Onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben een methode bedacht om de gelering van colloïdale gels te volgen. Hun confocale microscopietechniek heeft het mogelijk gemaakt om de verschillende stadia van het proces te analyseren, wat leidt tot inzicht in hun mechanische stabiliteit. Het is te hopen dat het begrip dat met deze techniek is verkregen, zal bijdragen aan de ontwikkeling van colloïdale gels op de vele gebieden waarop ze het dagelijks leven beïnvloeden, van farmaceutica tot bouw.

Veel cosmetica, geneesmiddelen, voedingsproducten en zelfs bouwmaterialen bestaan ​​uit colloïdale gels, en als een resultaat, colloïden worden veel bestudeerd. Echter, daten, onderzoeksmethoden zijn niet in staat geweest om het volledige geleringsproces te volgen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Tokio hebben confocale microscopie gebruikt om het proces in realtime te analyseren met een resolutie van één deeltje. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Colloïdale gels bestaan ​​uit twee met elkaar verweven fasen:een netwerk van vaste deeltjes en een vloeibaar oplosmiddel. Het resultaat zijn zacht-vaste materialen met unieke eigenschappen, inclusief elasticiteit en mechanische stabiliteit, waardoor ze aantrekkelijke keuzes zijn voor tal van toepassingen. Hoewel deze eigendommen commercieel zijn gekapitaliseerd, ze worden niet volledig verklaard door het theoretische inzicht dat tot nu toe is verworven.

"Het bestuderen van colloïdale gels die al zijn gevormd, betekent dat het feitelijke geleringsproces een beetje een zwarte doos blijft, ", legt een van de toonaangevende auteurs van het onderzoek Hideyo Tsurusawa uit.

Co-auteur Mathieu Leocmach zegt:"Door een methode vast te stellen waarmee we de kinetiek van het volledige geleringsproces kunnen volgen, we hebben nieuw inzicht gekregen in de oorsprong van de karakteristieke eigenschappen van colloïdale gels. Door de afzonderlijke stadia van gelering te begrijpen, hebben we een direct verband kunnen aantonen tussen de mechanische stabiliteit van gels en isostatische structuren."

Isostatische structuren zijn deeltjes of clusters die gebalanceerde krachten ervaren. De onderzoekers ontdekten dat het punt in het geleringsproces waarop stevigheid verschijnt, overeenkomt met het punt van isotrope percolatie van isostatische structuren door de gel. Hun vergelijking van de verschillen in percolatiegedrag tussen gels met een lage en hoge concentratie suggereerde dat de ruimte-overspannende percolatie van isostatische structuren direct verband houdt met mechanische stabiliteit.

"De real-time aard en resolutie van onze techniek hebben geresulteerd in een diepgaand begrip dat voorheen niet haalbaar was, " studie corresponderende auteur Hajime Tanaka legt uit. "We hopen dat het verbeterde inzicht nuttig zal zijn voor onderzoekers die werken aan het aanpakken van complexe mechanische en reologische problemen in de brede reeks van colloïdale geltoepassingen."