آزمایش شمار ۲۲: آشنایی با نانوذرات میسل و میسل معکوس

امروزه محققان علوم نانو به دنبال ابزارهای دارورسانی با خصوصیات مناسب برای ورود دارو به بدن هستند. یکی از این ابزارهای مهم و نوین برای حمل دارو میسل‌ها هستند که از تراکم مولکول‌های سورفاکتانت انتشاریافته در یک مایع کلوئیدی تشکیل می‌شوند.

۱- هدف

آشنایی با میسل و میسل معکوس به‌عنوان نانوذرات تک‌بعدی

۲- تئوری آزمایش 

نانومواد به چهار دسته صفر بعدی، یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی تقسیم‌بندی می‌شوند.

نانومواد صفر بعدی، معروف‌ترین نانوساختارها هستند که معمولا به آن‌ها نانوذرات می‌گویند. اندازه نانوذرات در هر سه بعد کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر است. این نانوذرات به اشکال مختلف کروی، مکعبی، هرمی، پوسته کروی،  هسته - پوسته وجود دارند. شکل نانوذرات به روش تولید و شرایط محیطی تهیه آن‌ها بستگی دارد و روی خواص و کاربردشان تأثیر به سزایی دارد.

میسل‌ها در دسته نانومواد صفر بعدی قرار می‌گیرند. آن‌ها اندازه بسیار کوچکی بین ۵ تا ۵۰ نانومتر دارند و به همین علت به آن‌ها نانوذره می‌گویند. میسل‌ها از تجمع سورفکتانت‌ها در یک محلول کلوئیدی ساخته شده‌اند. مولکول سورفکتانت از یک سر آب‌دوست و یک دم غیر آب‌دوست (آب‌گریز) تشکیل شده است. محلول کلوئیدی محلولی است که ذرات داخل آن بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند و این ذرات همواره داخل محلول پراکنده‌اند و ته‌نشین نمی‌شوند.

شکل۱- تصویر شماتیک سر آب‌دوست و دم غیر آب‌دوست سورفکتانت

شکل۲- تصویر شماتیک محلول کلوئیدی

در حلال آبی سر آب‌دوست سورفکتانت‌ها یک پوسته می‌سازد و دم‌های منفرد آب‌گریز آن در مرکز تشکیل یک هسته می‌دهد. به این ذرات میسل معمولی می‌گویند.

در حلال‌های آلی اگر دم آب‌گریز سورفکتانت‌ها به سمت حلال قرار بگیرند و سر آب‌دوست آنها تشکیل هسته دهد، به آن میسل معکوس می‌گویند. 

میسل‌ها فقط هنگامی که غلظت سورفاکتانت بیشتر از غلظت بحرانی تشکیل میسل و دمای سیستم بیشتر از دمای بحرانی میسل شود تشکیل می‌شوند. به غلظتی که در آن این میسل‌ها شروع به تشکیل شدن می‌کنند غلظت بحرانی تشکیل مسیل گویند.

شکل۳- تصویر شماتیک میسل نرمال و میسل معکوس

۳- روش کار آزمایش

۱-۳- تجهیزات و مواد موردنیاز

-         روغن‌مایع یک پیمانه

-         آب یک پیمانه

-         دو عدد لیوان شیشه‌ای یا پلاستیکی شفاف

-         قطره‌چکان یا پیپت

-         همزن

۲-۳- روش انجام آزمایش

آزمایش ساخت میسل:

مقداری آب داخل یک لیوان شفاف بریزید.

در لیوان دیگر مقداری روغن بریزید.

با استفاده از قطره‌چکان به آرامی چند قطره روغن داخل لیوان آب بریزید.

با استفاده از همزن آن را به هم بزنید.

آیا می‌توانید روغن را در آب حل کنید؟

شکل۴- قطرات روغن داخل آب

آزمایش ساخت میسل معکوس:

یک پیمانه روغن‌مایع درون یک لیوان شفاف بریزید و کنار بگذارید.

لیوان دیگر را با آب پر کنید.

با استفاده از قطره‌چکان، آب را قطره‌قطره درون لیوان روغن بریزید.

با استفاده از همزن سعی کنید آب را در روغن حل کنید.

وقتی آب به روغن اضافه شد، چه اتفاقی می‌افتد؟

شکل ۵- قطرات آب داخل روغن

روغن و آب با هم ترکیب نمی‌شوند. حتی اگر آنها را تکان بدهیم یا هم بزنیم باز روغن بلافاصله از آب جدا شده و آب ته‌نشین می‌شود. مولکول‌های روغن به‌شدت به یکدیگر چسبیده‌اند و همچنین مولکول‌های آب هم به‌شدت به هم چسبیده‌اند،  برای همین با هم ترکیب نمی‌شوند. مولکول‌های آب و روغن از سورفکتانت‌ها تشکیل شده‌اند به همین دلیل وقتی آب را داخل روغن یا روغن را داخل آب می‌ریزیم، سر آب‌دوست سورفکتانت‌ها تشکیل میسل می‌دهد و مانند یک دیواره از حل‌شدن آب در روغن جلوگیری می‌کند.

۴- پرسش

- در مورد کاربرد میسل و میسل معکوس تحقیق نمایید.

- در مورد سایر نانومواد صفر بعدی مطالعه نمایید.