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Un estudio publicado recientemente en la revista Interfaces de materiales avanzadas presenta un enfoque sin tensioactivos para el recubrimiento por inmersión de nanocristales de celulosa utilizando hidrótropos.
Aprender: Investigación de la adsorción de nanocristales de celulosa en interfases aire-líquido y sólido-líquido en presencia de hidrótropos. Crédito de la foto: Gorodenkoff/Shutterstock.com
Recubrir una superficie con nanomateriales anisotrópicos como los nanocristales de celulosa (CNC) confiere a la superficie algunas de sus propiedades fisicoquímicas beneficiosas, como dureza, hidrofilia y resistencia al impacto. Sin embargo, los recubrimientos monocapa de nanocristales de celulosa se ven afectados por su concentración en las interfaces sólido-líquido y aire-líquido.
La adsorción de hidrótropos en nanocristales de celulosa los vuelve ligeramente hidrofóbicos, lo que les permite adherirse a las interfaces aire-líquido y sólido-líquido sin cambiar la tensión interfacial del sistema.
Comportamiento interfacial de nanopartículas: un área de investigación interesante
El comportamiento de los nanomateriales en las interfases ha despertado la curiosidad de muchos investigadores en los últimos años debido a las propiedades fisicoquímicas características de los materiales nanométricos debido a su tamaño. En particular, los nanomateriales física o químicamente anisotrópicos han atraído mucha atención ya que sus propiedades los hacen atractivos para una variedad de aplicaciones.
Las nanoestructuras anisotrópicas se pueden comprimir de manera más eficiente que sus contrapartes esféricas debido a su capacidad para alinearse en múltiples orientaciones y, por lo tanto, requieren una densidad de partículas más baja para encapsular una interfaz.
Esto hace que los nanomateriales anisotrópicos, como varillas y discos, tengan más éxito en la estabilización de Pickering, que tiene aplicaciones en una variedad de sectores, como alimentos, medicamentos y cosméticos.
Hidrotropos para enriquecer nanopartículas en las interfases
Incluso una pequeña cantidad de un tensioactivo puede cambiar el potencial superficial de los nanomateriales anisotrópicos y alterar el intrincado equilibrio de fuerzas que gobierna su comportamiento en las superficies.
El uso de nanomateriales como estabilizadores Pickering reduce la cantidad de tensioactivos necesarios en los equipos industriales, lo que motiva aún más la investigación de compuestos alternativos que puedan alterar sutilmente la tensión superficial de los nanomateriales sin volverse superficialmente activos.
Los hidrotropos, pequeños compuestos solubilizadores anfifílicos, ya han demostrado ser alternativas viables a los tensioactivos para promover la adsorción de nanopartículas de óxido de grafeno asimétricas en las interfaces. Esto fomenta más investigaciones sobre si los hidrótropos pueden soportar la concentración de otros nanomateriales anisotrópicos de origen natural e industrialmente importantes en las superficies.
Recubrimientos de nanopartículas anisotrópicas: descripción general y desafíos
Los recubrimientos de nanomateriales anisotrópicos son adecuados para dar propiedades favorables a la superficie de un material. La conductividad eléctrica, la resistencia al calor y la actividad antibacteriana son ejemplos de tales propiedades. Se ha descubierto que los recubrimientos que contienen nanocristales de celulosa reducen la hidrofilia de los sustratos de vidrio al tiempo que aumentan la resistencia a la fractura interfacial en los compuestos de matriz de fibra de vidrio y epoxi.
El método más confiable para producir dichos recubrimientos es el recubrimiento por rotación, que requiere equipo especializado y está limitado en el tamaño y la configuración de los sustratos que se pueden usar, lo que presenta barreras obvias para expandir el proceso. El recubrimiento por pulverización y el recubrimiento por inmersión son otros dos enfoques conocidos. Son menos fiables cuando se busca una monocapa ordenada, pero son más flexibles y adaptables, con costes energéticos reducidos.
Durante el recubrimiento por inmersión, los nanocristales de celulosa no se adsorben fácilmente en el vidrio, pero lo hacen cuando se aplica un surfactante. Se espera que los tensioactivos utilizados durante el recubrimiento sean dañinos debido a su citotoxicidad y propensión inflamatoria cuando la tecnología de nanorrecubrimiento se desarrolle e implemente en campos biomédicos.
Además de su biocompatibilidad, los hidrótropos biológicamente análogos pueden acumular eficazmente nanopartículas anisotrópicas en las interfaces sólido-líquido y aire-líquido, lo que convierte a los hidrótropos en objetivos adecuados para ajustar las interacciones entre los nanomateriales anisotrópicos y las interfaces.
Aspectos destacados y desarrollos clave del estudio actual
En este estudio, los investigadores describieron un enfoque único para producir recubrimientos monocapa de nanocristales de celulosa sobre superficies sólidas utilizando hidrótropos en lugar de tensioactivos.
Los investigadores analizaron estas configuraciones para comprender el proceso de recubrimiento por inmersión y estudiaron el mecanismo básico de los nanocristales de celulosa en las interfaces aire-líquido y sólido-líquido bajo la influencia de tensioactivos e hidrótropos.
En contraste con los surfactantes, que promovieron la adsorción de nanocristales de celulosa solo en las interfaces aire-líquido, los hidrótropos promovieron la adsorción en las interfaces aire-líquido y sólido-líquido. En presencia de hidrótropos, los nanocristales de celulosa se adsorben por completo en la interfaz sólido-líquido en dos capas distintas, lo que da como resultado una monocapa modular sostenida por un revestimiento exterior conectado de forma más flexible. Solo se pudo generar una sola capa adsorbida en la interfaz aire-líquido, posiblemente debido a limitaciones de resolución.
Estas ventajas, incluida la flexibilidad mejorada en el ajuste de la hidrofobicidad del recubrimiento y la susceptibilidad reducida a la interfaz aire-líquido, podrían allanar el camino para enfoques sin surfactantes para la producción duradera y escalable de recubrimientos de nanopartículas anisotrópicas en el futuro.
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referencias
Turpin, GA et al. (2022). Investigación de la adsorción de nanocristales de celulosa en interfases aire-líquido y sólido-líquido en presencia de hidrotropos. Interfaces de materiales aplicados. Disponible en: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202200791
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