Små ændringer i overfladeaktive strukturer påvirker dets evne til at indkapsle olieagtige molekyler

Overfladeaktive stoffers egenskaber, stoffer, der reducerer overfladespændingen af ​​en væske, kan finjusteres ved at justere deres molekylære struktur, ifølge en nylig A*STAR -undersøgelse. Denne metode kan hjælpe forskere med at udvikle bedre overfladeaktive stoffer til en række forskellige anvendelser, fra at hjælpe med levering af lægemidler, eller forbedre effektiviteten af ​​olieboringer, at øge sæbeens rensningsevne.

Overfladeaktive stoffer er molekyler med splittede personligheder. De har typisk et hydrofilt 'hoved', der tiltrækker vand, og en hydrofob 'hale', der foretrækker olieagtige molekyler. Overfladeaktive stoffer kan omgive små olieagtige dråber for at danne en struktur kaldet en micelle, som gør det muligt for de olieagtige molekyler at blive dispergeret og stabile i vand.

Freda Lim og kolleger ved A*STAR Institute of High Performance Computing har nu vist, at omlægning af atomerne i et almindeligt overfladeaktivt stof kan have stor indflydelse på dets evne til at danne miceller.

Teamet udførte computersimuleringer af en familie på seks forskellige alkylbenzensulfonatmolekyler, overfladeaktive stoffer, der på grund af deres omkostningseffektivitet og bionedbrydelighed, er meget udbredt i rengøringsmidler og olieindustrien. Disse molekyler sport alkyl 'haler' indeholdende 12, 14 eller 16 carbonatomer, og nogle har korte alkylgrupper i forskellige positioner på deres benzensulfonat 'hoveder'.

Forskerne simulerede først, hvordan overfladeaktive stoffer opførte sig i et enkeltmolekylag, fanget mellem vand og en farveløs, fedtet kulbrinte kaldet decan. Da koncentrationen af ​​overfladeaktive molekyler steg til det punkt, hvor laget var pakket med overfladeaktive stoffer, dem med mere kompakte hoveder og længere haler forblev i et fladt lag, mens dem med større hoveder og kortere haler begyndte at spænde sig i bølgende bølger. Generelt, overfladeaktivt stofs adfærd afhængede også af placeringen af ​​kemiske grupper omkring hovedet.

Forskerne fortsatte derefter med at øge koncentrationerne af overfladeaktive stoffer i mellemlaget. Dem med mere kompakte hoveder og længere haler dannede knop-lignende strukturer fyldt med decan, men frigav ikke gratis miceller. I modsætning, dem med de mere voluminøse hoveder og kortere haler dannede knopper, der til sidst brød løs fra det overfladeaktive lag (se billede).

"Valget af overfladeaktive stoffer afhænger af det formål, det bruges til, så der er virkelig ikke noget 'bedste' overfladeaktivt stof, "forklarer Lim." Vores simuleringer giver en retningslinje for valg af typer af overfladeaktive stoffer afhængigt af de specifikke applikationer. "Teamet planlægger nu at undersøge, hvordan forskellige stimuli udløser brud på overfladeaktive micellestrukturer, og hvordan stofferne fanget i disse strukturer kan frigives til applikationer.