미셀

3. 형성 원리

미셀은 계면활성제의 농도가 임계 미셀 농도(CMC) 이상이고, 시스템의 온도가 크라프트 온도보다 높을 때만 형성된다. 미셀 형성은 열역학을 사용하여 이해할 수 있다. 미셀은 엔트로피와 엔탈피 사이의 균형 때문에 자발적으로 형성된다. 물에서 소수성 효과는 미셀 형성의 주요 동력인데, 이는 계면활성제 분자를 조립하는 것이 시스템의 엔탈피와 엔트로피 측면에서 불리하다는 사실에도 불구하고 발생한다.

계면활성제 분자의 소수성 꼬리가 물과의 접촉을 최소화하기 위해 모이면서 미셀이 형성된다. 친수성 머리 부분은 물과 상호작용하며 미셀을 안정화시킨다. 계면활성제의 농도가 매우 낮으면 용액에는 단량체만 존재한다. 계면활성제의 농도가 증가함에 따라, 분자의 소수성 꼬리를 클러스터링하는 데서 오는 불리한 엔트로피 기여가 계면활성제 꼬리 주변의 용매화 껍질 방출로 인한 엔트로피 증가에 의해 극복되는 지점에 도달한다. 이 시점에서 계면활성제의 일부 지질 꼬리는 물과 분리되어 미셀을 형성하기 시작한다.

이온성 계면활성제로 구성된 미셀은 용액에서 주변의 이온, 즉 반대 이온과 정전기적 인력을 갖는다. 가장 가까운 반대 이온이 하전된 미셀을 부분적으로 가리지만(최대 92%), 미셀 전하의 영향은 미셀에서 상당한 거리에서 주변 용매의 구조에 영향을 미친다. 이온성 미셀은 전기 전도도를 포함한 혼합물의 많은 특성에 영향을 미친다. 미셀이 포함된 콜로이드에 염을 첨가하면 정전기적 상호 작용의 강도가 감소하고 더 큰 이온성 미셀이 형성될 수 있다.^[9]

4. 미셀 패킹 파라미터

미셀 패킹 파라미터 방정식은 계면활성제 용액에서 분자 자기 조립을 예측하는 데 사용된다.^[10]

:$\backslash frac\{v\_o\}\{a\_e\; \backslash ell\_o\}$

여기서 $v\_o$는 계면활성제 꼬리 부피, $\backslash ell\_o$는 꼬리 길이, $a\_e$는 응집체 표면에서 분자당 평형 면적이다.

5. 종류

미셀의 종류는 구성 물질, 구조, 용매 등에 따라 다양하게 나뉜다.

미셀은 계면활성제 분자로 이루어진 코어-코로나 응집체로 시작되었지만, 선택적 용매 내 양친매성 블록 공중합체의 응집체를 설명하는 데에도 확장되었다.^[39][40] 이 두 가지 계의 주요 차이점은 구성 요소의 크기인데, 계면활성제의 분자량은 일반적으로 1몰당 수백 그램인 반면, 블록 공중합체의 분자량은 일반적으로 1~2 자리 더 크다. 또한, 블록 공중합체는 더 큰 친수성 및 소수성 부위로 인해 계면활성제 분자에 비해 더 현저한 양친매성을 가질 수 있다.

이러한 구성 요소의 차이로 인해, 블록 공중합체 미셀은 계면활성제와 같은 거동을 보이는 것과 그렇지 않은 것으로 나뉜다. 전자는 동적 미셀, 후자는 동결 미셀이라고 불린다.

동적 미셀은 계면활성제 미셀과 유사하게 행동하며, 계면활성제 교환 및 미셀 절단/재결합과 관련된 완화 과정을 특징으로 한다. 반면, 동결 미셀은 이러한 완화 과정을 나타내지 않으며, 미셀을 형성하는 단분자가 용매에 녹지 않거나 코어를 형성하는 블록이 유리 상태일 때 형성된다.

무극성 용매에서는 친수성 머리 그룹이 주변 용매에 노출되는 것이 에너지적으로 불리하여 역미셀(reverse micelle^영어)^[19]이 생성된다.

슈퍼미셀은 개별 구성 요소 또한 미셀인 계층적 미셀 구조(초분자 조립체의 일종)이다.^[20]

5. 1. 계면활성제 미셀

5. 2. 블록 공중합체 미셀

5. 2. 1. 동적 미셀

5. 2. 2. 동결 미셀

5. 3. 역미셀

5. 4. 슈퍼미셀

6. 용도

미셀은 계면활성제가 임계 미셀 농도(CMC) 이상으로 존재할 때 유화제로 작용하여, 일반적으로는 섞이지 않는 화합물을 용해시키는 역할을 한다. 세제는 물만으로는 제거하기 어려운 기름이나 왁스 같은 친유성 물질을 세척하는 데 사용된다. 또한 세제는 물의 표면 장력을 낮춰 물질을 표면에서 쉽게 제거할 수 있도록 돕는다.

미셀은 화학 반응, 표적 지향 약물 전달, 생체 내에서 지용성 비타민 흡수 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다.^[54] 간에서 만들어져 담낭에서 분비되는 담즙산염은 지방산의 미셀 형성을 돕고, 이를 통해 레시틴과 같은 복잡한 지질이나 지용성 비타민(A, D, E, K)이 소장에서 흡수될 수 있게 된다. 또한 응유 과정에서 카제인의 가용성 부분인 κ-카제인에 프로테아제가 작용하여 불안정한 미셀 상태를 유발해 응고물이 형성된다.^[50][51]

6. 1. 세제 및 유화제

6. 2. 화학 반응 촉매

6. 3. 약물 전달

6. 4. 생체 내 역할

7. 한국의 미셀 연구 개발 현황

요약에 따르면, 한국에서는 미셀 기술을 활용한 다양한 제품 개발 및 연구가 활발히 진행되고 있다고 한다. 그러나 주어진 참조 소스에는 내용이 없어, 섹션 내용을 작성할 수 없다.

8. 관련 항목

• 임계 미셀 농도 (CMC) - 미셀이 형성되고, 계에 추가된 모든 계면활성제가 미셀이 되는 계면활성제의 농도
• Micellar liquid chromatography|미셀 액체 크로마토그래피^영어 - 이동상으로 미셀 수용액을 사용하는 역상 액체 크로마토그래피의 일종
• 미셀 용액 - 용매(통상 물) 중에 미셀이 분산된 것
• Micellar solubilization|미셀 가용화^영어 - 가용화물을 미셀 내 또는 미셀상에 포함시키는 과정
• 지질 이중층 - 극성을 가진 얇은 인지질이 이중층을 이룬 막
• 리포솜 - 적어도 하나의 지질 이중층을 갖는 구형 소포
• 계면활성제 - 두 액체 간, 기체와 액체 간, 액체와 고체 간의 표면 장력(또는 계면 장력)을 낮추는 화합물
• 소포 - 세포 내 또는 세포 외의, 지질 이중층으로 둘러싸인 액체 또는 세포질로 이루어진 구조
• 양친매성 분자 - 친수성과 친유성의 양쪽 성질을 가진 화합물

참조

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