Nanoemulsiones estabilizadas con nanopartículas más pequeñas creadas con nueva técnica
25 DE JUNIO DE 2018
El Profesor Asistente de MIE Sushant Anand y sus asociados de investigación han tenido múltiples avances con su trabajo en mezclas de aceite y agua o "emulsiones". Ahora, los investigadores han llevado su investigación a un nuevo nivel mediante la creación de nanoemulsiones ultrapequeñas (de 100 a 400 nm de tamaño) formadas por el autoensamblaje de nanopartículas alrededor de las gotitas.
La forma tradicional de hacer nanoemulsiones tiene múltiples pasos, pero Anand y su equipo han desarrollado una técnica de un solo paso para crear nanoemulsiones que es más rápida, más eficiente en el consumo de energía y más pequeña. Los resultados de la investigación se publicaron recientemente en la revista ACS Applied Materials and Interfaces bajo el título Synthesizing Pickering Nanoemulsions by Vapor Condensation.
"La nanotecnología tiene un gran papel que desempeñar en el tratamiento de muchos problemas en el tiempo actual. Tome emulsiones de aceite y agua como ejemplo. Ir 'nano' con tamaños de gotas puede hacer una gran diferencia en la vida útil de muchos productos basados en emulsiones como cosméticos. productos alimenticios, entrega de medicamentos y muchas industrias de miles de millones de dólares. Normalmente, las moléculas de surfactante se utilizan para evitar que las gotas se unan, pero tales moléculas pueden tener efectos adversos en muchos casos. Por lo tanto, existe un interés creciente en producir nanopartículas libres de surfactante emulsiones estabilizadas ", dijo Anand.
El desafío al que se enfrentó el equipo fue la fabricación de emulsiones de nanopartículas basadas en nanopartículas, que se denominan emulsiones Pickering. "Hacer tales emulsiones con gotas en nanoescalas ha sido un gran desafío durante muchas décadas", observó Anand.
En un trabajo previo publicado en Nature Communications, Anand y sus colaboradores del MIT demostraron previamente que podían crear nanoemulsiones en las que las gotitas se estabilizaban con surfactantes. Anand y sus estudiantes se preguntaban si la nueva técnica podría ser utilizada para crear nanoemulsiones Pickering, por lo que continuaron para descubrirlo.
"Las emulsiones se pueden hacer de diferentes maneras, pero desafortunadamente lo que funciona para los surfactantes, no necesariamente funciona con nanopartículas. Por lo tanto, no había garantía de que tuviéramos éxito", agregó Dong Jin Kang, un postdoc que trabaja bajo la dirección de Anand. "Pero resulta que la nueva técnica logró cumplir su objetivo".
El proceso implica tomar aceite y enfriarlo por debajo del punto de rocío para que el agua se condense en el aceite y si el aceite tiene las propiedades correctas y si tiene suficiente concentración de nanopartículas, las gotas de agua se dispersarán dentro del aceite y las nanopartículas. se autoensamblará a su alrededor para hacer nanoemulsiones.
"Lo que hemos demostrado con nuestro trabajo es que hemos hecho una de las nanoemulsiones más pequeñas con nanopartículas. Lo que hace que todo sea emocionante es que para hacer esas emulsiones de forma tradicional, tuvieron que pasar por varios pasos. alta concentración de partículas para hacer pequeñas nanoemulsiones. Pero podemos hacer las emulsiones en un par de minutos y hacerlas muy pequeñas, 10 veces menos concentración de lo que las personas anteriores han intentado hacer ", dijo Anand, que es el director del Laboratorio del Grupo de Investigación Anand en la UIC. "Nuestra técnica es muy escalable y puede usarse potencialmente a nivel industrial. Hemos demostrado que es altamente eficiente en energía cuando se compara con las técnicas actuales de fabricación de emulsiones,
"Esta técnica se abre a nuevas puertas de entrada y oportunidades, desde hacer membranas hasta aplicaciones de entrega de medicamentos", dijo Hassan Bararnia, estudiante de doctorado que trabaja para Anand.
"Podemos aplicar estas emulsiones en otros campos y puede tener un impacto en muchas industrias: las posibilidades son inmensas. En este momento hemos utilizado nanopartículas de sílice simples, pero podemos usar diferentes tipos de nanopartículas, como nanopartículas núcleo / capa orgánica / inorgánica. ", agregó Kang.
Anand está de acuerdo, pero dijo lo siguiente: "Las posibilidades están ahí, pero también lo son los desafíos, y ahí es donde radica todo el entusiasmo: ¡superarlos!".
En un trabajo relacionado que ha aparecido recientemente en la revista Nanoscale, titulada Nanoparticle Synthesis Via Bubbling Vapour Precursors in Bulk Liquids, Kang y Anand han desarrollado una nueva forma de hacer nanopartículas simples y complejas.
"El beneficio clave de nuestra técnica es que podemos hacer partículas complejas de propiedades uniformes, en ausencia de reacciones secundarias y ajustar el espesor de la capa alrededor de las nanopartículas muy bien", dijo Anand.
El trabajo de Anand y su equipo atrae la atención de sus compañeros de la comunidad científica de todo el mundo.
"El documento del Dr. Anand y colaboradores sobre nanoemulsiones estabilizadas por partículas coloidales es muy novedoso y oportuno", dijo el Dr. Bernard Binks, profesor de Química Física en la Universidad de Hull en el Reino Unido, y un experto de renombre mundial. sobre el tema de las emulsiones Pickering. "Los métodos de trituración para romper gotitas en sub-micras han demostrado ser muy desafiantes. Este trabajo comienza con vapor de agua molecular y hace crecer las gotas a tamaños definidos establecidos en parte por la concentración de partículas. Será de gran interés para científicos coloidales e investigadores en la industria , también."