在過去的一個多世紀里，我們的食品供應鏈已經發展成為一個全球性的產業，通過技術來不斷提高產量、食品性質和食品加工方法。
食品和飲料行業有許多方面需要了解表界面相互作用。在食品研發中，對基本生物分子相互作用的了解是必須的。界面流變學也對食品的穩定性起到巨大的作用。
除了食品本身之外，還必須考慮食品包裝的外觀，同時還必須考慮食品加工設施的嚴格清潔要求。
[表面清潔度-清潔度]
您需要表征或評價表面清潔度嗎？
表面環繞著我們，無處不在。 我們在其上，活在其中并利用它們。在許多情況下，表面的清潔度是感興趣的和重要的，在某些情況下甚至是關鍵的。 “清潔"的含義當然是一個定義問題，涵蓋了從宏觀一直到納米尺度以及這區間的所有尺度的清潔。
當想到清潔時，我們腦海中的第一類表面就是我們日常生活中所用的房屋和物體的表面——廚房，浴室，衣服，也許還有我們的交通工具，比如我們的汽車。但我們也期望公共場所應該是衛生的 - 餐館，公共交通和醫院。后者是納米級潔凈度很關鍵的領域之一。例如，醫院手術工具和其他表面的清潔是成功手術和防止疾病傳播的關鍵。在離我們更遠的地方，例如食品，藥品或其他敏感物質的生產和加工行業，從一個零部件的制造轉向另一個零部件可能需要在兩者之間進行表面衛生處理。或者在電子和光學行業以及電路或涂層的制造中，最輕微的灰塵分子就可能是災難性的。發電廠中的輸油管道和熱交換器等其他結構會隨著時間的流逝而暴露于污染之中，伴隨不需要的物質積聚，例如沉積物形成、結垢、生物膜形成和結垢等，均可能阻礙功能。
實時表征和評價表面清潔度
QSense QCM-D可以在納米尺度上測量和量化沉淀物、水垢堆積和生物膜形成，以及實時和定量地去除相同的沉積物。優化條件以減少或防止不需要的物質聚集非常重要， 您可以在改變環境之前、之后和期間對清潔度進行表征。在清潔如評估廚房清潔度、描述生物膜形成和測量原油管道污垢中的瀝青質吸附等方面，可以幫助開發消除它們的方法或添加劑。
通過接觸角測量快速評價表面清潔度
清潔和洗滌劑配方的效率可以通過接觸角測量來評估。
清潔和處理表面的表面自由能與清潔度和表面組成直接相關。接觸角是所有表面分析技術中靈敏的一種，因為即使是表面的納米尺寸也會影響潤濕行為。 作為一種簡單快速的測量技術，接觸角通常用于跟蹤清潔過程和清潔溶液的效率。 因此，在清潔度控制至關重要的領域，接觸角測量是非常合適的質量控制方法。 通過自動化的Theta進行接觸角測量，為清潔度評估提供了一種獨立于用戶且快速的方法。
硅片和電路板的清潔度是確保最終產品優化功能的重要因素。 玻璃表面的潔凈度例如瓶子的噴墨印刷或使用粘合劑進行標簽應用等直接影響后續加工步驟的質量。 測量玻璃污染有助于減少浪費并確保高效生產。
ASTM C813-90 – 采用接觸角測量玻璃的疏水性污染
[表面處理和涂層-紙和包裝]
在包裝行業中，粘附性和潤濕性在許多工藝中起著關鍵作用。 包裝材料通常包括各種不同材料層以滿足保護和改進包裝內產品的所有要求。
優化涂料在紙張上的粘附性
由于相對較低的成本和可再生性，紙張經常被使用作為包裝材料。紙張的阻隔性通常不足，因此不同的聚合物涂層被用于生產層壓材料。為確保層壓板具有良好的機械性能，必須對聚合物和紙張之間的粘附性進行優化。潤濕性和表面粗糙度在粘附性中起關鍵作用，并且可以通過結合接觸角和表面粗糙度測量來研究。
在最終使用紙制品之前，通常會對木纖維進行機械或化學改性。新型纖維的改進如利用納米技術進行纖維功能化，也是研究的熱點話題。可以采用張力儀或光學張力計與皮升分配器結合來研究單根纖維的性能。
粗糙度對紙張潤濕性的影響
由于其纖維狀結構，紙張和紙板表面幾乎都是粗糙的。因為它會放大表面化學物質的潤濕效果，這種粗糙度會影響潤濕性。另外，用于提高印刷質量的不同類型的等離子體和火焰處理會影響表面化學和表面粗糙度，因此評價粗糙度對接觸角的影響非常重要。
下面的例子顯示了粗糙度對接觸角的影響。 在三個不同的樣品位置測量粗糙度和水的接觸角。 特別是親水基紙，測量的接觸角在接觸角讀數中顯示出很大的變化。 通過計算粗糙度校正的接觸角剔除粗糙度的影響后，接觸角彼此更為接近。 粗糙度校正接觸角的差異是由于表面的表面化學性質。 結合接觸角和表面粗糙度測量使得評價粗糙度如何影響接觸角成為可能。
| 親水基紙 | 疏水基紙 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 |
接觸角 ° | 57,6 | 63,6 | 72,3 | 128,0 | 128,2 | 125,3 |
接觸角(校正)° | 72,5 | 74,6 | 77,8 | 113,2 | 112,6 | 113,1 |
[ 表面粗糙度和潤濕性 下載]
采用潤濕性研究評價印刷質量
包裝的另一個方面是其視覺外觀。 在包裝上印刷的目的是銷售內部的產品。 印刷質量受油墨潤濕性、吸收性以及向多孔紙鋪展的影響。 在低表面能聚合物涂料上印刷可能具有挑戰性。可以采用光學張力儀測量接觸角來評價內部和表面施膠對紙張吸收性能的影響。 如果需要的話，高速攝像頭可以研究非常快速的吸收現象。
噴墨打印技術越來越多地用于家庭和辦公室打印，在工業打印、包裝行業和功能性打印應用中也變得很常見。 光學張力儀結合皮升分配器可用于演示噴墨適印性，尤其是其與紙張的相互作用。
使用力學張力儀的粉末潤濕性方法研究涂層和油墨顏料的吸收性能。
使用接觸角測量評價擠出涂布紙上的等離子體處理效果。
當印刷非吸收性和低表面能的塑料表面時，油墨和基材之間的粘附力具有挑戰性。基材的表面自由能應高于油墨的表面自由能。 為了確保良好的印刷質量，應該在印刷之前使用例如等離子體和火焰處理等表面處理方法來增加涂布基材的表面自由能。
應用文摘：包裝行業的表面處理評價
噴墨打印應用中的張力測量
噴墨印刷是一種多用途技術，廣泛應用于小型家庭和辦公室印刷、高速工業印刷以及更多新穎的功能印刷應用。由于油墨和基材之間的相互作用對于定義噴墨印刷質量至關重要，所以張力測定法在該領域中被廣泛使用。
通過比較油墨的表面張力和基材的表面能可以估計油墨和基材之間的粘附性。 采用接觸角測量來研究液滴的吸收和鋪展。 Theta光學張力儀的皮升級分配器選項通過使用壓電驅動技術生成與真實的噴墨過程中相同大小的液滴。
應用文摘：噴墨打印中的張力測量
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[界面生物學-生物分子相互作用]
生物分子相互作用分析
生物分子相互作用的分析是許多學科領域的焦點，從生物化學和生物技術到醫藥科學。是基礎科學和應用研究和開發的焦點，生物分子相互作用研究的目標是從純粹地獲得知識和理解生物系統和功能，到使用獲得的知識應用于設計藥物、仿生傳感器以及提高我們的生活質量的技術。
對生物分子相互作用的基本理解
例如，在基礎和應用研究中，對脂類蛋白和蛋白-配體相互作用機制的基本認識是一個目標，在這些研究中，這些系統被研究和表征得到生物分子相互作用過程。
QSense QCM-D是一種實時檢測和監測生物分子相互作用的方法，如結合和相互作用動力學以及分子層的結構變化。該方法已被用于提高對目標相互作用機制和配體結構變化的理解。它也被用于探索分子的行為和疾病的起因，如蛋白質折疊紊亂，多肽聚集成長而細的纖維、淀粉樣結構等。
由于自然界中大多數的生物化學反應發生在由磷脂雙層膜或細胞內的細胞膜上，膜會影響蛋白質的折疊，并創造出反應發生的特定微環境。要了解和模擬實際的生物系統，必須在模擬自然條件的環境中研究這些相互作用。膜磷脂的朗繆爾單分子膜已被證實為生物膜的優良模型系統。在藥物探索發現中，藥物通過細胞壁滲透到細胞以及藥物與細胞膜的反應是藥物傳遞的重要因素。這些可以通過研究藥物與漂浮生物膜模型的相互作用來評估。在食品工業中，過敏性蛋白的去除是非常重要的，通過分子水平的研究可以獲得更深入的理解。
應用文摘:生物分子在細胞膜模型中的相互作用。
應用研究與開發中的生物分子相互作用分析
一旦建立了生物分子相互作用行為領域的知識，就有可能使用這些新信息。在應用科學中，例如在藥物探索、納米毒理學或生物傳感器的設計中，生物分子的相互作用是關鍵，而這些知識可以用來確定新化合物的目標，并檢測潛在的新候選藥物。
在此背景下，QSense QCM-D被用于分析蛋白和蛋白與DNA的相互作用以及檢測抗體-抗原的相互作用。QCM-D對于小分子結合蛋白質后的三級結構的構象變化非常靈敏，可用于設計、驗證和優化藥物化合物。例如，研究淀粉樣生長抑制劑的影響，研究核酸受體的構象影響和篩選化合物與細胞的相互作用和蛋白質藥物靶點。
生物分子相互作用的知識也可以用來設計生物傳感器和檢測系統，在那里生物行為被模仿和使用，例如檢測和診斷疾病。
納米顆粒的毒性
納米粒子(NP)現在被應用于許多不同的行業，包括化妝品、油漆和涂料。因此，對納米顆粒的毒性進行了深入研究。由于其巨大的比表面積，吸入的納米顆粒可以誘導呼吸系統的肺部炎癥和不良免疫反應。
Langmuir膜分析儀為研究納米顆粒對脂質膜的影響提供了一種好的工具。研究了1wt %羥基磷灰石納米顆粒對天然肺表面活性劑(Infasurf)的等溫壓縮曲線的影響。在與納米顆粒接觸后，左側的等溫壓縮曲線有明顯的時間依賴性轉移，這表明了表面活性劑的抑制作用。
ACS Nano 2011, 5(8)， 6410-6416。2011美國化學學會版權所有。（經許可）
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[表面活性劑和乳液/液穩定性]
乳液是兩種或兩種以上液體的混合物，它們通常是互不相容的。從熱力學的觀點來看，乳液是一個不穩定的體系，因為液-液系統有分離和降低它的界面能的自然趨勢。
乳液的穩定性可以被定義為體系抵抗其物理化學性質隨時間變化的能力。乳液的穩定性在許多工業應用中非常重要，包括涂料、食品、農業配方，個人護理和石油。乳化、絮凝和聚集等幾種機制會導致破乳。
雖然乳液穩定性在大多數工業產品和工藝中是必需的，但也有一些加工過程不需要乳液的穩定性。例如，原油回收需要在運輸前將原油從水中分離出來，或者廢水處理也不需要油水乳狀液。
界面流變學測試預測乳狀液的穩定性
界面流變學是一個特殊的流變學分支，它涉及研究在界面上形成的特別的二維體系。正如流變學是研究流體流動，界面流變學是研究流體界面流動特性。
食品和飲料中的界面流變學
蛋白質可以作為食品中的表面活性劑，但也可以添加其他穩定劑以提高穩定性。卵磷脂是為數不多的天然表面活性劑之一。隨著環境和健康問題受到關注，天然表面活性劑越來越引起人們的興趣。
應用文摘下載：蛋白質在氣液和油水界面上的吸附和界面凝膠化
應用文摘下載：在氣液界面上單分子層的界面流變學
觀看網絡研討會：界面流變學：從基礎到應用
工業級非離子乳化劑的表面表征
聚氧乙烯表面活性劑被廣泛用于工業應用，如涂料、食品、農業配方、個人護理和石油，其中乳液和泡沫穩定性是重要的。 醇乙氧基化物正在取代傳統上在許多應用中作為乳化劑的更有毒的烷基酚乙氧基化物。 然而，直鏈醇乙氧基化物沒有表現出與烷基酚乙氧基化物一樣良好的乳化劑性能，這主要是由于后者有更龐大的尾部。 這是由于極性頭和碳氫化合物尾的大小不同，阻礙了界面上緊密堆積的薄膜的形成。
已經研究了兩種基于EO基團數量不同的C10-Guerbet醇工業級非離子表面活性劑的吸附和表面流變性質。，它們是C10EO6和C10EO14。
兩種表面活性劑的表面壓力等溫線符合重新取向模型。 但是，表面流變學數據有不同的解釋。 它表明，C10EO6可以在擴散弛豫過程的模型框架中解釋，而C10EO14偏離擴散弛豫過程，其表面流變反應接近于非離子聚合物表面活性劑。 圖1（C10EO6）和圖2（C10EO14）顯示了兩種表面活性劑在兩個頻率（0.02 Hz和0.5 Hz）下振蕩擾動得到的儲能模量（E'）和損耗模量（E“）。 實線和虛線是從擴散模型獲得的適合實驗數據。 結果表明，只有C10EO6表面活性劑的實驗數據與所提出的模型有良好的一致性。
圖1. C10EO6表面活性劑在兩個頻率（0.02Hz-三角形）和（0.5Hz-菱形）下儲存模量（E'，空心符號）和損失模量（E“，實心符號）與表面活性劑本體濃度的關系函數。 實線和虛線是擴散模型實驗數據的最佳擬合曲線。
圖2. C10EO14表面活性劑在兩個頻率（0.02Hz-三角形）和（0.5Hz-菱形）下的儲存模量（E'，空心符號）和損耗模量（E“，實心符號）與表面活性劑本體濃度的關系函數。 實線和虛線是擴散模型實驗數據的最佳擬合曲線。
兩種表面活性劑的表面流變性質表明它們在空氣/水界面處形成了粘彈性層，然而由于氧乙烯基團的數量不同，吸附膜表現出不同行為。對于較小的表面活性劑，吸附和流變數據符合擴散模型，而較大的C10EO14表面活性劑表現出更接近于聚合物表面活性劑的表面行為。而且，兩種表面活性劑的膨脹彈性和粘度的比較表明通過增加EO基團的數量可增加彈性。吸附的表面活性劑膜的彈性與泡沫和乳液穩定性直接相關。因此，與較短的C10EO6表面活性劑相比，C10EO14表面活性劑可能形成更穩定的抗聚結層。盡管如此，由于前者表面活性劑的擴散性較高，因此使用C10EO6比C10EO14泡沫形成能力更強。因此，這些結果可能會發現有趣的應用，以便通過使用含有氧乙烯基團的非離子表面活性劑合理地開發穩定的泡沫和乳液。
文獻依據: 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.
瀝青質穩定油 - 水乳液
當油被回收時，形成了復雜的油-水乳液。 在油-水界面吸附的瀝青質傾向于增加這些乳液的穩定性。通常不需要穩定的油-水乳液，因為這增加了泵送和運輸費用并且會腐蝕管道，泵和蒸餾塔。
瀝青質的表面活性可以用光學張力儀通過簡單的界面張力測量來評估。通過將高壓腔體組合到系統中，可以實現在高壓和高溫下進行測量。
另一種廣泛應用的方法是研究油水界面的界面流變性。界面的彈性與油水乳狀液的穩定性有關。吸附瀝青質層的界面流變性可以用振蕩液滴法研究。另一種方法是采用基于浮針流變儀的界面剪切流變（ISR）表征瀝青質堆積密度的關系函數。
布魯斯特角度顯微鏡可以在空氣-水界面上對瀝青質進行可視化的形態學研究。
應用文摘下載：蛋白質在空氣-水和油-水界面處的界面凝膠化吸附
下應用文摘下載：薄膜結構的成像：布魯斯特角顯微鏡
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