Le professeur adjoint du MIE, Sushant Anand, et ses associés de recherche ont réalisé de nombreuses percées dans leurs travaux sur les mélanges huile-eau ou « émulsions ». Maintenant, les chercheurs ont poussé leurs recherches à un nouveau niveau en créant des nanoémulsions ultra-petites (de 100 à 400 nm) formées par l'auto-assemblage de nanoparticules autour de gouttelettes.

La façon traditionnelle de fabriquer des nanoémulsions comporte plusieurs étapes, mais Anand et son équipe ont développé une technique en une seule étape pour créer des nanoémulsions qui est plus rapide, plus économe en énergie, et plus petit. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans ACS Matériaux appliqués et interfaces revue sous le titre Synthèse des nanoémulsions de Pickering par condensation de vapeur .

« La nanotechnologie a un rôle énorme à jouer dans la résolution de nombreux problèmes à l'heure actuelle. Prenons l'exemple des émulsions huile-eau. Passer au « nano » avec des tailles de gouttelettes peut faire une énorme différence dans la durée de conservation de nombreux produits à base d'émulsions comme les cosmétiques, produits alimentaires, l'administration de médicaments, et de nombreuses industries de plusieurs milliards de dollars. Généralement, les molécules de surfactant sont utilisées pour empêcher les gouttes de se rassembler. Mais de telles molécules peuvent avoir des effets indésirables dans de nombreux cas. Donc, il y a un intérêt croissant pour la fabrication d'émulsions stabilisées par nanoparticules sans tensioactif, " dit Anand.

Le défi auquel l'équipe a été confrontée était de fabriquer des nanoparticules, émulsions de nano-gouttelettes, appelées émulsions de Pickering. "Faire de telles émulsions avec des gouttelettes à l'échelle nanométrique a été un très gros défi pendant de nombreuses décennies, " observa Anand.

Dans un précédent ouvrage publié dans Communication Nature , Anand et ses collaborateurs du MIT ont précédemment montré qu'ils pouvaient créer des nanoémulsions où les gouttelettes étaient stabilisées par des tensioactifs. Anand et ses étudiants se sont demandé si la nouvelle technique pouvait potentiellement être utilisée pour fabriquer des nanoémulsions de Pickering, alors ils ont continué à le découvrir.

« Les émulsions peuvent être fabriquées de différentes manières, mais malheureusement ce qui fonctionne pour les tensioactifs, ne fonctionne pas nécessairement avec les nanoparticules. Il n'y avait donc aucune garantie que nous réussirions, " a ajouté Dong Jin Kang, un postdoc travaillant sous la direction d'Anand. "Mais il ressort que la nouvelle technique a réussi à atteindre son objectif."

Le processus consiste à prélever de l'huile et à la refroidir en dessous du point de rosée afin que l'eau se condense sur l'huile et si l'huile a les bonnes propriétés et si elle a une concentration suffisante de nanoparticules, puis les gouttes d'eau s'auto-disperseront dans l'huile et les nanoparticules s'auto-assembleront autour d'elles pour former des nanoémulsions.

"Ce que nous avons montré avec notre travail, c'est que nous avons fabriqué l'une des plus petites nanoémulsions avec des nanoparticules. Ce qui rend tout cela passionnant, c'est que de fabriquer ces émulsions de manière traditionnelle, ils ont dû subir plusieurs étapes. Et ils nécessitent une concentration en particules très élevée pour fabriquer de petites nanoémulsions. Mais nous sommes capables de faire les émulsions en quelques minutes et de les rendre très petites - 10 fois moins de concentration que ce que les personnes précédentes ont essayé de faire, " dit Anand, qui est le directeur du laboratoire Anand Research Group à l'UIC. « Notre technique est très évolutive et peut potentiellement être utilisée à un niveau industriel. Nous avons montré qu'elle est très économe en énergie par rapport aux techniques actuelles de fabrication d'émulsions, et nous avons également pu fournir un cadre sur les différents facteurs qui contrôlent la taille des émulsions."

"Cette technique ouvre de nouvelles portes et opportunités - de la fabrication de membranes aux applications d'administration de médicaments, " a déclaré Hassan Bararnia, un doctorant travaillant sous Anand.

« Nous pouvons appliquer ces émulsions dans d'autres domaines et cela peut avoir un impact sur de nombreuses industries – les possibilités sont immenses. À l'heure actuelle, nous avons utilisé de simples nanoparticules de silice, mais nous pouvons utiliser différents types de nanoparticules telles que les nanoparticules organiques/inorganiques core-shell, " a ajouté Kang.

Anand est d'accord, mais j'avais ceci à dire, « Les possibilités sont là, mais c'est aussi le cas des défis et c'est là que réside toute l'excitation – à les surmonter !"

Dans un ouvrage connexe récemment paru dans la revue Nanoéchelle , titré Synthèse de nanoparticules via des précurseurs de vapeur bouillonnante dans des liquides en vrac , Kang et Anand ont développé une nouvelle façon de fabriquer des nanoparticules simples et complexes.

"Le principal avantage de notre technique est que nous pouvons fabriquer des particules complexes de propriétés uniformes, en l'absence de réactions secondaires et ajuste très bien l'épaisseur de la coque autour des nanoparticules, " dit Anand.

Le travail d'Anand et de son équipe attire l'attention de leurs pairs de la communauté scientifique du monde entier.

"L'article du Dr Anand et de ses collègues sur les nanoémulsions stabilisées par des particules colloïdales est très nouveau et opportun, " a déclaré le Dr Bernard Binks, professeur de chimie physique à l'Université de Hull au Royaume-Uni, et un expert de renommée mondiale sur le sujet des émulsions de Pickering. « Les méthodes de fragmentation pour briser les gouttelettes en gouttelettes submicroniques se sont révélées très difficiles. Ce travail commence à partir de la vapeur d'eau moléculaire et fait croître les gouttelettes à des tailles définies en partie par la concentration des particules. Il sera d'un grand intérêt pour les scientifiques et les chercheurs de l'industrie. , trop."