基于缩合的方法可以产生稳定的纳米级乳液

研究生Ingrid Guha持有一个装有透明液体的罐子，肉眼看上去像水，但实际上是纳米级的油和水的乳液。

麻省理工学院的研究人员已经开发出一种基于缩合的方法，可以产生稳定的纳米级乳液。

油和水不愿混合在一起并保持这种状态非常众所周知，以至于描述任何不能很好地融合在一起的两件事已成为陈词滥调。现在，麻省理工学院研究人员的一项新发现可能会改变这种说法，提供一种使两种物质混合并长时间保持稳定的方式-无需摇晃。该过程可能会在制药，化妆品和加工食品以及其他领域中找到应用。

新工艺包括冷却含有少量表面活性剂（肥皂状物质）的油浴，然后使周围空气中的水蒸气凝结到油面上。实验表明，这可以在表面上产生微小的均匀水滴，然后沉入油中，并且可以通过调节表面活性剂的比例来控制水滴的大小。麻省理工学院研究生Ingrid Guha，前博士后Sushant Anand和副教授Kripa Varanasi的发现发表在《自然通讯》杂志上。

曾经使用过沙拉酱的人都知道，无论混合物剧烈摇晃，油和醋（一种水性溶液）都将在数分钟内分离。但是对于许多用途，包括新的药物输送系统和食品加工方法，重要的是要使水中的油（或油中的水）形成微小的液滴-直径只有几百纳米，太小了，看不到肉眼观察-并使它们保持微小状态，而不是聚结成较大的液滴并最终与其他液体分离。

通常，在工业过程中，这些乳剂是通过机械摇动混合物或使用声波在液体中引起强烈振动来制备的，此过程称为超声处理。但是，这两个过程“都需要大量能量，”瓦拉纳西说，“液滴越细，所需的能量就越多。”相比之下，“我们的方法在能源上非常便宜”，他补充道。

Guha解释说：“克服这种分离的关键是拥有非常小的纳米级液滴。”“当液滴很小时，重力无法克服它们。”并且它们可以无限期保持悬浮状态。

对于新工艺，该团队建立了一个油库，其中添加了可以与油和水分子结合的表面活性剂。他们将其放置在空气非常潮湿的室内，然后冷却油。就像在炎热的夏天喝一杯冷水一样，较冷的表面会导致水蒸气沉淀。研究小组发现，冷凝水然后在表面上形成液滴，这些液滴遍布油-表面活性剂混合物，并且液滴的大小非常均匀。古哈说：“如果化学反应正确，分散体就可以得到正确的扩散。”通过调节表面活性剂在油中的比例，可以很好地控制液滴的大小。

在实验中，该团队生产的纳米级乳液在数月的时间内保持稳定，相比之下，相同的油和水混合物无需添加表面活性剂就可以分离几分钟。古哈说：“液滴是如此之小，以至于即使在显微镜下也很难看到。”

与摇动或超声处理方法不同，后者采用大的，分开的油和水团块，并逐渐将它们分解成较小的液滴（一种“自上而下”的方法），该冷凝方法立即开始，微小的液滴从中冷凝出来。蒸气，研究人员称之为自下而上的方法。瓦拉纳西说：“通过用油掩盖新鲜冷凝的纳米级水滴，我们正在利用相变和扩散现象的固有性质。”

“由于该过程的简单性，我们自下而上的创建纳米级乳液的方法具有很高的可扩展性，” Anand说。“我们在这项工作中发现了许多新现象。我们已经发现表面活性剂的存在如何在这样的条件下改变油和水的相互作用，促进油在水滴上的扩散并使其稳定在纳米级。”

光学图像表明，当水滴在油浴上凝结时，水滴迅速聚结，变得越来越大（图像的最上面一行，以10分钟为间隔）。在相同的条件下，但添加了肥皂状表面活性剂（下排），微小的液滴更加稳定并保持较小的状态。

该团队说，该方法应该适用于各种油和表面活性剂，并且既然已经确定了该过程，他们的发现“为某类应用提供了供某人使用的一种设计准则”，Varanasi说。

他说：“这是一件非常重要的事情，因为食品和药品总是有有效期的，而且通常与它们中乳液的不稳定性有关。实验使用了一种广泛使用的特殊表面活性剂，但还有许多其他品种可用，包括一些被批准用于食品级产品的表面活性剂。

此外，Guha说：“我们设想您可以使用多种液体并制成更复杂的乳液。”瓦拉纳西说，该方法除了用于食品，化妆品和药品外，还可以用于其他应用，例如在石油和天然气工业中，井下输送的诸如钻井“泥浆”之类的流体也是乳化液。

这项工作得到了麻省理工学院能源计划，国家科学基金会和科学学会奖学金的支持。阿南德（Anand）是麻省理工学院（MIT）博士后的合著者，现在是伊利诺伊大学的助理教授。

出版物：Ingrid F. Guha等人，“使用缩合作用创建纳米级乳液”，《自然通讯》第8期，文章编号：1371（2017）doi：10.1038 / s41467-017-01420-8