Il professore assistente del MIE Sushant Anand ei suoi associati di ricerca hanno avuto molteplici scoperte con il loro lavoro su miscele olio-acqua o "emulsioni". Ora, i ricercatori hanno portato la loro ricerca a un nuovo livello creando nanoemulsioni ultra-piccole (100-400 nm di dimensioni) formate dall'autoassemblaggio di nanoparticelle attorno alle goccioline.

Il modo tradizionale per creare nanoemulsioni prevede più passaggi, ma Anand e il suo team hanno sviluppato una tecnica in un unico passaggio per creare nanoemulsioni che è più veloce, più efficiente dal punto di vista energetico, e più piccolo. I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati su ACS Materiali applicati e interfacce rivista sotto il titolo Sintetizzare le nanoemulsioni Pickering mediante condensazione di vapore .

"La nanotecnologia ha un ruolo enorme da svolgere nell'affrontare molti problemi al giorno d'oggi. Prendiamo come esempio le emulsioni olio-acqua. Passare alla 'nano' con le dimensioni delle gocce può fare un'enorme differenza nella durata di conservazione di molti prodotti a base di emulsioni come cosmetici, prodotti alimentari, consegna farmaci, e molte industrie multimiliardari. Tipicamente le molecole di tensioattivo vengono utilizzate per evitare che le gocce si uniscano. Ma tali molecole possono avere effetti negativi in ​​molti casi. Così, c'è un crescente interesse nella produzione di emulsioni stabilizzate con nanoparticelle prive di tensioattivi, " disse Anand.

La sfida che il team ha affrontato è stata la realizzazione di nanoparticelle, emulsioni di nano-goccioline, che sono chiamate emulsioni Pickering. "Realizzare tali emulsioni con goccioline in nanoscala è stata una grande sfida per molti decenni, " osservò Anand.

In un precedente lavoro pubblicato su Comunicazioni sulla natura , Anand e i suoi collaboratori al MIT avevano precedentemente dimostrato di poter creare nanoemulsioni in cui le goccioline venivano stabilizzate da tensioattivi. Anand e i suoi studenti si sono chiesti se la nuova tecnica potesse essere potenzialmente utilizzata per produrre nanoemulsioni Pickering, così hanno continuato a scoprirlo.

"Le emulsioni possono essere fatte in molti modi diversi, ma purtroppo quello che funziona per i tensioattivi, non funziona necessariamente con le nanoparticelle. Quindi non c'era alcuna garanzia che avremmo avuto successo, " ha aggiunto Dong Jin Kang, un postdoc che lavora sotto la direzione di Anand. "Ma viene fuori che la nuova tecnica è riuscita a raggiungere il suo obiettivo".

Il processo prevede il prelievo dell'olio e il suo raffreddamento al di sotto del punto di rugiada in modo che l'acqua si condensi sull'olio e se l'olio ha le giuste proprietà e se ha una concentrazione sufficiente di nanoparticelle, quindi le gocce d'acqua si disperderanno all'interno dell'olio e le nanoparticelle si autoassemblano intorno ad esse per creare nanoemulsioni.

"Ciò che abbiamo dimostrato con il nostro lavoro è che abbiamo realizzato una delle più piccole nanoemulsioni con nanoparticelle. Ciò che rende il tutto eccitante è che per realizzare quelle emulsioni in modo tradizionale, dovevano subire più passaggi. E richiedono una concentrazione di particelle molto elevata per produrre piccole nanoemulsioni. Ma siamo in grado di fare le emulsioni in un paio di minuti e renderle molto piccole - concentrazione 10 volte inferiore rispetto a quello che le persone precedenti hanno cercato di fare, " disse Anand, che è il direttore del laboratorio Anand Research Group presso l'UIC. "La nostra tecnica è molto scalabile e può essere potenzialmente utilizzata a livello industriale. Abbiamo dimostrato che è altamente efficiente dal punto di vista energetico rispetto alle attuali tecniche di produzione di emulsioni, e siamo stati anche in grado di fornire un quadro sui diversi fattori che controllano la dimensione delle emulsioni".

"Questa tecnica apre nuove porte e opportunità:dalla realizzazione di membrane alle applicazioni di somministrazione di farmaci, " disse Hassan Bararnia, uno studente di dottorato che lavora sotto Anand.

"Possiamo applicare queste emulsioni in altri campi e può avere un impatto su molte industrie:le possibilità sono immense. In questo momento abbiamo usato semplici nanoparticelle di silice, ma possiamo usare diversi tipi di nanoparticelle come nanoparticelle core-shell organiche/inorganiche, " ha aggiunto Kang.

Anand è d'accordo, ma aveva questo da dire, "Le possibilità ci sono, ma lo sono anche le sfide ed è qui che risiede tutta l'eccitazione:superarle!"

In un lavoro correlato apparso di recente sulla rivista Nanoscala , intitolato Sintesi di nanoparticelle tramite precursori di vapore gorgogliante in liquidi sfusi , Kang e Anand hanno sviluppato un nuovo modo per creare nanoparticelle semplici e complesse.

"Il vantaggio chiave della nostra tecnica è che possiamo creare particelle complesse con proprietà uniformi, in assenza di reazioni collaterali e sintonizzare molto bene lo spessore del guscio attorno alle nanoparticelle, " disse Anand.

Il lavoro di Anand e del suo team sta attirando l'attenzione dei colleghi della comunità scientifica di tutto il mondo.

"Il documento del Dr. Anand e dei suoi collaboratori sulle nanoemulsioni stabilizzate da particelle colloidali è molto nuovo e tempestivo, " ha detto il dottor Bernard Binks, un professore di Chimica Fisica presso l'Università di Hull nel Regno Unito, e un esperto di fama mondiale in materia di emulsioni Pickering. "I metodi di frantumazione per rompere le goccioline in goccioline submicroniche si sono rivelati molto impegnativi. Questo lavoro parte dal vapore acqueo molecolare e fa crescere le goccioline fino a dimensioni definite, determinate in parte dalla concentrazione delle particelle. Sarà di grande interesse per gli scienziati e i ricercatori del settore dei colloidi. , pure."