hydrofilní
adj.
/ˈhaɪdrəʊ.fɪlɪk/ Schopná interakce s vodou prostřednictvím vodíkové vazby

Hydrofilní Definice

Co hydrophile nebo hydrofilní látky na mysli? Pokud je molekula „milující vodu“, je známá jako „hydrofilní“ (podstatné jméno), které mají „hydrofilní povahu“. Naopak, pokud molekula nemá ráda vodu, tj. odpuzuje vodu, je známá jako „hydrofobní“. Stupeň nebo rozsah, v jakém molekula nebo povrch přitahuje vodu, se nazývá „hydrofilita“ této molekuly. Několik běžných příkladů hydrofilních látek je cukr, sůl, škrob a celulóza.

hydrofilní látky jsou polární povahy. Jako se rozpouští jako‘ teorie upravuje skutečnost, že hydrofilní látky mají tendenci se snadno rozpustí ve vodě nebo v polárních rozpouštědlech, zatímco hydrofobní látky jsou špatně rozpustné ve vodě nebo v polárních rozpouštědlech.

všichni jsme viděli příklad hydrofilních látek v našem každodenním životě. Každý z nás viděl, že někdy se voda rozprostírá rovnoměrně na povrchu, zatímco v některých případech vytváří malé kapičky. Proč?

je To proto, že některé povrchy jsou voda-milující nebo hydrofilní a proto voda se šíří ven, zatímco v případě špatně hydrofilní látky (nebo hydrofobní látky) tvoří malé kapičky, protože tyto povrchy odpuzují vodu.

Chemie Za Hydrofilnosti

Hydrofilní molekuly nebo Hydrofilní skupiny jsou v podstatě polární látky, které mají iontové skupiny. Polární povaha těchto hydrofilních molekul jim umožňuje snadno absorbovat vodu, nebo polární rozpouštědlo a nakonec se rozpustí v polárních rozpouštědlech jako je voda. Jako polární protické rozpouštědlo je voda schopna vytvořit vodíkovou vazbu (- H-OH -). Hydrofilní molekuly jsou polární povahy a snadno vytvářejí vodíkovou vazbu s vodou, čímž se rozpustí ve vodě. Zejména jsou tyto interakce mezi hydrofilní molekulou a vodou termodynamicky upřednostňovány. Obecně platí, že hydrofilní látky mohou snadno vytvářet vodíkové vazby s polárními rozpouštědly, jako je voda, alkohol.

chemicky mají hydrofilní látky iontové (nabité) skupiny, které obsahují atomy kyslíku nebo dusíku. Polarita látky obvykle definuje její hydrofilnost. Některé z běžných funkčních skupin nalezených v hydrofilních látkách / površích jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1.: Some of the common hydrophilic and hydrophobic functional groups

Jako obecné pravidlo, hydrofilnosti každém povrchu se liší podle funkční skupiny a schopnost pro vodíkové vazby: non-polar < polární, žádné vodíkové vazby < polární vodíkové vazby < hydroxylic, iontové. Hydrofilnost je významně ovlivněna počtem míst a strukturou a hustotou mezifázové oblasti.

měření hydrofilnosti

měření kontaktního úhlu je hlavním parametrem pro kvantifikaci hydrofilnosti látky, což dále svědčí o smáčivosti. Hydrofilní látky mají dobrou smáčivost. Smáčivost je schopnost kapaliny zůstat v kontaktu s pevným povrchem. Stupeň smáčivosti se měří pomocí kontaktního úhlu. Kontaktní úhel (θ) je úhel mezi povrchem a okrajem kapičky. Hydrofilní povrch má kontaktní úhel (θ) <90°, zatímco hydrofobní povrch vykazují kontaktní úhel (θ) >90°, viz Obrázek 1 (viz níže). Vyšší kontaktní úhel označuje silnější interakci kapalina-kapalina spíše než interakci kapalina-povrch, čímž je materiál hydrofobní.

Pokud se kapalina šíří ven na povrch, smáčení velká plocha povrchu, pak kontaktní úhel je méně než 90° a je považován za hydrofilní, nebo voda-milující (Obrázek 2). Zatímco, pokud kapalina tvoří kapičku, kontaktní úhel je větší než 90° a je považován za hydrofobní nebo odpuzující vodu (Obrázek 2). Smáčivost je důležitým parametrem pro rostliny a zvířata. Lotosový květ, listy a Rýže listy vykazují non-smáčení povrchu, vyznačující se listy zůstávají suché a kapky vody dojezdu z povrchu listů jejich udržování v čistotě celou dobu. Některá zvířata, jako jsou pouštní brouci Namib, dokážou přežít v suché oblasti díky své schopnosti absorbovat vlhkost z prostředí prostřednictvím hydrofilních struktur na povrchu těla.

z výše uvedené diskuse nyní víme, že hydrofilní povrchy mají tendenci šířit vodu po svém povrchu a neumožňují tvorbu kapiček vody. Tato funkce hydrofilních povrchů se používá k výrobě povrchů proti zamlžení v automobilovém průmyslu.

vzhledem k hydrofilní povaze má látka tendenci mít schopnost absorpce vody kapilárním účinkem. Rozsah absorpce vody hydrofilní látky závisí na pórovitosti látky.

Aplikace Hydrofilních Látek

Hydrofilní polymery a molekuly jsou široce využívány v oblasti fyziky, chemie, strojírenství, biomedicínské, léčiv, potravin, léčiv, barvy, textil, papír, stavby, lepidla, nátěrové hmoty, úpravu vody, disperzní a pozastavení činidla, stabilizátory, zahušťovadla, gellants, flokulanty a koagulanty, film-segmenty, zvlhčující látky, pojiva a mazadla, osobní péče, stavební výrobky, detergenty, ropné pole produkty a zpracování minerálů atd.

hydrofilní polymery vykazují dobrou propustnost pro vodní páru díky iontovým skupinám. Oděvy nebo oděvy, které musí být prodyšné, jsou tvořeny hydrofilními vlákny.

hydrofilní polymery jako celulóza, alginát a chitosan jsou nejrozšířenější v potravinářském průmyslu, kde se používají jako zahušťovací činidlo, stabilizátor a želírující činidlo.

přidání hydrofilních látek, jako jsou sloučeniny na bázi škrobu, do domácích květináčů. To pomáhá snížit požadavek častého zalévání a spotřeby.

hydrofilní látky mají schopnost absorbovat a zadržovat vodu. Hydrogely jsou typem hydrofilních polymerů, které jsou široce využívány v sanitárních výrobcích, biomedicínském inženýrství, bioseparaci, zemědělství, zpracování potravin a regeneraci oleje. Charakteristickou vlastností těchto hydrogelů je absorbovat vodu a bobtnat. Hydrofilní hydrogely mají také měkký charakter spolu s biokompatibilitou. Hydrogely jsou kopolymery nebo homopolymery, které se připravují zesítěním monomerů. Tyto monomery mají ionizovatelnou skupinu nebo funkční skupinu, kterou lze ionizovat. Hydrogely mohou obsahovat slabě základní skupiny, jako jsou substituované aminy, nebo slabě kyselých skupin, jako jsou karboxylové kyseliny, nebo silné základní a kyselé skupiny, jako kvartérní amoniové sloučeniny a sulfonové kyseliny. Všechny tyto iontové skupiny činí hydrogely hydrofilními. V závislosti na jejich schopnost držet vodu/otok, různé hydrogely jsou využívány v různých aplikacích, například hydrofilní, neporézní, pomalu otok hydrogel polymery se používají na výrobu kontaktní čočky a umělé svaly, zatímco hydrofilní, mikroporézní, rychlý otok hydrogel polymery se používají na výrobu plen. Polyakryláty a polyakryláty sodné jsou superabsorbentní hydrofilní hydrogelové polymery, které se používají při výrobě plenek. Tyto superabsorbentní hydrogely mohou pojmout vodu odpovídající 100násobku vlastní hmotnosti.

hydrofilní hydrogely jsou podobné extracelulární matrici, a proto jsou široce zkoumány pro výrobu umělých tkáňových lešení. Díky biokompatibilitě jsou hydrofilní hydrogely široce používány v biomedicínských aplikacích. Želatina je jedním z široce používaných hydrofilních hydrogelů. Želatina je vedlejší produkt živočišného původu a je tvořena proteinem & peptid-like, kolagen. Želatina se nejčastěji používá k přípravě kapslí.

hydrofilní hydrogel také pomáhá urychlit proces hojení ran, a proto se široce používá jako prostředek pro hojení ran.

hydrofilní hydrogely jsou superabsorbentní materiály, které se také široce používají v systémech podávání léků, opravách tkání a kosmetice. Hydrofilní super porézní hydrogely se používají jako dezintegrační činidlo nebo super dezintegrační činidlo v tabletě pro dosažení rychlého uvolňování léčiva z tablety.

hydrofilnost je kritickým kritériem pro absorpci molekuly léčiva. Je dobře známo, že pro absorpci léčiva v lidském těle by léčivo mělo být v solubilizovaném stavu. Hydrofilní léčiva mají tendenci se snadno rozpouštět a jsou solubilizována, což umožňuje absorpci léčiva. Tak, hydrofilní léky, které mají vhodný propustnost mají vyšší pravděpodobnost dostat vstřebává v těle snadno a vyvíjet jejich terapeutické účinky.

hydrofilní látky se nanášejí na povrch zdravotnických prostředků, aby se snížila bakteriální adheze na povrchu zdravotnického prostředku. Hydrofilní polymery jako, polyvinylpyrolidon (PVP), polyuretany, polyakrylové kyseliny (PAA), polyethylen oxid (PEO), a polysacharidy jsou široce používány jako protihnilobných nátěrů na zdravotnické zařízení, jako jsou katetry, stenty. Jakmile je v těle umístěn jakýkoli zdravotnický prostředek, zahájí se depozice proteinové vrstvy. Po určitou dobu se tato vrstva stává velmi silnou a může mít za následek závažné vedlejší účinky viz., obstrukce atd. Proto je nutné obejít tvorbu proteinové vrstvy na povrchu zdravotnického prostředku. Hydrofilní polymery působí jako prostředek proti znečištění a tím odolávají hromadění této proteinové vrstvy na povrchu zdravotnického prostředku. Kromě toho tyto hydrofilní polymery pomáhají snižovat koeficient tření, čímž umožňují snadnou instilaci zdravotnického prostředku do těla.

z podobného důvodu, ale v jiné aplikaci, se hydrofilní polymery nebo povrchy používají v částech mořské struktury, které se používají pod vodou. Díky kompatibilitě s vodou čelí hydrofilní povrchy sníženému tření pod vodou, čímž napomáhají jejich snadnému pohybu pod vodou.

hydrofilní polymery se používají jako anti-znečišťující činidlo na filtračních membránách při filtraci reverzní osmózy (RO). Ve filtračních membránách RO se používají polymery jako zesítěný poly (ethylenglykol) (PEG), triethylenglykol dimethylether (triglyme), na bázi celulózy atd. Tyto polymery, které jsou hydrofilní povahy, umožňují filtraci vody skrze ně a současně odolávají vývoji bakteriální vrstvy nad nimi.

ošetření fluoridovou kyselinou na zubní implantáty se provádí za účelem zvýšení hydrofilnosti zubních implantátů. Výsledkem je zkrácení doby hojení, snadné usazení implantátu a také pevné ukotvení implantátu.

existuje skupina molekul, které mají ve své struktuře jak hydrofilní, tak hydrofobní část, takové molekuly jsou známé jako amfipatické molekuly. Nejběžnější kategorie takových molekul je běžně známá jako povrchově aktivní látky. Nicméně, příspěvek nebo velikost hydrofilní části a hydrofobní části v povrchově aktivní molekuly, určit jeho povahu jako Hydrofilní skupiny „nebo“ Hydrofobní skupiny‘. V závislosti na jejich povaze se molekuly povrchově aktivní látky používají v široké škále aplikací. Stupnice známá jako „hydrofilní-lipofilní rovnováha“ nebo stupnice HLB se používá jako vodítko k pochopení základní povahy molekul povrchově aktivní látky a jejich použití. Stupnice HLB tedy pomáhá pochopit afinitu molekuly povrchově aktivní látky k rozpouštědlu. V případě, že povrchově aktivní molekuly vykazuje vyšší afinitu k vodě nebo polární rozpouštědlo, je do kategorií podle ‚Hydrofilní skupiny‘, zatímco v případě, povrchově aktivní látky molekula vykazuje vyšší afinitu k nepolární nebo lipofilní rozpouštědla, je kvalifikována jako hydrofobní nebo lipofilní. Povrchově aktivní látky jsou velmi důležité a kritické pro formulaci a stabilizaci emulzí. Stupnice HLB byla zavedena Griffinem a obvykle se pohybuje od 0-20. Kategorizace molekul povrchově aktivní látky na základě stupnice HLB je uvedena v tabulce 2.

Tabulka 2: HLB stupnice pro charakterizaci povrchově aktivní látky,

nižší HLB hodnota je orientační z vody-odpuzující nebo hydrofobní charakter povrchově aktivní látky, zatímco vyšší HLB hodnota je orientační vody-milující nebo Hydrofilní povahy povrchově aktivní látky. Propylenglykol-monostearát, mono – a di-glyceridy, lactylated monoglyceridy, succinylated monoglyceridy jsou některé z mála povrchově aktivní látky, které spadají pod kategorii hydrofobní či povrchově aktivní látky lipofilní, které mají HLB nižší než 10, a může být použit pro stabilizaci W/O emulzí. Estery kyseliny Diacetyl vinné monoglyceridů, polysorbátů, lecitinu jsou některé z příkladů hydrofilních povrchově aktivních látek a mohou být použity pro stabilizaci emulzí O / W. Je zajímavé, že jeden z nejčastěji používaných povrchově aktivních látek, laurylsulfát sodný, má hodnotu HLB 40. Tyto povrchově aktivní látky jsou široce používány v potravinářském a farmaceutickém průmyslu.

Příklady Hydrofilních Látek

Některé běžné příklady hydrofilní látky, jsou následující:

• Bílkovin
• Keratin
• Vlny
• Bavlněná
• Křemík
• Sádrokartonové
• Polyethylen glykol ethery
• Poly amid
• Polyuretany s polyethylen glykol ether
• Polyvinyl alkohol (PVA)
• Polysacharidy (např. celulóza) a jeho deriváty (např. hydroxypropylmethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and sodium carboxy methyl cellulose)
• Gelatin, agar, agarose, algin
• Alcohols
• Cyclodextrins
• poly-N-vinylpyrrolidone (PVP)
• Guar gum, xanthan gum
• Starch
• Pectin
• Dextran
• Carrageenan
• Inulin
• Chitosan
• Albumin

• Ahmad D., van den Boogaert I., Miller J., Presswell R., Jouhara H. (2018). Hydrofilní a hydrofobní materiály a jejich aplikace. Zdrojů energie, Část A: Obnovy, Využití a vliv na životní Prostředí, 40:22, 2686-2725, DOI: 10.1080/15567036.2018.1511642
• Erothu, H. a Kumar, a. C. (2016). Hydrofilní Polymery. V biomedicínských aplikacích polymerních materiálů a kompozitů (eds R. Francis A D. Sakthi Kumar). doi:10.1002/9783527690916.ch7
• Ismail. a. F., Khulbe K. C., Matsuura T (2019). RO membránové znečištění, In: Reverzní osmóza, Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (Eds). Elsevier, s. 189-220. doi.org/10.1016/B978-0-12-811468-1.00008-6.
• zákon K. Y. (2014). Definice hydrofilnosti, Hydrofobicity a Superhydrofobicity: správné základy. Journal of Physical Chemistry Letters, 5 (4), 686-688. https://doi.org/10.1021/jz402762h
• Ohshima, h., Yamashita, Y. and Sakamoto, K. (2016). Hydrofilní-lipofilní rovnováha (HLB): klasická indexace a nová indexace povrchově aktivní látky. In Encyclopedia of Biocolloid and Biointerface Science 2V Set, H. Ohshima (ed.). doi: 10.1002/9781119075691.ch45
• Piozzi, a., Francolini, i., Occhiaperti, L., Venditti, m., & Marconi, W. (2004). Antimikrobiální aktivita polyuretanů potažených antibiotiky: nový přístup k realizaci zdravotnických prostředků osvobozených od mikrobiální kolonizace. International journal of pharmaceutics, 280 (1-2), 173-183. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2004.05.017
• Taib M. N., & Julkapli N. M. (2019). Rozměrová stabilita kompozitů na bázi přírodních vláken a hybridních kompozitů.
• Tavana h., Lam C., Grundke k., Friedel P., Kwok D., Hair m., Neumann a. (2004). Měření kontaktního úhlu s kapalinami sestávajícími z objemných molekul. Journal of Colloid and Interface Science 279:493-502.
• Wirth J., Tahriri m., Khoshroo k., Rasoulianboroujeni m., Dentino a. R., Tayebi L. (2017). Povrchová úprava zubních implantátů. Tayebi L., Moharamzadeh K. (Eds). Biomateriály pro orální a zubní tkáňové inženýrství (v.) Woodhead Publishing, s. 85-96, doi.org/10.1016/B978-0-08-100961-1.00006-2.