Les propriétés des tensioactifs, substances qui abaissent la tension superficielle d'un liquide, peuvent être affinés en ajustant leur structure moléculaire, selon une récente étude A*STAR. Cette méthode pourrait aider les chercheurs à développer de meilleurs tensioactifs pour une variété d'applications, d'aider à l'administration de médicaments, ou améliorer l'efficacité du forage pétrolier, pour augmenter la capacité de nettoyage du savon.

Les tensioactifs sont des molécules aux personnalités divisées. Ils ont généralement une "tête" hydrophile qui attire l'eau, et une « queue » hydrophobe qui préfère les molécules huileuses. Les tensioactifs peuvent entourer de minuscules gouttelettes huileuses pour former une structure appelée micelle, ce qui permet aux molécules huileuses d'être dispersées et stables dans l'eau.

Freda Lim et ses collègues de l'A*STAR Institute of High Performance Computing ont maintenant montré que le réarrangement des atomes dans un surfactant commun peut avoir un impact important sur sa capacité à former des micelles.

L'équipe a effectué des simulations informatiques d'une famille de six molécules de benzènesulfonate d'alkyle différentes, tensioactifs qui, en raison de leur rentabilité et de leur biodégradabilité, sont largement utilisés dans les détergents et les industries pétrolières. Ces molécules arborent des « queues » d'alkyles contenant 12, 14 ou 16 atomes de carbone, et certains ont de courts groupes alkyle dans diverses positions sur leurs « têtes » benzènesulfonate.

Les chercheurs ont d'abord simulé le comportement des tensioactifs dans une couche monomoléculaire, coincé entre l'eau et un incolore, hydrocarbure huileux appelé décane. Au fur et à mesure que la concentration de molécules de tensioactif augmentait au point où la couche était remplie de tensioactifs, ceux avec des têtes plus compactes et des queues plus longues sont restés dans une couche plate, tandis que ceux avec des têtes plus volumineuses et des queues plus courtes ont commencé à se déformer en vagues ondulantes. En général, le comportement du tensioactif dépend également de la position des groupes chimiques autour de sa tête.

Les chercheurs ont ensuite continué à augmenter les concentrations de tensioactifs dans la couche intermédiaire. Ceux avec des têtes plus compactes et des queues plus longues formaient des structures ressemblant à des bourgeons remplis de décane, mais n'a pas libéré de micelles libres. En revanche, ceux avec les têtes les plus volumineuses et les queues plus courtes ont formé des bourgeons qui ont fini par se libérer de la couche de tensioactif (voir image).

"Le choix des tensioactifs dépend de l'usage pour lequel ils sont utilisés, il n'y a donc pas vraiment de 'meilleur' ​​tensioactif, " explique Lim. " Nos simulations fournissent une ligne directrice sur le choix des types de tensioactifs en fonction des applications spécifiques. " L'équipe prévoit maintenant d'étudier comment différents stimuli déclenchent la rupture des structures micellaires du tensioactif, et comment les substances piégées dans ces structures peuvent être libérées pour des applications.