過去1世紀以上にわたって、私たちの食品サプライチェーンは世界的な産業に発展し、技術を通じて生産量、食品の性質、食品加工方法を絶えず向上させてきました。

食品や飲料業界には、界面相互作用を理解する必要がある面が多い。食品開発においては、基本的な生体分子相互作用の理解が必要である。界面レオロジーも食品の安定性に大きな役割を果たしている。

食品そのものに加えて、食品包装の外観も考慮しなければならないと同時に、食品加工施設の厳しい清掃要求も考慮しなければならない。

[表面清浄度-清浄度]

表面清浄度の特性評価や評価は必要ですか？

表面は私たちを取り囲んでいて、どこにもいない。私たちはその上で生き、それを利用しています。多くの場合、表面の清浄度は興味があり重要であり、場合によっては重要でさえある。「清潔」の意味はもちろん定義の問題であり、マクロからナノスケール、およびこの区間のすべてのスケールの清潔をカバーしている。

清潔さを考えると、私たちの頭の中の最初の表面は、私たちが日常生活で使っている家や物の表面であるキッチン、浴室、服、そして私たちの車などの乗り物かもしれません。しかし、公共の場所が衛生的なレストラン、公共交通、病院であることも期待されています。後者はナノスケールの清浄度が重要な分野の一つである。例えば、病院の手術器具とその他の表面の清掃は手術の成功と疾病の伝播を防止する鍵である。食品、医薬品、その他の敏感物質の生産や加工業界など、私たちから遠い場所では、1つの部品の製造から別の部品に切り替えるには、2つの間で表面衛生処理が必要になる可能性があります。あるいは、電子や光学業界、回路やコーティングの製造において、最も軽微なダスト分子は壊滅的である可能性があります。発電所における送油管路や熱交換器などの他の構造は時間の経過とともに汚染にさらされ、堆積物の形成、スケール、バイオフィルムの形成、スケールなどの不要な物質の蓄積に伴い、機能を阻害する可能性がある。

表面清浄度のリアルタイム特性評価

QSense QCM−Dは、沈殿物、スケール堆積、バイオフィルム形成をナノスケールで測定し、定量化し、同じ沈殿物をリアルタイムで定量的に除去することができる。不要な物質の凝集を減らすか防ぐために条件を最適化することは非常に重要であり、環境を変更する前、後、および間に清潔度を特徴付けることができます。台所の清浄度の評価、バイオフィルムの形成の記述、原油管の汚れ中のアスファルト質吸着の測定などの清浄化において、それらを除去する方法や添加剤の開発を支援することができる。

接触角測定による表面清浄度の迅速評価

洗浄及び洗剤処方の効率は、接触角測定により評価することができる。

表面を洗浄し処理する表面自由エネルギーは、洗浄度と表面組成に直接関連する。接触角は、表面のナノサイズであっても濡れ挙動に影響を与えるため、すべての表面解析技術において感度が高い。簡単で迅速な測定技術として、接触角は通常、洗浄プロセスと洗浄溶液の効率を追跡するために使用される。そのため、清潔度制御が重要な分野では、接触角測定は非常に適切な品質制御方法である。自動化されたThetaによる接触角測定は、清潔度評価のためにユーザーとは独立した迅速な方法を提供します。

シリコンウェハと回路基板の清浄度は、最終製品の最適化機能を確保する重要な要素である。ボトルのインクジェット印刷や接着剤を用いたラベル適用などのガラス表面の清浄度は、後の加工工程の品質に直接影響する。ガラス汚染の測定は無駄を減らし、効率的な生産を確保するのに役立ちます。

ASTM C 813-90–接触角測定ガラスによる疎水性汚染

[表面処理とコーティング-紙と包装]

包装業界において、接着性と濡れ性は多くのプロセスにおいて重要な役割を果たしている。包装材料は、一般に、包装内製品の保護と改良のすべての要件を満たすために、さまざまな異なる材料層を含む。

紙への塗料の接着性を最適化する

比較的低いコストと再生可能性のため、紙は包装材料としてよく使われている。紙のバリア性は通常不足しており、したがって、異なるポリマーコーティングが積層材料の製造に使用される。積層板の良好な機械的性質を確保するためには、ポリマーと紙との接着性を最適化する必要がある。濡れ性と表面粗さは接着性に重要な役割を果たし、接触角と表面粗さ測定を組み合わせて研究することができる。

最終的に紙製品を使用する前に、木材繊維を機械的または化学的に改質することが一般的である。ナノテクノロジーを用いた繊維機能化などの新しい繊維の改良も、研究のホットな話題である。単一繊維の性能は、張力計または光学張力計を用いて皮リフト分配器と結合して研究することができる。

紙の濡れ性に及ぼす粗さの影響

その繊維状構造のため、紙や板紙の表面はほとんど粗い。表面化学物質の濡れ効果を増幅するため、この粗さは濡れ性に影響を与える。また、印刷品質を向上させるための異なるタイプのプラズマと火炎処理は表面化学と表面粗さに影響を与えるため、粗さの接触角への影響を評価することは非常に重要である。

次の例は、粗さが接触角に与える影響を示しています。3つの異なる試料位置で粗さと水の接触角を測定した。特に親水性基紙では、測定した接触角は接触角示度に大きな変化を示した。粗さ補正による接触角間引き粗さの影響を計算した後、接触角は互いにより近い。粗さ補正接触角の違いは表面の表面化学的性質に起因する。接触角と表面粗さ測定を組み合わせることで、接触角に粗さがどのように影響するかを評価することが可能になる。

[表面粗さと濡れ性ダウンロード]

湿潤性研究を用いて印刷品質を評価する

パッケージのもう1つの側面は、その視覚的な外観である。パッケージに印刷する目的は、内部の製品を販売することです。印刷品質はインクの濡れ性、吸収性及び多孔質紙への広がりの影響を受ける。低表面エネルギーポリマーコーティング上への印刷は、挑戦的であり得る。光学張力計を用いて接触角を測定し、紙の吸収性能に対する内部及び表面サイズの影響を評価することができる。必要に応じて、高速カメラは非常に高速な吸収現象を研究することができます。

インクジェット印刷技術はますます家庭やオフィスでの印刷に使われるようになり、産業用印刷、包装業界、機能性印刷用途にも一般的になっている。光学張力計結合皮リフト分配器は、特に紙とのインクジェット適性、相互作用を実証するために使用することができる。

力学張力計の粉末湿潤性方法を用いて、コーティング及びインク顔料の吸収性能を研究した。

接触角測定を用いて押出塗布紙上のプラズマ処理効果を評価した。

非吸収性で表面エネルギーの低いプラスチック表面を印刷する場合、インクと基材との接着力は挑戦的である。基材の表面自由エネルギーは、インクの表面自由エネルギーよりも高くなければならない。良好な印刷品質を確保するためには、印刷前に、例えばプラズマや火炎処理などの表面処理方法を用いて、塗布基材の表面自由エネルギーを増加させるべきである。

応用ダイジェスト：包装業界の表面処理評価

インクジェット印刷用途における張力測定

インクジェット印刷は多目的技術であり、小型家庭やオフィス印刷、高速工業印刷、さらに多くの斬新な機能印刷応用に広く応用されている。インクと基材との相互作用はインクジェット印刷の品質を定義する上で重要であるため、張力測定法はこの分野で広く使用されている。

インクの表面張力と基材の表面エネルギーとを比較することで、インクと基材との密着性を推定することができる。接触角測定を用いて液滴の吸収と広がりを研究した。Theta光学張力計の皮アップグレードディスペンサオプションは、圧電駆動技術を用いて実際のインクジェット時と同じ大きさの液滴を生成する。

応用ダイジェスト：インクジェット印刷における張力測定

ブログ記事

［紙及び板紙の濡れ性に対する表面粗さの影響］

［紙・板紙の品質制御における濡れ性測定の6つの理由］

［インクジェット印刷の濡れ解析］

［界面生物学−生体分子相互作用］

生体分子相互作用解析

生物分子相互作用の分析は多くの学科分野の焦点であり、生物化学と生物技術から医薬科学に至る。基礎科学と応用研究と開発の焦点であり、生体分子相互作用研究の目標は純粋に知識を獲得し、生体システムと機能を理解することから、得られた知識を用いて薬物、生体センサの設計、および私たちの生活の質を高める技術に応用することである。

生体分子相互作用の基本的理解

例えば、基礎と応用研究において、脂質蛋白質と蛋白質-リガンド相互作用機構の基本的な認識は1つの目標であり、これらの研究において、これらのシステムは生体分子相互作用過程を研究し、特徴づける。

QSense QCM-D結合と相互作用動力学、分子層の構造変化などの生体分子相互作用をリアルタイムで検出し、監視する方法である。この方法は、目標相互作用機構及びリガンド構造変化の理解を高めるために使用されている。タンパク質の折り畳みの乱れ、ポリペプチドが集まって成長する細い繊維、アミロイド構造など、分子の行動や病気の原因を探るためにも使われています。

自然界ではほとんどの生化学反応がリン脂質二層膜または細胞内の細胞膜上で発生するため、膜はタンパク質の折り畳みに影響を与え、反応が発生する特定の微環境を作り出す。実際の生物系を理解し、シミュレーションするには、自然条件をシミュレーションする環境でこれらの相互作用を研究する必要があります。膜リン脂質のラングミュア単分子膜は生体膜の優れたモデル系であることが確認された。薬物探索において、薬物が細胞壁を通じて細胞に浸透し、薬物と細胞膜の反応が薬物伝達の重要な要素であることが分かった。これらは、薬物と浮遊生物膜モデルとの相互作用を研究することによって評価することができる。食品工業においては、アレルギー性タンパク質の除去が非常に重要であり、分子レベルの研究によってより深い理解を得ることができる。

応用ダイジェスト：細胞膜モデルにおける生体分子の相互作用。

応用研究と開発中の生体分子相互作用分析

生体分子相互作用挙動の分野の知識が確立されると、これらの新しい情報が使用される可能性がある。応用科学では、例えば、薬物探索、ナノ毒性学、またはバイオセンサの設計において、生体分子の相互作用が重要であり、これらの知識は新しい化合物の目標を決定し、潜在的な新しい候補薬物を検出するために使用することができる。

このような背景の下で、QSense QCM-Dは蛋白質と蛋白質とDNAの相互作用を分析し、抗体-抗原の相互作用を検出するために用いられる。QCM-Dは小分子結合蛋白質後の三次構造の立体配座変化に非常に敏感であり、薬物化合物の設計、検証、最適化に用いることができる。例えば、アミロイド成長抑制剤の影響を研究し、核酸受容体の立体配座影響を研究し、化合物と細胞との相互作用と蛋白質薬物標的をスクリーニングする。

生体分子相互作用の知識は、生体センサおよび検出システムを設計するためにも使用することができ、そこで生体挙動が模倣され、使用され、例えば、疾患を検出および診断する。

ナノ粒子の毒性

ナノ粒子（NP）は現在、化粧品、塗料、塗料など多くの異なる業界に応用されている。そこで、ナノ粒子の毒性について深く研究した。その巨大な比表面積のため、吸い込まれたナノ粒子は呼吸器系の肺炎症と不良免疫反応を誘導することができる。

Langmuir膜分析計脂質膜に対するナノ粒子の影響を研究するために良いツールを提供した。天然肺界面活性剤（Infasurf）の等温圧縮曲線に対する1 wt%ヒドロキシアパタイトナノ粒子の影響を研究した。ナノ粒子と接触した後、左側の等温圧縮曲線には明らかな時間依存移動があり、これは界面活性剤の抑制作用を示している。

ACS Nano 2011, 5(8)， 6410-6416。2011米国化学学会著作権所有。（許可）

QCM-Dの詳細については、製品ページの詳細詳細については、LB膜技術の詳細については、製品ページの詳細理解するか、技術者に問い合わせる

［界面活性剤及びエマルジョン／液安定性］

エマルジョンは2種以上の液体の混合物であり、通常は互いに相溶しない。熱力学の観点から、エマルジョンは不安定な系であり、液体−液体系はその界面エネルギーを分離し、低下させる自然な傾向があるためである。

エマルジョンの安定性は、物理化学的性質が経時的に変化することに抵抗する系の能力と定義することができる。エマルジョンの安定性は、塗料、食品、農業配合物、パーソナルケア、石油を含む多くの産業用途において非常に重要である。乳化、凝集、凝集などのいくつかのメカニズムは破乳を引き起こす。

エマルジョン安定性はほとんどの工業製品やプロセスに必要であるが、エマルジョンの安定性を必要としない加工プロセスもある。例えば、原油回収には輸送前に原油を水から分離する必要があり、廃水処理にも油水エマルジョンは必要ありません。

界面レオロジー試験による乳状液の安定性予測

界面レオロジーは特殊なレオロジー分岐であり、界面に形成される特別な二次元系を研究することに関連している。レオロジーは流体流動を研究するものであるように、界面レオロジーは流体界面流動特性を研究するものである。

食品と飲料における界面レオロジー

タンパク質は食品中の界面活性剤としてもよいが、他の安定剤を添加して安定性を高めることもできる。レシチンは数少ない天然界面活性剤の一つである。環境と健康問題が注目されるにつれて、天然界面活性剤はますます人々の興味を引き起こしている。

応用ダイジェストダウンロード：気液と油水の界面における蛋白質の吸着と界面ゲル化

応用ダイジェストダウンロード：気液界面上の単分子層の界面レオロジー

Webワークショップの視聴：インタフェースレオロジー：基礎から応用へ

工業級非イオン乳化剤の表面特性評価

ポリオキシエチレン界面活性剤は、塗料、食品、農業配合物、パーソナルケア、石油などの工業用途に広く使用されており、乳液と泡の安定性が重要である。アルコールエトキシレートは、従来、多くの用途で乳化剤として使用されてきたより有毒なアルキルフェノールエトキシレートを置換している。しかし、直鎖アルコールエトキシレートはアルキルフェノールエトキシレートと同様に良好な乳化剤性能を示しておらず、これは主に後者がより巨大な尾を持っているためである。これは極性ヘッドと炭化水素テールの大きさが異なり、界面に密接に堆積した薄膜の形成を阻害しているためである。

EO基の数が異なる2種類のC 10−Guerbetアルコール工業級非イオン界面活性剤の吸着と表面レオロジー特性を研究した。、それらはC 10 EO 6とC 10 EO 14です。

2種類の界面活性剤の界面圧力等温線は再配向モデルに適合している。しかし、表面レオロジーデータには異なる解釈がある。これは、C 10 EO 6が拡散緩和プロセスのモデルフレームワークで説明できることを示し、C 10 EO 14は拡散緩和プロセスから外れ、その表面レオロジー反応は非イオン性ポリマー界面活性剤に近いことを示している。図1（C 10 EO 6）と図2（C 10 EO 14）は、2つの周波数（0.02 Hzと0.5 Hz）で2種類の界面活性剤が振動摂動して得られる貯蔵弾性率（E′）と損失弾性率（E″）を示している。実線と破線は拡散モデルから得られる適切な実験データである。その結果、C 10 EO 6界面活性剤の実験データのみが提案モデルと良好な一致を示した。

図1.C 10 EO 6界面活性剤は、2つの周波数（0.02 Hz−三角形）及び（0.5 Hz−菱形）における弾性率（E'、中空記号）及び損失弾性率（E'、中実記号）と界面活性剤本体濃度の関係関数を貯蔵する。実線と破線は拡散モデルの実験データの最適フィット曲線である。

図2.2つの周波数（0.02 Hz−三角形）及び（0.5 Hz−菱形）におけるC 10 EO 14界面活性剤の貯蔵弾性率（E'、中空記号）及び損失弾性率（E'、中実記号）と界面活性剤本体濃度の関係関数。実線と破線は拡散モデルの実験データの最適フィット曲線である。

2つの界面活性剤の表面レオロジー特性は、空気／水界面に粘弾性層が形成されていることを示しているが、吸着膜はオキシエチレン基の数が異なるため、異なる挙動を示している。より小さな界面活性剤については、吸着およびレオロジーデータは拡散モデルに符合し、一方、より大きなC 10 EO 14界面活性剤はポリマー界面活性剤に近い表面挙動を示した。また、両界面活性剤の膨張弾性と粘度の比較は、EO基の数を増加させることにより弾性を増加させることができることを示している。吸着した界面活性剤膜の弾性は、発泡体及びエマルジョン安定性に直接関係する。したがって、C 10 EO 14界面活性剤は、短いC 10 EO 6界面活性剤と比較して、より安定した凝集防止層を形成する可能性がある。それでも、前者は界面活性剤の拡散性が高いため、C 10 EO 6を使用する方がC 10 EO 14フォームよりも形成能力が強い。したがって、これらの結果は、オキシエチレン基を含有する非イオン界面活性剤を使用することにより、安定した発泡体及びエマルジョンを合理的に開発するための興味深い応用を見出すことができる。

文献依据:P. Ramírez, L.M. Pérez-Mosqueda, L.A. Trujillo-Cayado, M. Ruiz, J. Munoz, R.Miller, Equilibrium and surface rheology of two polyoxyethylene surfactants (CiEOj) differing in the number of oxyethylene groups, Colloids Surf., A 375(2011) 130–135.

アスファルト安定油-水エマルジョン

油が回収されると、複雑な油−水エマルジョンが形成される。油−水界面に吸着したアスファルト質は、これらのエマルジョンの安定性を高める傾向がある。通常、安定した油−水エマルジョンは必要ありません。これにより、ポンプ及び輸送費が増加し、配管、ポンプ及び蒸留塔が腐食するためです。

アスファルト質の界面活性は、簡単な界面張力測定により光学張力計で評価することができる。高圧キャビティをシステムに組み込むことにより、高圧および高温での測定を実現することができる。

もう一つの広範な応用方法は油水界面の界面レオロジーを研究することである。界面の弾性は油水エマルジョンの安定性と関係がある。吸着アスファルト質層の界面レオロジー性は振動液滴法で研究することができる。もう1つの方法は、浮動針レオロジー計に基づく界面せん断レオロジー（ISR）を用いてアスファルト質の堆積密度の関係関数を特性化することである。

ブルースター角度顕微鏡は、空気−水界面でアスファルト質を可視化する形態学的研究を行うことができる。

応用ダイジェストダウンロード：空気−水と油−水の界面における蛋白質の界面ゲル化吸着

下応用ダイジェストダウンロード：フィルム構造のイメージング：ブルースター角顕微鏡

Webワークショップの視聴：インタフェースレオロジー：基礎から応用へ