Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Forskere skaber en af ​​de mindste nanopartikelstabiliserede nanoemulsioner med ny teknik

Adjunkt Sushant Anand (i midten) og hans forskningsmedarbejdere Dong Jin Kang (til venstre) og Hassan Bararnia ved University of Illinois i Chicago. Kredit:David Staudacher, UIC

MIE adjunkt Sushant Anand og hans forskningsmedarbejdere har haft flere gennembrud med deres arbejde med olie-vand-blandinger eller "emulsioner." Nu, forskerne har taget deres forskning til et nyt niveau ved at skabe ultrasmå (100-400 nm i størrelser) nanoemulsioner dannet ved selvsamling af nanopartikler omkring dråber.

Den traditionelle måde at lave nanoemulsioner på har flere trin, men Anand og hans team har udviklet en enkelttrinsteknik til at skabe nanoemulsioner, der er hurtigere, mere energieffektiv, og mindre. Resultaterne af forskningen blev for nylig offentliggjort i ACS Anvendte materialer og grænseflader tidsskrift under titlen Syntetisering af pickering nanoemulsioner ved dampkondensering .

"Nanoteknologi har en enorm rolle at spille i håndteringen af ​​mange problemer i nutidens tid. Tag olie-vand-emulsioner som et eksempel. At gå 'nano' med dråbestørrelser kan gøre en kæmpe forskel i holdbarheden af ​​mange emulsionsbaserede produkter som kosmetik, madvarer, medicin levering, og mange milliardindustrier. Typisk bruges overfladeaktive molekyler til at forhindre dråber i at komme sammen. Men sådanne molekyler kan have negative virkninger i mange tilfælde. Så, der er en stigende interesse for at fremstille nanopartikel-stabiliserede emulsioner uden overfladeaktive stoffer, sagde Anand.

Udfordringen holdet stod over for var at gøre nanopartikel-baseret, nano-dråbe emulsioner, som kaldes Pickering-emulsioner. "At lave sådanne emulsioner med dråber i nanoskalaer har været en rigtig stor udfordring i mange årtier, " bemærkede Anand.

I et tidligere værk udgivet i Naturkommunikation , Anand og hans samarbejdspartnere på MIT viste tidligere, at de kunne skabe nanoemulsioner, hvor dråberne blev stabiliseret af overfladeaktive stoffer. Anand og hans elever spekulerede på, om den nye teknik potentielt kunne bruges til at lave Pickering nanoemulsioner, så de fortsatte med at finde ud af det.

"Emulsioner kan laves på mange forskellige måder, men desværre virker det for overfladeaktive stoffer, virker ikke nødvendigvis med nanopartikler. Så der var ingen garanti for, at vi ville lykkes, " tilføjede Dong Jin Kang, en postdoc, der arbejder under ledelse af Anand. "Men det kommer ud, at den nye teknik lykkedes med at nå sit mål."

Processen går ud på at tage olie og køle den ned under dugpunktet, så vandet kondenserer på olien, og hvis olien har de rigtige egenskaber, og hvis den har tilstrækkelig koncentration af nanopartikler, så vil vanddråberne selv sprede sig i olien, og nanopartikler vil selv samle sig omkring dem for at lave nanoemulsioner.

"Det, vi har vist med vores arbejde, er, at vi har lavet en af ​​de mindste nanoemulsioner med nanopartikler. Det, der gør det hele spændende, er at lave disse emulsioner på en traditionel måde, de skulle gennemgå flere trin. Og de kræver en meget høj partikelkoncentration for at lave små nanoemulsioner. Men vi er i stand til at lave emulsionerne på et par minutter og gøre dem meget små – 10 gange mindre koncentration end hvad tidligere mennesker har prøvet at gøre, sagde Anand, der er direktør for Anand Research Group-laboratoriet ved UIC. "Vores teknik er meget skalerbar og kan potentielt bruges på industrielt plan. Vi har vist, at den er yderst energieffektiv sammenlignet med nuværende teknikker til fremstilling af emulsioner, og vi var også i stand til at give en ramme om de forskellige faktorer, der styrer størrelsen af ​​emulsioner."

"Denne teknik åbner for nye gateways og muligheder – fra fremstilling af membraner til applikationer til medicinafgivelse, " sagde Hassan Bararnia, en ph.d.-studerende, der arbejder under Anand.

"Vi kan anvende disse emulsioner på andre felter, og det kan have indflydelse på mange industrier - mulighederne er enorme. Lige nu har vi brugt simple silica -nanopartikler, men vi kan bruge forskellige typer nanopartikler, såsom organiske/uorganiske kerne-skal nanopartikler, "tilføjede Kang.

Anand er enig men havde dette at sige, "Mulighederne er der men det er udfordringer også, og det er der, al spændingen ligger – i at overvinde dem!"

I et beslægtet værk, der for nylig er udkommet i tidsskriftet Nanoskala , med titlen Nanopartikelsyntese via boblende dampprækursorer i bulkvæsker , Kang og Anand har udviklet en ny måde at lave simple og komplekse nanopartikler på.

"Den vigtigste fordel ved vores teknik er, at vi kan lave komplekse partikler med ensartede egenskaber, i fravær af nogen bivirkninger og tune skaltykkelsen omkring nanopartikler meget pænt, " sagde Anand.

Arbejdet fra Anand og hans team tiltrækker opmærksomhed fra deres jævnaldrende i videnskabssamfundet rundt om i verden.

"Arbejdet af Dr. Anand og kolleger om nanoemulsioner stabiliseret af kolloide partikler er meget nyt og aktuelt, "sagde Dr. Bernard Binks, en professor i fysisk kemi ved University of Hull i Storbritannien, og en verdenskendt ekspert i emnet Pickering emulsioner. "Sønderdelingsmetoder til at bryde dråber til sub-mikron har vist sig at være meget udfordrende. Dette arbejde starter fra molekylær vanddamp og vokser dråberne til definerede størrelser, som til dels bestemmes af partikelkoncentrationen. Det vil være af stor interesse for kolloidforskere og forskere i industrien. , også."


Varme artikler