سید میثم هاشم‌نژاد (عضو گروه Doyle) و همکارانش در دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه MIT یک روش جدید برای ایجاد قطرات بسیار ریز از یک مایع معلق در یک مایع دیگر، که به عنوان نانوامولسیون شناخته می‌شود، ابداع کرده‌اند. چنین امولسیونی شبیه مخلوطی است که هنگام تکان دادن سس سالاد روغن و سرکه شکل می‌گیرد، اما با قطراتی بسیار کوچک‌تر. اندازه کوچک آن‌ها اجازه می‌دهد تا در مدت‌زمان نسبتاً طولانی آن‌ها همچنان پایدار باقی بمانند.
پژوهشگران همچنین راهی پیدا کردند تا به راحتی نانوامولسیون مایع را در هنگام رسیدن به دمای بدن (۳۷ درجه سانتیگراد) به ژل تبدیل کنند، که می‌تواند برای توسعه دارورسانی در هنگام مالیدن روی پوست یا تزریق به بدن مفید باشد. آن‌ها برای اثبات سودمندی بالقوه امولسیون برای دارورسانی نیز نشان دادند که می‌توان ایبوپروفن را به قطرات اضافه نمود.
کاهش انرژی
یکی از ساده‌ترین راه‌های ایجاد امولسیون، افزودن انرژی است. مثل، تکان دادن سس سالاد و یا استفاده از یک همگن‌ساز (homogenizer) برای شکستن توده چربی در شیر. هر چه انرژی بیشتری وارد شود، قطرات کوچک‌تر و پایدارتر خواهند بود. نانوامولسیون‌هایی که حاوی قطراتی با قطر ۲۰۰ نانومتر یا کوچک‌تر هستند مطلوبند، نه تنها به این دلیل که پایداری بیشتری دارند، بلکه چون نسبت مساحت سطح به حجم بالایی دارند، که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا ظرفیت بزرگتری از مواد فعال مانند داروها یا کرم‌های ضدآفتاب را حمل نمایند. در طول چند سال گذشته، آزمایشگاه Doyle روی استراتژی‌های کم انرژی برای ساخت نانوامولسیون کار کرده‌است که می‌تواند این فرآیند را برای تولید صنعتی در مقیاس زیاد آسان‌تر سازد.
مواد شیمیایی پاک‌کننده‌مانند (Detergent-like) که سورفکتانت نامیده می‌شوند، می‌توانند تشکیل امولسیون را تسریع کنند اما بسیاری از سورفکتانت‌هایی که قبلاً برای ایجاد نانوامولسیون مورد استفاده قرار گرفته‌اند مورد تأیید FDA برای استفاده در انسان‌ها نیستند. Doyle و دانشجویانش دو ماده سورفکتانت را انتخاب کردند که بدون بار (uncharged) هستند، که باعث می‌شود کمتر پوست را تحریک کنند و هم اکنون به عنوان افزودنی‌های خوراکی یا آرایشی مورد تأیید FDA است. آن‌ها همچنین مقدار کمی پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG) را اضافه کردند، که یک پلیمر زیست‌سازگار است و برای تحویل دارو استفاده می‌شود و به محلول کمک می‌کند قطرات کوچک‌تر حتی تا حدود ۵۰ نانومتر تشکیل دهد.
Doyle گفت: "با چنین رویکردی، دیگر شما مجبور نیستید انرژی زیادی صرف کنید. در حقیقت، یک میله همزن (stirring bar) آهسته، تقریباً خود به خود این امولسیون‌های فوق‌العاده کوچک را ایجاد می‌کند." مواد تشکیل‌دهنده فعال می‌تواند قبل از تشکیل امولسیون، در فاز روغنی مخلوط شوند، به طوری که آن‌ها در نهایت به قطرات امولسیون تبدیل می‌شوند.
پژوهشگران به محض اینکه یک روش کم انرژی برای ایجاد نانوامولسیون، با استفاده از ترکیبات غیرسمی ایجاد کردند، مرحله‌ای را اضافه کردند که به امولسیون‌ها اجازه می‌دهد وقتی که به دمای بدن می‌رسند به راحتی به ژل تبدیل شوند. آن‌ها با استفاده از پلیمرهای حساس به گرما به نام poloxamers یا Pluronics، که قبلاً توسط FDA تأیید شده و در بعضی از داروها و لوازم آرایشی استفاده می‌شود، به این نتیجه رسیدند.
Pluronics حاوی سه "بلوک" پلیمری است: دو منطقه خارجی آب‌دوست (hydrophilic) هستند در حالی که منطقه میانی، اندکی آب‌گریز (hydrophobic) است. در دمای اتاق، این مولکول‌ها در آب حل می‌شوند اما با قطراتی که امولسیون را تشکیل می‌دهند تعامل چندانی ندارند. با این حال، هنگام گرم شدن، مناطق آب‌گریز به قطرات متصل می‌شوند و آن‌ها را مجبور می‌کنند که کنار هم قرار بگیرند و یک جامد ژلهای ایجاد نمایند. این فرآیند در عرض چند ثانیه پس از گرم شدن امولسیون به دمای لازم اتفاق می‌افتد.
ویژگی‌های قابل تنظیم
پژوهشگران دریافتند با تغییر اندازه قطرات امولسیون، غلظت و ساختار Pluronics که به امولسیون اضافه می‌شوند می‌توانند ویژگی ژل‌ها از جمله دمایی که ماده به یک ژل تبدیل می‌شود را تنظیم نمایند. آن‌ها همچنین می‌توانند ویژگی‌هایی چون انعطاف‌پذیری و تنش تسلیم (yield stress) را تغییر دهند که معیاری از نیروی موردنیاز برای گسترش ژل است.
Doyle در حال بررسی راه‌هایی برای ترکیب انواع مواد دارویی فعال در این نوع ژل است. چنین محصولاتی ممکن است برای ارائه داروهای موضعی برای کمک به بهبودی سوختگی و یا سایر جراحات مفید باشند و یا می‌توانند به شکل یک "انبار دارو" تزریق شوند که در داخل بدن جامد شده و دارو را در مدت‌زمان طولانی آزاد کند. Doyle گفت: این قطرات را می‌توان به اندازه کافی کوچک کرد که در اسپری‌های بینی برای تحویل داروهای استنشاقی (inhalable) به کار برده شود.
برای کاربردهای آرایشی، این روش می‌تواند برای ایجاد مرطوب‌کننده‌ها و یا محصولات دیگر مورد استفاده قرارگیرد که روی پوست پایدارتر و صاف‌تر هستند.
مهندسان شیمی دانشگاه MIT روش جدیدی برای تبدیل نانو امولسیون مایع به ژلهای جامد ایجاد کرده‌اند. این ژل‌ها (قرمز) تقریباً بلافاصله پس از ورود قطره امولسیون مایع در آب گرم تشکیل می‌شوند.
