A relutância do óleo e da água em se misturar e permanecer assim é tão conhecida que se tornou um clichê descrever duas coisas que não combinam bem. Agora, uma nova descoberta de pesquisadores do MIT pode virar essa expressão do avesso, fornecendo uma maneira de fazer com que as duas substâncias se misturem e permaneçam estáveis ​​por longos períodos - sem necessidade de agitação. O processo pode encontrar aplicações em produtos farmacêuticos, cosméticos, e alimentos processados, entre outras áreas.

O novo processo envolve o resfriamento de um banho de óleo contendo uma pequena quantidade de um surfactante (uma substância parecida com sabão), e, em seguida, deixando o vapor de água do ar circundante se condensar na superfície do óleo. Experimentos mostraram que isso pode produzir minúsculos, gotículas de água uniformes na superfície que, em seguida, afundam no óleo, e seu tamanho pode ser controlado ajustando a proporção de surfactante. As evidências, pela estudante de graduação do MIT Ingrid Guha, ex-pós-doutorado Sushant Anand, e professor associado Kripa Varanasi, são relatados no jornal Nature Communications .

Como qualquer pessoa que já usou molho para salada sabe, não importa o quão vigorosamente a mistura seja agitada, o óleo e o vinagre (uma solução à base de água) se separarão em minutos. Mas para muitos usos, incluindo novos sistemas de entrega de drogas e métodos de processamento de alimentos, é importante ser capaz de obter óleo na água (ou água no óleo) para formar pequenas gotículas - com apenas algumas centenas de nanômetros de diâmetro, pequenos demais para serem vistos a olho nu - e para que permaneçam minúsculos em vez de se aglutinarem em gotas maiores e, por fim, se separarem do outro líquido.

Tipicamente, em processos industriais, essas emulsões são feitas agitando mecanicamente a mistura ou usando ondas sonoras para criar vibrações intensas dentro do líquido, um processo chamado sonicação. Mas ambos os processos "requerem muita energia, "Varanasi diz, "e quanto mais finas as gotas, mais energia é necessária. "Por outro lado, "nossa abordagem é muito barata em termos de energia, " ele adiciona.

"A chave para superar essa separação é ter muito pequenas, gotículas em nanoescala, "Guha explica." Quando as gotas são pequenas, a gravidade não pode superá-los, "e podem permanecer suspensos indefinidamente.

Para o novo processo, a equipe montou um reservatório de óleo com um surfactante adicionado que pode se ligar às moléculas de óleo e água. Eles colocaram isto dentro de uma câmara com ar muito úmido e então resfriaram o óleo. Como um copo de água fria em um dia quente de verão, a superfície mais fria faz com que o vapor d'água se precipite. A água de condensação, então, forma gotículas na superfície que se espalham através da mistura óleo-surfactante, e os tamanhos dessas gotas são bastante uniformes, a equipe encontrou. "Se você conseguir a química certa, você pode obter a dispersão certa, "Diz Guha. Ajustando a proporção de surfactante no óleo, os tamanhos das gotas podem ser bem controlados.

Nos experimentos, a equipe produziu emulsões em nanoescala que permaneceram estáveis ​​por períodos de vários meses, em comparação com os poucos minutos que leva para a mesma mistura de óleo e água se separar sem o surfactante adicionado. "As gotas ficam tão pequenas que são difíceis de ver, mesmo ao microscópio, "Guha diz.

Ao contrário dos métodos de agitação ou sonicação, que tomam o grande, separar massas de óleo e água e gradualmente fazê-los se decompor em gotas menores - uma abordagem "de cima para baixo" - o método de condensação começa imediatamente com as minúsculas gotículas condensando do vapor, que os pesquisadores chamam de abordagem ascendente. "Ao disfarçar as gotículas de água recém-condensadas em nanoescala com óleo, estamos aproveitando a natureza inerente da mudança de fase e fenômenos de propagação, "Varanasi diz.

"Nossa abordagem de baixo para cima da criação de emulsões em nanoescala é altamente escalonável devido à simplicidade do processo, "Anand diz." Nós descobrimos muitos novos fenômenos durante este trabalho. Descobrimos como a presença de surfactante pode alterar as interações de óleo e água sob tais condições, promovendo a propagação do óleo nas gotas de água e estabilizando-as em nanoescala. "

A equipe diz que a abordagem deve funcionar com uma variedade de óleos e surfactantes, e agora que o processo foi identificado, suas descobertas "fornecem um tipo de diretriz de design para alguém usar" para um tipo específico de aplicação, Varanasi diz.

"É uma coisa tão importante, " ele diz, porque "alimentos e produtos farmacêuticos sempre têm uma data de validade, "e muitas vezes isso tem a ver com a instabilidade das emulsões nelas. Os experimentos usaram um determinado surfactante que é amplamente utilizado, mas muitas outras variedades estão disponíveis, incluindo alguns que são aprovados para produtos de grau alimentício.

Além disso, Guha diz, "prevemos que você poderia usar vários líquidos e fazer emulsões muito mais complexas." E além de ser usado na alimentação, cosméticos, e drogas, o método pode ter outras aplicações, como na indústria de petróleo e gás, onde fluidos como as "lamas" de perfuração enviadas para os poços também são emulsões, Varanasi diz.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.