I ricercatori dell'ETH guidati da Lucio Isa hanno sviluppato microparticelle con un aspetto ruvido, superficie simile al lampone che stabilizza le emulsioni secondo un nuovo principio.

Ricercatori guidati da Lucio Isa, Professore di Interfacce, Soft Matter and Assembly presso il Dipartimento dei materiali dell'ETH di Zurigo, hanno creato un nuovo tipo di particella di silice in grado di stabilizzare le emulsioni in un modo nuovo. Un'emulsione è una miscela finemente dispersa di due liquidi immiscibili, costituita da goccioline di un liquido disperse nel secondo.

Ne è un esempio quotidiano un condimento per insalata a base di olio e aceto:i suoi principali costituenti, aceto (in pratica acqua) e olio, non si mescolano da soli e vanno sbattuti energicamente per creare un composto omogeneo. Se questa miscela viene lasciata riposare, le goccioline di aceto finemente disperse si fonderanno nuovamente ei liquidi si separeranno completamente.

Sono necessari diversi emulsionanti

Per questo è necessario stabilizzare le emulsioni; ciò può essere ottenuto utilizzando numerosi emulsionanti diversi, come tensioattivi, polimeri o proteine. Già agli inizi del '900, i chimici britannici W. Ramsden e S. U. Pickering hanno anche dimostrato che le emulsioni possono essere stabilizzate usando particelle solide molto fini, come le particelle di silice sferica (SiO2).

In questo processo, le particelle entrano spontaneamente e si legano all'interfaccia tra i due liquidi. Formano una sorta di armatura attorno alle goccioline e ne impediscono la fusione, stabilizzando così l'emulsione praticamente all'infinito. Però, fino ad ora, ciò richiedeva due tipi di particelle:quelle con superficie idrofila, cioè per lo più seduti in acqua, che stabilizzano solo le emulsioni olio in acqua e quelle con superfici idrofobe, cioè per lo più seduto nell'olio, che stabilizzano solo miscele acqua-in-olio.

Un emulsionante stabilizza entrambe le emulsioni

Ora, potrebbe non essere più necessario:i ricercatori dell'ETH guidati da Isa hanno irruvidito le superfici di queste minuscole sfere di silice, che misurano da uno a sei micrometri di diametro, caricandoli con nanoparticelle di silice di diametro molto più piccolo. Di conseguenza, queste minuscole palline assumono la forma di lamponi. Michele Zanini, uno studente di dottorato nel gruppo di Isa, è stato in grado di alterare la rugosità superficiale in modo controllato e creare un intero insieme di tali particelle.

In uno studio recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno dimostrato di poter stabilizzare entrambi i tipi di emulsione utilizzando un solo tipo di queste particelle a forma di lampone. Ciò dipende esclusivamente dal liquido in cui vengono introdotte le particelle prima che si formi l'emulsione. Se i ricercatori aggiungono le particelle alla fase oleosa, si forma un'emulsione acqua-in-olio. Al contrario, sono in grado di stabilizzare un'emulsione olio in acqua (goccioline di olio finemente disperse in acqua), se dissolvono prima le loro nuove particelle in acqua. "Queste particelle possono quindi essere utilizzate come strumento universale per creare emulsioni, "dice Isa.

Le particelle grossolane si bloccano prima

Questo perché la superficie ruvida riduce la mobilità delle particelle attraverso la superficie della gocciolina, lui spiega. "Anche se spingono in avanti sulla superficie tra i liquidi, non possono muoversi così lontano come fanno le particelle di silice comparabili con una superficie liscia - le particelle ruvide si bloccano prima di poter raggiungere la posizione energeticamente più favorevole all'interfaccia, "dice il professore dell'ETH.

Con le loro particelle a forma di lampone, Isa e i suoi colleghi hanno gettato le basi per ulteriori ricerche in questo settore, e hanno depositato un brevetto per il loro nuovo processo di produzione di particelle come stabilizzanti di emulsione.

Nuove applicazioni in vista

Ci sono molte possibili applicazioni per queste particelle, ovvero ogniqualvolta vi sia la necessità di stabilizzare le emulsioni; per esempio. nell'industria chimica. Anche se questa ricerca si è concentrata su sistemi modello di laboratorio, gli stessi principi possono essere estesi all'uso di particelle ruvide presenti in natura come stabilizzanti di emulsioni, per trovare altri potenziali usi nel cibo, industria cosmetica e farmaceutica, anche se sono necessarie ulteriori ricerche in questa direzione.