纳米级自组装盐晶体折纸球包裹液体

研究人员开发了一种技术，通过这种技术，他们可以自发地将水和油乳液的微小液滴封装在一个由盐晶体制成的微小球体中——有点像一个充满液体的自建折纸足球。他们称之为“晶体毛细管折纸”的过程可用于从更精确的药物输送到纳米级医疗设备的一系列领域。该技术在9月21日发表在Nanoscale杂志上的一篇论文中有所描述。

大多数人都熟悉毛细作用或“毛细作用”，因为水或其他液体似乎可以无视重力向上移动细管或其他多孔材料(例如在植物的维管系统内，或者更简单地说)，在画笔的毛之间绘制油漆)。这种效果是由于内聚力(液体分子粘在一起的趋势)导致表面张力和粘附力(它们粘在其他物质表面的趋势)。毛细管的强度取决于液体的化学性质、多孔材料的化学性质，以及作用在这两者上的其他力。例如，表面张力低于水的液体将无法容纳水黾昆虫。

鲜为人知的是一种相关的现象，即弹性毛细管现象，它利用了毛细作用与固体材料的非常微小平板的弹性之间的关系。在某些情况下，毛细力可以克服板材的弹性弯曲阻力。

可以利用这种关系来创建“毛细管折纸”或三维结构。当液滴被放置在平板上时，后者可以由于表面张力而自发地包裹前者。毛细管折纸可以采用其他形式，包括起皱、弯曲或自折叠成其他形状。3D毛细管折纸结构最终采用的特定几何形状取决于平板的化学性质和液体的化学性质，并通过仔细设计纸张的形状和尺寸来确定。

然而，这些小型设备存在一个大问题。首席研究员KwangseokPark说：“这些传统的自组装折纸结构不能完全是球形的，并且由于纸张的原始二维形状，它们总是会有不连续的边界，或者你可能称之为‘边缘’的东西。”在项目上。他补充说：“这些边缘可能会成为未来的缺陷，在压力增加时可能会出现故障。”还已知非球形颗粒在细胞摄取方面比球形颗粒更不利。

机械工程系的HyoungsooKim教授解释说：“这就是为什么研究人员长期以来一直在寻找可以产生全球形毛细管折纸结构的物质的原因。”

该研究的作者首次展示了这种折纸球体。他们展示了如何代替平板，盐晶体的生长可以以类似的方式进行毛细管折纸动作。他们所谓的“晶体毛细管折纸”从这些相同的表面张力效应中自发地构建了一个光滑的球壳胶囊，但现在液体的自发包封是由生长晶体的弹性毛细管条件决定的。

此处，术语“盐”是指一种带正电离子和另一种带负电离子的化合物。食盐或氯化钠只是盐的一个例子。研究人员使用了其他四种盐：丙酸钙、水杨酸钠、四水硝酸钙和碳酸氢钠来包裹水油乳液。通常，氯化钠等盐具有立方晶体结构，但这四种盐会形成片状结构作为微晶或“颗粒”(晶体开始生长时形成的微观形状)。然后这些板自组装成完美的球体。

使用扫描电子显微镜和X射线衍射分析，他们研究了这种形成的机制，并得出结论，是“拉普拉斯压力”驱动微晶板覆盖乳液表面。拉普拉斯压力描述了由两种物质(在这种情况下是盐水和油)之间的界面处的表面张力引起的曲面内部和外部之间的压力差。

研究人员希望这些自组装纳米结构可用于一系列领域的封装应用，从食品工业和化妆品到药物输送甚至微型医疗设备。

标签：