Hay dos superficies vegetales muy singulares, de gran interés para la ciencia de materiales por su relación con el agua: el haz de la hoja del Lotus (Nelumbo nucifera), símbolo de pureza por sus propiedades autolimpiantes (efecto Lotus) y el haz del pétalo de rosa, por la enorme adherencia de las gotas (efecto pétalo de rosa). Ambas superficies son muy hidrófobas (las gotas de agua sobre ellas son casi esféricas), pero en la hoja del Lotus las gotas resbalan, mientras que al pétalo de rosa se adhieren. Una incógnita de primer orden que no es cuestión de magia, sino de ciencia. Habitualmente, estos fenómenos se han interpretado considerando únicamente la rugosidad de las superficies y su condición hidrófoba y uniforme. Así ocurría en el artículo de Lin Feng publicado en 2008 en el que dio nombre a este fenómeno. Sin embargo, el enigma no resuelto es cómo la misma justificación científica podía explicar tanto la repelencia de las gotas de agua por las hojas del Lotus, como la adherencia de las gotas al pétalo de rosa. Algo no cuadraba.

LA ENORME COMPLEJIDAD DE LAS SUPERFICIES VEGETALES

Llevamos mas de doscientos años intentando comprender como “mojan” las superficies, tanto biológicas como sintéticas. Asimismo, desde hace dos siglos se han realizado investigaciones para analizar la composición química y la estructura de las superficies de los órganos vegetales con limitado éxito, debido a su enorme complejidad. Un problema inherente al estudio de las superficies vegetales es que su estructura puede alterarse al arrancar el órgano de la planta. Los pétalos son muy delicados y su superficie pierde su forma natural poco después de separarse de la flor.

PÉTALOS NATURALES EN EL LABORATORIO

En un novedoso estudio interdisciplinar entre diferentes centros de investigación españoles, hemos conseguido utilizar pétalos naturales para analizar –a la nanoescala– no sólo la morfología (como hasta ahora), sino también las propiedades químicas que determinan su mojado. En una primera fase, seleccionamos una variedad de rosa cuyos pétalos mantenían adheridas las gotas de agua de manera similar en su cara de arriba (haz) y de abajo (envés). Conseguimos caracterizar ambas caras en pétalos naturales, sometiéndolos a un tratamiento que preservara su estructura. Con el microscopio electrónico de barrido (SEM) observamos que tanto la textura como la rugosidad de ambas superficies del pétalo (la cara de arriba/haz y abajo/ envés) son muy diferentes. Sin embargo, se mojan de modo similar por las gotas de agua. Así que la rugosidad no sirve para explicarlo todo. Había que mirar más profundamente para encontrar la clave del efecto pétalo de rosa.

EL MICROSCOPIO DE FUERZAS ATÓMICAS (AFM) RESOLVIÓ EL MISTERIO

El análisis mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) nos dio la respuesta. El AFM permite analizar la superficie del pétalo a escala muy fina, nanómetros, y esencialmente funciona “palpando” con mucha delicadeza las superficies con una punta extremadamente afilada. Además de percibir la rugosidad, el AFM es capaz de “notar” la composición química. Así descubrimos que la superficie de los pétalos a esa escala tiene rugosidad fractal en el rango entre 5 nm y 20 µm.