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Neue mikrofluidische Methode Emulsionen maßgeschneidert mit Partikeln stabilisieren

| Autor/ Redakteur: Steffen Geisel* / Dr. Ilka Ottleben

Emulsionen sind aus unserem Alltag kaum wegzudenken. Für ihre Stabilität, Textur und Funktion sind Faktoren wie die Größe der Tröpfchen, deren Größenverteilung und die Menge des zugegebenen Emulgators von großer Bedeutung. Doch beim Versuch, partikelstabilisierte Emulsionen definiert und reproduzierbar maßzuschneidern, gelangen klassische Herstellungsverfahren an ihre Grenzen. Eine neue Mikrofluidik-basierte Methode schafft nun erstmals Abhilfe.

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Abb. 1: ETH-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Emulsionstropfen mit einer bestimmten Menge von Partikeln gezielt stabilisieren können.
Abb. 1: ETH-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Emulsionstropfen mit einer bestimmten Menge von Partikeln gezielt stabilisieren können.
(Bild: Gruppe Jan Vermant/ETH Zürich)

Ob die Bodylotion am Morgen oder die Mayonnaise am Abend – in unserem Alltag wimmelt es von Emulsionen. Sie entstehen, wenn zwei nicht mischbare Flüssigkeiten ein Gemisch bilden. Dabei bildet die disperse Phase Tröpfchen, die in der kontinuierlichen Phase verteilt sind. Die beiden Phasen sind typischerweise Wasser und Öl, wobei man zwischen Wasser-in-Öl- und Öl-in-Wasser-Emulsionen unterscheidet. Ein weiterer wichtiger Bestandteil von Emulsionen ist der Stabilisator oder Emulgator. Der Stabilisator lagert sich an der Oberfläche der Tropfen an und verleiht ihnen Stabilität.

Die Sache mit den Emulgatoren: Warum die Mayonnaise misslingt

Klassische Stabilisatoren sind amphiphile Tenside, die aus einem hydrophilen und einem hydrophoben Teil bestehen. Jedoch können auch Partikel, z.B. Siliziumdioxid, verwendet werden. Solche „bewehrte“ Emulsionen werden Pickering-Emulsionen genannt. Wird kein oder die falsche Menge Stabilisator beigegeben, kommt es zu Koaleszenz der Tröpfchen: Die Tröpfchen sind unstabil, verschmelzen miteinander und die beiden Phasen trennen sich. Ein klassisches Beispiel aus dem Alltag ist die Mayonnaise, bei der Öl und Essig gemischt werden und Eigelb als Stabilisator dazu gegeben wird. Wird das Öl zu rasch oder zum falschen Zeitpunkt hinzugefügt, gerinnt die Mayonnaise. Die Tröpfchen sind nicht stabil genug und die Phasen trennen sich.