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Escrito por Dr Fabio Lisi
Reseña escrita por Dr. Alidad Amirfazli
Revisado: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Biotechnology Industry.
En esta nueva guía aprenderás todo sobre:
Vamos a sumergirnos en ello.
In the biotech industry, we measure contact angle, surface energy, and surface tension to evaluate the wettability and surface properties of materials. These measurements significantly impact various applications, including drug delivery systems, biomaterials, tissue engineering, and diagnostic devices. By understanding the interfacial behavior and surface characteristics, we can optimize the performance, reliability, and biocompatibility of biotech products.
We use the important surface properties below to understand the behavior of Biotechnology products and improve their quality.
Joven – Método Laplace
Método polinómico
Ángulo de contacto dinámico
Idealmente, cuando colocamos una gota sobre una superficie sólida, existe un ángulo único entre el líquido y la superficie sólida. Podemos calcular el valor de este ángulo de contacto ideal (el llamado ángulo de contacto de Young) utilizando la ecuación de Young. En la práctica, debido a la geometría de la superficie, la rugosidad, la heterogeneidad, la contaminación y la deformación, el valor del ángulo de contacto en una superficie no es necesariamente único, sino que se encuentra dentro de un rango. Llamamos a los límites superior e inferior de este rango el ángulo de contacto de avance y el ángulo de contacto de retroceso, respectivamente. Los valores de los ángulos de contacto de avance y retroceso para una superficie sólida también son muy sensibles. Pueden verse afectados por muchos parámetros, como la temperatura, la humedad, la homogeneidad y la contaminación diminuta de la superficie y el líquido. Por ejemplo, los ángulos de contacto de avance y retroceso de una superficie pueden diferir en diferentes ubicaciones.
Las superficies y los recubrimientos prácticos muestran naturalmente histéresis de ángulo de contacto, lo que indica un rango de valores de equilibrio. Cuando medimos ángulos de contacto estáticos, obtenemos un solo valor dentro de este rango. Confiar únicamente en mediciones estáticas plantea problemas, como una repetibilidad deficiente y una evaluación incompleta de la superficie con respecto a la adherencia, la limpieza, la rugosidad y la homogeneidad.
En aplicaciones prácticas, necesitamos comprender la facilidad de dispersión del líquido de una superficie (ángulo de avance) y la facilidad de eliminación (ángulo de retroceso), como en la pintura y la limpieza. La medición de los ángulos de avance y retroceso ofrece una visión holística de la interacción líquido-sólido, a diferencia de las mediciones estáticas, que arrojan un valor arbitrario dentro del rango.
Esta información es crucial para las superficies del mundo real con variaciones, rugosidad y dinámica, lo que ayuda a industrias como la cosmética, la ciencia de los materiales y la biotecnología a diseñar superficies efectivas y optimizar los procesos.
Aprenda cómo se realiza la medición del ángulo de contacto en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición del ángulo de contacto, lea nuestra medición del ángulo de contacto: la guía definitiva
Esta propiedad mide la fuerza que actúa sobre la superficie de un líquido, con el objetivo de minimizar su superficie.
Tensión superficial dinámica
La tensión superficial dinámica difiere de la tensión superficial estática, que se refiere a la energía superficial por unidad de área (o fuerza que actúa por unidad de longitud a lo largo del borde de una superficie líquida).
La tensión superficial estática caracteriza el estado de equilibrio de la interfaz líquida, mientras que la tensión superficial dinámica explica la cinética de los cambios en la interfaz. Estos cambios podrían implicar la presencia de tensioactivos, aditivos o variaciones en la temperatura, la presión y la composición en la interfaz.
La tensión superficial dinámica es esencial para los procesos que implican cambios rápidos en la interfaz líquido-gas o líquido-líquido, como la formación de gotas y burbujas o la coalescencia (cambio de área superficial), el comportamiento de las espumas y el secado de pinturas (cambio de composición, por ejemplo, evaporación del solvente). Lo medimos analizando la forma de una gota colgante a lo largo del tiempo.
La tensión superficial dinámica se aplica a diversas industrias, incluidas las cosméticas, los recubrimientos, los productos farmacéuticos, la pintura, los alimentos y las bebidas, y los procesos industriales, donde la comprensión y el control del comportamiento de las interfaces líquidas son esenciales para la calidad del producto y la eficiencia del proceso.
Aprenda cómo se realiza la medición de la tensión superficial en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición de la energía superficial, lea nuestra medición de la tensión superficial: la guía definitiva
Aprenda cómo se realiza la medición de la energía superficial en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición de la energía superficial, lea nuestra medición de la energía superficial: la guía definitiva
El ángulo de deslizamiento mide el ángulo en el que una película líquida se desliza sobre una superficie sólida. Se emplea comúnmente para evaluar la resistencia al deslizamiento de una superficie.
Aprenda cómo se realiza la medición del ángulo de deslizamiento en nuestro tensiómetro
Para una comprensión más completa de la medición del ángulo de deslizamiento, lea nuestra medición del ángulo de deslizamiento: la guía definitiva
Within the Biotechnology industry, several case studies exemplify the advantages of conducting surface property measurements.
Glycolipid biosurfactants from yeast represent a sustainable innovation in chemical production. Various industries, from food to cosmetics, rely on these surfactants. Crucially, dissolved oxygen plays a key role in their synthesis. It provides microorganisms with sufficient oxygen and creates the ideal environment for proper growth. Therefore, membranes that monitor dissolved oxygen levels must achieve the right balance: hydrophobic enough to repel cell debris but not so hydrophobic that they trap air bubbles. Researchers use tools like the tensiometer developed by Droplet Lab to assess the surface properties of these membranes and the fermentation solution, ensuring a seamless and precise production process.
Medical implants, scaffolds, and biosensors are transforming our lives and becoming everyday reality. Understanding how different biomaterial surfaces interact with water, either attracting (hydrophilic) or repelling (hydrophobic) it, is crucial. This knowledge directly impacts everything from cell adhesion to tissue regeneration. For example, by carefully adjusting the surface energy and roughness of a substrate, we can significantly enhance cell growth. Surface tension plays a key role in fabricating hybrid materials. We can combine 3D printed polymers with cell-laden hydrogels to create fully biocompatible, 3D structures of living tissues. This innovative approach utilizes surface-wetting forces to suspend liquid films across the openings of a mesh, which can then be converted into a solid coating or hydrogel.
It’s easy to dismiss nanoparticles as insignificant due to their small size, but looks can be deceiving. Despite their tiny size, they’re revolutionizing the biotech industry with their remarkable versatility. Their large surface area to volume ratio, coupled with adjustable surface chemistry, makes them ideal for drug delivery systems. Take glaucoma treatment, for example. Both the medication itself and its delivery method play crucial roles in its effectiveness. By analyzing contact angles, researchers can precisely control how drug-loaded nanoparticles interact with the eye’s surface. This leads to optimized formulations that not only improve patient outcomes but also ensure sustained and efficient drug delivery.
Modern bioprocesses offer fascinating journeys, transforming raw materials into potentially life-saving drugs or vital enzymes. However, the initial stages often present inclusion bodies or crystals. These bioprocesses create a complex liquid phase, a melting pot of diverse bioparticles ranging from cell debris and whole cells to particulate biocatalysts and by-products. Separating these valuable entities from the surrounding other particles is no easy feat, with the contact angle of each bioparticle playing a crucial role in this purification process.
Surface properties take center stage here, as a particle’s surface dictates its interactions with its environment. This is where our tools come into play, providing researchers with the detailed insights needed to optimize the purification process. For example, drying and re-dispersing these particles present significant challenges. Without understanding the capillary forces at play – forces directly influenced by surface tension – particles can easily aggregate or films can crack. By providing precise measurements, we empower researchers to avoid these pitfalls and achieve the highest possible product quality.
Si está interesado en implementar estas u otras aplicaciones, póngase en contacto con nosotros.
In an industry where precision reigns supreme, where do Biotechnology manufacturers turn to ensure their products can survive scrutiny? The answer lies in standards and guidelines: the compass that guides cosmetics manufacturers through the complex maze of quality and performance.
This standard is applicable to measure the critical surface tension of substrates, primers, and other coatings. The measurements are based on the observation of wetting and dewetting of different liquids applied to the targeted surface.
It provides a procedure for the characterization of the wettability of surfaces by applying contact angle measurements.
Determination of interfacial tension — Drop volume method. It provides a method to measure the interfacial tension between two liquids. Interfacial tension is essential for formulating stable emulsions and suspensions of drugs and other bioactive compounds, as well as affecting cell culture processes, especially in bioreactor systems.
The purpose of this standard is to establish broad criteria that ensure the quality of measurement processes, resulting in precise and reliable readings. It also provides general guidelines for the appropriate training of personnel involved in measurements. It should be noted that this standard does not specify specific acceptable tolerances. Instead, its primary focus is to assist laboratories in developing and implementing quality processes by emphasizing critical factors necessary for accurate measurements and promoting effective training practices for personnel involved in taking measurements.
Esperamos que esta guía te haya enseñado cómo aplicar la ciencia de superficies en la industria cosmética.
Ahora nos gustaría entregárselo a usted:
Droplet Lab fue fundado en 2016 por el Dr. Alidad Amirfazli, miembro de la facultad de la Universidad de York, y dos de sus investigadores, el Dr. Huanchen Chen y el Dr. Jesús L. Muros-Cobos.
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