Modelando el Futuro de la Caracterización de Partículas con Dispersión de Luz

Esta entrevista fue publicada originalmente en AZoM.com el 7 de julio de 2025.

La dispersión de luz ha sido durante mucho tiempo una técnica fundamental en la caracterización de partículas en una amplia gama de disciplinas científicas. Desde la farmacéutica hasta la producción de alimentos, y desde la nanomedicina hasta el análisis ambiental, su versatilidad y precisión la hacen indispensable. A medida que la innovación tecnológica acelera, nuevos retos y oportunidades están remodelando cómo se aplica la dispersión de luz, especialmente a medida que la automatización, la IA y los métodos avanzados de detección se colocan en primer plano.

En esta entrevista, AZoMaterials conversa con expertos de Malvern Panalytical, una empresa a la vanguardia de la innovación en dispersión de luz, para explorar el actual panorama de la técnica y su potencial futuro. 

La dispersión de luz ha sido una herramienta fundamental en la caracterización de partículas durante décadas. ¿Puede darnos una breve descripción de cómo funciona esta técnica y por qué es tan esencial?

La dispersión de luz es una técnica versátil y no invasiva utilizada para caracterizar partículas dispersas. Existen diferencias en cómo funcionan las técnicas individuales de dispersión de luz, pero el mismo principio fundamental se aplica: a saber, cuando un haz de luz interactúa con partículas dispersas, se dispersa en varias direcciones.

Tome la difracción láser, por ejemplo, que se utiliza para obtener información del tamaño de partículas desde la escala submicrométrica hasta varios milímetros. En este caso, nos interesa la dependencia angular promedio en el tiempo de la luz dispersada, que depende de los tamaños de las partículas dispersas y de la distribución de tamaños. Midiendo la intensidad de la luz dispersada a lo largo de un amplio rango angular, es posible calcular una distribución de tamaño de partículas (PSD).

Por otro lado, la Dispersión de Luz Dinámica (DLS) se utiliza para partículas en la escala nanométrica (de unos pocos micrómetros a nanómetros). La dispersión de nanopartículas sigue siendo dependiente del ángulo, en mayor o menor grado, pero en lugar de observar los datos angulares, nos interesa la dependencia temporal de la dispersión. Medimos la intensidad de dispersión a lo largo del tiempo en uno o varios ángulos específicos: los ángulos utilizados dependen de la información requerida. Qué tan rápida o lentamente varía la intensidad de dispersión a lo largo del tiempo está relacionada con el movimiento browniano de las partículas dispersas. Por lo tanto, esto nos da una medida de su tamaño y ancho de distribución (polidispersidad), y un análisis secundario puede proporcionar distribuciones de tamaño.

La dispersión de luz es esencial porque proporciona mediciones absolutas sin la necesidad de estándares de calibración externos, lo que la hace altamente confiable para caracterizar una amplia gama de tipos de muestras. Determinar propiedades como el tamaño de las partículas, la forma y el peso molecular es clave para desbloquear una comprensión de cómo los materiales y procesos funcionarían en campos tan diversos como la farmacéutica, la fabricación de baterías y la minería.

Malvern Panalytical ha sido durante mucho tiempo pionera en el campo de la dispersión de luz, particularmente con gamas de instrumentos como Mastersizer (para difracción láser) y Zetasizer (para dispersión de luz).

¿Cuáles son algunos de los avances más significativos en las técnicas de dispersión de luz en los últimos años, y cómo han mejorado la caracterización de partículas?

Un área de avance significativo ha sido en las capacidades de procesamiento por computadora, lo que ha mejorado significativamente el manejo de datos en las técnicas de dispersión de luz. Los sistemas de dispersión de luz, como el Mastersizer, aprovechan potentes procesadores para analizar conjuntos de datos más grandes con mayor velocidad y precisión; y la posibilidad de utilizar la computación en la nube ampliará aún más la capacidad de procesamiento. Esta capacidad es crucial para estudiar muestras complejas y obtener distribuciones detalladas de tamaño de partículas. El procesamiento de datos mejorado también respalda algoritmos inteligentes que pueden diferenciar entre variaciones sutiles en las distribuciones de tamaño de partículas, lo que a su vez proporciona una visión más profunda de las propiedades de la muestra.

Los tipos de medición adaptativa de Malvern Panalytical – Correlación Adaptativa en la serie Zetasizer Advance y Difracción Adaptativa en el Mastersizer 3000+ ajustan dinámicamente los parámetros de medición basados en datos en tiempo real, optimizando la precisión y confiabilidad de los resultados. Estas innovaciones aseguran que nuestros instrumentos proporcionen la caracterización de partículas más precisa y detallada de su muestra y den a nuestros usuarios confianza en sus datos.

Otros nuevos enfoques para realizar mediciones de dispersión de luz se han introducido en la última década. La Dispersión de Luz Dinámica Multiaxial (MADLS) utilizada por el Zetasizer es significativa. MADLS mide la luz dispersada en múltiples ángulos, proporcionando un análisis integral de las distribuciones de tamaño de partículas en muestras polidispersas, así como más precisión para muestras monomodales. Este enfoque mejora la precisión de las mediciones y es particularmente útil para muestras complejas con una amplia gama de tamaños de partículas.

Y luego tienes la automatización y la inteligencia artificial, que están comenzando a incorporarse en la instrumentación de dispersión de luz convencional. La automatización se trata parcialmente de habilitar un mayor rendimiento para que pueda probar más muestras y reducir la necesidad de entrada del operador, que puede ser una fuente significativa de incertidumbre. La IA, por otro lado, abre muchas posibilidades emocionantes para el manejo de datos y obtener conocimientos sobre sus datos.

Uno de los desafíos en la dispersión de luz es analizar con precisión sistemas polidispersos o complejos. ¿Qué estrategias o innovaciones están ayudando a superar estas limitaciones?

El análisis de sistemas polidispersos o complejos puede ser desafiante, y estamos viendo cada vez más muestras volverse más complejas de esta manera. Afortunadamente, las innovaciones realizadas por Malvern Panalytical, como la dispersión de luz dinámica multiaxial (MADLS) y las técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes, están ayudando a abordar estas limitaciones. MADLS, por ejemplo, proporciona un análisis más integral al medir la luz dispersada en múltiples ángulos, mejorando la precisión de la distribución de tamaño en muestras polidispersas y proporcionando una reflexión más precisa de la distribución del tamaño de la muestra al eliminar el sesgo angular. Las plataformas experimentales que combinan la dispersión de luz con sensores de imágenes han demostrado ser prometedoras en el análisis de sistemas complejos.

¿Cómo influyen los campos emergentes como la nanotecnología y los biofármacos en la evolución de los métodos de dispersión de luz?

Técnicas de dispersión de luz como DLS han sido muy importantes en la caracterización de algunos de los avances emergentes recientes, por ejemplo, nano-medicinas – no solo por su tamaño básico sino también en la comprensión de su estabilidad de formulación y biodisponibilidad. Estos sistemas son mucho más complejos que las emulsiones o dispersiones típicas, ya que también son funcionales. Deben estar en la «disposición» correcta y mantener esa estructura para que puedan desempeñarse. Esto nos impulsa a examinar cómo podemos suplir mejor los datos de dispersión de luz para proporcionar esos conocimientos cada vez más importantes en estas nuevas áreas de aplicación.

Mencionaste la automatización y la IA como dos áreas de avance para la dispersión de luz. ¿Puedes elaborar sobre cómo ves estas tecnologías moldeando el futuro de la dispersión de luz en la investigación y la industria?

Una tendencia recurrente que hemos observado es una progresiva «despecialización» de los usuarios de sistemas de dispersión de luz. No todos los usuarios quieren o tienen tiempo para convertirse en expertos en el Mastersizer o el Zetasizer, por ejemplo. Los investigadores y científicos industriales enfrentan demandas cada vez mayores en su tiempo y los recursos disponibles para ellos, y muchos quieren que los instrumentos de dispersión de luz hagan tanto del «trabajo pesado» como sea posible cuando se trata del flujo de trabajo de medición. Las soluciones automatizadas, como el Asistente de Muestras Zetasizer, pueden encargarse del manejo y presentación de muestras, mientras que herramientas como el Arquitecto SOP de Mastersizer pueden ayudar a los usuarios a desarrollar su método.

La automatización y la IA también están ayudando con la creciente necesidad de un alto rendimiento de muestras y conjuntos extensos de datos. Los clientes necesitan grandes cantidades de datos en los que puedan confiar, asegurando que se cumplan calidad y cantidad.

¿Cuáles son algunas de las aplicaciones más inesperadas o revolucionarias de la dispersión de luz que han surgido recientemente?

Una de las grandes cosas acerca de la dispersión de luz es que se aplica a la mayoría de las industrias y campos de investigación, y nos lo recuerdan una y otra vez en el trabajo fascinante, y a veces inesperado, realizado por nuestros clientes.

Una aplicación notable es el desarrollo de vacunas, particularmente durante la pandemia de COVID-19, donde la dispersión de luz fue crucial. El Zetasizer se convirtió en una herramienta esencial para los desarrolladores de vacunas, ayudándoles a analizar el tamaño y la estabilidad de nanomateriales utilizados en vacunas. Esta tecnología aseguró que las vacunas fueran efectivas y seguras, contribuyendo significativamente al desarrollo y despliegue rápido de las vacunas contra COVID-19.

También estamos viendo más interés en los microplásticos, y por una buena razón. Los microplásticos son pequeños trozos de plástico de menos de 5 mm de tamaño, y se originan de artículos cotidianos como plásticos de un solo uso, ropa y productos de cuidado personal. Estos plásticos ingresan al medio ambiente y la cadena alimenticia, presentando riesgos para la salud humana y el ecosistema. El proyecto MOMENTUM en los Países Bajos está utilizando la dispersión de luz para caracterizar microplásticos. Empleando el Mastersizer, sus investigadores pueden dimensionar muestras y crear «Pasaportes de Microplásticos», que ayudan a rastrear y comprender el impacto de estos contaminantes.

Un último ejemplo de una aplicación nueva y emocionante es la fermentación de precisión. Esto involucra el uso de microbios diseñados – como bacterias, levaduras o hongos – para producir ingredientes funcionales como proteínas para substitutos de carne o productos lácteos. Este método está ganando terreno a medida que el mundo busca reducir el impacto ambiental de la agricultura tradicional y mejorar la resiliencia del suministro alimentario global. La dispersión de luz es vital en este proceso para controlar el tamaño de las partículas para asegurar que los productos alimenticios tengan una estructura consistente y sean agradables al comer. Ayuda a evaluar la estabilidad de las proteínas para prevenir la agregación y la posible pérdida de rendimiento.

En términos de precisión y sensibilidad de medición, ¿cuáles son las áreas clave donde la tecnología de dispersión de luz está todavía evolucionando?

La tecnología de dispersión de luz está evolucionando continuamente, incluso después de décadas de desarrollo sostenido. Algunas áreas clave se destacan en términos de precisión y sensibilidad de medición.

Una de esas áreas clave son las mejoras en la tecnología de detectores, que han mejorado en gran medida la precisión y sensibilidad de las mediciones de dispersión de luz. Los detectores modernos, como cámaras CCD de alta sensibilidad, diodos de avalancha (APD) y arreglos de fotodiodos, son ahora más eficientes en la captura de señales de luz dispersada. Estos avances permiten una mejor detección de señales de baja intensidad, que son cruciales para analizar partículas pequeñas o muestras de baja concentración.

Malvern Panalytical está mejorando la sensibilidad de la difracción láser para partículas gruesas. El Mastersizer 3000+ ha introducido características innovadoras como Size Sure, usando Difracción Adaptativa, lo que ayuda con esto. Esto es particularmente importante para industrias como la fabricación de baterías, donde las partículas gruesas pueden causar cortocircuitos en el cátodo y el ánodo.

El campo de la dispersión de luz también está avanzando a través del desarrollo de mejores prácticas para el desarrollo de métodos y mediciones. Por ejemplo, la publicación ISO/TS 5973 proporciona pautas completas para mediciones de difracción láser, cubriendo todo, desde la preparación de muestras hasta la interpretación de datos. Este estándar ayuda a asegurar que las mediciones sean consistentes y confiables, lo cual es esencial para lograr alta precisión y sensibilidad en experimentos de dispersión de luz.

A medida que las industrias avanzan hacia la caracterización de partículas en tiempo real y en línea, ¿qué desafíos y oportunidades presenta esto para las técnicas de dispersión de luz?

La caracterización de partículas en línea se está volviendo cada vez más común en la industria a medida que buscan retroalimentación más inmediata sobre sus procesos y tratan de reducir la necesidad de laboratorios para realizar caracterización fuera de línea, lo que puede ser costoso. Este cambio de la caracterización fuera de línea a en línea presenta algunos desafíos para la dispersión de luz. Con cada desafío viene la oportunidad de desarrollar aún más las técnicas de dispersión de luz y apalancar otras tecnologías para encontrar una solución.

Uno de los desafíos principales es garantizar la equivalencia entre los métodos de caracterización en línea y fuera de línea. Puede que le interese comparar datos de diferentes estados de la cadena de suministro, como durante el procesamiento usando métodos en línea y control de calidad (QC) usando métodos fuera de línea. En el escenario ideal, querrá que los resultados de las técnicas estén de acuerdo. Sin embargo, los dos enfoques, fuera de línea y en línea, generalmente requieren diferencias metodológicas, como la configuración óptica, que pueden afectar la distribución de tamaño de partículas registrada (PSD). Por ejemplo, existe la oportunidad de utilizar secuencialmente diferentes fuentes de luz de longitud de onda para extender su rango de tamaño medido en situaciones fuera de línea, donde la muestra puede recircularse; esto no es realmente posible para muestreo en línea.

Manejar muestras de alta concentración presenta otro desafío. En muchos procesos industriales, la concentración de partículas puede ser alta, lo que lleva a problemas con la dispersión múltiple, donde las partículas interfieren con las señales de dispersión de otras. Para mediciones fuera de línea o en línea, la solución sería diluir la muestra, pero para mediciones en línea, esto no es una opción. Esto puede complicar el análisis y reducir la precisión de las mediciones de tamaño de partículas. Se están desarrollando técnicas como la difracción adaptativa y algoritmos avanzados para mitigar estos efectos y mejorar la confiabilidad de las mediciones.

Detectar números pequeños de partículas gruesas es crítico en industrias como la fabricación de tintas y pinturas, donde incluso unas pocas partículas grandes pueden impactar significativamente la calidad del producto. Se requiere un análisis rápido y exhaustivo para asegurar que las partículas gruesas no se pierdan.

Para los investigadores y científicos que desean avanzar en este campo, ¿qué áreas de estudio o innovación crees que tienen más potencial?

Como en muchos otros campos, la inteligencia artificial indudablemente tiene el mayor potencial. Ya vemos cómo está moldeando nuestra capacidad para ofrecer herramientas útiles para proporcionar datos de mayor calidad en menos tiempo. Estoy muy emocionado de ver cómo se podría utilizar la Inteligencia Artificial en el futuro para reunir los datos de dispersión de luz con otras técnicas de caracterización para desarrollar una comprensión aún más profunda de cómo se comportan o podrían predecirse que se comporten las muestras.

¿Dónde pueden encontrar más información los lectores?

Por favor, proporcione enlaces a cualquier material que pueda ser relevante para nuestra audiencia.

• Dispersión de Luz – Una Visión General | Malvern Panalytical
• Mastersizer | Analizadores de Tamaño de Partículas por Difracción de Láser | Malvern Panalytical
• Zetasizer | Instrumentos Expertos de Dispersión de Luz | Malvern Panalytical

• ¿Qué cubeta debo usar con mi Zetasizer?
• PDI de un pico individual en DLS
• D90, D50, D10 y span – ¿para DLS?
• ¿Cuál es la importancia del índice de refracción de los nanopartículas?
• Modelando el Futuro de la Caracterización de Partículas con Dispersión de Luz

Sobre Darrell Bancarz

Darrell Bancarz es un experimentado Gerente de Producto especializado en nanomateriales en Malvern Panalytical, con sede en Worcestershire, Inglaterra. Con más de veinte años en la empresa, aporta una gran experiencia en instrumentación científica y análisis de materiales. Antes de su puesto actual, Darrell se desempeñó como Gerente de Servicios de Aplicaciones, contribuyendo a soluciones centradas en el cliente y soporte técnico. Su trabajo respalda la innovación en ciencia de materiales y fabricación avanzada.

Sobre Paul Senior

Paul Senior es un Gerente de Producto especializado en micro-materiales en Malvern Panalytical, responsable de la gama Mastersizer. Con más de ocho años de experiencia en caracterización de materiales, ha trabajado en CROs, I&D de instrumentos y gestión de productos. Sus intereses incluyen la reología y la caracterización de partículas utilizando técnicas como difracción láser, DLS, NTA, Morphologi y análisis de área de superficie BET.