Kolloidale gelegenskaber under mikroskopet

Forskere ved University of Tokyo har udtænkt en metode til at følge gelering af kolloidale geler. Deres konfokalmikroskopiteknik har gjort det muligt at analysere de forskellige faser af processen, hvilket fører til indsigt i deres mekaniske stabilitet. Det håbes, at den forståelse, der opnås ved hjælp af denne teknik, vil bidrage til udviklingen af ​​kolloidale geler på de mange områder, hvor de påvirker hverdagen, fra lægemidler til byggeri.

Mange kosmetik, lægemidler, fødevarer og endda byggematerialer består af kolloidale geler, og som følge heraf, kolloidaler studeres bredt. Imidlertid, til dato, forskningsmetoder har ikke været i stand til at følge den fulde geleringsproces. Nu, forskere ved University of Tokyo har brugt konfokal mikroskopi til at analysere processen i realtid med enkeltpartikelopløsning. Deres resultater offentliggøres i Videnskab fremskridt .

Kolloidale geler består af to faser, der er sammenflettet med hinanden:et fast partikelnetværk og et flydende opløsningsmiddel. Resultatet er bløde-faste materialer med unikke egenskaber, herunder elasticitet og mekanisk stabilitet, hvilket gør dem attraktive valg til mange applikationer. Selvom disse ejendomme er blevet kapitaliseret på kommercielt, de forklares ikke fuldstændigt af den teoretiske forståelse, der er blevet erhvervet til dato.

"At studere kolloidale geler, der allerede er dannet, betyder, at den faktiske geleringsproces stadig er lidt af en sort boks, "forklarer en af ​​undersøgelsens førende forfattere Hideyo Tsurusawa.

Medforfatter Mathieu Leocmach siger, "Ved at etablere en metode, der giver os mulighed for at følge kinetikken i den komplette geleringsproces, vi har fået ny indsigt i oprindelsen til de karakteristiske egenskaber ved kolloidale geler. At forstå de enkelte faser af gelering har gjort det muligt for os at demonstrere en direkte forbindelse mellem gelers mekaniske stabilitet og isostatiske strukturer. "

Isostatiske strukturer er partikler eller klynger, der oplever afbalancerede kræfter. Forskerne fandt ud af, at punktet i geleringsprocessen, når soliditet vises, svarer til punktet for isotrop perkolering af isostatiske strukturer gennem gelen. Deres sammenligning af forskellene i perkoleringsadfærd mellem lav- og højkoncentrationsgeler antydede, at den rumspændende perkolering af isostatiske strukturer er direkte forbundet med mekanisk stabilitet.

"Realtids natur og opløsning af vores teknik har resulteret i en dybde af forståelse, der ikke tidligere var opnåelig, "forklarer den korresponderende forfatter Hajime Tanaka." Vi håber, at den forbedrede indsigt vil være nyttig for forskere, der arbejder på at løse komplekse mekaniske og reologiske spørgsmål på tværs af den brede spændvidde af kolloidale gelapplikationer. "