Las micelas son estructuras moleculares esféricas formadas generalmente por moléculas anfifílicas con una estructura de bloques, que contienen partes tanto hidrófilas como hidrófobas. Las colas hidrofóbicas de estas moléculas se unen para formar un núcleo, mientras que las cabezas hidrofílicas miran hacia afuera, creando una capa protectora. Esta estructura permite a las micelas encapsular sustancias hidrofóbicas en su núcleo y dispersarlas en un ambiente acuoso.
Un ejemplo de micelas en acción es el jabón, que atrapa la suciedad y la grasa, lo que facilita su eliminación con agua. Las micelas se pueden formar usando copolímeros de bloques, que tienen segmentos hidrófilos e hidrófobos distintos, o copolímeros aleatorios con una distribución mixta de segmentos hidrófilos e hidrófobos. El primero, utilizado en la industria farmacéutica, ofrece un control preciso sobre las propiedades de las micelas pero es más complejo y costoso de producir, mientras que el segundo, utilizado en la industria de los tintes, es más fácil y económico de producir.
Investigadores dirigidos por Masahiko Asada y el profesor Hidenori Otsuka de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) y DIC Corporation están investigando cómo hacer que las micelas sean más efectivas para disolver tintes. En un estudio publicado en la portada de la revista Volumen 20, Número 26 sustancia blanda Publicado el 14 de julio de 2024, compararon el rendimiento de copolímeros en bloque y copolímeros aleatorios para determinar la micela óptima para la dispersión del tinte.
“Existe un equilibrio entre el uso de copolímeros aleatorios como dispersantes y su insuficiente eficiencia de dispersión para la producción de tinta. Investigamos las micelas de copolímeros en bloque y su rendimiento de dispersión con copolímeros aleatorios, en comparación para determinar la estructura de micelas necesaria para solubilizar el tinte”. Profesor Otsuka, autor principal del estudio.
Los investigadores sintetizaron diferentes copolímeros en bloque (BL01 a BL05) utilizando diferentes proporciones de estireno (St), metacrilato de n-butilo (BMA) y ácido metacrílico (MA) como monómeros. Compararon el rendimiento de estos copolímeros en bloque con copolímeros aleatorios (RD01, RD02, RD03 y RD04), que estaban hechos de estireno y ácido metacrílico o ácido acrílico. El copolímero y el copolímero aleatorio se dispersaron en agua a una concentración del 0,5% y se examinó la estructura micelar mediante análisis de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS).
Los resultados de SAXS muestran que las micelas formadas a partir del copolímero de bloques tienen una estructura esférica bien definida con un límite claro entre núcleo y cubierta. Se descubrió que las micelas del copolímero aleatorio tenían una estructura más difusa y continua, asemejándose a un patrón de espiral aleatorio sin un límite distintivo entre núcleo y capa. La ausencia de una estructura clara de núcleo-cubierta en las micelas formadas a partir de copolímeros aleatorios redujo su capacidad para retener tintes hidrófobos. En las pruebas de concentración crítica de micelas (CMC), los investigadores miden la concentración a la que se forman las micelas detectando cambios de polaridad alrededor de una sonda de pireno fluorescente. Los resultados mostraron que la polaridad de las micelas del copolímero en bloque era mucho menor, lo que significa que las moléculas de pireno estaban mejor protegidas dentro del núcleo hidrofóbico de estas micelas.
Los investigadores hicieron observaciones similares midiendo el grado de solvatación del tinte hidrófobo SS de aceite de naranja en micelas. Las micelas formadas utilizando copolímeros aleatorios permiten que el tinte entre fácilmente. Sin embargo, BL01, BL03 y BL05 impidieron que el tinte penetrara en el núcleo, lo que resultó en un tiempo más largo para alcanzar la saturación (2 días versus 10 h para el copolímero aleatorio). Se encontró que las micelas (BL01, 03 y 05) con mayor volumen central y más moléculas de polímero (mayor número de agregación) retenían o solubilizaban más tinte (0,2 a 2 moléculas de tinte por micela) que las micelas más pequeñas (BL02, BL04).
Aunque las micelas más grandes con estructuras núcleo-cubierta bien definidas tardan más en saturarse con el tinte, pueden capturar cantidades significativamente mayores de tinte. La micela que más solvataba colorante fue BL02. Su cubierta consiste en una mezcla aleatoria de ácido metacrílico (MA) y metacrilato de butilo (BMA), lo que da como resultado una interfaz altamente polidispersa o heterogénea entre los límites núcleo-cubierta y cubierta-disolvente, que debido a la rápida entrada y salida del tinte. . .
“Las micelas de copolímeros en bloque exhibieron una mayor capacidad de solubilización de colorantes, lo que está relacionado con su mayor volumen central, un contraste distinto entre núcleo y cubierta y una velocidad de disolución más lenta”, explica el profesor Otsuka. Este hallazgo puede conducir a micelas más eficientes y rentables para las industrias de tintas y tintes, así como para las industrias farmacéuticas.
