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Écrit par Dr Fabio Lisi
Évalué par Dr Alidad Amirfazli
Revu: 28
This is a practical guide to Surface Science for researchers working in the Biotechnology Industry.
Dans ce tout nouveau guide, vous apprendrez tout sur :
Plongeons dans le vif du sujet.
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.
Young – Méthode Laplace
Méthode polynomiale
Angle de contact dynamique
Idéalement, lorsque nous plaçons une goutte sur une surface solide, il existe un angle unique entre le liquide et la surface solide. Nous pouvons calculer la valeur de cet angle de contact idéal (ce qu’on appelle l’angle de contact de Young) à l’aide de l’équation de Young. En pratique, en raison de la géométrie de surface, de la rugosité, de l’hétérogénéité, de la contamination et de la déformation, la valeur de l’angle de contact sur une surface n’est pas nécessairement unique mais se situe dans une plage. Nous appelons les limites supérieure et inférieure de cette plage l’angle de contact qui avance et l’angle de contact qui s’éloigne, respectivement. Les valeurs des angles d’avancement et de recul des angles de contact pour une surface solide sont également très sensibles. Ils peuvent être affectés par de nombreux paramètres, tels que la température, l’humidité, l’homogénéité et la contamination infime de la surface et du liquide. Par exemple, les angles de contact d’avancement et de recul d’une surface peuvent différer à différents endroits.
Les surfaces et les revêtements pratiques présentent naturellement une hystérésis d’angle de contact, indiquant une gamme de valeurs d’équilibre. Lorsque nous mesurons les angles de contact statiques, nous obtenons une seule valeur dans cette plage. S’appuyer uniquement sur des mesures statiques pose des problèmes, tels qu’une mauvaise répétabilité et une évaluation incomplète de la surface en ce qui concerne l’adhérence, la propreté, la rugosité et l’homogénéité.
Dans les applications pratiques, nous devons comprendre la facilité d’étalement du liquide (angle d’avancement) et la facilité d’évacuation (angle de retrait) d’une surface, comme dans la peinture et le nettoyage. La mesure des angles d’avancement et de recul offre une vue holistique de l’interaction liquide-solide, contrairement aux mesures statiques, qui produisent une valeur arbitraire dans la plage.
Ces informations sont cruciales pour les surfaces du monde réel avec des variations, une rugosité et une dynamique, aidant des industries telles que les cosmétiques, la science des matériaux et la biotechnologie à concevoir des surfaces efficaces et à optimiser les processus.
Découvrez comment la mesure de l’angle de contact est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de contact, lisez notre mesure de l’angle de contact : le guide définitif
Cette propriété mesure la force qui agit à la surface d’un liquide, dans le but de minimiser sa surface.
Tension superficielle dynamique
La tension superficielle dynamique diffère de la tension superficielle statique, qui fait référence à l’énergie de surface par unité de surface (ou à la force agissant par unité de longueur le long du bord d’une surface liquide).
La tension superficielle statique caractérise l’état d’équilibre de l’interface liquide, tandis que la tension superficielle dynamique tient compte de la cinétique des changements à l’interface. Ces changements peuvent impliquer la présence de tensioactifs, d’additifs ou de variations de température, de pression et de composition à l’interface.
La tension superficielle dynamique est essentielle pour les processus qui impliquent des changements rapides à l’interface liquide-gaz ou liquide-liquide, tels que la formation de gouttelettes et de bulles ou la coalescence (changement de surface), le comportement des mousses et le séchage des peintures (changement de composition, par exemple, évaporation du solvant). Nous le mesurons en analysant la forme d’une gouttelette suspendue au fil du temps.
La tension superficielle dynamique s’applique à diverses industries, notamment les cosmétiques, les revêtements, les produits pharmaceutiques, la peinture, l’alimentation et les boissons, ainsi que les processus industriels, où la compréhension et le contrôle du comportement des interfaces liquides sont essentiels pour la qualité du produit et l’efficacité des processus.
Apprenez comment la mesure de la tension superficielle est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de la tension superficielle : le guide définitif
Découvrez comment la mesure de l’énergie de surface est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’énergie de surface, lisez notre mesure de l’énergie de surface : le guide définitif
L’angle de glissement mesure l’angle auquel un film liquide glisse sur une surface solide. Il est couramment utilisé pour évaluer la résistance au glissement d’une surface.
Apprenez comment la mesure de l’angle de glissement est effectuée sur notre tensiomètre
Pour une compréhension plus complète de la mesure de l’angle de glissement, lisez notre Mesure de l’angle de glissement : le guide définitif
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 vous êtes intéressé par la mise en œuvre de ces applications ou de toute autre application, veuillez nous contacter.
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.
Nous espérons que ce guide vous a montré comment appliquer la science des surfaces dans l’industrie cosmétique.
Maintenant, nous aimerions vous céder la parole :
Droplet Lab a été fondé en 2016 par le Dr Alidad Amirfazli, membre du corps professoral de l’Université York, et deux de ses chercheurs, le Dr Huanchen Chen et le Dr Jesus L. Muros-Cobos.
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