Os pesquisadores de materiais ETH estão desenvolvendo um método com o qual podem revestir gotículas com composição interfacial controlada e cobertura sob demanda em uma emulsão, a fim de estabilizá-las. Ao fazer isso, eles estão realizando um sonho de longa data dos pesquisadores e da indústria.

A maionese é um excelente exemplo de uma emulsão que consiste em uma fase aquosa e uma fase oleosa. Óleo e vinagre são misturados para formar inúmeras gotas. A gema de ovo é adicionada como um emulsificante que reveste a superfície das gotículas, e assim age para estabilizá-los. Feito corretamente, uma multa, mistura cremosa é formada. Se o óleo for adicionado muito rapidamente (ou na hora errada), a maionese congela:as gotas não são estáveis ​​o suficiente, eles se dissolvem, e as fases se separam.

Até agora, os pesquisadores de materiais tiveram tantos problemas quanto os chefs amadores tentando fazer a maionese perfeita na produção de interfaces controladas de gotículas em misturas de duas fases com estabilizantes ou emulsificantes. Essas interfaces "reforçadas" são importantes porque estabilizam as gotículas e, em última análise, a respectiva emulsão. Até agora, os pesquisadores não conseguiram regular com sucesso a extensão da cobertura das partículas ou a composição das partículas nas interfaces de tais gotículas.

Cubra as gotas conforme desejado

Mas este "quebra-cabeça da maionese" pode ter sido resolvido:pesquisadores de materiais da ETH Zurich e da Universidade Belga de Leuven (KU Leuven), trabalhando sob a direção do Professor Jan Vermant da ETH, desenvolveram um novo método com o qual podem direcionar as interfaces de gotículas em emulsões, a fim de revesti-las e projetá-las com as mais diversas partículas. Este método acaba de ser apresentado na revista científica online Nature Communications .

"Usando a abordagem clássica - misturar dois líquidos com um emulsificante, sacudir e ver o resultado - é impossível organizar quantidades definidas de um emulsificante na interface das gotículas, "enfatiza Vermant." Existe um elemento de acaso. "

Com o novo método, agora é possível calcular antecipadamente e definir a quantidade de partículas necessária para atingir o grau certo de cobertura. Os pesquisadores também encontraram muitas opções diferentes para as partículas que pretendem usar e que tamanho podem ter. Partículas esféricas de sílica são mais comumente usadas, mas para o teste eles também usaram minhocas ou partículas em forma de bastão. Proteínas e polímeros agora também são opções para uso como emulsificantes.

"Esta abordagem abre oportunidades inimagináveis ​​que podemos usar para criar novos materiais, "diz o professor da ETH Vermant.

Arranjo de microfluídica versátil

Seu método é baseado em uma plataforma microfluídica do tamanho de uma lâmina de microscópio. Os pesquisadores podem produzir pequenas gotas usando esta plataforma. Enquanto as gotas estão se formando, a segunda fase começa com as partículas que se ligam às interfaces das gotículas.

A quantidade de partículas é controlada pelos pesquisadores usando a velocidade de fluxo com que a fase de partícula se move através das gotículas em desenvolvimento. Finalmente, esta camada é circundada pela fase em que as gotículas param (água no caso das gotículas de óleo, ou vice-versa).

As gotículas acabadas fluem então através de um canal estreito e muito longo em forma de radiador. À medida que viaja por este canal, a fase que envolve as gotículas que contém as partículas se dissolve gradualmente na solução circundante. Mas ainda resta tempo suficiente para que as partículas cubram as interfaces das gotículas e as estabilizem.

Dependendo da finalidade pretendida, as gotículas podem ser cobertas por vários tipos de partículas. Os pesquisadores também podem usar partículas de diferentes tamanhos, várias composições químicas ou mesmo polaridades diferentes (hidrofóbico vs hidrofílico).

Brinque com emulgadores

As gotas individuais podem coalescer dependendo do grau de cobertura. Isso resulta em formas semelhantes a amendoim. A coalescência muda a proporção do volume para a área de superfície, o que significa que há menos espaço disponível para as partículas na interface. As partículas que cobrem duas gotículas são forçadas a se moverem juntas em uma área menor, e a cobertura da gota dupla aumenta em densidade. As gotículas revestidas são estabilizadas desta forma - e assim é a emulsão, cujas propriedades também derivam da forma e do comprimento das gotas.

"Também podemos determinar a forma das gotas usando nosso método, permitindo-nos criar emulsões com propriedades anteriormente inconcebíveis ", entusiasma Vermant. O princípio recém-descoberto é muito robusto. "Estamos trabalhando nisso há dez anos, e agora o problema está resolvido. "

O método descrito aqui só é adequado para pesquisa porque só funciona em uma escala muito pequena. Contudo, os pesquisadores da ETH estão trabalhando para aumentá-la para processar quantidades maiores. Eles estão desenvolvendo um aparelho que já seria adequado para métodos de testes industriais baseados na venda e na produção.

Em uma escala ainda maior, aplicações na alimentação, farmacêutico, cosméticos e até mesmo a indústria do petróleo, por exemplo, separar óleo e água durante a extração de óleo, seria possível.