英文原题：
Pickering Emulsions Stabilized by Binary Mixtures of Colloidal Particles: Synergies between Contrasting Properties
通讯作者：魏涛，香港中文大学化学系
作者： Liangdong Liu (刘梁栋), To Ngai (魏涛)
封面
背景介绍
由胶体颗粒而非表面活性剂稳定界面的皮克林乳液因其广泛的应用前景与优异性能而受到人们的广泛关注。过去，人们通常只使用单一种类的胶体颗粒来稳定乳液。然而，这通常需要引入特定的改性步骤来调控胶体颗粒的表面性质以达到理想的湿润性，如化学接枝改性、表面活性剂/高分子吸附、添加电解质等。这个过程费时且成本高昂，并且只对特定情况有效。此外，随着人们对可持续性、环境友好性、碳排放等话题的关注度日益提升，生物基活性材料已被广泛应用于皮克林乳液体系中。人们迫切需要新的方法使这些生物材料能够在保证其活性的前提下获得适当的亲/疏水性以稳定界面，进而赋予最终的皮克林乳液特定的性能。因此，一个简便、高效、温和、普适的新策略是十分必要的。因此，我们提出双重胶体颗粒稳定乳液体系中液/液界面的新思路，这可能是上述问题的有效解决方案，可以用于探索开发下一代的皮克林乳液。此外，不同粒子之间的相互作用还能够显著提高乳液的稳定性等性质。最后，我们还展望了其他可能的粒子组合，如不同尺寸的颗粒以及不同机械性能的颗粒的组合。
图1. 双重粒子稳定体系的优点与分类
文章亮点
近日，香港中文大学化学系魏涛教授在 Langmuir 上发表了双重胶体粒子共同稳定的皮克林乳液的观点文章（Perspective)。相较于普通的由单一粒子稳定的皮克林乳液，双重胶体粒子共同稳定的皮克林乳液可以有效避免复杂的表面改性步骤，赋予乳液更为优异功能性、稳定性和可定制性。在这篇观点文章中，作者介绍了现有的一些双重粒子稳定的皮克林乳液体系，包括不同官能粒子、相反电性粒子、相反润湿性粒子（亲水粒子与疏水粒子），并讨论了他们的稳定机理。
文章首先介绍了单纯由不同官能颗粒共同稳定的皮克林乳液。通常而言，将多种不同的官能团同时修饰到同一粒子上的难度远大于将多个官能团分别修饰到不同的粒子上。因此，由不同官能颗粒同时稳定界面的方法可以显著降低多功能皮克林乳液中胶体粒子的制备难度，有利于扩展皮克林乳液的应用范围。
另一类双重粒子稳定皮克林乳液的类型为使用相反电荷的粒子作为稳定剂。迄今为止，已有不少文献报道并研究了这一类乳液中界面上相反电荷粒子间的相互作用。根据不同的粒子和乳液类型，人们发现相反电荷的粒子在界面上会有多种排布形式，表现为单层随机排布、双层排布或是多层排布（如图二）。多个文献指出，相反电荷之间的相互作用可以显著提高乳液的稳定性，甚至给予皮克林乳液超稳定性。
图2. 相反电荷粒子共同稳定乳液的不同排布类型：A）单层排布1；B）多层排布2；C）双层排布3
使用相反润湿性的粒子（亲水粒子与疏水粒子）来共同稳定界面也是一种可行的办法。界面上相反湿润性粒子之间相互作用机的研究还不是特别透彻，不过在为数不多的报道中都认为这种相互作用涉及到与界面弧度相关的毛细管力。根据模拟计算的结果，当两个相反湿润性的粒子逐渐靠近时，这二者之间的能量会先上升而后下降，进而形成一个能垒（如图三a）。这个结论为亲疏水粒子共同稳定皮克林乳液提供了理论基础。我们课题组曾使用负载了酶的亲水微凝胶颗粒与疏水二氧化硅颗粒共同稳定了油包水型皮克林乳液。结果表明，添加疏水二氧化硅反而能促进亲水微凝胶颗粒被吸附到水/油界面上，提高了体系的催化活性（如图三b-e）。使用相反润湿性的粒子共同稳定皮克林乳液的报道并不多见，不过我们仍然可以相信这是一条有效且具有前景的新策略。
图3. a）在界面附近具有相同直径的疏水(A)和亲水(B)粒子之间的相互作用的。插图显示了两个粒子在界面上的位置，永久偶极子(实箭头)和诱导偶极子(虚线箭头)的相对方向4；b-e）负载了酶的亲水微凝胶颗粒与疏水二氧化硅颗粒共稳定的 Pickering乳液：b）乳液制备及结构示意图；c-e）不同放大倍数下乳状液液滴的光学显微镜图像，e）中白色颗粒为微凝胶颗粒，黑色颗粒为二氧化硅颗粒。5
总结/展望
目前，现有的胶体粒子表面修饰技术已经难以满足人们在皮克林乳液上的应用需求，而当前的一些解决办法（如表面活性剂原位修饰等）也有其局限性。为了解决上述问题，我们发现使用两种不同胶体粒子来同时稳定皮克林乳液是一条可行的策略。这种方法可以在简化胶体颗粒预处理难度的同时显著提高乳液稳定性、可定制性，进而赋予其更高的功能性。文章总结了现有的一些双重粒子稳定乳液的例子，包括不同官能粒子、相反电性粒子、相反润湿性粒子（亲水粒子与疏水粒子），并讨论了他们的稳定机理。此外，文章还展望了其他潜在的粒子组合，如不同软硬度的粒子和不同大小的粒子。尽管总体来讲使用双重胶体粒子来稳定皮克林乳液的报道并不多见，但仍可以相信这种方法能够用于设计开发下一代皮克林乳液，扩展其应用前景。
相关论文发表在 Langmuir 上，香港中文大学博士研究生刘梁栋为文章的第一作者， 魏涛教授为通讯作者。
参考文献：
1. Langmuir 2015, 31, 41, 11200−11208
2. Langmuir 2018, 34, 51, 15795−15803
3. Chem. Commun. 2020, 56 ,90, 14011−14014
4. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 13, 138301
5. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 4, 4989−4997
作者信息
魏涛，香港中文大学化学系教、理学院助理院长（研究）、皇家化学会会士，分别于1999年与2003年于香港中文大学化学系获得学士（一等荣誉）学位与博士学位。2003年赴德国巴斯夫公司（路德维希港）从事两年博士后工作。他于2005年在美国明尼苏达大学化学系接受短期博士后培训，之后于2006年加入香港中文大学化学系担任研究助理教授。他于2008年被任命为助理教授，并于2012年晋升为副教授，2017年提拔为教授。他目前的研究兴趣集中在胶体、表面化学、聚合物和软物质等方向。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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