Oppervlakteactieve stoffen zijn essentieel bij het genereren van druppels in microfluïdica, waar nauwkeurige controle over de vorming en stabiliteit van druppels cruciaal is. Door de interfaciale spanning te verlagen en emulsies te stabiliseren, maken oppervlakteactieve stoffen de productie van uniforme druppels mogelijk, waardoor ze onmisbaar zijn in sectoren zoals de farmaceutische industrie, de cosmetica-industrie, de biotechnologie en de voedingsindustrie.
In deze blog gaan we in op enkele van de meest gebruikte oppervlakteactieve stoffen voor het genereren van druppels in microfluïdica en belichten we de voordelen van FluoSurf™, hoogwaardige oppervlakteactieve stoffen van Emulseo.
Overzicht van veelgebruikte oppervlakteactieve stoffen voor het genereren van druppels
Het kiezen van de juiste oppervlakteactieve stof is essentieel voor het verkrijgen van een stabiele en gelijkmatige druppelvorming in de microfluïdica. Afhankelijk van het type emulsie worden verschillende oppervlakteactieve stoffen gebruikt om ofwel olie-in-water- (O/W) ofwel water-in-olie- (W/O) systemen te stabiliseren.
- O/W-emulgatoren helpen bij het verspreiden van oliedruppeltjes in een continue waterfase. Dit zijn doorgaans hydrofiele oppervlakteactieve stoffen met een hoge HLB-waarde (Hydrophilic-Lipophilic Balance).
- W/O-emulgatoren stabiliseren waterdruppeltjes in een oliefase, waardoor er meer lipofiele oppervlakteactieve stoffen met een lagere HLB-waarde nodig zijn.
In de volgende subparagrafen worden enkele van de meest gebruikte oppervlakteactieve stoffen beschreven voor zowel O/W- als W/O-emulsificatie bij het genereren van microfluïdische druppels.
Veelgebruikte oppervlakteactieve stoffen voor de vorming van olie-in-water-druppeltjes
In O/W-emulsies is de continue fase water, terwijl de gedispergeerde fase olie is. Daarom zijn voor deze emulsies hydrofiele oppervlakteactieve stoffen nodig met een hoge hydrofiele-lipofiele balans (HLB) (doorgaans boven de 8 of 9) om de druppeltjes effectief te stabiliseren en coalescentie te voorkomen. Stabilisatie vindt plaats door middel van elektrostatische afstoting (geladen oppervlakteactieve stoffen) of sterische hindering (niet-ionische oppervlakteactieve stoffen), afhankelijk van de formulering. Veel O/W-oppervlakteactieve stoffen zijn biocompatibel, waardoor ze geschikt zijn voor farmaceutische en biologische toepassingen.
Veelgebruikte oppervlakteactieve stoffen voor O/W-emulsies zijn onder meer:
- Tween 20 (Polysorbaat 20) – Een veelgebruikte niet-ionische oppervlakteactieve stof die bekend staat om zijn biocompatibiliteit en effectiviteit bij het stabiliseren van emulsies, en die vaak wordt gebruikt in biologische testen, bij de toediening van geneesmiddelen en in voedingsemulsies.
- Tween 80 (Polysorbaat 80) – Vergelijkbaar met Tween 20, maar met een hogere hydrofobiciteit, waardoor het geschikt is voor het emulgeren van een breder scala aan oliën; wordt vaak gebruikt in farmaceutische formuleringen en cosmetica.
- Natriumdodecylsulfaat (SDS) – Een anionische oppervlakteactieve stof die zorgt voor een sterke elektrostatische stabilisatie, waardoor het samensmelten van druppeltjes wordt voorkomen, en die op grote schaal wordt gebruikt bij het oplosbaar maken van eiwitten en bij DNA-/RNA-extractie.
- Pluronic F-68 – Een niet-ionische triblok-copolymeer-oppervlakteactieve stof die veel wordt gebruikt in biologische en farmaceutische toepassingen, waaronder celkweekmedia en medicijnafgifte.
- CTAB (cetyltrimethylammoniumbromide) – Een kationische oppervlakteactieve stof die wordt gebruikt in gespecialiseerde toepassingen waarbij gecontroleerde oppervlakteladingen vereist zijn, vaak toegepast bij de synthese van nanodeeltjes, DNA-extractie en antimicrobiële formuleringen.
Veelgebruikte oppervlakteactieve stoffen voor de vorming van water-in-olie-druppeltjes
In W/O-emulsies is de continue fase olie, terwijl de gedispergeerde fase bestaat uit waterdruppeltjes. Voor deze emulsies zijn lipofiele oppervlakteactieve stoffen nodig met een lage hydrofil-lipofiele balans (HLB) (doorgaans lager dan 7) om de waterdruppeltjes te stabiliseren en samenklontering te voorkomen. De stabilisatiemechanismen variëren: niet-ionische oppervlakteactieve stoffen zorgen voor sterische hindering, terwijl gespecialiseerde gefluoreerde oppervlakteactieve stoffen een betere controle over de druppels bieden.
Veelgebruikte oppervlakteactieve stoffen voor W/O-emulsies zijn onder meer:
- Span 80 (sorbitaanmonooleaat) – Een veelgebruikte niet-ionische oppervlakteactieve stof die bekend staat om zijn doeltreffendheid bij het stabiliseren van waterdruppeltjes in olie, en die vaak wordt toegepast in voedingsemulsies en farmaceutische formuleringen.
- Andere sorbitanesters (bijv. Span 60, Span 85 …) – Een groep oppervlakteactieve stoffen met uitstekende emulgerende eigenschappen, die op grote schaal worden gebruikt in cosmetica, farmaceutische producten en industriële toepassingen.
- PGPR (polyglycerolpolyricinoleaat – E476) – Wordt veelvuldig gebruikt in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie, met name bij de productie van chocolade en in systemen voor de toediening van geneesmiddelen.
💡 In sommige toepassingen kan het combineren van meerdere oppervlakteactieve stoffen de stabiliteit en prestaties van de druppels verbeteren. Door oppervlakteactieve stoffen met complementaire eigenschappenzorgvuldig te selecteren en te mengen – zoals een niet-ionische oppervlakteactieve stof voor sterische stabilisatie en een ionische oppervlakteactieve stof voor elektrostatische afstoting – is het mogelijk om de stabiliteit, de druppelgrootte en de grensvlakken van de emulsie nauwkeurig af te stemmen op specifieke experimentele behoeften.
Het kiezen van de juiste oppervlakteactieve stof is essentieel voor een stabiele en efficiënte druppelvorming. De onderstaande tool biedt een eenvoudige manier om geschikte oppervlakteactieve stoffen te identificeren op basis van het type emulsie (O/W of W/O) en geeft tegelijkertijd belangrijke fysisch-chemische eigenschappen weer, zoals de kritische micelconcentratie (CMC), de hydrofilisch-lipofiele balans (HLB) en het molecuulgewicht. De tool dient als een snel naslagwerk ter ondersteuning van microfluïdische toepassingen waarbij een nauwkeurige selectie van oppervlakteactieve stoffen vereist is.
🚨 Het HLB-systeem (Hydrophilic-Lipophilic Balance ) loopt traditioneel van 0 tot 20, maar sommige oppervlakteactieve stoffen overschrijden de waarde 20 als gevolg van alternatieve berekeningsmethoden of extreme hydrofiliteit. Aan zeer goed in water oplosbare oppervlakteactieve stoffen, met name ionische, kunnen hogere HLB-waarden worden toegekend om hun emulgerende eigenschappen beter te kunnen classificeren. Hoewel de standaard HLB-schaal nog steeds op grote schaal wordt gebruikt, helpen deze uitgebreide waarden bij het onderscheiden van zeer hydrofiele oppervlakteactieve stoffen.
FluoSurf vanEmulseo
FluoSurf™-oppervlakteactieve stoffen zijn geavanceerde gefluoreerde niet-ionische oppervlakteactieve stoffen die speciaal zijn samengesteld om waterdruppeltjes in gefluoreerde oliën (W/O) te stabiliseren voor chemische en biotechnologische toepassingen. Deze door Emulseo ontwikkelde hoogwaardige oppervlakteactieve stoffen zijn bijzonder geschikt voor microfluïdische experimenten op basis van druppeltjes, waaronder druppel-digitale PCR (ddPCR) en analyse met de ‘ single-cell ’-methode.
Dankzij hun uitzonderlijke stabiliteit, biocompatibiliteit en zuiverheid zorgen FluoSurf-oppervlakteactieve stoffen voor een betrouwbare druppelvorming, waarbij lekkage tot een minimum wordt beperkt en de consistentie tussen experimenten wordt gewaarborgd. De schaalbare productie en strenge kwaliteitscontrole garanderen reproduceerbaarheid, waardoor ze een ideale keuze zijn voor onderzoekers en bedrijven die precisie en efficiëntie vereisen in microfluïdische werkprocessen.
Elke FluoSurf-variant is ontworpen voor specifieke toepassingen, met behoud van de belangrijkste voordelen: hoge monodispersiteit, druppelstabiliteit en biocompatibiliteit. Hieronder gaan we dieper in op de verschillende FluoSurf-oppervlakteactieve stoffen die Emulseo aanbiedt, waarbij we de nadruk leggen op hun fysisch-chemische eigenschappen en toepassingen.
FluoSurf™ - Neat
Neat FluoSurf™ is de zuivere, onverdunde vorm van FluoSurf, waarmee onderzoekers de concentraties van de oppervlakteactieve stoffen precies kunnen afstemmen op hun specifieke experimentele behoeften. Voor gebruik moet het worden verdund in een gefluoreerde olie, zoals Emulseo’sFluo-Oil 7500 of Fluo-Oil 40— en een nacht moet staan om optimale prestaties te garanderen. Voor extra gebruiksgemak is het ook verkrijgbaar als een vooraf verdunde, gebruiksklare formulering in de gewenste concentratie.
FluoSurf-C™
FluoSurf-C™ is een hoogwaardige gefluoreerde oppervlakteactieve stof die is geoptimaliseerd voor het stabiliseren van waterdruppeltjes in gefluoreerde oliën. Het is ideaal voor microfluïdische toepassingen, waaronder druppel-digitale PCR (ddPCR) en single-cell -analyse, en zorgt voor een stabiele, reproduceerbare druppelvorming. Met dezelfde beproefde samenstelling als het originele FluoSurf™, biedt het betrouwbare prestaties voor een breed scala aan chemische en biotechnologische toepassingen.
FluoSurf-O™
FluoSurf-O™ is ontworpen voor op fluorescentie gebaseerde toepassingen waarbij een minimaal achtergrondsignaal essentieel is. Het behoudt alle voordelen van FluoSurf-C™ en biedt tegelijkertijd een ultralage autofluorescentie, waardoor het bijzonder geschikt is voor experimenten die nauwkeurige optische detectie bij lage kleurstofconcentraties vereisen.
FluoSurf-S™
FluoSurf-S™ is ontwikkeld voor veeleisende toepassingen waarbij hoogfrequente druppelvorming en stabiliteit onder extreme omstandigheden vereist zijn, zoals thermocycling bij ddPCR. Het lagere molecuulgewicht zorgt voor een betere compatibiliteit met viskeuze waterige oplossingen. Het wordt echter niet aanbevolen voor gebruik met kleurstoffen vanwege mogelijke kruisbesmetting.
Om een duidelijker beeld te geven van de belangrijkste kenmerken die van invloed zijn op de prestaties van FluoSurf™-oppervlakteactieve stoffen, volgt hieronder een tabel met een overzicht van belangrijke fysisch-chemische eigenschappen.
| Oppervlakteactieve stof | FluoSurf™ | FluoSurf-C™ | FluoSurf-O™ | FluoSurf-S™ |
|---|---|---|---|---|
| CMC in HFE 7500 (w/w%) | 0.03 | 0.2 | 0.2 | 0.03 |
| HLB-waarde | 3.9 | 1.5 | 1.5 | 3.9 |
| Molecuulgewicht (kg/mol) | 7-13 | 7-13 | 7-13 | 3-5 |
| Grensvlakspanning bij 4 gew.% in HFE 7500 (mN/m) | 4 | 10 | 10 | 4 |
💡 FluoSurf™-oppervlakteactieve stoffen moeten vóór gebruik op de juiste wijze worden verdund inEmulseo’s Fluo-Oil 7500, Fluo-Oil 40, Fluo-Oil 200 of Fluo-Oil 135 . Voor het gemak kunnen deze oppervlakteactieve stoffen ook vooraf verdund in de gewenste concentratie worden geleverd.
Welke FluoSurf™-oppervlakteactieve stof is het meest geschikt voor uw toepassing?
FluoSurf™-oppervlakteactieve stoffen zijn ontwikkeld ter ondersteuning van een breed scala aan microfluïdische toepassingen en bieden uitzonderlijke stabiliteit, biocompatibiliteit en zuiverheid. Ze zijn ideaal voor het genereren van water-in-olie-druppeltjes, single-cell -analyse, celsortering, inkapseling en op PCR gebaseerde technieken. Bovendien stabiliseren FluoSurf™-oppervlakteactieve stoffen druppeltjes die worden gebruikt voor de vorming van alginaat-, polyacrylaat-, agarose- en epoxybolletjes, evenals voor 3D-celkweektoepassingen. Of het nu gaat om fundamenteel onderzoek of geavanceerde biotechnologische processen, ze garanderen betrouwbare prestaties en reproduceerbaarheid in diverse experimentele workflows.
De onderstaande tabellen geven de geschiktheid van FluoSurf™-oppervlakteactieve stoffen voor diverse toepassingen weer, op basis van hun specifieke samenstellingen – waarbij elke samenstelling verwijst naar een FluoSurf™-variant (C, O of S) verdund in verschillende Emulseo Fluo-Oil-oplosmiddelen (Fluo-Oil 40, Fluo-Oil 135, Fluo-Oil 200 of Fluo-Oil 7500). Deze samenstellingen bepalen de prestaties van de oppervlakteactieve stof bij verschillende toepassingen.
💡 De beoordelingen – A, B, C en D – helpen bij het bepalen van de meest geschikte samenstelling, waarbij:
- A staat voor de beste aanbeveling,
- B duidt op een hoge mate van geschiktheid,
- C duidt op aanvaardbare maar niet optimale prestaties,
- D betekent dat de samenstelling niet wordt aanbevolen voor die toepassing.
Geschiktheid van FluoSurf™-C-formuleringen voor verschillende toepassingen
Verdunningsolie Toepassing | Fluo-Oil 40 | Fluo-Oil 135 | Fluo-Oil 200 | Fluo-Oil 7500 |
|---|---|---|---|---|
| ddPCR (30 PCR-cycli) | D | A | D | A |
| ddPCR (40 PCR-cycli) | D | D | D | D |
| Inkapseling van small- -kleurstoffen / problemen met lekkage | A | B | A | C |
| Fluorescentiemetingen | C | C | C | C |
Geschiktheid van FluoSurf™-O-formuleringen voor verschillende toepassingen
Verdunningsolie Toepassing | Fluo-Oil 40 | Fluo-Oil 135 | Fluo-Oil 200 | Fluo-Oil 7500 |
|---|---|---|---|---|
| ddPCR (30 PCR-cycli) | D | A | D | A |
| ddPCR (40 PCR-cycli) | D | D | D | D |
| Inkapseling van small- -kleurstoffen / problemen met lekkage | A | B | A | C |
| Fluorescentiemetingen | A | A | A | A |
Geschiktheid van FluoSurf™-S-formuleringen voor verschillende toepassingen
Verdunningsolie Toepassing | Fluo-Oil 40 | Fluo-Oil 135 | Fluo-Oil 200 | Fluo-Oil 7500 |
|---|---|---|---|---|
| ddPCR (30 PCR-cycli) | D | A | D | A |
| ddPCR (40 PCR-cycli) | D | A | D | A |
| Inkapseling van small- -kleurstoffen / problemen met lekkage | D | D | D | D |
| Fluorescentiemetingen | B | B | B | B |
💡 Conclusie
Oppervlakteactieve stoffen spelen een cruciale rol bij het genereren van druppels in microfluïdica en zorgen voor de stabiliteit, precisie en reproduceerbaarheid van druppels in een breed scala aan toepassingen. De keuze van de juiste oppervlakteactieve stof hangt af van het specifieke type emulsie, de experimentele omstandigheden en de gewenste prestatiekenmerken. Een grondig begrip van de eigenschappen van oppervlakteactieve stoffen stelt onderzoekers in staat hun werkprocessen te optimaliseren, of het nu gaat om biologische testen, materiaalsynthese of geavanceerde lab-on-a-chip-technologieën.
Blijf ons volgen voor meer inzichten in innovaties op het gebied van microfluïdica en praktische oplossingen om experimenten met druppels te verbeteren. Tot dan: laat je druppel niet knappen 🫧!
📧 Mocht u vragen of opmerkingen hebben, neem dan gerust contact met ons op via contact@darwin-microfluidics.com.
