Química coloidal | Jiotower
La química coloidal siempre ha sido una parte integral de varias disciplinas químicas. Desde la química inorgánica preparativa hasta la química física, los investigadores siempre han estado fascinados por las dimensiones y las posibilidades que ofrecen los coloides. Desde el advenimiento de la nanotecnología y las herramientas analíticas, que han evolucionado a lo largo de las últimas décadas, la química coloidal o “nanoquímica” se ha convertido en esencial para la investigación de alto nivel en varias disciplinas.
Las contribuciones a este Número Especial cubren la mayoría de los aspectos importantes: elección, diseño y síntesis de bloques de construcción; preparación y modificación de estructuras en gel y coloidales; análisis y aplicación, así como el estudio de fenómenos físicos y fisicoquímicos. Lo que es más importante, las contribuciones conectan estos aspectos, los relacionan y presentan una visión general completa.
Las moléculas pequeñas pueden actuar como gelificantes, así como polímeros o coloides. La estructura química de estos bloques de construcción define las interacciones entre ellos y, por lo tanto, la estructura y las propiedades del material macroscópico. Malo de Molina et al. presentar una revisión exhaustiva de las estructuras coloidales generadas por el autoensamblaje de moléculas anfifílicas. Los conjuntos de tensioactivos de moléculas pequeñas, así como polímeros anfifílicos en el agua, pueden formar hidrogeles. Se discuten las morfologías resultantes y se describen las rutas a la gelificación. Latxague et al. mostrar un enfoque sintético hacia un bolaanfifilo basado en estructuras que se encuentran en la naturaleza viva. Sobre la base de timidina y una fracción sacárida, dos grupos hidrofílicos están vinculados simétricamente a un espaciador hidrofóbico mediante química de clic. Los grupos carbamato contribuyen a las propiedades de gel con enlaces de hidrógeno supramoleculares.
Los geles obtenidos de polisacáridos u otros polímeros naturales fueron revisados por Karoyo y Wilson y del Valle et al. . Estos materiales son muy prometedores para su aplicación en alimentos, cosméticos, biomedicina, ciencias farmacéuticas, pero también para aplicaciones técnicas como, por ejemplo, catálisis. Se requieren propiedades a medida para todas las aplicaciones mencionadas, por lo que la posibilidad de controlar propiedades como la estabilidad, la dimensión y la respuesta a estímulos externos es primordial. Karoyo y Wilson discuten interacciones supramoleculares que conducen a sistemas huésped-huésped y presentan métodos para la caracterización estructural. Además de las perspectivas biomédicas de los hidrogeles a base de péptidos, del Valle et al. señale nuestros enfoques para la impresión molecular y la bioimpresión 3D.
La formación de geles a partir de estructuras coloidales es presentada por van Doorn et al. y por Hijnen y Clegg . Mientras que van Doorn et al. estudiaron el comportamiento de nanopartículas esféricas funcionalizadas de superficie, Hijnen y Clegg estudiaron el comportamiento de esfero-cilindros en dispersión. Van Doorn et al. funcionalizó la superficie de partículas coloidales con una técnica de Polimerización Radical de Transferencia Atómica iniciada en superficie (ATRP). Utilizaron N-isopropilacrilamida (NIPAAM) para generar una corona de polímero termorrespuesta en las partículas. Las propiedades de gelificación y gel se estudiaron en función de la densidad del injerto, la longitud de la cadena y la temperatura. Se muestra cómo el sofisticado diseño de partículas permite el control de las propiedades macroscópicas a granel. Hijnen y Clegg señalan las características interesantes que las partículas no esféricas exhiben en dispersiones de varias fracciones de volumen. Presentan la separación de fases inducida por gatillo como una herramienta conveniente para la generación de redes de partículas percolantes.
Las estructuras bidimensionales creadas a partir de partículas coloidales son presentadas por Bähler et al. . Las monocapas coloidales con espaciado entre partículas sintonizable presentan materiales de partida valiosos para varias aplicaciones, como la generación de sustratos plasmónicos. Sin embargo, existe la dificultad de eliminar dichas monocapas de la interfaz sin alterar su posición y orden. La contribución presenta tres formas de incrustar la monocapa en una película polimérica, creando una membrana que contiene coloides, que se puede quitar fácilmente de la interfaz.
Las partículas no esféricas también son utilizadas por Cohen et al. . Los autores prepararon suspensiones de esferas de polimetacrilato de metilo (PMMA) fotorretráctiles etiquetadas fluorescentemente. La dinámica y la estructura de estas suspensiones se estudiaron a fondo mediante la dispersión dinámica de luz (DLS) y la técnica recientemente desarrollada de microscopía dinámica diferencial confocal. Las mismas técnicas se utilizaron para el estudio de partículas elipsoidales, que se crearon al estirar las esferas de PMMA mencionadas anteriormente.
Sperling y Gradzielski revisaron la preparación y aplicación de conjuntos esféricos, los llamados suprapartículos, ayudados por superficies superhidrofóbicas . Señalan que tales estructuras complejas se pueden preparar convenientemente, cuando las dispersiones se evaporan de manera controlada, idealmente en superficies superhidrofóbicas. Los autores presentan y evalúan exhaustivamente las enormes posibilidades de la técnica para controlar la forma, el interior y las funcionalidades. Finalmente, describen varias aplicaciones potenciales que van desde aplicaciones biomédicas hasta partículas autopropulsadas.
Comprender cómo la estructura de los coloides o geles afecta las propiedades microscópicas o macroscópicas es esencial para el diseño racional de materiales. Starndman y Zhu muestran cómo el rendimiento y las propiedades de las estructuras de gel dinámicas auto-curativas se ven afectadas por las interacciones supramoleculares en los materiales de gel y de qué manera la adaptación de la interacción controla las propiedades. Los autores también señalan posibles aplicaciones de estos materiales, por ejemplo, en biomedicina. Los fenómenos de transporte en redes de gel son revisados por Tokita . Considerado como solvente estabilizado por una red polimérica, el transporte de moléculas pequeñas se rige por la difusión, la viscosidad y el flujo de solventes, así como por la resistencia impuesta por la red de polímeros.
Strzelczyk et al. microgeles a base de poli(etilenglicol) (PEG) modificados usados para estudiar los procesos de adhesión y cuantificar las energías de adhesión. Los microgeles funcionalizados entraron en contacto con portaobjetos de vidrio funcionalizados. La funcionalización complementaria conduce a una adhesión más fuerte como sin funcionalización. La magnitud de adhesión se calculó con las áreas de contacto, obtenidas por mediciones interferométricas. Dos ejemplos de biomedicina, reconocimiento de anticuerpos y lavandería, liberación de polímeros de suelo, mostraron que esta plataforma es un sensor versátil y conveniente para medir las propiedades de adhesión.
La amplitud de las contribuciones subraya la importancia de la química coloidal para una variedad de disciplinas. ¡Disfruta leyendo!
