Chimica colloidale | Jiotower
La chimica colloidale è sempre stata parte integrante di diverse discipline chimiche. Spaziando dalla chimica inorganica preparativa alla chimica fisica, i ricercatori sono sempre stati affascinati dalle dimensioni e dalle possibilità offerte dai colloidi. Dall’avvento delle nanotecnologie e degli strumenti analitici, che si sono evoluti negli ultimi decenni, la chimica colloidale o “nano-chimica” è diventata essenziale per la ricerca di alto livello in varie discipline.
I contributi a questo numero speciale coprono la maggior parte degli aspetti importanti: scelta, progettazione e sintesi di elementi costitutivi; preparazione e modificazione di gel e strutture colloidali; analisi e applicazione nonché studio di fenomeni fisici e fisico-chimici. Soprattutto, i contributi collegano questi aspetti, li mettono in relazione e presentano una panoramica completa.
Piccole molecole possono agire come gelatori, polimeri o colloidi. La struttura chimica di questi elementi costitutivi definisce le interazioni tra loro e quindi la struttura e le proprietà del materiale macroscopico. Malo de Molina et al. presentare una revisione completa delle strutture colloidali generate dall’autoassemblaggio di molecole anfifiliche. Assemblaggi di tensioattivi di piccole molecole e polimeri anfifilici in acqua possono formare idrogel. Vengono discusse le morfologie risultanti e descritte le vie di gelificazione. Latxague et al. mostra un approccio sintetico verso un bolaamphiphile basato su strutture trovate nella natura vivente. Sulla base di timidina e una porzione di saccaride due gruppi idrofili sono collegati simmetricamente a un distanziatore idrofobo tramite click chemistry. I gruppi carbammati contribuiscono alle proprietà del gel con il legame supramolecolare dell’idrogeno.
Gel ottenuti da polisaccaridi o altri polimeri naturali sono stati esaminati da Karoyo e Wilson e del Valle et al. . Questi materiali hanno grandi promesse per l’applicazione in alimenti, cosmetici, biomedicina, scienze farmaceutiche, ma anche per applicazioni tecniche come ad esempio, catalisi. Le proprietà su misura sono richieste per tutte le applicazioni menzionate, quindi la possibilità di controllare proprietà come stabilità, dimensione e risposta agli stimoli esterni è fondamentale. Karoyo e Wilson discutono le interazioni supramolecolari che portano ai sistemi host-guest e presentano metodi per la caratterizzazione strutturale. Oltre alle prospettive biomediche degli idrogel a base di peptidi, del Valle et al. punta i nostri approcci all’imprinting molecolare e alla bioprinting 3D.
La formazione di gel da strutture colloidali è presentata da van Doorn et al. e da Hijnen e Clegg . Mentre van Doorn et al. studiato il comportamento delle nanoparticelle sferiche funzionalizzate in superficie, Hijnen e Clegg hanno studiato il comportamento degli sfero-cilindri in dispersione. Van Doorn et al. funzionalizzato la superficie delle particelle colloidali con una tecnica di polimerizzazione radicale a trasferimento atomico (ATRP) avviata dalla superficie. Hanno usato N-isopropilacrilammide (NIPAAM) per generare una corona polimerica termoresponsiva sulle particelle. Le proprietà di gelificazione e gel sono state studiate in dipendenza della densità dell’innesto, della lunghezza della catena e della temperatura. Viene mostrato come la sofisticata progettazione delle particelle consente il controllo delle proprietà di massa macroscopiche. Hijnen e Clegg sottolineano le caratteristiche interessanti che le particelle non sferiche presentano nelle dispersioni di varie frazioni di volume. Presentano la separazione di fase indotta da trigger come uno strumento conveniente per la generazione di reti di particelle percolanti.
Le strutture bidimensionali create da particelle colloidali sono presentate da Bähler et al. . Monostrati colloidali con spaziatura interparticolare regolabile presentano preziosi materiali di partenza per diverse applicazioni, come la generazione di substrati plasmonici. C’è, tuttavia, la difficoltà di rimuovere tali monostrati dall’interfaccia senza disturbare la loro posizione e ordine. Il contributo presenta tre modi di incorporare il monostrato in un film polimerico, creando una membrana contenente colloide, che può essere facilmente rimossa dall’interfaccia.
Le particelle non sferiche sono utilizzate anche da Cohen et al. . Gli autori hanno preparato sospensioni di sfere in polimetilmetacrilato (PMMA) fotoretricolabili etichettate con fluorescenza. La dinamica e la struttura di queste sospensioni sono state accuratamente studiate mediante dynamic light scattering (DLS) e la tecnica recentemente sviluppata di microscopia dinamica differenziale confocale. Le stesse tecniche sono state utilizzate per lo studio delle particelle ellissoidali, che sono state create allungando le sfere PMMA sopra menzionate.
La preparazione e l’applicazione di assiemi sferici, le cosiddette sopraparticelle, aiutate da superfici superidrofobiche, sono state riviste da Sperling e Gradzielski . Sottolineano che tali strutture complesse possono essere comodamente preparate, quando le dispersioni vengono evaporate in modo controllato, idealmente su superfici superidrofobiche. Gli autori presentano e valutano in modo completo le enormi possibilità della tecnica per il controllo della forma, degli interni e delle funzionalità. Infine, delineano diverse potenziali applicazioni che vanno dalle applicazioni biomediche alle particelle semoventi.
Capire come la struttura dei colloidi o dei gel influisce sulle proprietà microscopiche o macroscopiche è essenziale per la progettazione razionale dei materiali. Starndman e Zhu mostrano come le prestazioni e le proprietà delle strutture gel dinamiche di auto-guarigione siano influenzate dalle interazioni supramolecolari nei materiali gel e in che modo la personalizzazione dell’interazione controlla le proprietà. Gli autori indicano anche potenziali applicazioni di questi materiali, ad esempio in biomedicina. I fenomeni di trasporto nelle reti di gel sono esaminati da Tokita . Considerato come solvente stabilizzato da una rete polimerica, il trasporto di piccole molecole è regolato dalla diffusione, dalla viscosità e dal flusso del solvente, nonché dalla resistenza imposta dalla rete polimerica.
Strzelczyk et al. microgel a base di poli(glicole etilenico) (PEG) modificati usati per studiare i processi adesivi e quantificare le energie di adesione. I microgel funzionalizzati sono stati messi in contatto con vetrini funzionalizzati. La funzionalizzazione complementare porta a una maggiore adesione come senza funzionalizzazione. L’entità dell’adesione è stata calcolata con le aree di contatto, ottenute mediante misurazioni interferometriche. Due esempi di biomedicina, riconoscimento di anticorpi e lavanderia, rilascio di polimeri del suolo, hanno dimostrato che questa piattaforma è un sensore versatile e conveniente per misurare le proprietà di adesione.
L’ampiezza dei contributi sottolinea il significato della chimica colloidale per una varietà di discipline. Buona lettura!
