综述:二元聚合物乳液的界面结构:利用先进原位探针探究形成与稳定机制

《Current Opinion in Colloid & Interface Science》:Interfacial structure in binary polymer emulsions: probing formation and stabilization mechanisms with advanced in situ probes

【字体: 时间:2025年10月18日 来源:Current Opinion in Colloid & Interface Science 7

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  本综述系统阐述了二元聚合物(BP)乳液体系中多样化界面分布模式(复合型与双层型)的构建策略,重点探讨了如何运用多重光散射(MLS)、扩散波谱(DWS)微流变、前沿表面荧光光谱(FSFS)、三维共聚焦激光扫描显微镜(3D-CLSM)、低温透射电镜(Cryo-TEM)及小角X射线/中子散射(SAXS/SANS)等先进原位表征技术,揭示界面结构与乳液稳定性之间的内在关联,为设计下一代递送系统和智能材料提供了重要见解。

  
复合界面
复合层乳液是通过二元聚合物(BP)策略,在乳化前于水相中通过共价键或非共价分子间相互作用(如氢键、静电相互作用、疏水效应等)预先形成两种聚合物组分的分子复合物,随后该复合物吸附至油水界面,形成结构均一的致密界面层。这种预复合策略使得界面层具有均匀的组成分布,能有效构建抵抗聚结和奥斯特瓦尔德熟化的机械屏障。例如,肌原纤维蛋白/壳聚糖复合物稳定的乳液可实现约19.1 mN/m的界面压力和高达50 mN/m的膨胀模量,展现出卓越的长期稳定性。
双层界面
双层界面乳液则通过逐层(LbL)自组装或外部场诱导组装协议构建。其特点是形成两层结构:BP组分A构成靠近分散相的内层,而BP组分B构成面向连续相的外层。也存在一种反向双层界面,即BP组分B位于内层,A位于外层。这种空间上的精细排布创造了功能梯度的界面架构,使其具备定制的稳定性谱图和特殊的性能属性。与复合界面相比,双层结构在抵抗絮凝和乳析方面表现出优势。
原位表征技术
推动BP乳液技术发展的核心挑战在于如何确凿地将精心设计的界面分布模式与观察到的宏观稳定性及界面结构差异联系起来。传统的非原位方法往往存在局限,因为移除连续相或分散相可能会不可逆地改变脆弱的界面结构。本节重点评述了能够在不干扰体系的情况下解析界面动态的原位表征技术。
多重光散射(MLS)与扩散波谱(DWS)微流变等技术能够实时监测乳液的失稳过程(如絮凝、聚结)并量化界面膜的微观流变特性。前沿表面荧光光谱(FSFS) 可用于探测界面处分子构象的变化。三维共聚焦激光扫描显微镜(3D-CLSM)低温透射电镜(Cryo-TEM) 提供了界面结构的直观形貌信息,后者尤其能保持样品的原始冷冻水合状态。小角X射线/中子散射(SAXS/SANS) 则能在纳米尺度上揭示界面层的厚度、密度起伏等结构参数。这些先进技术的联合应用,为理解BP乳液界面动力学和稳定因子提供了变革性的见解。
结论与展望
本研究系统阐述了BP乳液多样化界面分布模式(复合型与双层型)的构建机制与表征策略。主要结论包括:1)复合层通过均一致密界面建立抵抗聚结和奥斯特瓦尔德熟化的强大机械屏障,而双层结构则能更好地抵抗絮凝和乳析。2)界面分布模式直接影响界面压力、膨胀模量等力学性质,进而决定乳液的宏观稳定性。3)传统表征工具在解析复杂BP界面结构方面存在固有局限,现代原位分析技术至关重要。
未来的研究重点应集中于开发温和、可扩展且可控的界面工程方案,同时推进表征范式的创新,以充分释放BP乳液技术在食品工业、制药和材料科学领域的潜力,特别是在设计下一代递送系统和响应性材料方面。
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