Nella foto è un'emulsione con cinque strati alternati di olio e acqua. La regolazione della dimensione dell'emulsione e dei tratti superficiali consente agli scienziati di programmare la spaziatura e i tempi di scoppio di strati consecutivi. Credito:Jasna Brujic.
Un team di fisici ha sviluppato un metodo per generare e auto-organizzare i liquidi in schemi ben definiti, una svolta che offre potenziali nuovi percorsi per lo sviluppo di prodotti farmaceutici più sofisticati e altri prodotti di consumo.
La procedura, descritto nell'ultimo numero della rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , si concentra sulla produzione di goccioline, che sono una miscela di due o più immiscibili, o non miscelabile, liquidi, in questo caso olio, acqua, e alcol. Queste goccioline si de-miscelano spontaneamente per formare più strati in uno schema che è indipendente dalla dimensione della gocciolina, ma dipendente dalla velocità di de-miscelazione.
"La nostra comprensione teorica ci consente di progettare emulsioni che assomigliano a bambole russe nidificanti, poi per farli uscire gradualmente, o equidistanti, maniera, " spiega Jasna Brujic, un professore del Dipartimento di Fisica della New York University e l'autore corrispondente. "La capacità di manipolare questi liquidi crea il potenziale per far progredire i farmaci solubili in acqua e olio".
Gli altri coautori del documento sono Pepijn Moerman, un ricercatore presso il Center for Soft Matter Research della NYU al momento dello studio e ora presso l'Università olandese di Utrecht, Eric Vanden-Eijnden, un professore al Courant Institute of Mathematical Sciences della NYU, e Pierre Hohenberg, professore emerito presso il Dipartimento di Fisica della New York University.
La separazione dei liquidi è un processo complesso coinvolto nell'organizzazione dei sottoscomparti delle cellule ed è vitale per la creazione di prodotti ben noti, come prodotti farmaceutici o cosmetici, che sono composti da emulsioni.
Però, lo sviluppo dell'uniformità della forma e il controllo del loro movimento rappresentano sfide scientifiche:la smiscelazione dei liquidi di solito porta a macchie di tutte le forme, non diversamente da come le gocce d'olio si diffondono in una serie di forme e dimensioni in una pentola d'acqua bollente.
Per affrontare queste sfide, i ricercatori hanno posizionato i liquidi in una geometria confinata, una goccia o una cannuccia sottile, in modo tale che la smiscelazione inizi dal bordo e si propaghi verso l'interno. Mentre l'onda di de-miscelazione passa, i liquidi si segregano in strisce, la cui lunghezza dipende dalla velocità dell'onda e dal tempo impiegato per il processo di segregazione. Entrambi questi parametri possono essere regolati nell'esperimento, consentendo ai ricercatori di progettare la struttura interna delle emulsioni.
Il modello teorico è coerente con i dati, notano gli scienziati, e prevede anche correttamente la durata di ogni strato, dando luogo a un rilascio graduale di goccioline interne.
