Emulsão água-em-água - Water-in-water emulsion
Emulsão água-em-água (W / W) é um sistema que consiste em gotículas de moléculas solvatadas em água em outra solução aquosa contínua; tanto a fase gota como a fase contínua contêm moléculas diferentes que são totalmente solúveis em água. Como tal, quando duas soluções inteiramente aquosas contendo diferentes moléculas solúveis em água são misturadas, gotículas de água contendo predominantemente um componente são dispersas em solução aquosa contendo outro componente. Recentemente, demonstrou-se que tal emulsão água-em-água existe e é estável a partir da coalescência pela separação de diferentes tipos de interações moleculares não anfifílicas , mas solúveis em água. Essas interações moleculares incluem ligações de hidrogênio , empilhamento pi e ponte de sal . Esta emulsão w / w foi gerada quando os diferentes grupos funcionais moleculares solvatados em água são segregados em uma mistura aquosa que consiste em polímero e moléculas de cristal líquido .
Esta emulsão água-em-água consiste em cristais líquidos suspensos como gotículas solvatadas em água dispersas em uma solução de polímero cujo solvente também é água. O componente de cristal líquido da emulsão é o cromoglicato dissódico (DSCG). Esta molécula é uma droga anti-asmática, mas também existe como um tipo especial de cristal líquido quando a concentração de DSCG é de ~ 9-21% em peso. Ao contrário dos cristais líquidos liotrópicos convencionais, que consistem em moléculas oleosas como 5CB , as moléculas DSCG não são anfifílicas, mas inteiramente solúveis em água. Assim, a separação de grupos hidrofóbicos / hidrofílicos não pode ser aplicada a DSCG. A solução de polímero serve como a fase média ou contínua da emulsão w / w. Além de ser solúvel em água, um critério importante para a geração deste sistema de emulsão w / w é que o polímero não pode conter grupos funcionais que interagem fortemente com DSCG. Como tal, o polímero iônico quando misturado com DSCG não forma emulsão w / w, mas dá origem a uma solução homogênea ou uma solução precipitada. Consequentemente, os polímeros conhecidos que proporcionam a emulsão a / a incluem amidas poliacrílicas e polióis . Surpreendentemente, algumas dessas emulsões de água em água podem ser excepcionalmente estáveis por coalescência por até 30 dias. Como as moléculas de cristal líquido assumem uma orientação comum preferida entre si, a orientação geral dos cristais líquidos em uma gota só é estável em certas configurações (Fig. 3). Como gotículas de água solvatadas em emulsão w / w, as moléculas de DSCG se alinham em uma direção preferencial na superfície da gotícula. Para minimizar a energia geral do sistema, as moléculas DSCG na gota preferem alinhar paralelamente ou perpendicularmente às superfícies das gotas (Fig. 4A, B).
A estabilidade desta emulsão água em água a partir da coalescência é atribuída a três forças moleculares:
1. A separação de diferentes forças moleculares no início da formação de gotículas. Forças semelhantes tendem a permanecer juntas: empilhamento de pi e ponte de sal são as duas forças dominantes na fase de gotícula de cristal líquido, enquanto a ligação de hidrogênio governa na fase contínua de polímero.
2. Conforme o tamanho da gota aumenta, as interações moleculares na interface da fase de gota e a fase contínua tornam-se mais fortes por meio de interações multivalentes . O fortalecimento das interações moleculares interfaciais em emulsões w / w resulta na formação de uma camada de polímero que reveste a superfície da gota que, consequentemente, evita que as gotas se aglutinem.
3. Além disso, também é proposto que quando duas gotículas de cristal líquido se fundem (coalescência), a orientação das moléculas de cristal líquido nas duas gotículas devem mudar para "se adaptar" uma à outra e, assim, incorrer em uma penalidade de energia que evita a ocorrência de coalescência.
Esta emulsão w / w também representa uma nova classe de cristais líquidos dispersos por polímero (PDLC). O PDLC tradicionalmente conhecido consiste em uma emulsão de óleo em água em que a gota oleosa é um cristal líquido termotrópico, como 4-pentil-4'-cianobifenil (5CB) e a fase aquosa contém certos polímeros. Em comparação, esta emulsão água em água consiste em cristais líquidos liotrópicos dispersos por polímero , em que o cristal líquido liotrópico são moléculas de DSCG solvatadas em água. PDLCs tradicionais encontraram aplicação, de janelas comutáveis a telas de projeção. A emulsão água em água de cristais líquidos liotrópicos dispersos por polímero tem o potencial de construir materiais altamente biofuncionais devido à sua compatibilidade com a estrutura da proteína.
Outros tipos conhecidos de emulsões água em água envolvem a separação de diferentes biopolímeros em solução aquosa.
Referências
4. (a) Terentjev, EM Europhys. Lett. 1995, 32, 607–612. (b) Poulin, P .; Stark, H .; Lubensky, TC; Weitz, DA Science 1997, 275, 1770-1773.
5. Scholten, E .; Sagis, LMC; Van der Linden, E., Effect of Bending Rigidity and Interfacial Permeability on the Dynamical Behavior of Water-in-Water Emulsions. Journal of Physical Chemistry B 2006, 110, (7), 3250–3256.
links externos
1. Ponte de sal e exemplo de pontes de sal http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/SaltBridges.html
2. Tutorial sobre cristais líquidos http://outreach.lci.kent.edu/
3. Introdução aos cristais líquidos dispersos de polímero (PDLC)
4. Configuração de droplet de http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/droplet/droplet.htm do PDLC