Kolloidchemie | Jiotower
Die Kolloidchemie war schon immer ein wesentlicher Bestandteil mehrerer chemischer Disziplinen. Von der präparativen anorganischen Chemie bis zur physikalischen Chemie waren Forscher schon immer fasziniert von den Dimensionen und Möglichkeiten, die Kolloide bieten. Seit dem Aufkommen der Nanotechnologie und der analytischen Werkzeuge, die sich in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt haben, ist die Kolloidchemie oder “Nanochemie” für die Spitzenforschung in verschiedenen Disziplinen unverzichtbar geworden.
Die Beiträge zu dieser Sonderausgabe decken die meisten wichtigen Aspekte ab: auswahl, Design und Synthese von Bausteinen; Herstellung und Modifikation von Gel- und Kolloidstrukturen; Analyse und Anwendung sowie Untersuchung physikalischer und physikalisch-chemischer Phänomene. Vor allem verbinden die Beiträge diese Aspekte, setzen sie in Beziehung und geben einen umfassenden Überblick.
Kleine Moleküle können sowohl als Gelatoren als auch als Polymere oder Kolloide wirken. Die chemische Struktur dieser Bausteine definiert die Wechselwirkungen zwischen ihnen und damit die Struktur und Eigenschaften des makroskopischen Materials. In: Malo de Molina et al. präsentieren Sie eine umfassende Übersicht über kolloidale Strukturen, die durch Selbstorganisation amphiphiler Moleküle erzeugt werden. Anordnungen von niedermolekularen Tensiden sowie amphiphilen Polymeren in Wasser können Hydrogele bilden. Die resultierenden Morphologien werden diskutiert und Wege zur Gelierung beschrieben. In: Latxague et al. zeigen Sie einen synthetischen Ansatz für ein Bolaamphiphil, das auf Strukturen in der lebenden Natur basiert. Basierend auf Thymidin und einem Saccharidteil werden zwei hydrophile Gruppen symmetrisch über Click-Chemie an einen hydrophoben Spacer gebunden. Carbamatgruppen tragen zu Geleigenschaften mit supramolekularer Wasserstoffbindung bei.
Gele, die aus Polysaccharid oder anderen natürlichen Polymeren erhalten wurden, wurden von Karoyo und Wilson und del Valle et al. . Diese Materialien sind vielversprechend für die Anwendung in der Lebensmittel-, Kosmetik-, Biomedizin- und Pharmaindustrie, aber auch für technische Anwendungen wie z.B. die Katalyse. Für alle genannten Anwendungen sind maßgeschneiderte Eigenschaften erforderlich, daher ist die Möglichkeit, Eigenschaften wie Stabilität, Dimension und Reaktion auf äußere Reize zu steuern, von größter Bedeutung. Karoyo und Wilson diskutieren supramolekulare Wechselwirkungen, die zu Wirt-Gast-Systemen führen, und stellen Methoden zur strukturellen Charakterisierung vor. Neben den biomedizinischen Perspektiven peptidbasierter Hydrogele haben del Valle et al. entdecken Sie unsere Ansätze für molekulares Imprinting und 3D-Bioprinting.
Die Bildung von Gelen aus kolloidalen Strukturen wird von van Doorn et al. und von Hijnen und Clegg . Während van Doorn et al. untersuchte das Verhalten von oberflächenfunktionalisierten sphärischen Nanopartikeln, Hijnen und Clegg untersuchten das Verhalten von Sphärozylindern in Dispersion. In: Van Doorn et al. funktionalisierte die Oberfläche kolloidaler Partikel mit einer oberflächeninitiierten ATRP-Technik (Atomic Transfer Radical Polymerisation). Sie verwendeten N-Isopropylacrylamid (NIPAAM) zur Erzeugung einer thermoresponsiven Polymerkorona auf den Partikeln. Die Gelierung und Geleigenschaften wurden in Abhängigkeit von Pfropfdichte, Kettenlänge und Temperatur untersucht. Es wird gezeigt, wie ein ausgeklügeltes Partikeldesign die Steuerung makroskopischer Masseneigenschaften ermöglicht. Hijnen und Clegg weisen auf die interessanten Eigenschaften hin, die nicht-sphärische Partikel in Dispersionen verschiedener Volumenanteile aufweisen. Sie präsentieren die triggerinduzierte Phasentrennung als praktisches Werkzeug zur Erzeugung perkolierender Partikelnetzwerke.
Zweidimensionale Strukturen aus kolloidalen Partikeln werden von Bähler et al. . Kolloidale Monoschichten mit einstellbarem Interpartikelabstand stellen wertvolle Ausgangsmaterialien für verschiedene Anwendungen dar, wie z.B. die Erzeugung plasmonischer Substrate. Es besteht jedoch die Schwierigkeit, solche Monoschichten von der Grenzfläche zu entfernen, ohne ihre Position und Reihenfolge zu stören. Der Beitrag stellt drei Möglichkeiten vor, die Monoschicht in einen Polymerfilm einzubetten, wodurch eine kolloidhaltige Membran entsteht, die leicht von der Grenzfläche entfernt werden kann.
Nicht-sphärische Partikel werden auch von Cohen et al. . Die Autoren stellten Suspensionen von fluoreszenzmarkierten photovernetzbaren Polymethylmethacrylat (PMMA)-Kugeln her. Die Dynamik und Struktur dieser Suspensionen wurden durch dynamische Lichtstreuung (DLS) und die kürzlich entwickelte Technik der konfokalen differentiellen dynamischen Mikroskopie gründlich untersucht. Die gleichen Techniken wurden für die Untersuchung von ellipsoiden Partikeln verwendet, die durch Strecken der oben genannten PMMA-Kugeln erzeugt wurden.
Die Herstellung und Anwendung kugelförmiger Baugruppen, sogenannter Suprateilchen, mit Hilfe superhydrophober Oberflächen wurden von Sperling und Gradzielski untersucht. Sie weisen darauf hin, dass solche komplexen Strukturen bequem hergestellt werden können, wenn Dispersionen kontrolliert verdampft werden, idealerweise auf superhydrophoben Oberflächen. Die Autoren präsentieren und bewerten umfassend die enormen Möglichkeiten der Technik zur Steuerung von Form, Interieur und Funktionalitäten. Schließlich skizzieren sie mehrere mögliche Anwendungen, die von biomedizinischen Anwendungen bis hin zu selbstfahrenden Partikeln reichen.
Das Verständnis, wie die Struktur von Kolloiden oder Gelen die mikroskopischen oder makroskopischen Eigenschaften beeinflusst, ist für ein rationales Materialdesign unerlässlich. Starndman und Zhu zeigen, wie die Leistung und die Eigenschaften selbstheilender dynamischer Gelstrukturen durch supramolekulare Wechselwirkungen in Gelmaterialien beeinflusst werden und auf welche Weise die Anpassung der Wechselwirkung die Eigenschaften steuert. Die Autoren weisen auch auf mögliche Anwendungen dieser Materialien z.B. in der Biomedizin hin. Transportphänomene in sozialen Netzwerken werden von Tokita überprüft . Als durch ein polymeres Netzwerk stabilisiertes Lösungsmittel betrachtet, wird der Transport kleiner Moleküle durch Diffusion, Viskosität und den Lösungsmittelfluss sowie durch den Widerstand des Polymernetzwerks bestimmt.
Strzelczyk et al. verwendete modifizierte Poly (Ethylenglykol) (PEG) -basierte Mikrogele zur Untersuchung von Klebeprozessen und zur Quantifizierung von Adhäsionsenergien. Die funktionalisierten Mikrogele wurden mit funktionalisierten Objektträgern in Kontakt gebracht. Die komplementäre Funktionalisierung führt zu einer stärkeren Haftung als ohne Funktionalisierung. Die Größe der Haftung wurde mit den Kontaktflächen berechnet, die durch interferometrische Messungen erhalten wurden. Zwei Beispiele aus der Biomedizin, Antikörpererkennung und Wäscherei, Freisetzung von Bodenpolymeren, zeigten, dass diese Plattform ein vielseitiger und praktischer Sensor zur Messung der Adhäsionseigenschaften ist.
Die Breite der Beiträge unterstreicht die Bedeutung der Kolloidchemie für eine Vielzahl von Disziplinen. Viel Spaß beim Lesen!
