Определение поверхностной энергии наночастиц

Наночастицы получают из разнообразных материалов за счет быстрого растворения и конденсации, при этом получаются частицы с размером до 100 нм. Существуют технологии для формирования частиц определенных размеров (быстрая конденсация, внедрение сверхкритических жидкостей, синтез в потоке и т.д.). Наночастицы при-меняются в таких повседневных продуктах как косметика, чернила, в тканях одежды, устойчивых к загрязнениям, и даже больше, в структуре теннисных мячей.

В электронной промышленности наночастицы, изготовленные из полупроводниковых материалов ("квантовых точек"), восполняют разрыв между сыпучими материалами и их атомной структурой с точки зрения их текучести. В медицине используются их неоценимые возможности, такие как: заживление ран, ингибиторы роста опухолей, воздействие на организм лекарств, вдыхаемых и трансдермальных.

Основное преимущество наночастиц - сочетание большой площади поверхности и малого удельного веса. Поэтому необходимо понимать природу сил взаимодействия поверхности, которая позволяет поддерживать нано-состояние. Другими словами, необходимо выявить и понять зависимость поверхностной энергии вещества от его площади поверхности.

Для определения поверхностной энергии частицы обычно пользуются метод обратной газовой хроматографии либо метод Вашбурна. Метод обратной газовой хроматографии по сути очень трудно интерпретировать. Применение метода Вашбурна для некоторых порошковых материалов также может быть проблематичным, например, если размер частиц сильно варьируется или если поверхность частиц неоднородная (смешанные порошки, таких как лекарственные препараты с наполнителями для фармацевтических целей), то порошок трудно упаковать (см. Примечание AN302e KRUSS приложения). Опыт показывает, что метод Вашбурна проще в исполнении.

В данной статье сравниваются три разных вида инсулина, которые в настоящее время изучаются как предмет исследования инсулина для вдыхания. Вдыхаемый инсулин - препарат для многих диабетиков.

Наночастицы представляют большой интерес, поскольку они считаются более эффективными, а также наиболее применимы к распылению в базовых дисперсиях (растворитель/инсулин/поверхность контакта). Их поверхностная энергия, особенно поверхностная энергия их компонентов, имеют важное значение, поскольку они определяют типы ПАВ, необходимых для поддержания инсулина в дисперсном состоянии в базовом растворе. Пока еще не полностью понятно, как они адсорбцируются внутри легких.

Исследования проводились с помощью процессорного тензиометра K100, который позволяет изучать смачивае-мость порошков методом Вашбурна. Исходные материалы:
1. Инсулин стандартный (размер частиц 10 000 нм)
2. Инсулин в этаноле (размер частиц 148 нм)
3. Инсулин в растворе SCF CO2 (размер частиц 126 нм)

Для изучения скорости адсорбции были взяты 0,5 грамм каждого материала (на 1 измерение), в качестве жидкостей использовалось силиконовое масло, вода и дийдодометан. Для каждого образца опыт повторялся дважды. Сходимость результатов для образцов с наночастицами (образец 2 и 3) намного лучше, чем для стандартного инсулина.

Для частиц инсулина размером 10 000 нм наблюдался значительный разброс в угле смачивания (1,0° по воды и 2,7° по дийодометану) по сравнению с нано-образцами инсулина (значения разнятся не более, чем на 0,3°). При расчете свободной энергии поверхности (СЭП) разброс значений для образца №1 составил 1,5 мДж/м² и 1,0% при определении поверхностной полярности, в то время как для наночастиц инсулина (образцы 2 и 3) энергия варьируется на 0,2 мДж/м², а полярность на 0,4%.

Результаты исследований будут естественным образом отличаться, в зависимости от типа наночастиц. Исходя из собственного опыта, малое количество наночастиц приведет к не очень корректным результатам по методу обратной газовой хроматографии (ОГХ). Увеличение площади поверхности контакта может слегка улучшить результат, но расхождения в значениях площади поверхности будут порядка 3-5%. И это только для входного параметра, не считая ошибок, связанных с измерением показателей самих сорбционных паров. Упаковка порошка в методе Вашбурна насколько эффективна, что ошибка в результатах незначительна.

Можно отметить, что инсулин с размером частиц 10 000 нм (образец 1) имеет примерно такие же поверхностные свойства (краевой угол, СЭП, полярность), как и инсулин с наночастицами, полученный сверхкритическим методом (образец 3). С помощью этанола (образец 2) получаются частицы с более низкой поверхностной энергией и полярностью. Эта информация, возможно, также будет интересна для исследователей наночастиц.

Метод Вашбурна очень хорошо характеризует смачиваемость наночастиц и позволяет получить данные по поверхностной энергии частиц. Малый размер частиц не представляет проблем для данного метода, по крайней мере, для проведенных уже исследований, при этом для получения необходимых результатов достаточно всего 2 граммов (или чуть выше) образца. Приведенные выше исследования показали, что метод формирования наночастиц можно легко проследить на основе свободной энергии поверхности, определяемой по методу Вашбурна.