hydrofil
adj.f ubicl Ubik / kan interagera med vatten genom vätebindning

hydrofil Definition

vad betyder en hydrofil eller hydrofila ämnen? Om en molekyl är” vattenälskande ”är den känd som ”hydrofil” (substantiv) som har ”hydrofil natur”. Däremot, om en molekyl inte gillar vatten, dvs avvisa vatten, är det känt som ’hydrofobt’. Graden eller omfattningen av vilken en molekyl eller yta lockar vatten är känd som ’hydrofiliciteten’ för den molekylen. Få vanliga exempel på hydrofila ämnen är socker, salt, stärkelse och cellulosa.

hydrofila ämnen är polära i naturen. ’Like dissolves like’ teorin styr det faktum att hydrofila ämnen tenderar att lätt lösas upp i vatten eller polära lösningsmedel medan hydrofoba ämnen är dåligt lösliga i vatten eller polära lösningsmedel.

Vi har alla sett exemplet på hydrofila ämnen i vårt dagliga liv. Var och en av oss har sett att vatten ibland sprids jämnt på en yta medan det i vissa fall bildar små droppar. Varför så?

det beror på att vissa ytor är vattenälskande eller hydrofila och därmed sprider vatten ut medan det i fallet med dåligt hydrofila ämnen (eller hydrofoba ämnen) bildar små droppar eftersom dessa ytor avvisar vatten.

kemi bakom hydrofilicitet

hydrofila molekyler eller hydrofila delar är i grunden polära föreningar som har Joniska grupper. Den polära naturen hos dessa hydrofila molekyler gör det möjligt för dem att lätt absorbera vatten eller polärt lösningsmedel och så småningom bli upplöst i polära lösningsmedel som vatten. Att vara ett polärt protiskt lösningsmedel kan vatten bilda en vätebindning (- H–OH -). Hydrofila molekyler är polära i naturen och bildar lätt en vätebindning med vatten och löses därmed upp i vatten. I synnerhet är dessa interaktioner mellan den hydrofila molekylen och vattnet termodynamiskt gynnade. I allmänhet kan hydrofila ämnen lätt bilda vätebindningar med polära lösningsmedel som vatten, alkohol.kemiskt har hydrofila ämnen Joniska (laddade) grupper som innehåller syre-eller kväveatomer. Polariteten hos ett ämne definierar vanligtvis dess hydrofilicitet. Några av de vanliga funktionella grupperna som finns i hydrofila ämnen / ytor är upptagna i Tabell 1.

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

som en allmän regel varierar hydrofiliciteten hos vilken yta som helst enligt funktionell grupp och förmåga för vätebindning: icke-polär < polär, ingen vätebindning < polär, vätebindning < hydroxylic, jonisk. Hydrofilicitet påverkas signifikant av antalet platser och strukturen och densiteten hos interfasområdet.

mätning av hydrofilicitet

Kontaktvinkelmätning är en viktig parameter för att kvantifiera hydrofiliciteten hos ett ämne, vilket ytterligare indikerar vätbarheten. Hydrofila ämnen har god vätbarhet. Vätbarhet är vätskans förmåga att förbli i kontakt med den fasta ytan. Graden av vätbarhet mäts med hjälp av en kontaktvinkel. Kontaktvinkeln (kub) är vinkeln mellan ytan och kanten på droppen. En hydrofil yta har en kontaktvinkel (ci) <90 ci medan den hydrofoba ytan uppvisar en kontaktvinkel (ci) > 90 ci, som visas i Figur 1 (nedan). A högre kontaktvinkeln indikerar den starkare vätske-flytande interaktionen snarare än vätske-ytinteraktion vilket gör materialet hydrofobt.

om vätskan sprider sig ut på en yta, vätning av ett stort område av ytan, är kontaktvinkeln mindre än 90 kg och anses vara hydrofil eller vattenälskande (Figur 2). Medan, om en vätska bildar droppe, är kontaktvinkeln mer än 90 kg och anses vara en hydrofob eller vattenavvisande (Figur 2). Vätbarhet är en viktig parameter för växter och djur. Lotusblommablad och Risblad uppvisar en icke-vätande yta, där bladen förblir torra och vattendroppar rullar ut från bladens yta och håller dem rena hela tiden. Vissa djur som Namib ökenbaggar lyckas överleva i det torra området på grund av deras förmåga att absorbera fukt från miljön via hydrofila strukturer på kroppsytan.

från ovanstående diskussion vet vi nu att de hydrofila ytorna tenderar att sprida ut vattnet över ytan och tillåter inte bildandet av vattendroppar. Denna funktion av de hydrofila ytorna används för att göra anti-dimmande ytor i bilindustrin.på grund av hydrofil natur tenderar ett ämne att ha vattenabsorptionsförmåga via kapillärverkan. Graden av vattenabsorption av en hydrofil substans beror på ämnets porositet.

tillämpningar av hydrofila ämnen

hydrofila polymerer och molekyler används i stor utsträckning inom fysik, kemi, teknik, biomedicinsk, läkemedelsleverans, livsmedel, läkemedel, färg, textilier, papper, konstruktioner, lim, beläggningar, vattenrening, dispergerings-och suspenderingsmedel, stabilisatorer, förtjockningsmedel, gelningsmedel, flockningsmedel och koaguleringsmedel, filmformare, fuktighetsbevarande medel, bindemedel och smörjmedel, personlig vård, byggprodukter, tvättmedel, oljefält produkter och mineralbearbetning etc.

hydrofila polymerer uppvisar god vattenångpermeabilitet på grund av joniska grupper. Kläder eller kläder som krävs för att andas består av hydrofila fibrer.

hydrofila polymerer som cellulosa, alginat och kitosan är de mest använda i livsmedelsindustrin där de används som förtjockningsmedel, stabilisator och gelningsmedel.

tillsats av hydrofila ämnen som stärkelsebaserade föreningar till de hemodlade växtkrukorna. Detta bidrar till att minska kravet på frekvent vattning och konsumtion.

hydrofila ämnen har förmågan att absorbera och hålla vatten. Hydrogeler är en typ av hydrofila polymerer som används allmänt i sanitetsprodukter, biomedicinsk teknik, bioseparation, jordbruk, livsmedelsförädling och oljeåtervinning, för att nämna några. Den karakteristiska egenskapen hos dessa hydrogeler är att absorbera vatten och svälla. Hydrofila hydrogeler har också en mjuk karaktär tillsammans med biokompatibilitet. Hydrogeler är sampolymerer eller homopolymerer som framställs genom tvärbindning av monomerer. Dessa monomerer har en joniserbar grupp eller en funktionell grupp som kan joniseras. Hydrogeler kan innehålla svagt basiska grupper som substituerade aminer eller svagt sura grupper som karboxylsyra eller en stark basisk och sur grupp som kvartära ammoniumföreningar och sulfonsyror. Alla dessa Joniska grupper gör hydrogelerna hydrofila. Beroende på deras förmåga att hålla vatten/svullnad används olika hydrogeler i olika applikationer, till exempel hydrofila, icke-porösa, långsamma svällande hydrogelpolymerer används vid tillverkning av kontaktlinser och konstgjorda muskler, medan hydrofila, mikroporösa, snabba svällande hydrogelpolymerer används vid tillverkning av blöjor. Polyakrylater och natriumpolyakrylater är de superabsorberande hydrofila hydrogelpolymererna som används vid tillverkning av blöjor. Dessa superabsorberande hydrogeler kan hålla vatten motsvarande 100 gånger sin egen vikt.

hydrofila hydrogeler liknar den extracellulära matrisen och av denna anledning undersöks de allmänt för att göra konstgjorda vävnadsställningar. På grund av biokompatibilitet används de hydrofila hydroglarna i stor utsträckning i biomedicinska applikationer. Gelatin är en av de allmänt använda hydrofila hydroglarna. Gelatin är en djurbiprodukt och består av protein & peptidliknande kollagen. Gelatin används oftast för framställning av kapslar.

den hydrofila hydrogelen hjälper också till att påskynda sårläkningsprocessen och därför används de ofta som ett sårläkningsmedel.

hydrofila hydrogeler är superabsorberande material som också används i stor utsträckning i läkemedelsleveranssystem, vävnadsreparation och kosmetika. Hydrofila superporösa hydrogeler används som disintegrant eller super disintegrant i en tablett för att uppnå snabb läkemedelsfrisättning från tabletten.

hydrofilicitet är ett kritiskt kriterium för absorptionen av en läkemedelsmolekyl. Det är ett väletablerat faktum att läkemedlet ska vara i ett solubiliserat tillstånd för absorption av ett läkemedel i människokroppen. Hydrofila läkemedel tenderar att lätt lösas upp och solubiliseras, vilket möjliggör läkemedelsabsorption. Således har hydrofila läkemedel med lämplig permeabilitet en högre sannolikhet att absorberas lätt i kroppen och utöva sina terapeutiska effekter.

hydrofila ämnen beläggs på ytan av medicintekniska produkter för att minska bakteriell vidhäftning på ytan av den medicinska produkten. Hydrofila polymerer som polyvinylpyrrolidon (PVP), polyuretaner, polyakrylsyra (PAA), polyetenoxid (PEO) och polysackarider används ofta som antifoulingbeläggningar på medicinska apparater som katetrar, stenter. Så snart någon medicinsk anordning placeras i kroppen initieras avsättningen av proteinskiktet. Under en tidsperiod blir detta lager mycket tjockt och kan resultera i allvarliga biverkningar, nämligen., obstruktion etc. Därför är det nödvändigt att kringgå bildandet av proteinskiktet på ytan av den medicinska anordningen. Hydrofila polymerer fungerar som ett antifoulingmedel och motstår därmed uppbyggnaden av detta proteinskikt över ytan på den medicinska anordningen. Dessutom bidrar dessa hydrofila polymerer till att minska friktionskoefficienten, vilket möjliggör enkel instillation av den medicinska enheten i kroppen.

av liknande skäl, men i en annan applikation används hydrofila polymerer eller ytor i delar av den marina strukturen som används under vattnet. På grund av kompatibilitet med vatten, hydrofila ytor möter minskad friktion under vattnet, vilket bidrar till deras lätta rörelse under vattnet.

hydrofila polymerer används som ett antifoulingmedel på filtreringsmembranen vid omvänd osmos (RO) filtrering. Polymerer som tvärbunden poly (etylenglykol) (PEG), Trietylenglykoldimetyleter (triglyme), cellulosabaserad, etc används i ro-filtreringsmembran. Att vara hydrofil i naturen tillåter dessa polymerer filtrering av vatten genom dem och motstår samtidigt utvecklingen av ett bakteriellt skikt över dem.

Fluorsyrabehandling till tandimplantat utförs för att öka tandimplantatens hydrofilitet. Detta resulterar i minskad läkningstid, enkel etablering av implantatet och även en fast förankring av implantatet.

det finns en grupp molekyler som har både hydrofila såväl som en hydrofob del i sin struktur, sådana molekyler är kända som amfipatiska molekyler. Den vanligaste kategorin av sådana molekyler är allmänt känd som ytaktiva ämnen. Bidraget eller storleken på den hydrofila delen och den hydrofoba delen i en ytaktiv molekyl bestämmer emellertid dess natur som ’hydrofila delar’ eller ’hydrofoba delar’. Beroende på deras natur används ytaktiva molekyler i en mängd olika applikationer. En skala som kallas ’hydrofil-lipofil balans’ eller HLB-skala används som vägledning för att förstå den grundläggande naturen hos ytaktiva molekyler och använda dem i enlighet därmed. Således hjälper HLB-skalan att förstå affiniteten hos den ytaktiva molekylen mot ett lösningsmedel. Om den ytaktiva molekylen uppvisar en högre affinitet mot vattnet eller polärt lösningsmedel, kategoriseras den under ’hydrofila delar’, medan om en ytaktivt ämne uppvisar en högre affinitet mot icke-polära eller lipofila lösningsmedel, kategoriseras den som hydrofob eller lipofil. Ytaktiva ämnen är mycket viktiga och kritiska för formulering och stabilisering av emulsioner. HLB-skalan introducerades av Griffin och varierar vanligtvis från 0-20. Kategoriseringen av ytaktiva molekyler baserade på HLB-skalan är upptagen i Tabell 2.

tabell 2: HLB-skala för karakterisering av ytaktiva ämnen

ett lägre HLB-värde indikerar ytaktiva ämnens vattenavvisande eller hydrofoba natur medan ett högre HLB-värde indikerar ytaktiva ämnens vattenälskande eller hydrofila natur. Propylenglykolmonostearat, mono-och di-glycerider, laktylerade monoglycerider, succinylerade monoglycerider är några av de få ytaktiva ämnen som faller under kategorin hydrofoba eller lipofila ytaktiva ämnen, som har HLB mindre än 10 och kan användas för stabilisering av W/O-emulsioner. Diacetylvinsyraestrar av monoglycerid, polysorbater, lecitin är några av exemplen på de hydrofila ytaktiva ämnena och kan användas för stabilisering av O/W-emulsioner. Intressant är att ett av de vanligaste ytaktiva ämnena, natriumlaurylsulfat, har ett HLB-värde på 40. Dessa ytaktiva ämnen används ofta inom livsmedels-och läkemedelsindustrin.

exempel på hydrofila ämnen

några av de vanligaste exemplen på hydrofila ämnen är följande:

• Protein
• Keratin
• ull
• kiseldioxid
• gips
• Polyetylenglykoletrar
• polyakrylamid
• polyuretaner med polyetylenglykoleter

li>

• polyvinylalkohol (PVA)
• polysackarider (t. ex. cellulosa) och dess derivat (t. ex. 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). Hydrofila och hydrofoba material och deras tillämpningar. Energikällor, Del A: återvinning, utnyttjande och miljöeffekter, 40:22, 2686-2725, DOI: 10.1080/15567036.2018.1511642
• Erothu, H. och Kumar, AC (2016). Hydrofila Polymerer. I biomedicinska tillämpningar av polymera material och kompositer (eds R. Francis och D. Sakthi Kumar). doi: 10.1002 / 9783527690916. ch7
• Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (2019). RO membran påväxt, i: omvänd osmos, Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (Eds). Elsevier, s. 189-220. doi.org/10.1016/B978-0-12-811468-1.00008-6.
• lag K. Y. (2014). Definitioner för hydrofilicitet, hydrofobicitet och Superhydrofobicitet: att få grunderna rätt. Journal of Physical Chemistry Letters, 5 (4), 686-688. https://doi.org/10.1021/jz402762h
• Ohshima, H., Yamashita, Y. och Sakamoto, K. (2016). Hydrofil lipofil balans( HLB): klassisk indexering och ny indexering av ytaktivt medel. I Encyklopedi av Biocolloid och Biointerface Science 2V Set, H. Ohshima (Red.). doi: 10.1002 / 9781119075691. ch45
• Piozzi, A., Francolini, I., Occhiaperti, L., Venditti, M., & Marconi, W. (2004). Antimikrobiell aktivitet av polyuretaner belagda med antibiotika: ett nytt tillvägagångssätt för förverkligandet av medicintekniska produkter som är undantagna från mikrobiell kolonisering. 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). Dimensionsstabilitet hos naturliga fiberbaserade och hybridkompositer.
• Tavana H., Lam C., Grundke K., Friedel P., Kwok D., hår M., Neumann A. (2004). Kontaktvinkelmätningar med vätskor som består av skrymmande molekyler. Journal of kolloid och gränssnitt vetenskap 279:493-502.
• Wirth J., Tahriri M., Khoshroo K., Rasoulianboroujeni M., Dentino A. R., Tayebi L. (2017). Ytmodifiering av tandimplantat. Tayebi L., Moharamzadeh K. (Red). Biomaterial för Oral och Dental vävnadsteknik (i.) Woodhead Publishing, s. 85-96, doi.org/10.1016/B978-0-08-100961-1.00006-2.