Forskare vid University of Tokyo har tagit fram en metod för att följa gelningen av kolloidala geler. Deras konfokalmikroskopiteknik har gjort det möjligt att analysera de olika stadierna av processen, leder till insikter om deras mekaniska stabilitet. Förhoppningen är att den förståelse som uppnås med denna teknik kommer att bidra till utvecklingen av kolloidala geler inom de många områden där de påverkar vardagen, från läkemedel till konstruktion.

Många kosmetika, läkemedel, livsmedelsprodukter och till och med byggmaterial består av kolloidala geler, och som resultat, kolloidalerna studeras brett. Dock, hittills, forskningsmetoder har inte kunnat följa hela gelningsprocessen. Nu, forskare vid University of Tokyo har använt konfokalmikroskopi för att analysera processen i realtid med en partikelupplösning. Deras resultat publiceras i Vetenskapens framsteg .

Kolloidala geler består av två faser sammanflätade med varandra:ett fast partikelnätverk och ett flytande lösningsmedel. Resultatet är mjuka och fasta material med unika egenskaper, inklusive elasticitet och mekanisk stabilitet, vilket gör dem attraktiva val för många applikationer. Även om dessa fastigheter har aktiverats kommersiellt, de förklaras inte fullständigt av den teoretiska förståelse som har förvärvats hittills.

"Att studera kolloidala geler som redan är bildade innebär att själva gelningsprocessen förblir något av en svart låda, ", förklarar Hideyo Tsurusawa en av studiens ledande författare.

Medförfattare Mathieu Leocmach säger, "Genom att etablera en metod som gör att vi kan följa kinetiken för hela gelningsprocessen, vi har fått ny insikt om ursprunget till kolloidala gelers karakteristiska egenskaper. Att förstå de individuella stadierna av gelning har gjort det möjligt för oss att visa en direkt koppling mellan den mekaniska stabiliteten hos geler och isostatiska strukturer."

Isostatiska strukturer är partiklar eller kluster som upplever balanserade krafter. Forskarna fann att punkten i gelningsprocessen när soliditet uppträder motsvarar punkten för isotropisk perkolering av isostatiska strukturer genom gelén. Deras jämförelse av skillnaderna i perkolationsbeteende mellan låg- och högkoncentrationsgeler antydde att den rymdövergripande perkoleringen av isostatiska strukturer är direkt kopplade till mekanisk stabilitet.

"Realtidsnaturen och upplösningen av vår teknik har resulterat i en djup förståelse som tidigare inte var möjlig, ", förklarar studiens motsvarande författare Hajime Tanaka. "Vi hoppas att den förbättrade insikten kommer att vara användbar för forskare som arbetar med att ta itu med komplexa mekaniska och reologiska problem inom det breda spannet av kolloidala gelapplikationer."