Universalmente stabilizzato

I ricercatori guidati da Lucio Isa, professore di Interfacce presso il Dipartimento di scienze ed ingegneria dei materiali dell'ETH di Zurigo, hanno creato particelle di silicio per una nuova stabilizzazione delle emulsioni. Un'emulsione è una miscela finemente dispersa di due liquidi essenzialmente immiscibili.

La miscela è costituita da goccioline di un liquido disperse nell'altro. Il condimento per l'insalata a base di olio e aceto (in realtà acqua) ne è un esempio quotidiano: i suoi componenti, aceto e olio, non si mescolano da soli. Solo mescolando energicamente con una frusta si ottiene una miscela uniforme. Se si lascia riposare, le goccioline di aceto finemente disperse si fondono e i liquidi si separano completamente.

Sono necessari diversi emulsionanti

? quindi necessario stabilizzare le emulsioni. A questo scopo vengono utilizzati numerosi emulsionanti diversi, come tensioattivi, proteine o polimeri. Già all'inizio del XX secolo, i chimici britannici W. Ramsden e S.U. Pickering hanno dimostrato che le emulsioni possono essere stabilizzate anche con particelle solide finissime, ad esempio quelle costituite da particelle sferiche di silicato (SiO₂), possono essere stabilizzati.

Le particelle si spostano spontaneamente nello strato limite tra i due liquidi e vi si accumulano. Di conseguenza, formano una sorta di armatura intorno alle gocce e ne impediscono la fusione: l'emulsione rimane stabile a lungo. Finora, tuttavia, sono stati necessari due tipi di particelle: quelle con superfici che amano l'acqua (idrofile), che si trovano principalmente nell'acqua e stabilizzano solo le emulsioni olio-in-acqua, e quelle con superfici idrofobe, che si trovano principalmente nell'olio. Pertanto, stabilizzano solo le miscele acqua-olio.

Un emulsionante è sufficiente

Tutto questo potrebbe ora appartenere al passato: I ricercatori dell'ETH, in collaborazione con l'Isa, hanno dotato la superficie di queste sfere di silicato con un diametro compreso tra uno e sei micrometri di nanoparticelle di silicato di diametro molto più piccolo per irruvidirle. In questo modo le piccole sfere assumono la forma di lamponi. Michele Zanini, dottorando dell'Isa, è riuscito a modificare la rugosità della superficie in modo controllato e ha creato un'intera collezione di queste particelle.

In uno studio appena pubblicato su Nature Communications, i ricercatori hanno dimostrato di poter stabilizzare entrambi i tipi di emulsioni con un solo tipo di particelle di lampone. Ciò dipende esclusivamente dal liquido in cui vengono introdotte le particelle prima dell'emulsione. Se i ricercatori aggiungono le particelle alla fase oleosa, il risultato è un'emulsione acqua-olio. Al contrario, possono stabilizzare un'emulsione olio-acqua (goccioline di olio finemente disperse in acqua) se prima sciolgono le nuove particelle in acqua. "Queste nuove particelle possono quindi essere utilizzate universalmente per produrre emulsioni", spiega Lucio Isa.

Le particelle ruvide viaggiano meno lontano

Ciò è dovuto al fatto che la superficie ruvida riduce la mobilità delle particelle attraverso la superficie della goccia. "Anche se raggiungono la superficie tra i liquidi, non possono muoversi al suo interno come particelle di silicato comparabili con una superficie liscia - le particelle ruvide si bloccano prima di poter assumere la posizione energeticamente più favorevole per loro all'interfaccia", sottolinea l'ETH.

Con le loro particelle di lampone, Isa e i suoi collaboratori hanno creato una prima base per ulteriori ricerche in questo campo. I ricercatori del Fare all'ETH hanno già brevettato il loro nuovo processo per sviluppare le particelle come emulsionanti.

Nuove applicazioni

Le applicazioni potenziali di queste particelle sono molteplici, in particolare quando è necessario stabilizzare le emulsioni, ad esempio nell'industria chimica. Sebbene Isa e i suoi collaboratori si siano concentrati su sistemi modello, i principi scoperti in laboratorio possono essere estesi alle particelle naturali e ruvide come emulsionanti. Ciò rende possibili nuove applicazioni, ad esempio nell'industria alimentare, cosmetica e farmaceutica. Tuttavia, ciò richiede ulteriori ricerche.