Fizyka w mikroskali, czyli o kroplach Pickeringa, mikrokapsułkach oraz strukturach liquid marbles

• Autorzy: Kubiak Tomasz

Warianty tytułu

EN

Physics on a microscale. Pickering droplets, microcapsules and liquid marbles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Mikrostruktury typu rdzeń-powłoka ze względu na ogromny potencjał aplikacyjny są coraz powszechniej wytwarzane i badane przez fizyków. Szczególne zainteresowanie budzą sferyczne obiekty złożone z ciekłego rdzenia i zaadsorbowanych na jego powierzchni cząstek stałych, które tworzą otoczkę. Tak zbudowane krople Pickeringa, mikrokapsułki oraz struktury liquid marbles zdolne są do bezpiecznego transportowania i kontrolowanego uwalniania substancji aktywnych, w tym leków przeciwnowotworowych. W niniejszym artykule przedstawiono metodę, wykorzystującą pole elektryczne do formowania kropli Pickeringa zarówno z powłoką jednorodną, jak i heterogeniczną (janusową oraz łaciatą). Omówiono również sposób wzmacniania pokrycia wspomnianych kropli w celu uzyskania mikrokapsułek oraz strategię kontrolowanego wyzwalania ich zawartości z wykorzystaniem bodźca ultradźwiękowego. W ostatniej części tekstu przybliżono metody formowania i funkcjonalizowania struktur liquid marbles.

EN

Core-shell microstructures due to their great application potential are increasingly produced and studied by physicists. Spherical objects composed of a liquid core and solid particles adsorbed on its surface and forming a shell are of particular interest. Pickering droplets, microcapsules and liquid marbles that have such a structure are capable of safely transporting and controlled release of active substances, including anticancer drugs. This article presents an electric field based method of forming Pickering droplets both with a homogeneous and heterogeneous (Janus and patchy) coating. The method of strengthening the shells of the mentioned droplets in order to obtain microcapsules and the strategy of controlled release of their content using an ultrasonic stimulus are also discussed. The last part of the text shows the techniques of forming and functionalizing liquid marbles.

Słowa kluczowe

PL

krople Pickeringa; mikrokapsułki; kontrolowane wyzwalanie; ultradźwięki; liquid marbles; marble

EN

Pickering droplets; microcapsules; controlled release; ultrasound; liquid marbles

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Fizyczne
• Czasopismo: Postępy Fizyki
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 75, z. 2
• Strony: 17--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., fot.

Twórcy

autor

Kubiak Tomasz

• Akademia Nauk Stosowanych im. H. Cegielskiego w Gnieźnie

• https://orcid.org/0000-0002-6991-6127

Bibliografia

• [1] Kubiak T., Polymeric capsules and micelles as promising carriers of anticancer drugs, Polymers in Medicine 52(1), 37-50 (2022) (DOI: 10.17219/pim/145513).
• [2] Yang Y., Fang Z., Chen X., Zhang W., Xie Y., Chen Y., Liu Z., Yuan W., An Overview of Pickering Emulsions: Solid-Particle Materials, Classification, Morphology, and Applications, Frontiers in Pharmacology 8, 287 (2017) (DOI: 10.3389/fphar.2017.00287).
• [3] Pal R., A simple model for the viscosity of Pickering emulsions, Fluids 3, 2 (2018) (DOI: 10.3390/fluids3010002).
• [4] Rozynek Z., Bielas R., Józefczak A., Efficient formation of oil-in-oil Pickering emulsions with narrow size distributions by using electric fields, Soft Matter 14, 5140-5149 (2018) (DOI: 10.1039/C8SM00671G).
• [5] Kubiak T., Banaszak J., Józefczak A., Rozynek Z., Direction-Specific Release from Capsules with Homogeneous or Janus Shells Using an Ultrasound Approach, ACS Applied Materials & Interfaces 12(13), 15810-15822 (2020) (DOI:10.1021/acsami.9b21484).
• [6] Kubiak T., Zubko M., Józefczak A., The impact of ultrasound on Janus capsules at gel-liquid interface, Current Applied Physics 38, 22-29 (2022) (DOI: 10.1016/j.cap.2022.03.008).
• [7] Kubiak T., Zubko M., Józefczak A., Ultrasoundtriggered directional release from turmeric capsules, Particuology 57, 19-27 (2021) (DOI: 10.1016/j.partic.2020.12.010).
• [8] Rozynek Z., Mikkelsen A., Dommersnes P., Fossum J.O., Electroformation of Janus and patchy capsules, Nature Communications 5, 3945 (2014) (DOI: 10.1038/ncomms4945).
• [9] Rodriguez A.M.B, Binks B.P., Capsules from Pickering emulsion templates, Current Opinion in Colloid & Interface Science 44, 107-129 (2019) (DOI: 10.1016/j.cocis.2019.09.006).
• [10] Stavarache C.E., Paniwnyk L., Controlled rupture of magnetic LbL polyelectrolyte capsules and subsequent release of contents employing high intensity focused ultrasound, Journal of Drug Delivery Science and Technology, 45, 60-69 (2018) (DOI: 10.1016/j.jddst.2018.02.011).
• [11] Urbas R., Milošević R., Kašiković N., Pavlović Ž., Elesini U.S., Microcapsules application in graphic arts industry: a review on the state-of-the-art, Iranian Polymer Journal (English Edition) 26 541-561 (2017) (DOI: 10.1007/s13726-017-0541-1).
• [12] Liu T.Y., Huang T.C., A novel drug vehicle capable of ultrasound-triggered release with MRI functions, Acta Biomaterialia 7, 3927-3934 (2011) (DOI: 10.1016/j.actbio.2011.06.038).
• [13] Quarato C.M.I. Lacedonia D., Salvemini M., Tuccari G., Mastrodonato G., Villani R., Fiore L.A., Scioscia G., Mirijello A., Saponara A., Sperandeo M., A Review on Biological Effects of Ultrasounds: Key Messages for Clinicians, Diagnostics 13, 855 (2023) (DOI: 10.3390/diagnostics13050855).
• [14] Leibacher I., Reichert P., Dual J., Microfluidic droplet handling by bulk acoustic wave (BAW) acoustophoresis, Lab on a Chip 15, 2896-2905 (2015) (DOI: 10.1039/c5lc00083a).
• [15] Møller P.C.F., Oddershede L.B., Quantification of droplet deformation by electromagnetic trapping, Europhysics Letters 88, 48005 (2009) (DOI: 10.1209/0295-5075/88/48005).
• [16] Kubiak T., Wykorzystanie pokryć z poli(glikolu etylenowego) i chitozanu do zapewnienia biokompatybilności nanocząstkom w aplikacjach biomedycznych, Polimery w Medycynie 44(2), 119-127 (2014).
• [17] Bielas R., Kubiak T., Kopčanský P., Šafařík I., Józefczak A., Tunable particle shells of thermoresponsive liquid marbles under alternating magnetic field, Journal of Molecular Liquids 391, 123283 (2023) (DOI: 10.1016/j.molliq.2023.123283).
• [18] Bielas R., Kubiak T., Molcan M., Dobosz B., Rajnak M., Józefczak A., Biocompatible hydrogelased liquid marbles with magnetosomes, Materials 17(1), 99 (2024) (DOI: 10.3390/ma17010099).
• [19] Sun Y., Zheng Y., Liu C., Zhang Y., Wen S., Song L., Zhao M., Liquid marbles, floating droplets: preparations, properties, operations and applications, RSC Advances, 12, 15296-15315 (2022) (DOI: 10.1039/D2RA00735E).
• [20] Avramescu R.E, Ghica M.V., Dinu-Pîrvu C., Udeanu D. I., Popa L., Liquid Marbles: From Industrial to Medical Applications, Molecules 23, 1120 (2018) (DOI: 10.3390/molecules23051120).