura (A) ≠ 0

Ho: Efecto de superficie (B) = 0

HA: Efecto de superficie (B) ≠ 0

Ho: Efecto de temperatura × superficie (AB) = 0

HA: Efecto de temperatura × superficie (AB) ≠ 0

Tabla 3.9 Reporte de datos de ANOVA

Variabilidad SC GL CM Fo Valor-p

Efecto A SCA a-1 𝑪𝑴𝑨 =

𝑺𝑪𝑨

𝑮𝑳𝑨

𝑪𝑴 𝑨

𝑪𝑴 𝑬

𝑷(𝑭 > 𝑭𝟎𝑨)

Efecto B SCB b-1 𝑪𝑴𝑩 =

𝑺𝑪𝑩

𝑮𝑳𝑩

𝑪𝑴 𝑩

𝑪𝑴 𝑬

𝑷(𝑭 > 𝑭𝟎𝑩)

Efecto AB SCAB (a-1)(b-1) 𝑪𝑴𝑨𝑩

=𝑺𝑪𝑨𝑩

𝑮𝑳𝑨𝑩

𝑪𝑴 𝑨𝑩

𝑪𝑴 𝑬

𝑷(𝑭

> 𝑭𝟎𝑨𝑩)

Error SCE ab(n-1) CME

Total SCT abn-1

Diferencia mínima significativa

La prueba se realizó al rechazar la hipótesis nula obtenida en el análisis de ANOVA.

La diferencia mínima es aquella que debe haber entre dos medias muéstrales para

poder considerar que los tratamientos son significativamente diferentes.

Esta prueba permite comparar múltiples medias de los tratamientos y su uso en

comparaciones simultaneas por distintos rangos.

42

Tabla 3.10 Reporte de datos de la prueba Diferencia Mínima Significativa

Tratamientos Repeticiones Media Media Sigma Grupos Homogéneos

Temperatura 6 X

Superficie 6 X

43

CAPITULO IV

4. Análisis y Discusión de Resultados

4.1. Limpieza de las placas de vidrio

Se comprobó que los cubreobjetos estén limpios observando los mismos en el

microscopio. Como se demuestra en la figura 4.1

Figura 4.1 Imágenes de placas después de la limpieza

Se pudo observar que no existen residuos o polvo que interfiera en el análisis.

4.2. Recubrimiento de placas de vidrio

A las 24 horas de haberse secado las placas que contenía una película fina de barniz se

observó en el microscopio para comprobar presencia de partículas que puedan

interferir en el análisis. Como se demuestra en la figura 4.2.

Figura 4.2 Imágenes de placas con recubrimiento de barniz

44

4.3. Elaboración de muestras

Las muestras luego de ser secadas en la estufa se las dejó reposar por 24 horas en la

caja para cubreobjetos.

Las muestras de sistema aceite palma y agua en w/o, tomaron más de 48 horas en

secarse mientras que las muestras de sistema aceite de soya en agua o/w, a las 48 horas

estaban listas para ser observadas.

4.4. Medición de diámetro de gota en AFM

Las fluctuaciones ambientales tales como vibraciones o cambios de temperatura tienen

un gran efecto en las mediciones con equipo de Microscopio de Fuerza Atómica.

Se trató de disminuir al mínimo el ruido trabajando a puertas cerradas y evitando

cualquier tipo de sonido o vibración por parte del analista y de los demás equipos que

se encontraban alrededor.

Otra forma de estabilizar al equipo fue mantenerlo encendido por 5 minutos antes de

realizar una lectura. Luego de haber encontrado la señal óptima de trabajo se procedió

a realizar varias mediciones a una misma muestra y se eligió la imagen que sea visible

con pequeñas gotitas que después fueron medidas en términos de nanómetros

obteniendo 50 datos que luego se procedió a realizar el respectivo análisis estadístico.

Refiérase los datos de cada medición en la tabla de anexos así como las imágenes en

altura y 3D.

4.5. Análisis estadístico

4.5.1. Análisis estadístico de la emulsión w/o, del sistema aceite de palma y agua.

Tabla 4.1 Datos de diámetros de gota para ANOVA


(nm)

Promedio

(nm)

Desviación

estándar

1 2 3

Vidrio sin

recubrimiento

25°C 128 133 121 127 6

40°C 131 136 123 130 6

Vidrio-barniz 25°C 135 116 122 124 9

40°C 114 111 125 117 8

45

Tabla 4.2 Análisis de varianza de los diámetros de gota sistema aceite de palma-agua

Origen de las

variaciones

Suma de

cuadrados

Grados

de

libertad

Promedio

de los

cuadrados

F Valor

crítico

para F

Efectos

principales

A:Temperatura 18,2 1 18,2 0,3 0,5

B:Superficie 203,3 1 203,3 3,6 0,09

INTERACCIÓN

AB 79,0 1 79,0 1,4 0,27

ERROR 451,5 8 56,4

TOTAL 752,1 11


diámetros y temperatura.

Método: 95,0 porcentaje DMS

Temperatura Casos Media Media Sigma Grupos Homogéneos

Estufa 6 123 3 X

Ambiente 6 126 3 X

Contraste Sig. Diferencia +/- Limites

ambiente - estufa ns 3 10

Figura 4.3 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión w/o con la

temperatura de la Diferencia Mínima Significativa al 95%

ambiente estufa

Means and 95,0 Percent LSD Intervals

Temperatura

110

114

118

122

126

130

134

Dia

metr

os

46


temperatura y la superficie de la Diferencia Mínima Significativa al 95%


diámetros y superficie


Superficie Casos Media Media Sigma Grupos Homogéneos

vidrio-barniz 6 120 3 X

Vidrio sin

recubrimiento

6 129 3 X


vidrio sin recubrimiento- vidrio-

barniz

ns 8 10

Figura 4.5 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión w/o con la superficie

de la Diferencia Mínima Significativa al 95%

Interaction Plot

Temperatura

110

114

118

122

126

130

134D

iam

etr

os

ambiente estufa

Superficie

vidrio

vidrio-barniz

vidrio vidrio-barniz


Superficie

110

114

118

122

126

130

134

Dia

metr

os

sin recubrimiento

sin recubrimiento

47

Histogram for Diametros nm

70 100 130 160 190 220

Diametros nm

0

20

40

60

80

freq

uency

Distribution

Normal


70 90 110 130 150 170 190

Diametros nm

0

10

20

30

40

50

60

frequency

Distribution

Normal


superficie y la temperatura de la Diferencia Mínima Significativa al 95%.

Figura 4.7 Distribución normal e Histograma de los diámetros de gota del sistema w/o

a una temperatura de 25ºC y superficie vidrio sin recubrimiento.


a una temperatura de 40ºC y superficie vidrio sin recubrimiento.

Normal

media = 127 nm

desviación

estándar = 23

Normal

media = 130 nm

desviación estándar = 24

Interaction Plot

Superficie

110

114

118

122

126

130

134

Dia

me

tros


Temperatura

ambiente

estufa

sin recubrimiento

48


70 100 130 160 190 220

Diametros nm

0

10

20

30

40

50

frequency

Distribution

Normal

Histogram for Diámetros nm

70 90 110 130 150 170

Diámetros nm

0

20

40

60

80

frequency

Distribution

Normal


a una temperatura de 25ºC y superficie vidrio barniz.

Figura 4.10 Distribución normal e Histograma de los diámetros de gota del sistema

w/o a una temperatura de 40ºC y superficie vidrio barniz.

Se estableció diferencia significativa entre los tratamientos de sistema w/o a

temperatura de 25°C y 40°C con superficies de vidrio y vidrio con recubrimiento,

después de realizar el análisis de varianza; los rangos de comparaciones múltiples se

identificaron cuatro grupos homogéneos. Los histogramas y la distribución normal de

cada uno de tratamientos presentaron polidispersión en los valores de los diámetros, y

se obtuvo una alta desviación estándar lo que sugiere inestabilidad en el sistema.

Normal media = 125nm

desviación

estándar = 25

Normal media = 117nm

desviación

estándar = 18

49

4.5.2. Análisis estadístico del sistema de emulsión o/w, aceite de soya y agua.

Tabla 4.5 Diámetros de gota de la emulsión o/w

Tabla 4.6 Análisis de varianza de los diámetros de gota sistema aceite de soya-agua

Origen de las

variaciones

Suma de

cuadrados

Grados de

libertad

Promedio de

los

cuadrados

F Valor

crítico

para F

Efectos principales

A:Temperatura 23585,3 1 23585,3 37,7 0,0003

B:Superficie 432,0

1 432,0

0,6

0,43

INTERACCIONES

AB 21000,3 1 21000,3 33,6 0,0004

RESIDUALES 4996,0 8 629,7

TOTAL 50013,7 11


diámetros y temperatura


Temperatura Casos Media Media Sigma Grupos Homogéneos

ambiente 6 139 10 X

estufa 6 227 10 X

Comparaciones Sig. Diferencia +/- Limites

ambiente - estufa * 88 33

Un asterisco se ha colocado junto al tratamiento ambiente-estufa, lo que indica que

este par muestra una diferencia estadísticamente significativa al nivel de confianza

95,0%.


(nm)

Promedio

(nm)

Desviación

estándar

1 2 3

vidrio 25°C 142 204 193 180 33

40°C 216 147 161 175 36

vidrio-

barniz

25°C 279 281 266 275 8

40°C 106 102 101 103 2

50

Figura 4.11 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión o/w con la

temperatura de la Diferencia Mínima Significativa al 95%.


temperatura y la superficie de la Diferencia Mínima Significativa al 95%


diámetros y superficie


Superficie Casos Media Media Sigma Grupos Homogéneos

vidrio sin

recubrimiento

6 177 10 X

vidrio-barniz 6 189 10 X


Vidrio sin recubrimiento -

vidrio-barniz

ns 12 33

ambiente estufa


Temperatura

120

150

180

210

240

270

Dia

metr

os

Interaction Plot

Temperatura

100

130

160

190

220

250

280

Dia

me

tros

ambiente estufa

Superficie

vidrio

vidrio-barniz

sin recubrimiento

51


90 130 170 210 250 290 330

Diámetros nm

0

10

20

30

40

50

60

freq

ue

ncy

Distribution

Normal

Figura 4.13 Intervalos de medias de los diámetros de la emulsión o/w con la

Superficie de la Diferencia Mínima Significativa al 95%.


superficie y la temperatura de la Diferencia Mínima Significativa al 95%

Figura 4.15. Distribución normal e Histograma de los diámetros de gota del sistema

o/w a una temperatura de 25ºC y superficie vidrio sin recubrimiento.

Normal

media = 178 nm




Superficie

160

170

180

190

200

210

Dia

metr

os

Interaction Plot

Superficie

100

130

160

190

220

250

280

Dia

me

tros


Temperatura

ambiente

estufa

sin recubrimiento

sin recubrimiento

52


90 130 170 210 250 290 330

Diámetros nm

0

10

20

30

40

50

frequency

Distribution

Normal


190 210 230 250 270 290 310

Diámetros nm

0

20

40

60

80

100

frequency

Distribution

Normal


60 80 100 120 140 160 180

Diámetros nm

0

20

40

60

80

freq

ue

ncy

Distribution

Normal


o/w a una temperatura de 40ºC y superficie vidrio sin recubrimiento.


o/w a una temperatura de 25ºC y superficie vidrio barniz


o/w a una temperatura de 25ºC y superficie vidrio barniz

La diferencia significativa se estableció entre los tratamientos del sistema o/w a

temperatura de 25°C y 40°C con superficies de vidrio y vidrio con recubrimiento,

después de realizar el análisis de varianza; los rangos de comparaciones múltiples se

identificaron 2 grupos homogéneos. Los histogramas y la distribución normal de cada

Normal

media = 175 nm

desviación

estándar = 47

Normal

media = 275 nm


Normal

media = 103 nm

desviación

estándar = 16

53

uno de tratamientos presentaron polidispersión en los valores de los diámetros, y se

obtuvo una alta desviación estándar lo que sugiere inestabilidad en el sistema.

54

CAPITULO V

5. Conclusiones y Recomendaciones

5.1. Conclusiones

Se concluye que el microscopio de fuerza atómica, detecta las fuerzas

interatómicas que se produce al interaccionar una punta con una nano-

superficie.

Además se conoció las diversas aplicaciones que tiene el microscopio como por

ejemplo: realiza mediciones químicas, mediciones de fuerza, propiedades

eléctricas, magnéticas, ópticas, piezoeléctricas, mecánicas, termales.

En esta investigación se aplicó el microscopio de fuerza atómica para analizar

nano-superficies de gota nano-emulsiones tipo w/o y o/w, que al tratarse de

superficies blandas se necesitó de un tratamiento específico para poder realizar

las respectivas lecturas.

Las lecturas del diámetro de gota de las placas se realizó en el microscopio de

fuerza atómica, las mismas que contenían la emulsión w/o a base del sistema

aceite de palma-agua en diferentes superficies que fueron vidrio sin

recubrimiento(cubreobjetos) y vidrio con barniz (cubreobjetos con

recubrimiento de barniz). Los diámetros obtenidos fueron sometidos a un

análisis estadístico y a una prueba de significancia, los resultados indican que

no existe significancia entre ambos tratamientos por lo tanto el factor superficie

no es determinante para realizar las lecturas.

Mientras que las emulsiones o/w con sistema a base de aceite de soja-agua, los

diámetros que se obtuvieron después de ser sometidos al tratamiento estadístico

y a la prueba de significancia indicaron que no existe una significancia entre los

dos tipos de superficie, y en cuanto a la interacción entre tratamientos se

observa una significancia con la temperatura de secado. Por lo tanto se logró

determinar diámetros más pequeños en una superficie de vidrio con barniz a

temperatura de secado de 40°C que en una superficie de vidrio sin

recubrimiento y temperatura de secado de 25°C.

55

Se estudió el efecto de la temperatura de secado en la emulsión w/o a base del

sistema aceite de palma-agua y se determinó que el diámetro promedio de gota

no se ve afectado si se lo realiza a temperatura de secado de 25°C o 40°C.

Para las emulsiones o/w con sistema a base de aceite de soja-agua, se pudo

observar que existe una significancia entre la interacción del factor temperatura

y superficie (temperatura 40°C y vidrio con barniz) la cual provocó la

reducción del diámetro de gota, por lo tanto se concluye que este tratamiento

deforma a la emulsión.

Se determinó la factibilidad para usar la técnica Microscopía de Fuerza

Atómica para lograr impresiones sobre placa de una emulsión a escala

nanométrica, sin embargo se requiere ampliar la investigación en cuanto a la

medición del diámetro de las muestras ya que al comparar los valores de

desviación estándar obtenidos por AFM con los valores de DLS se encuentran

muy altos.

Por lo tanto, para leer impresiones de gotas de una emulsión w/o (a base del

sistema aceite de palma-agua), las condiciones ideales fueron temperatura de

secado 25°C y superficie de vidrio con barniz, ya que el diámetro medio por

AFM fue 124 ± 9 el cual es similar al obtenido por DLS con un valor de

124,8nm ±14,7.

Y para emulsiones o/w (sistema a base de aceite de soja-agua) las condiciones

fueron temperatura de secado a 25°C y en una superficie de vidrio sin

recubrimiento, ya que el diámetro medio obtenido en AFM fue de 180 ± 33

mientras que con DLS fue de 181,0± 8,8.

Se realizó una comparación del valor promedio del diámetro de gota de la

emulsión w/o (sistema aceite de palma-agua) obtenido con el tratamiento vidrio

y temperatura de 25°C medidos por AFM y el mismo fue de 127nm ±6

mientras que el diámetro promedio obtenido por DLS fue de 124,8nm ±14,7.

Al comparar estos valores se los encuentra que son parcialmente cercanos,

debido a que esta emulsión presentó un cambio en su estabilidad incluso en

versión de fase.

56

Y para la emulsión o/w (sistema aceite de soja-agua) a las mismas condiciones

anteriormente mencionadas, en AFM con un valor de 180 ± 33 mientras que el

diámetro promedio obtenido por DLS fue de 181,4± 8,8. Al comparar estos

valores se observa que están similares, pero con una desviación estándar alta en

AFM.

Las figuras de polidispersión de los diferentes tratamientos para cada muestra

(w/o) y (o/w) indica la alta variación entre los diámetros y se obtuvo valores

altos de desviación estándar debido a las características propias de la muestra

cómo se demuestran en las figuras de los anexos.

5.2. Recomendaciones

Se recomienda realizar la caracterización de emulsiones que contenga principio

activo ya que es indispensable conocer su morfología y tamaño para el

desarrollo de nuevas formas farmacéuticas con liberación controlada.

Al tratarse de una investigación innovadora se propone hacer una validación

del método comparando la técnica de AFM contra el DLS como métodos de

caracterización de nano-partículas.

El modo contacto fue utilizado para la lectura de todos los análisis por lo tanto,

se recomienda ampliar esta investigación en los modos de no contacto y

tapping.

Se recomienda estudiar el cambio de versión de fase en las nano-emulsiones

tipo w/o a o/w, utilizando la técnica de microscopía de fuerza atómica.

Para emulsiones tipo o/w, se concluye que las desviaciones estándar obtenidas

por el método AFM están elevadas con respecto al obtenido por DLS por lo

tanto, se recomienda realizar posteriores investigaciones para determinar la

factibilidad de medir el diámetro de gota mediante AFM para este tipo de

muestras.

57

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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60

7. ANEXOS

Anexo 1. Instrumento de recolección de datos

Figura 7.1 Recubrimiento de placas

Figura 7.2 Elaboración de muestra

Figura 7.3 Lectura de placas en AFM

61

Anexo 2: Tabla de mediciones de las muestras w/o


superficie vidrio sin recubrimiento.

Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio

N° Mediciones Diámetros

(nm)

N°

Mediciones

Diámetros

(nm)

1 80 26 125

2 100 27 125

3 100 28 125

4 100 29 125

5 100 30 125

6 100 31 125

7 100 32 125

8 100 33 125

9 120 34 125

10 120 35 125

11 120 36 125

12 120 37 130

13 120 38 130

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 120 49 160

25 120 50 200

�̅� 128 ± 23

62

Figura 7.4 Imagen de altura del anexo 2.1

Figura 7.5 Imagen en 3D de anexo 2.1

63



Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 80 26 120

2 100 27 120

3 100 28 120

4 100 29 120

5 100 30 125

6 120 31 125

7 120 32 125

8 120 33 150

9 120 34 160

10 120 35 160

11 120 36 160

12 120 37 160

13 120 38 160

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 120 49 160

25 120 50 200

�̅� 133 ± 24

64


Figura 7.7 Imagen en 3D del anexo 2.2

65



Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 80 26 120

2 100 27 120

3 100 28 120

4 100 29 120

5 100 30 120

6 100 31 120

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 120

10 100 35 120

11 100 36 120

12 100 37 120

13 100 38 125

14 100 39 125

15 120 40 130

16 120 41 130

17 120 42 140

18 120 43 140

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 120 49 160

25 120 50 160

�̅� 121 ± 20

66



67



Temperatura: 40°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 100 26 120

2 100 27 125

3 100 28 125

4 100 29 125

5 100 30 125

6 100 31 130

7 100 32 140

8 100 33 160

9 100 34 160

10 100 35 160

11 120 36 160

12 120 37 160

13 120 38 160

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 120 49 160

25 120 50 160

�̅� 131 ± 23

68



69



Temperatura: 40°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 80 26 125

2 100 27 125

3 100 28 140

4 100 29 160

5 100 30 160

6 100 31 160

7 120 32 160

8 120 33 160

9 120 34 160

10 120 35 160

11 120 36 160

12 120 37 160

13 120 38 160

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 125 49 160

25 125 50 160

�̅� 136±23

70



71



Temperatura: 40°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 80 26 120

2 80 27 120

3 80 28 120

4 100 29 120

5 100 30 120

6 100 31 120

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 120

10 100 35 120

11 100 36 125

12 100 37 125

13 120 38 125

14 120 39 125

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 120 49 160

25 120 50 160

�̅� 123±23

72



73


superficie vidrio barniz.

Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio recubierto de barniz


(nm)


(nm)

1 80 26 130

2 100 27 130

3 100 28 140

4 100 29 140

5 100 30 140

6 100 31 140

7 100 32 150

8 100 33 160

9 110 34 160

10 120 35 160

11 120 36 160

12 120 37 160

13 120 38 160

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 130 49 180

25 130 50 200

�̅� 135 ± 26

74


Figura 7.17 Imagen en 3D de altura del anexo 2.7

75



Temperatura: 25°C



(nm)


(nm)

1 100 26 110

2 100 27 110

3 100 28 110

4 100 29 110

5 100 30 110

6 100 31 110

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 120

10 100 35 120

11 100 36 120

12 100 37 120

13 100 38 120

14 100 39 120

15 100 40 120

16 100 41 125

17 100 42 130

18 100 43 130

19 100 44 160

20 100 45 160

21 100 46 160

22 100 47 160

23 100 48 160

24 110 49 160

25 110 50 200

�̅� 116 ± 23

76



77



Temperatura: 25°C



(nm)


(nm)

1 90 26 120

2 100 27 120

3 100 28 120

4 100 29 120

5 100 30 120

6 100 31 120

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 130

10 100 35 130

11 100 36 130

12 100 37 130

13 100 38 140

14 100 39 140

15 100 40 140

16 100 41 140

17 100 42 150

18 110 43 160

19 110 44 160

20 110 45 160

21 110 46 160

22 110 47 160

23 110 48 160

24 120 49 160

25 120 50 200

�̅� 122 ± 24

78



79



Temperatura: 40°C



(nm)


(nm)

1 100 26 120

2 100 27 120

3 100 28 120

4 100 29 120

5 100 30 120

6 100 31 120

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 120

10 100 35 120

11 100 36 120

12 100 37 120

13 100 38 120

14 100 39 120

15 100 40 120

16 100 41 120

17 100 42 125

18 100 43 125

19 100 44 125

20 120 45 125

21 120 46 125

22 120 47 125

23 120 48 125

24 120 49 130

25 120 50 140

�̅� 114 ± 11

80



81



Temperatura: 40°C



(nm)


(nm)

1 75 26 120

2 75 27 120

3 75 28 120

4 75 29 120

5 80 30 120

6 100 31 120

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 120

10 100 35 120

11 100 36 120

12 100 37 120

13 100 38 120

14 100 39 120

15 100 40 120

16 100 41 120

17 100 42 125

18 100 43 125

19 100 44 125

20 100 45 125

21 100 46 125

22 100 47 125

23 100 48 160

24 100 49 160

25 120 50 160

�̅� 111 ± 19

82

Figura 7.24 Imagen de altura de anexo 2.11


83



Temperatura: 40°C



(nm)


(nm)

1 100 26 120

2 100 27 120

3 100 28 120

4 100 29 120

5 100 30 120

6 100 31 120

7 100 32 120

8 100 33 120

9 100 34 120

10 100 35 120

11 120 36 125

12 120 37 125

13 120 38 130

14 120 39 130

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 120 44 160

20 120 45 160

21 120 46 160

22 120 47 160

23 120 48 160

24 120 49 160

25 120 50 160

�̅� 125 ± 20

84



85

Anexo 3: Tabla de mediciones de las muestras o/w

Anexo 3.1 Muestra 1 sistema o/w aceite de soya-agua a temperatura de 25°C y


Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 100 26 160

2 100 27 160

3 100 28 160

4 120 29 160

5 120 30 160

6 120 31 160

7 120 32 160

8 120 33 160

9 120 34 160

10 120 35 160

11 120 36 160

12 120 37 160

13 120 38 160

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 120 42 160

18 120 43 160

19 125 44 160

20 125 45 160

21 125 46 160

22 125 47 160

23 160 48 160

24 160 49 160

25 160 50 160

�̅� 142±22

86



87



Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio

N° Mediciones Diámetros (nm) N° Mediciones Diámetros (nm)

1 100 26 200

2 100 27 200

3 100 28 200

4 100 29 200

5 150 30 200

6 150 31 200

7 150 32 250

8 150 33 250

9 150 34 250

10 150 35 250

11 150 36 250

12 160 37 250

13 200 38 250

14 200 39 250

15 200 40 250

16 200 41 250

17 200 42 250

18 200 43 250

19 200 44 250

20 200 45 250

21 200 46 250

22 200 47 250

23 200 48 250

24 200 49 250

25 200 50 300

�̅� 204 ± 48

88



89



Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 160 26 200

2 160 27 200

3 160 28 200

4 160 29 200

5 160 30 200

6 160 31 200

7 160 32 200

8 160 33 200

9 160 34 200

10 160 35 200

11 160 36 200

12 160 37 200

13 160 38 200

14 160 39 200

15 160 40 200

16 160 41 240

17 160 42 240

18 160 43 240

19 160 44 240

20 160 45 250

21 200 46 250

22 200 47 250

23 200 48 250

24 200 49 250

25 200 50 250

�̅� 193 ± 32

90



91



Temperatura: 40°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 160 26 200

2 160 27 200

3 160 28 200

4 160 29 200

5 160 30 200

6 160 31 200

7 160 32 200

8 160 33 250

9 180 34 250

10 200 35 250

11 200 36 250

12 200 37 250

13 200 38 250

14 200 39 250

15 200 40 250

16 200 41 250

17 200 42 250

18 200 43 250

19 200 44 250

20 200 45 250

21 200 46 300

22 200 47 300

23 200 48 300

24 200 49 300

25 200 50 300

�̅� 216 ± 41

92



93



Temperatura: 40°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 100 26 160

2 100 27 160

3 100 28 160

4 100 29 160

5 100 30 160

6 100 31 160

7 120 32 160

8 120 33 160

9 120 34 160

10 120 35 160

11 120 36 160

12 120 37 160

13 120 38 160

14 120 39 160

15 120 40 160

16 120 41 160

17 125 42 200

18 125 43 200

19 125 44 200

20 125 45 200

21 125 46 200

22 125 47 200

23 130 48 200

24 130 49 200

25 140 50 250

�̅� 147±35

94



95



Temperatura: 40°C

Superficie: Vidrio


(nm)


(nm)

1 100 26 160

2 100 27 160

3 100 28 160

4 120 29 160

5 120 30 160

6 120 31 160

7 125 32 160

8 125 33 160

9 125 34 160

10 125 35 160

11 125 36 160

12 125 37 160

13 125 38 200

14 140 39 200

15 140 40 200

16 160 41 200

17 160 42 200

18 160 43 200

19 160 44 200

20 160 45 200

21 160 46 200

22 160 47 200

23 160 48 200

24 160 49 250

25 160 50 250

�̅� 161 ± 35

96



97



Temperatura: 25°C

Superficie: Vidrio con recubrimiento de barniz


(nm)


(nm)

1 200 26 300

2 200 27 300

3 200 28 300

4 200 29 300

5 200 30 300

6 250 31 300

7 250 32 300

8 250 33 300

9 250 34 300

10 250 35 300

11 250 36 300

12 250 37 300

13 250 38 300

14 250 39 300

15 250 40 300

16 250 41 300

17 300 42 300

18 300 43 300

19 300 44 300

20 300 45 300

21 300 46 300

22 300 47 300

23 300 48 300

24 300 49 300

25 300 50 300

�̅� 279 ± 34

98



99



Temperatura: 25°C



(nm)


(nm)

1 200 26 300

2 200 27 300

3 250 28 300

4 250 29 300

5 250 30 300

6 250 31 300

7 250 32 300

8 250 33 300

9 250 34 300

10 250 35 300

11 250 36 300

12 250 37 300

13 250 38 300

14 250 39 300

15 250 40 300

16 250 41 300

17 250 42 300

18 300 43 300

19 300 44 300

20 300 45 300

21 300 46 300

22 300 47 300

23 300 48 300

24 300 49 300

25 300 50 300

�̅� 281 ± 28

100



101



Temperatura: 25°C



(nm)


(nm)

1 200 26 300

2 200 27 300

3 200 28 300

4 200 29 300

5 200 30 300

6 200 31 300

7 200 32 300

8 200 33 300

9 200 34 300

10 250 35 300

11 250 36 300

12 250 37 300

13 250 38 300

14 250 39 300

15 250 40 300

16 250 41 300

17 250 42 300

18 250 43 300

19 250 44 300

20 250 45 300

21 250 46 300

22 250 47 300

23 250 48 300

24 250 49 300

25 250 50 300

�̅� 266 ± 38

102



103



Temperatura: 40°C



(nm)


(nm)

1 75 26 100

2 80 27 100

3 80 28 100

4 80 29 100

5 80 30 100

6 80 31 100

7 100 32 100

8 100 33 100

9 100 34 120

10 100 35 120

11 100 36 120

12 100 37 125

13 100 38 125

14 100 39 125

15 100 40 125

16 100 41 125

17 100 42 125

18 100 43 125

19 100 44 125

20 100 45 125

21 100 46 125

22 100 47 125

23 100 48 125

24 100 49 125

25 100 50 125

�̅� 105±15

104



105


superficie vidrio barniz

Temperatura: 40°C



(nm)


(nm)

1 70 26 100

2 70 27 100

3 75 28 100

4 80 29 100

5 80 30 100

6 80 31 100

7 80 32 100

8 80 33 100

9 80 34 100

10 80 35 100

11 80 36 100

12 80 37 120

13 80 38 120

14 100 39 125

15 100 40 125

16 100 41 125

17 100 42 125

18 100 43 125

19 100 44 125

20 100 45 125

21 100 46 125

22 100 47 125

23 100 48 125

24 100 49 125

25 100 50 150

�̅� 102 ± 18

106



107


superficie vidrio barniz

Temperatura: 40°C



(nm)


(nm)

1 80 26 100

2 80 27 100

3 80 28 100

4 80 29 100

5 80 30 100

6 80 31 100

7 80 32 100

8 80 33 100

9 80 34 100

10 80 35 100

11 80 36 100

12 90 37 100

13 100 38 100

14 100 39 100

15 100 40 125

16 100 41 125

17 100 42 125

18 100 43 125

19 100 44 125

20 100 45 125

21 100 46 125

22 100 47 125

23 100 48 125

24 100 49 125

25 100 50 125

�̅� 101 ± 15

108



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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS