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水中水型（W/W）エマルジョンは、別の連続水溶液中に水で溶媒和された分子の液滴からなるシステムです。液滴相と連続相の両方に、完全に水溶性の異なる分子が含まれています。[ 1 ]そのため、異なる水溶性分子を含む2つの完全に水溶液を混合すると、主に1つの成分を含む水滴が、別の成分を含む水溶液中に分散します。[ 2 ]最近、このような水中水型エマルジョンが存在し、異なる種類の非両親媒性だが水溶性の分子間相互作用の分離によって合一から安定していることが実証されました。[ 3 ]これらの分子間相互作用には、水素結合、πスタッキング、塩橋 などがあります。このw/wエマルジョンは、ポリマーと液晶分子からなる水性混合物中で、異なる水で溶媒和された分子官能基が分離されるときに生成されます。
この水中油型エマルジョンは、水で溶媒和された液滴として懸濁した液晶が、同じく水を溶媒とするポリマー溶液中に分散した構造をしています。エマルジョンの液晶成分は、クロモリングリコール酸二ナトリウム（DSCG）です。この分子は抗喘息薬ですが、DSCGの濃度が約9～21重量％の場合、特殊なタイプの液晶としても存在します。5CBなどの油性分子からなる従来のリオトロピック液晶とは異なり、 DSCG分子は両親媒性ではなく、完全に水溶性です。したがって、疎水性／親水性基の分離はDSCGには適用できません。ポリマー溶液は、w/wエマルジョンの媒体または連続相として機能します。水溶性であることに加えて、このw/wエマルジョンシステムを生成するための重要な基準の1つは、ポリマーがDSCGと強く相互作用する官能基を持たないことです。そのため、イオン性ポリマーをDSCGと混合すると、w/wエマルジョンは形成されず、均一溶液または沈殿溶液が生じます。したがって、w/wエマルジョンを生成する既知のポリマーには、ポリアクリルアミドとポリオールが含まれます。驚くべきことに、これらの水中水エマルジョンの中には、最大30日間も凝集に対して非常に安定なものがあります。液晶分子は互いに好ましい共通の配向をとるため、液滴内の液晶の全体的な配向は特定の構成でのみ安定します（図3）。aw/wエマルジョン中の水で溶媒和された液滴として、DSCG分子は液滴の表面で好ましい方向に整列します。システムの全体的なエネルギーを最小化するために、液滴内のDSCG分子は液滴の表面に平行または垂直に整列することを好みます（図4A、B）。
この水中油型エマルションの凝集に対する安定性は、以下の3つの分子間力に起因する。
1. 液滴形成の初期段階における、異なる分子間力の分離。類似の力は互いに結びつきやすく、液晶液滴相ではπスタッキングと塩橋が2つの主要な力である一方、連続ポリマー相では水素結合が支配的である。
2. 液滴サイズが大きくなるにつれて、液滴相と連続相の界面における分子間相互作用は、多価相互作用によって強くなります。w/wエマルションでは、界面分子間相互作用が強化されることで、液滴表面を覆うポリマー層が形成され、結果として液滴同士の凝集が防止されます。
3. さらに、2つの液晶液滴が合体（合体）する際には、合体する2つの液滴内の液晶分子の配向が互いに「適応」するように変化し、その結果、合体の発生を妨げるエネルギー損失が生じることも提案されている。
このw/wエマルジョンは、ポリマー分散型液晶（PDLC）の新しいクラスも表しています。従来知られているPDLCは、油滴が4-ペンチル-4'-シアノビフェニル（5CB）などのサーモトロピック液晶であり、水相に特定のポリマーを含む水中油型エマルジョンで構成されています。これに対し、この水中油型エマルジョンは、ポリマー分散型リオトロピック液晶で構成されており、リオトロピック液晶は水に溶解したDSCG分子です。従来のPDLCは、スイッチングウィンドウからプロジェクションディスプレイまで、さまざまな用途で使用されています。ポリマー分散型リオトロピック液晶の水中油型エマルジョンは、タンパク質構造との適合性により、高度に生物機能的な材料を構築する可能性を秘めています。
水中油型エマルションのその他の既知の種類としては、水溶液中の様々な生体高分子の分離が挙げられる。
4. (a) Terentjev、EM Europhys。レット。 1995、32、607 – 612。 (b) プーリン、P.スターク、H.ルベンスキー、TC; Weitz、DA Science 1997、275、1770 – 1773。
5. Scholten, E.; Sagis, LMC; Van der Linden, E., 水-水中エマルションの動的挙動に対する曲げ剛性と界面透過性の影響。Journal of Physical Chemistry B 2006, 110, (7), 3250 – 3256.
1. 塩橋とその例http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/SaltBridges.html
2. 液晶に関するチュートリアルhttp://outreach.lci.kent.edu/
3．ポリマー分散型液晶（PDLC）の概要
4. PDLCのドロップレット構成http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/droplet/droplet.htm