Απεικόνιση λεπτών στοιβάδων με μικροσκόπιο γωνίας Brewster

[Μέθοδος] [Οργανολογία] [Εργασία] [Εικόνες] [Σύνδεσμοι] [Επικοινωνία]

1. Μέθοδος

Η απεικόνιση λεπτών στοιβάδων στη διεπιφάνεια υγρού/αερίου είναι μια σημαντική δυνατότητα για τη μελέτη τέτοιων διφασικών συστημάτων. Υπάρχουν πολλές τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν (π.χ. μικροσκόπιο φθορισμού, μικροσκόπιο ατομικών δυνάμεων (AFM) σε φιλμ τύπου Langmuir-Blodgett (LB), κ.ά.). Πολλές από αυτές τις τεχνικές απαιτούν την εισαγωγή στο σύστημα ουσιών-ινχηθέτη (για παράδειγμα στις τεχνικές φθορισμού συχνά χρειάζεται να προστεθούν φθορίζουσες χρωστικές) ή απαιτείται μια κατάλληλη μεταβολή του προς μελέτη συστήματος (για παράδειγμα στην περίπτωση της χρήσης AFM χρειάζεται ο σχηματισμός ενός φιλμ LB). Παρόλη την αποδεδειγμένη αξία τέτοιων τεχνικών υπάρχει πάντα η αβεβαιότητα κατά πόσο το σύστημα που τελικά μελετάται έχει διατηρήσει την αρχική του κατάσταση.

Η χρήση του μικροσκοπίου Brewster είναι μια τεχνική που επιτρέπει την in situ μελέτη λεπτών φιλμ στις διεπιφάνειες αερίου/υγρού και στερεού/αερίου. Η αρχή αυτής της τεχνικής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Η γωνία Brewster

Για μια δέσμη p-πολωμένου φωτός (p- παράλληλο προς το επίπεδο πρόσπτωσης) υπάρχει μια γωνία πρόσπτωσης θ για την οποία δεν υπάρχει ανακλώμενο φως. Αυτή η γωνία ικανοποιεί τη σχέση εφ(θ) = n_υγρού / n_αερίου, όπου n είναι ο συντελεστής διάθλασης της αντίστοιχης φάσης.

Προσθέτοντας μια λεπτή στοιβάδα μεταξύ των δύο φάσεων οι οπτικές ιδιότητες του συστήματος αλλάζουν και έτσι ένα μικρό ποσό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ανακλάται. Στη γενική περίπτωση η κατάσταση πόλωσης του ανακλώμενου φωτός είναι διαφορετική από αυτή της προσπίπτουσας δέσμης. Το ανακλώμενο φως μπορεί να αναλυθεί από έναν ανιχνευτή, π.χ. μια κάμερα και έτσι μπορεί να κατασκευαστεί η εικόνα της διεπιφάνειας.

αρχή της σελίδας

2. Οργανολογία

Ένα μικροσκόπιο γωνίας Brewster (BAM) αποτελείται από μια πηγή φωτός (laser), ένα ή δύο φίλτρα πόλωσης, το πρώτο εκ των οποίων πολώνει το φως της προσπίπτουσας δέσμης και το δεύτερο χρησιμοποιείται για την εύρεση της κατάστασης πόλωσης του ανακλώμενου τμήματος της ακτινοβολίας, και έναν ανιχνευτή φωτός (π.χ. μια κάμερα).

Το BAM που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία είναι ένα BAM2plus (Nanofilm, Germany) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση πολλών διαφορετικών συστημάτων διεπιφανειών. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το μικροσκόπιο τοποθετήθηκε πάνω από έναν αυτοσχέδιο ζυγό Langmuir κατασκευασμένο από PTFE με κινούμενο πλαίσιο ρομβοειδούς σχήματος. Η όλη κατασκευή τοποθετήθηκε πάνω σε μια αντικραδασμική βάση (Halcyonics).

αρχή της σελίδας

3. Εργασία

Οι εστέρες σακχάρων είναι μια σχετικά νέα τάξη επιφανειακά ενεργών ενώσεων το υδρόφιλο τμήμα των οποίων είναι ένα σάκχαρο. Στα κύρια πλεονεκτήματά τους ανήκουν η πολύ χαμηλή τοξικότητα, τα υψηλά ποσοστά βιοαποικοδόμησης και οι καλές λειτουργικές ιδιότητες που εμφανίζεται να έχουν. Οι πρωτεΐνες του γάλακτος από την άλλη, έχουν μεγάλη σημασία για τη βιομηχανία τροφίμων τόσο λόγω της διατροφικής τους αξίας, όσο και για τις λειτουργικές τους ιδιότητες.

Ο στόχος της εγασίας αυτής ήταν - σε πρώτο στάδιο - να χρησιμοποιήσει το BAM ως συμπληρωματική τεχνική για τη μελέτη μονομοριακών στοιβάδων επιφανειακά ενεργών ενώσεων και - σε ένα δεύτερο στάδιο - να το χρησιμοποιήσει για τη μελέτη μικτών στοιβάδων πρωτεΐνης και επιφανειακά ενεργών ενώσεων, σε μια προσπάθεια να διασαφινιστεί η φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των δυο. Πιστεύεται ότι τα αποτελέσματα της εργασίας αυτής θα είναι χρήσιμα για την μεέτη και κατανόηση και άλλων συστημάτων πρωτεΐνης - επιφανειακών ενεργών ενώσεων.

Η εργασία χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ (FAIR985016) και το BBSRC (24/D11184).

αρχή της σελίδας

4. Εικόνες!

Επιφανειακά ενεργές ενώσεις μικρού μοριακού βάρους, όπως π.χ. οργανικά οξέα με C>7, γενικά σχηματίζουν οπτικά ανισότροπα μονομοριακά στρώματα στην επιφάνεια του νερού. Αυτό μπορεί εύκολα να ελεγχθεί απλώνοντας αραχιδικό οξύ (εικοσανοϊκό οξύ) πάνω σε καθαρό νερό. Ακόμα και σε σχετικά χαμηλή επιφανειακή πίεση η επιφάνεια του νερού είναι καλυμμένη από το τασιενεργό. Οι παρακάτω εικόνες αντιστοιχούν σε φιλμ αραχιδικού οξέος. Και οι δυο εικόνες δείχνουν την ίδια επιφάνεια του φιλμ (το σωματίδιο της σκόνης - μέσα στον άσπρο κύκλο - μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σημείο αναφοράς). Στη εικόνα δεξία ο αναλυτής (το φίλτρο πόλωσης μπροστά από την κάμερα) έχει περιστραφεί, αποκαλύπτοντας νέες περιοχές καλυμμένες από το τασιενεργό.

Το BAM μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε συστήματα μονογλυκεριδίων. Στις παρακάτω εικόνες φαίνεται ένα φιλμ μονοπαλμιτίνης που συμπιέστηκε αργά από τα 0 έως τα 35 mN m^-1 περίπου. Οι εικόνες αντιστοιχούν στα 10, 15, 20, 25, και 30 mN m^-1. Όσο μεγαλύτερη η επιφανειακή πίεση του φιλμ τόσο μεγαλύτερη και η ένταση της ανακλώμενης ακτινοβολίας. Καθώς το φιλμ πλησιάζει στο σημείο κατάρρευσης η αντίθεση στην λαμβανόμενη εικόνα μειώνεται και η παρατήρηση καθαρών επιφανειακά δομών γίνεται αδύνατη.

Οι εστέρες σακχάρων έχουν μια εντελώς διαφορετική δομή από τα παραπάνω τασιενεργά. Η (ελκτική) αλληλεπίδραση μεταξύ των υδρόφοβων τμημάτων τους πρέπει να υπερνικήσει τις ασκούμενες δυνάμεις μεταξύ των ογκοδών, έντονα ενυδατομένων υδρόφιλων τμημάτων τους. Ως αποτέλεσμα, περιοχές έντονα οπτικά ανισότροπες, σαν κι αυτές που παρατηρούνται για άλλα τασιενεργά δε συναντούνται εύκολα σε αυτή την περίπτωση. Οι παρακάτω εικόνες αντιστοιχούν σε ένα φιλμ στεατικής σακχαρόζης. Μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση είναι ότι οι περιοχές του τασιενεργού είναι καθαρά ορατές μόνο σε επιφανειακή πίεση ίση με περίπου 0 mN m^-1. Η πρώτη εικόνα στα αριστερά αντιστοιχεί στην κατάσταση του φιλμ μετά την εξάτμηση του διαλύτη που περιείχε το τασιενεργό. Αμέσως δεξιά το φιλμ εμφανίζεται σε επιφανειακές πιέσεις 15 και 25 mN m^-1 και, τέλος και πάλι στα 0 mN m^-1. Ο κύκλος συμπίεσης/αποσυμπίεσης του φιλμ είχε μια "ομογενοποιητική" επίδραση στην υφή της επιφάνειας!

αρχή της σελίδας

5. Σύνδεσμοι

αρχή της σελίδας

6. Επικοινωνία

Για παραπάνω πληροφορίες μπορείτε να επικοινωνήσετε με τους:

Γοργίας Γαροφαλάκης

Brent S. Murray
Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων, Leeds
Τηλ.: +44-113-2332962
Fax.: +44-113-2332982

αρχή της σελίδας

Πανεπιστήμιο του Leeds

Τμήμα Επιστήμης Τροφίμων

Ομάδα Κολλοειδών

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Τα πνευματικά δικαιώματα του παρόντος ανήκουν στο ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ του LEEDS, τον συγγραφέα αυτού του κειμένου (Γ. Γαροφαλάκης) και τους ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ που συμμετείχαν σε αυτή την εργασία. Οι πληροφορίες που δίδονται εδώ παρέχονται ως έχουν. Οι έχοντες τα πνευματικά δικαιώματα του παρόντος δεν παρέχουν κατά κανένα τρόπο καμμία εγγύηση ως προς την ακρίβεια, την ορθότητα ή την καταλληλότητα του εδώ περιεχομένου για συγκεκριμένες εφαρμογές.

Δημιουργήθηκε από τον Γ. Γαροφαλάκη την 23.05.2002.