Chemia koloidów | Jiotower
Chemia koloidów zawsze była integralną częścią kilku dyscyplin chemicznych. Począwszy od preparatywnej chemii nieorganicznej po chemię fizyczną, naukowcy zawsze byli zafascynowani wymiarami i możliwościami, jakie oferują koloidy. Od czasu pojawienia się nanotechnologii i narzędzi analitycznych, które ewoluowały w ciągu ostatnich dziesięcioleci, Chemia koloidów lub “nanochemia” stała się niezbędna do badań na wysokim poziomie w różnych dyscyplinach.
wkład w to wydanie specjalne obejmuje większość ważnych aspektów: dobór, projektowanie i synteza budulców; przygotowanie i modyfikacja struktur żelowych i koloidalnych; analiza i zastosowanie oraz badanie zjawisk fizycznych i fizykochemicznych. Co najważniejsze, wkłady łączą te aspekty, odnoszą się do nich i przedstawiają kompleksowy przegląd.
małe cząsteczki mogą działać jako żelatory, a także polimery lub koloidy. Struktura chemiczna tych budulców określa interakcje między nimi, a tym samym strukturę i właściwości materiału makroskopowego. Malo de Molina et al. przedstaw kompleksowy przegląd struktur koloidalnych generowanych przez samoorganizację cząsteczek amfifilowych. Zespoły małocząsteczkowych środków powierzchniowo czynnych, a także polimerów amfifilowych w wodzie mogą tworzyć hydrożele. Omówiono powstałe morfologie i opisano drogi do żelowania. Latxague et al. Pokaż syntetyczne podejście do bolaamphiphile oparte na strukturach występujących w żywej przyrodzie. W oparciu o tymidynę i grupę sacharydową dwie grupy hydrofilowe łączą się symetrycznie z hydrofobową przekładką za pomocą chemii kliknięć. Grupy karbaminianowe przyczyniają się do właściwości żelu dzięki supramolekularnemu wiązaniu wodorowemu.
żele otrzymane z polisacharydów lub innych polimerów naturalnych zostały poddane przeglądowi przez Karoyo i Wilsona oraz del Valle i wsp. . Materiały te są bardzo obiecujące do stosowania w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, biomedycznym, farmaceutycznym, ale także do zastosowań technicznych, takich jak kataliza. Dopasowane właściwości są wymagane dla wszystkich wymienionych zastosowań, dlatego możliwość kontrolowania właściwości, takich jak stabilność, wymiar i reakcja na bodźce zewnętrzne jest najważniejsza. Karoyo i Wilson omawiają interakcje supramolekularne prowadzące do systemów gospodarz-gość i przedstawiają metody charakteryzacji strukturalnej. Oprócz biomedycznych perspektyw hydrożeli opartych na peptydach, del Valle et al. wskaż nasze podejście do imprintingu molekularnego i bioprintingu 3D.
powstawanie żeli ze struktur koloidalnych przedstawia van Doorn et al. i Hijnen i Clegg . While van Doorn et al. badał zachowanie powierzchni funkcjonalizowanych sferycznych nanocząstek, Hijnen i Clegg badali zachowanie sfero-cylindrów w dyspersji. Van Doorn et al. funkcjonalizował powierzchnię cząstek koloidalnych techniką polimeryzacji rodnikowej (ATRP) inicjowanej powierzchniowo. Wykorzystali N-izopropyloakrylamid (NIPAAM) do generowania termoresponsive polymer corona na cząstkach. Właściwości żelowania i żelu badano w zależności od gęstości szczepienia, długości łańcucha i temperatury. Pokazano, jak zaawansowana konstrukcja cząstek pozwala na kontrolowanie makroskopowych właściwości masowych. Hijnen i Clegg zwracają uwagę na interesujące cechy, które nie-sferyczne cząstki wykazują w dyspersjach o różnych frakcjach objętościowych. Przedstawiają one indukowaną wyzwalaniem separację fazową jako wygodne narzędzie do generowania perkolujących sieci cząstek.
dwuwymiarowe struktury utworzone z cząstek koloidalnych są przedstawione przez Bählera i wsp. . Monowarstwy koloidalne z przestrajalnym odstępem międzycząsteczkowym stanowią cenne materiały wyjściowe do wielu zastosowań, takich jak wytwarzanie podłoży plazmonowych. Istnieje jednak trudność usunięcia takich monowarstw z interfejsu bez zakłócania ich pozycji i porządku. W pracy przedstawiono trzy sposoby osadzania monowarstwy w folii polimerowej, tworząc membranę zawierającą koloid, którą można łatwo usunąć z interfejsu.
cząstki nie sferyczne są również używane przez Cohena i wsp. . Autorzy przygotowali zawiesiny fluorescencyjnie znakowanych, fotosieciowalnych kul polimetakrylanu metylu (PMMA). Dynamika i struktura tych zawiesin zostały dokładnie zbadane przez dynamiczne rozpraszanie światła (DLS) i niedawno opracowaną technikę konfokalnej różnicowej mikroskopii dynamicznej. Te same techniki wykorzystano do badania cząstek elipsoidalnych, które powstały poprzez rozciąganie wyżej wymienionych sfer PMMA.
przygotowanie i zastosowanie zespołów sferycznych, tzw. supracząstek, wspomaganych powierzchniami superhydrofobowymi, zbadali Sperling i Gradzielski . Zwracają uwagę, że takie złożone struktury można wygodnie przygotować, gdy dyspersje są odparowywane w kontrolowany sposób, najlepiej na powierzchniach superhydrofobowych. Autorzy kompleksowo prezentują i oceniają ogromne możliwości techniki kontroli kształtu, wnętrza i funkcjonalności. Wreszcie, przedstawiają one kilka potencjalnych zastosowań, od zastosowań biomedycznych po cząstki samobieżne.
zrozumienie, w jaki sposób struktura koloidów lub żeli wpływa na właściwości mikroskopowe lub makroskopowe, jest niezbędne do racjonalnego projektowania materiału. Starndman i Zhu pokazują, w jaki sposób oddziaływanie supramolekularne w materiałach żelowych wpływa na wydajność i właściwości samouzdrawiających się dynamicznych struktur żelowych i w jaki sposób dostosowywanie interakcji kontroluje właściwości. Autorzy wskazują również na potencjalne zastosowania tych materiałów np. w biomedycynie. Zjawiska transportowe w sieciach żelowych są analizowane przez Tokita . Uważany za rozpuszczalnik stabilizowany przez sieć polimerową, transport małych cząsteczek jest regulowany przez dyfuzję, lepkość i przepływ rozpuszczalnika, jak również przez opór nałożony przez sieć polimerową.
Strzelczyk i in. wykorzystano zmodyfikowane mikrogele na bazie Poli (glikolu etylenowego) (PEG) do badania procesów klejenia i ilościowego określania energii adhezji. Funkcjonalizowane mikrogele zostały wprowadzone w kontakt z funkcjonalizowanymi szkłami szklanymi. Komplementarna funkcjonalizacja prowadzi do silniejszej adhezji, jak bez funkcjonalizacji. Wielkość adhezji obliczono na podstawie powierzchni styku, uzyskanych za pomocą pomiarów interferometrycznych. Dwa przykłady z biomedycyny, rozpoznawania przeciwciał i prania, uwalniania polimerów glebowych, wykazały, że ta platforma jest wszechstronnym i wygodnym czujnikiem do pomiaru właściwości adhezyjnych.
zakres prac podkreśla znaczenie chemii koloidów w różnych dyscyplinach. Miłej lektury!
