Enigma resuelto: cómo las pestañas drenan el agua y mantienen la visión clara
Un nuevo estudio revela que las pestañas están compuestas por fibras hidrófobas, flexibles y curvadas, con una estructura única que permite que las pestañas desvíen de manera rápida y direccional el agua u otros líquidos que caigan sobre ellas.
Por Enrique Coperías
Las pestañas humanas, compuestas por un conjunto de fibras hidrofóbicas, expulsan las gotas de agua en el menor tiempo posible. Cortesía: Prof. JIANG's group
A lo largo de la evolución humana, el vello corporal y facial ha disminuido significativamente, pero las pestañas han permanecido como un rasgo distintivo. Aunque tradicionalmente se ha creído que su función principal es atrapar el polvo o filtrar el aire, su propósito fisiológico y funcional ha sido objeto de debate durante mucho tiempo.
Las pestañas humanas son estructuras pilosas que se encuentran en el borde de los párpados y cumplen diversas funciones, tanto estéticas como funcionales. En promedio, una persona tiene entre 90 y 160 pestañas en el párpado superior, y entre 75 y 80 en el inferior. Cada una de ellas están formadas por queratina, el mismo material que compone el cabello y las uñas, y tiene una raíz que se inserta en un folículo piloso dentro del párpado.
Nuestras pestañas son altamente sensibles al tacto. Esta sensibilidad activa un reflejo palpebral que cierra rápidamente el ojo al detectar una amenaza, lo que lo protege de posibles daños.
Las pestañas tienen propiedades hidrófobas
Por otro lado, las pestañas actúan como una barrera física que impide que el polvo, los insectos y otros elementos extraños entren en los ojos. Además, ayudan a reducir la cantidad de luz solar directa que llega al órgano de la visión, funcionando como un filtro natural. Su capacidad para expulsar líquidos, como el agua o el sudor, evita que estos obstruyan la visión.
En este sentido, estudios recientes revelan que las pestañas poseen propiedades hidrófobas. Gracias a su forma curvada y estructura especializada, expulsan líquidos de manera eficiente, algo que contribuye a mantener los ojos secos y la visión clara incluso en condiciones adversas.
Recientemente, un equipo de investigadores chinos ha arrojado nueva luz sobre la hidrodinámica de estas estructuras pilosas. Su estudio revela queestán compuestas por fibras hidrófobas, flexibles y curvadas, con microrroturas superficiales y una macrocurvatura que se asemeja a una curva braquistócrona.
En promedio, una persona tiene entre 90 y 160 pestañas en el párpado superior, y entre 75 y 80 en el inferior. Cortesía: Subin
Agua, sudor y pestañas
Recordemos que una curva braquistócrona es la trayectoria entre dos puntos que permite a un objeto descender bajo la influencia de la gravedad en el menor tiempo posible, sin considerar la fricción. Esta curva no es una línea recta, sino un arco de cicloide, que es la forma que toma un punto en el borde de un círculo cuando este rueda sin deslizarse. Es un concepto clave en física y matemáticas, relacionado con el cálculo de variaciones y la optimización.
Esta estructura única permite a las pestañas desviar de manera rápida y direccional el líquido entrante, lo que ayuda a mantener una visión clara y sin obstrucciones.
A pesar de estas ventajas hidrodinámicas, como la capacidad de expulsar líquidos no deseados del ojo para preservar la claridad visual, este aspecto ha recibido poca atención. Situaciones comunes como el lavado facial o la actividad física intensa exponen los ojos a agua o sudor en cantidades significativas, pero las pestañas logran proteger la visión sin comprometer su nitidez.
Dirección y tiempo de contacto de las gotas
El estudio, publicado en la revista Science Advances, fue liderado por el profesor Jiang Lei y su equipo del Instituto Técnico de Física y Química de la Academia China de Ciencias.
El objetivo principal del equipo de investigación era analizar la interacción entre el agua y la matriz de fibras flexibles que forman las pestañas humanas. Para ello, comenzaron caracterizando su estructura, capacidad de repeler líquidos y el proceso de drenaje de agua. Posteriormente, investigaron cómo propiedades, como la flexibilidad, la hidrofobicidad y la curvatura de las fibras, influyen en la eficiencia del drenaje.
El equipo de investigación se propuso estudiar la interacción entre el agua y el conjunto de fibras flexibles de las pestañas. Empezaron por caracterizar la estructura, la humectabilidad y el proceso de drenaje del agua de las pestañas humanas. A continuación, estudiaron cómo influyen la flexibilidad, la humectabilidad y la curvatura del conjunto de fibras en el drenaje de los líquidos.
Basándose en sus hallazgos, los investigadores revelaron el mecanismo de control que rige la dirección de transferencia y el tiempo de contacto, que surgen de las estructuras asimétricas multiescala y las deformaciones elásticas heterogéneas del conjunto de fibras. También desarrollaron un modelo computacional cuantitativo para calcular las fuerzas elásticas que actúan sobre el conjunto de fibras.
Esta investigación también ha conducido al diseño de bordes de transferencia rápida de líquidos miméticos a las pestañas, que incluyen pestañas postizas estéticamente agradables y protectoras, dispositivos de imagen impermeables y estructuras ventiladas. ▪️
Información facilitada por la Chinese Academy of Sciences
Fuente: Shan Zhou et al. Rapid water drainage on human eyelashes of a hydrophobic Brachistochrone fiber array. Science Advanced (2024). DOI:10.1126/sciadv.adr2135
