Publication

Biocompatible Amphiphilic Hydrogel–Solid Dimer Particles as Colloidal Surfactants

Esther Amstad, Jing Fan
2017
Article
Résumé

Emulsions of two immiscible liquids can slowly coalesce over time when stabilized by surfactant molecules. Pickering emulsions stabilized by colloidal particles can be much more stable. Here, we fabricate biocompatible amphiphilic dimer particles using a hydrogel, a strongly hydrophilic material, and achieve large contrast in the wetting properties of the two bulbs, resulting in enhanced stabilization of emulsions. We generate monodisperse single emulsions of alginate and shellac solution in oil using a flow-focusing microfluidics device. Shellac precipitates from water and forms a solid bulb at the periphery of the droplet when the emulsion is exposed to acid. Molecular interactions result in amphiphilic dimer particles that consist of two joined bulbs: one hydrogel bulb of alginate in water and the other hydrophobic bulb of shellac. Alginate in the hydrogel compartment can be cross-linked using calcium cations to obtain stable particles. Analogous to surfactant molecules at the interface, the resultant amphiphilic particles stand at the water/oil interface with the hydrogel bulb submerged in water and the hydrophobic bulb in oil and are thus able to stabilize both water-in-oil and oil-in-water emulsions, making these amphiphilic hydrogel–solid particles ideal colloidal surfactants for various applications.

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Tensioactif
vignette|Le rôle du tensioactif dans la liaison entre particules magnétiques et solvant. Un tensioactif ou agent de surface ou surfactant (mot emprunté à l'anglais) est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de polarité différente, l'une lipophile (qui retient les matières grasses) est apolaire, l'autre hydrophile (miscible dans l'eau) est polaire.
Émulsion
thumb|A. Deux liquides non-miscibles. B. Émulsion instable. C. Les deux liquides se séparent progressivement. D. Un tensioactif (ou agent de surface) entoure les gouttelettes d'un des liquides, stabilisant l'émulsion. Une émulsion est un mélange hétérogène de deux substances liquides non miscibles, l'une étant dispersée sous forme de petites gouttelettes dans l'autre.
Colloïde
vignette|Le lait est une suspension colloïdale de globules gras dans l'eau. Les colloïdes sont définis internationalement, par l'International Union of Pure and Applied Chemistry, comme des "systèmes colloïdaux", avec la définition suivante : Le terme désigne un état de subdivision, avec des molécules ou des particules polymoléculaires dispersées dans un milieu et dont la taille, au moins dans une direction, est entre 1 nanomètre et 1 micromètre, ou avec des discontinuités à des distances de cet ordre de grandeur.
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