Vortragsprogramm

Der Exzellenzcluster RESOLV (Ruhr Explores Solvation) ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt unter der Leitung der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Universität Dortmund. Seit 2012 untersuchen rund 200 Forscher aus den Bereichen Chemie, Physik, Biochemie und Verfahrenstechnik die Rolle von Lösungsmitteln sowohl in Reaktionen als auch in Formulierungen auf molekularer Ebene. In seiner dritten Förderperiode (2026–2032) erhält RESOLV von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) Fördermittel in Höhe von 43 Millionen Euro.
Einer der drei Hauptforschungsbereiche von RESOLV ist „Stabilität und Homogenität“, der die physikalische Stabilität komplexer Systeme gegen Kristallisation und Flüssig-Flüssig-Phasentrennung untersucht. Insbesondere konzentriert sich dieser Bereich darauf, die Löslichkeitsgrenzen extrem hydrophober Stoffe in wässrigen Umgebungen mithilfe geeigneter Additive wie Tenside zu erweitern.
Nach einem Überblick über die RESOLV-Aktivitäten im Allgemeinen wird der Vortrag die Forschungsaktivitäten von RESOLV zur Solubilisierung durch Tenside veranschaulichen. Diese umfassen zum einen molekulare Simulationen und die experimentelle Charakterisierung von Tensidaggregaten unter Verwendung von Lichtstreuungstechniken. Darüber hinaus ist es uns kürzlich gelungen, ein analytisches thermodynamisches Modell zu entwickeln, das die Modellierung der Flüssig-Flüssig-Entmischung in wässrigen Tensidlösungen sowie die Vorhersage der kritischen Mizellkonzentration innerhalb von Sekunden ermöglicht. Dieser Modellierungsansatz ist zudem erstmals in der Lage, den dramatischen Anstieg der Löslichkeit hydrophober Verbindungen in Gegenwart von Tensiden ohne Kenntnis der experimentellen Daten vorherzusagen. Zusätzlich ermöglicht er die Vorhersage von Größe als auch Form der gemischten Aggregate aus Tensiden und gelösten Stoffen sowie die Anzahl und sogar die Position der gelösten Moleküle innerhalb dieser Aggregate in sehr guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten.

Tenside sind aus dem modernen Leben nicht wegzudenken, dennoch wird ihre Leistungsfähigkeit überwiegend empirisch optimiert, während ein molekulares Verständnis der Struktur–Eigenschafts-Beziehungen weiterhin begrenzt ist. In dieser Arbeit präsentieren wir eine systematische Untersuchung heteroaromatischer Tenside und analysieren, wie heteroaromatische Motive im Kopfgruppenbereich das amphiphile Verhalten und die Grenzflächenleistung beeinflussen. Aufbauend auf biobasierten Systemen wie sulfonierten Alkylfuroaten prüfen wir die Hypothese, dass Heteroaromatizität die effektive Hydrophobizität verändert und dadurch Mizellisierung, Adsorption und makroskopische Eigenschaften steuert.

Eine Reihe heteroaromatischer Tenside, darunter furan-, thiophen- und pyrrolbasierte Alkylsulfonate, wurde synthetisiert und systematisch charakterisiert. Zentrale physikochemische Kenngrößen wie die kritische Mizellbildungskonzentration (CMC) und der Oberflächenüberschuss wurden ebenso bestimmt wie anwendungsrelevante Eigenschaften, einschließlich Schaumbildung und Zein-Protein-Solubilisierung. Innerhalb dieser Serie wurden deutliche Unterschiede im Grenzflächenverhalten beobachtet, was darauf hinweist, dass die heteroaromatische Struktur Hydratation, Packung und effektive Hydrophobizität beeinflusst.

Zur mechanistischen Einordnung dieser Beobachtungen wurden molekulardynamische Simulationen eingesetzt, um Grenzflächenspannungen sowie die Gibbs’sche freie Energie des Transfers von Wasser in Öl als quantitativen Maßstab für die Hydrophobizität zu bestimmen. Die Simulationsergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Trends und belegen, dass heteroaromatische Motive das Verhalten von Tensiden systematisch über Veränderungen der Hydratationsthermodynamik und der Grenzflächenadsorption steuern. Insgesamt wird damit ein direkter Zusammenhang zwischen molekularer Struktur, Hydrophobizität und makroskopischer Leistung in heteroaromatischen Tensidsystemen hergestellt.

Diese Ergebnisse liefern neue Einblicke in den Einfluss molekularer Strukturelemente auf die Selbstorganisation amphiphiler Systeme und Grenzflächenphänomene und schaffen eine prädiktive Grundlage für das Design von Tensiden. Darüber hinaus trägt diese Arbeit zum grundlegenden Verständnis von Struktur–Eigenschafts-Beziehungen in amphiphilen Systemen bei und unterstützt die Entwicklung von Tensiden der nächsten Generation mit verbesserter Effizienz, Milde und Nachhaltigkeit.

Die Entwicklung nachhaltiger Rheologiemodifikatoren gewinnt zunehmend an Bedeutung, da viele herkömmliche Strukturgeber aus fossilen Rohstoffen stammen, oftmals nur begrenzt biologisch abbaubar sind oder als Mikroplastik klassifiziert werden müssen. Dadurch entsteht ein klarer Bedarf an umweltfreundlichen Alternativen, die erstrebenswerte rheologische Eigenschaften ermöglichen, ohne auf traditionelle synthetische Polymere zurückzugreifen.
Mikrobielle Biotenside stellen ferner eine vielversprechende Klasse erneuerbarer und biologisch abbaubarer Amphiphile dar, die komplexe Strukturen wie wurmartige Mizellen bilden können, welche in Konsumgütern weit verbreitet zur rheologischen Modifizierung eingesetzt werden.
Wurmartige Mizellen zeigen jedoch trotz starker Verschlaufungen ein terminales Fließverhalten und können daher keine “echte” Fließgrenze erzeugen – ein entscheidendes Merkmal zur Stabilisierung heterogener Systeme wie Suspensionen oder Emulsionen. Um eine definierte Fließgrenze zu erzeugen, ohne erneut nicht biologisch abbaubare Polymere einzusetzen, bieten niedrigmolekulare Gelatoren (LMWGs) eine attraktive, mikroplastikfreie Alternative. Da Tenside jedoch die Nukleation und Netzwerkarchitektur von LMWGs stark beeinflussen können, ist das Design kombinierter Biotensid?LMWG?Systeme nicht trivial.
In dieser Arbeit untersuchen wir das kombinierte Self Assembly von Mannosylerythritol Lipid B (MEL?B), einem mikrobiellen Biotensid, das bereits bei niedrigen Konzentrationen wormlike micelles bildet, und einem Bis?Urea?LMWG, der aus 4,4??Methylen­diphenyl­diisocyanat und L?Alaninol synthetisiert wurde (MDI?2). Mittels Rotationsrheologie und diffusing wave spectroscopy (DWS) wurden die Gelierungskinetik, die Entwicklung der rheologischen Eigenschaften und die Strukturänderungen während der Netzwerkbildung charakterisiert.
Unsere Ergebnisse deuten auf einen orthogonalen Selbstassemblierungsmechanismus hin, bei dem die MDI?2?Fasern unabhängig vom mizellaren Netzwerk des MEL-B wachsen. Diese entkoppelte Assemblierungs ermöglicht die gleichzeitige Ausprägung von Viskoelastizität durch das Mizellnetzwerk und einer durch LMWG induzierten Fließgrenzen. Damit kann das System einen nachhaltigen, mikroplastikfreien Ansatz zur Entwicklung gezielt einstellbarer rheologischer Profile für Verbraucherprodukte bieten.

Öl-in-Wasser Emulsionen mit Triacylglyceriden sind interessante für viele Anwendungen, etwa in der Kosmetik, Pharmazie oder für Lebensmittel. Allerdings ist die Formulierung von Emulsionen mit ausreichender Langzeitstabilität oft eine große Herausforderung, insbesondere bei der Verwendung von Triacylglyceriden. Ein Ansatz zur Bewältigung dieser Herausforderung ist die Herstellung von Nanoemulsionen. Nanoemulsionen mit ihrem kleinen Durchmesser von 50–400 nm sind in der Regel kinetisch relativ stabil. Aufgrund ihres hohen Oberflächen-zu-Volumen Verhältnisses bieten sie zudem den Vorteil einer schnellen und kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen, die in ihrem hydrophoben Kern enthalten sind.
In dieser Arbeit untersuchten wir ein breiteres Spektrum an Bioamphiphilen, wie Natriumoleat, Natriumcocoyltaurat, Saponin, Rhamnolipid, Sojalecithin und Tween 80, hinsichtlich ihrer Eignung als Stabilisatoren für Nanoemulsionen. In unseren Experimenten bestimmten wir die Grenzflächenspannung (IFT) als wichtigen Parameter zur Beschreibung der Solubilisierungseigenschaften gegenüber Capryl-/Caprinsäuretriglycerid und Paraffinöl in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration sowie auch für Mischungen der Tenside. In den Mischungen wurden ausgeprägte synergistische Effekte bei der Reduktion der IFT durch geeignete Kombination der verschiedenen Komponenten beobachtet, insbesondere bei Kombinationen nichtionischer und ionischer Tenside.
In unserer Arbeit werden verschiedene Herstellungsverfahren verglichen, wie Vortexmischen, Ultra-Turrax und Sonikation, wobei sich die Sonikation als mit Abstand beste Methode zur Erzeugung kleiner und langzeitstabiler Nanoemulsionen erwies. Die Nanoemulsionen wurden hinsichtlich ihrer Größe und ihres Alterungsverhaltens mittels Lichtstreuexperimenten sowie ergänzend durch Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS) charakterisiert. Die Größe stabiler Tröpfchen liegt im Bereich von 100-150 nm, weitgehend unabhängig vom Tensidtyp und der Gesamtkonzentration und im Wesentlichen durch die Herstellungsmethode bestimmt.
Der Hauptunterschied zwischen den verschiedenen Tensiden besteht im erforderlichen Verhältnis von Tensid zu Öl zur Bildung langzeitstabiler Nanoemulsionen, wobei insbesondere Cocoyltaurat und Rhamnolipid gute Ergebnisse zeigten. Zusammenfassend bedeutet dies, dass die Tröpfchengröße und Stabilität solcher Nanoemulsionen durch eine geeignete Wahl der Herstellungsmethode und des stabilisierenden Biotensids gezielt eingestellt werden können, was zur Herstellung langzeitstabiler Nanoemulsionen führt, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können.

Die Wasserlöslichkeit hydrophober Wirkstoffe bestimmt ihre Bioverfügbarkeit in der Pharmazie und Kosmetik. Methoden zur Verbesserung der Löslichkeit von Arzneistoffen, einschließlich Detergenzien, stehen im Zusammenhang mit antibakterieller Wirkung, Darmdysbiose und häufigen Erkrankungen. Strategien zur Entkopplung von Löslichkeit und antibakterieller Wirkung werden daher dringend benötigt. Um die Chemie der Detergenzien besser mit der Gesundheit in Einklang zu bringen, etablieren wir eine kovalente Solubilisierungsstrategie. Dabei wird ein einzelnes Wirkstoffmolekül über eine kovalente Bindung mit einem Detergensmolekül verknüpft. In einem solchen Konjugat diffundieren Wirkstoff und Detergens gemeinsam und erhöhen so die Wasserlöslichkeit unabhängig von zusätzlichen Detergensmolekülen. Für die Konjugation entwickelten wir ein asymmetrisches Hybrid-Detergens mit einer unabhängig adressierbaren funktionellen Gruppe. Im Vergleich zu konventionellen Solubilisierungsstrategien auf Basis von Detergensmizellen weist unser Wirkstoff-Detergens-Konjugat überraschende Eigenschaften auf. Erstens, erfordert die kovalente Solubilisierung nur ein einziges Detergensmolekül zur Solubilisierung eines Wirkstoffmoleküls. Die Solubilisierung erfolgt mit beispielloser Effizienz selbst bei sub-mizellaren Konzentrationen, was durch Spektroskopie, dynamische Lichtstreuung und Kryo-Elektronenmikroskopie bestätigt wird. Zweitens, kann die kovalente Solubilisierung die Löslichkeit eines Wirkstoffs von seiner antibakteriellen Potenz entkoppeln. Sie reduziert konsistent die Wirksamkeit eines Wirkstoffs gegenüber Bakterien mit Relevanz für die Darmgesundheit, deren Wachstum durch den ursprünglichen Wirkstoff beeinträchtigt wird, wie mikrobiologische Tests zeigen. Drittens, kann die kovalente Solubilisierung hydrophoben Wirkstoffen die Fähigkeit verleihen, Lipiddoppelschichten außergewöhnlich potent zu permeabilisieren. Diese überraschende Eigenschaft beruht auf einer Synergy zwischen flexiblen und rigiden Strukturelementen, wie sie in Detergenzien und Wirkstoffen häufig vorkommen. Sie macht die kovalente Solubilisierung besonders relevant für Anwendungen, bei denen Lipidmembranen die Wirksamkeit von Arzneistoffen begrenzen, was häufig bei der Entwicklung von Krebsmedikamenten beobachtet wird. Wir erwarten, dass sich die kovalente Solubilisierung auf weitere Wirkstoffe und Detergenzien mit geeigneten funktionellen Gruppen übertragen lässt. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass die kovalente Solubilisierung mit Detergenzien ein vielversprechender Ausgangspunkt ist, um Bioverfügbarkeit und Mikrobiomverträglichkeit pharmazeutischer und kosmetischer Formulierungen gezielt zu steuern.

Bei Novonesis nutzen wir die jüngsten Fortschritte in den Bereichen Künstliche Intelligenz und Machine Learning, um wissenschaftliche Entscheidungsfindung entlang der gesamten Produktentwicklung voranzutreiben. Von KI gestützter Enzymentdeckung und metagenomischem Mining bis hin zu ML basierter Expressionsoptimierung und automatisierter Dateninterpretation setzen unsere Teams Modelle ein, die die Generierung von Erkenntnissen beschleunigen, Entscheidungsprozesse vereinfachen und innovative Entwicklungswege eröffnen, die zuvor nicht zugänglich oder zu komplex waren.

Auf der SEPAWA zeigen wir, wie kuratierte und strukturierte Daten Novonesis in die Lage versetzen, KI /ML Lösungen branchenübergreifend zu trainieren, bereitzustellen und effektiv einzusetzen. Anhand von Beispielen – von prädiktiven Modellen zur Sequenzauswahl bis hin zu KI unterstützten Designstrategien – veranschaulichen wir, wie datengetriebene Ansätze die Erfolgswahrscheinlichkeit in der Produktentwicklung erhöhen.
Zum Abschluss der Präsentation zeigen wir, wie die Kombination aus tiefgehender Domänenexpertise und modernen KI Fähigkeiten zu schnellerer Entdeckung, intelligenterer Experimentplanung und einer stärker vernetzten F&E Pipeline führt. Entdecken Sie mit uns, wie Novonesis die Innovation von Biosolutions durch datengetriebene Wissenschaft transformiert.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Mikroemulsionssystemen zählen hohe Solubilisierungskapazitäten und extrem niedrige Grenzflächenspannungen zwischen Wasser und Öl. Sogenannte „erweiterte Tenside“ ermöglichen eine sehr effiziente Solubilisierung verschiedener Öle, darunter auch Triglyceride [1] [2]. Durch systematische Untersuchungen des Phasenverhaltens von (pseudo-)ternären Mikroemulsionssystemen konnten wir gleiche Volumina von Wasser und n-Oktan mit nur 2 Gew.-% einer hocheffizienten anionischen Tensidmischung aus einem Alkylalkoxysulfat („erweitertes Tensid“) und Alkylbenzolsulfonat vollständig solubilisieren. Obwohl sich die Solubilisierung eines mittelkettigen Triglycerids im Vergleich zu n-Oktan als etwas weniger effizient erwies, war es möglich, eine symmetrische Mikroemulsion mit nur 7 Gew.-% der Tensidmischung zu formulieren, was sie deutlich effizienter machte als herkömmliche Alkylpolyglykolether [3]. Diese Art von sehr effizienten erweiterten Tensiden war jedoch nur teilweise biobasiert, und das Alkylbenzolsulfonat war vollständig fossilen Ursprungs. Um den Anteil vollständig biobasierter Tenside zu erhöhen und gleichzeitig eine gute Löslichkeitsrate für Triglyceride zu erzielen, haben wir das erweiterte Tensid mit Tensiden kombiniert, die bereits in Waschmitteln eingesetzt werden, wie beispielsweise eine Kombination aus nichtionischen Alkylpolyglykolethern und anionischen Alkylbenzolsulfonaten sowie Alkylethersulfaten. Systematische Untersuchungen des temperaturabhängigen Phasenverhaltens und der elektrischen Leitfähigkeit ermöglichten es uns, die Alkylalkoxysulfate schrittweise zu ersetzen. Dabei gelang es uns, die hohe Hydrophilie von Alkylethersulfaten durch Zugabe geringer Mengen einer vollständig biobasierten Mischung aus langkettigen Mono- und Diglyceriden auszugleichen, was zu einer effizienten Solubilisierung mittelkettiger Triglyceride in Mikroemulsionen führte.

Die stetig wachsende Präsenz antimikrobieller Resistenz (AMR) stellt eine zunehmende Bedrohung für das weltweite Gesundheitssystem dar. Antimikrobielle Polymere (APs) stellen eine vielversprechenden Lösungsansatz dar, da ihr Wirkmechanismus – die Permeabilisierung bakterieller Membranen – gegenüber AMR-Entwicklung unempfindlich ist. Ihre Selektivität ist jedoch für klinische Anwendungen noch unzureichend.
Amphiphilie ist ein zentraler Parameter der die Aktivität und Selektivität von APs definiert. Zu amphiphile Systeme sind in der Regel unselektiv und toxisch für Säugetierzellen. Diese Eigenschaft lässt sich durch die Variation der Polymerarchitektur modulieren. So sind zum Beispeil Flaschenbürsten-APs mit spezifischen Aspektverhältnissen höchst selektiv. Eine übermäßig amphiphile Zusammensetzung führt allerdings zu irreversibler unimolekularer Selbstassemblierung und einem Verlust der Aktivität.
Die Kombination von Zuckern und APs weckte unser Interesse, da die Zugabe hydrophiler Seitengruppen keinen negativen Einfluss auf die antimikrobielle Wirksamkeit hatte. Dies lies uns ander Notwendigkeit von Amphiphilie in solchen Systemen zweifeln.
Mithilfe photovermittelten RAFT-Polymerisation wurde eine Bibliothek von Polymeren mit unterschiedlichen amphiphilen Eigenschaften und Tendenzen zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen hergestellt. Interessanterweise konnten wir feststellen, dass nicht-amphiphile APs hervorragende Aktivität aufweisen können, wenn kationische Monomere mit Wiederholungseinheiten kombiniert werden, die starke Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können. Das Fehlen hydrophober Einheiten führt wiederum zu einer geringen unspezifischen Toxizität. Nicht-amphiphile APs besitzen die einzigartige Fähigkeit, sich an Membranen Cluster zu bilden und so eine supramolekulare Multivalenz zu erzeugen, die ihre Membranaktivität erhöht und Bakterienzellen aggregiert. Dieser Effekt, der nur in Abwesenheit von Hydrophobie auftritt, eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung antimikrobieller Materialien.

Das Verständnis der Struktur weicher, mit Polymeren und Tensiden beschichteter Grenzflächen ist für viele biologische Prozesse und industrielle Anwendungen relevant. Jüngste Fortschritte haben dazu beigetragen, die verborgene Komplexität solcher Grenzflächen aufzudecken und Einblicke in ihre molekulare Packung und Nanostruktur zu gewinnen. Die Bedeutung dieses Wissens wird anhand mehrerer Beispiele verdeutlicht, darunter das grundlegende Verständnis von Biolubrikationsmechanismen und die Entwicklung umweltfreundlicher Formulierungen für Enteisungslösungen in der Filmindustrie.

Bei der Formulierung mit Tensiden sind Synergien die beste Option, um Viskosität aufzubauen und die gewünschten anwendungstechnischen Eigenschaften zu erzielen. Die „klassische“ und bekannteste Synergie ist die zwischen SLES (INCI: Sodium Laureth Sulfate) und CAPB (INCI: Cocamidopropyl Betaine), kombiniert mit der Zugabe von Salz, zur Erzeugung von wurmartigen Mizellen zur Rheologiekontrolle. Weniger bekannt ist, warum dieses Formulierungsprinzip auch inhärente Vorteile in Bezug auf die Schaumbildung bietet. Es wird erklärt, wie die Schaumbildung einer Formulierung mit der Rheologie (genauer gesagt: der Normalkraft bei hohen Scherraten) von Verdünnungen der Formulierung zusammenhängt. Diese Situation ändert sich jedoch grundsätzlich, wenn SLES durch umweltfreundlichere, d. h. biobasierte Tenside oder sogar Biotenside ersetzt wird, welche Carboxylat anstelle von Sulfat als anionische Gruppe enthalten. Da die oben genannte Synergie nun nicht mehr funktioniert, ist die typische Salzkurve keine Möglichkeit mehr. Stattdessen kann man eine pH-Variation nutzen, um Viskosität aufzubauen. Es wird gezeigt, wie diese alternative Option für die Rheologiekontrolle genutzt werden kann – und warum dieses Konzept aber auch Herausforderungen in Bezug auf die Schaumeigenschaften mit sich bringt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Entwicklung nachhaltigerer und milderer, sulfatfreier Formulierungen ein Verständnis der physikalischen Chemie jenseits der etablierten Synergien entscheidend ist.

Die Wechselwirkung zwischen Liposomen und PECs wird hauptsächlich durch elektrostatische Kräfte bestimmt, während hydrophobe Wechselwirkungen zusätzlich die Bildung und Struktur der entstehenden Komplexe beeinflussen können. Darüber hinaus haben die physikochemischen Eigenschaften der enthaltenen Polyelektrolyte, einschließlich ihrer chemischen Struktur, Ladungsdichte, Verteilung der geladenen Gruppen und Rückgratflexibilität, einen starken Einfluss auf die Struktur der PECs sowie auf deren Wechselwirkung mit Lipiddoppelschichten und damit auf die Stabilität und Morphologie der gebildeten Aggregate.
In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung zwischen PECs und Lipidmembranen unter Verwendung von Liposomen untersucht, die aus 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin (DOPC) als Modell-Liposomensystem bestehen. Die PECs setzen sich aus dem Polykation Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) (PDADMAC) und dem Polyanion Natriumpolyacrylat (NaPAA) zusammen, die in unterschiedlichem Ausmaß mit Dodecylamin hydrophob modifiziert sind. Besonderes Augenmerk wird auf den Grad der hydrophoben Modifikation gelegt, da dieser das Gleichgewicht zwischen elektrostatischen und hydrophoben Wechselwirkungen bestimmt.
Der Einfluss des Grades der hydrophoben Modifikation, des Mischungsverhältnisses zwischen PECs und DOPC-Liposomen sowie des pH-Werts der Lösung wird mittels statischer und dynamischer Lichtstreuung (SLS/DLS), kryogener Transmissionselektronenmikroskopie (cryo-TEM) und Stopped-Flow-Techniken untersucht, um Informationen über die zeitliche Entwicklung nach dem Mischen von PECs und Liposomen zu erhalten. Die Ergebnisse liefern Einblicke in die Mechanismen, die die PEC–Lipid-Wechselwirkungen bestimmen, was einen grundlegenden Schritt für den potenziellen Einsatz von PECs als Trägersysteme darstellt. Darüber hinaus zeigen sie auf, wie komplexer aufgebaute, hierarchisch strukturierte kolloidale Systeme gezielt entworfen werden können.

Es werden Untersuchungen zur Verdunstung von reinem Wasser sowie binären und ternären Gemischen aus Ethanol und Wasser und Aromamolekülen präsentiert, wobei der Schwerpunkt auf dem Einfluss der Zusammensetzung und der Systemgeometrie auf die Verdampfungsdynamik und die Grenzflächenadsorptions- und -desorptionsprozesse liegt. Die Experimente wurden in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt. Dazu wurden sowohl die Diffusionswege in der Volumenlösung als auch im Headspace als auch die Verdampfungsfläche variiert.
Mithilfe gravimetrischer Messungen und Tensiometrie mit maximalem Blasendruck wurden Veränderungen des Gewichts und der Zusammensetzung der Lösungen sowie die Adsorptions-Desorptionsprozesse an der Grenzfläche über einen Zeitraum von mehreren Tagen überwacht. Bei reinem Wasser ist der Molekularfluss zur Austauschöffnung zwischen dem halbgeschlossenen Headspace und der Umgebungsluft der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Verdunstung. In Ethanol-Wasser-Systemen (innerhalb eines Konzentrationsbereichs von 5–80 Gew.- %) werden die relativen und absoluten Verdunstungsraten der Komponenten auf nicht triviale Weise durch die Alkoholkonzentration, das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und den Diffusionsweg in der Flüssigphase bestimmt. Durch Anpassung der Diffusionswege in der Flüssigkeit und im Headspace tritt die größte Verringerung der Ethanolkonzentration in einer anfänglich 40-% Ethanollösung in dem System mit der kleinsten Oberfläche auf – ein nicht triviales Ergebnis.
In der Ethanol-Geraniol-Mischung blieb die Oberflächenspannung während der Verdunstung nahezu konstant. Dies deutet auf die Bildung einer persistenten Ethanol-Geraniol-Grenzschicht hin, welche die Geraniol-Desorption verzögert. Die Ergebnisse zeigen, dass in gemischten Lösungen flüchtiger amphiphiler Komponenten die Verdampfung der Volumenphase durch gekoppelten Gasphasentransport, Flüssigphasendiffusion und Grenzflächenkinetik gesteuert wird. Diese Vorgänge werden alle durch die Systemgeometrie moduliert. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für neue Ansätze zur Untersuchung der Freisetzung von amphiphilen Molekülen (z. B. Duftstoffen), bei der das Headspace und der Luftstrom die Wahrnehmung des Geruchs beeinflussen.

Natriumalkylbenzolsulfonat (NaLAS) ist eines der am häufigsten verwendeten synthetischen anionischen Tenside. Es wird in vielen Handelsprodukten als Detergens, Emulgator und Netzmittel eingesetzt. Die Hauptnachteile von NaLAS sind: geringe biologische Abbaubarkeit und leichte Ausfällung in hartem Wasser und bei niedrigen Temperaturen. Eine effiziente Methode zur Erhöhung der Löslichkeit von NaLAS ist die Einbettung der NaLAS-Moleküle in gemischte Mizellen mit nichtionischen und/oder ionischen Tensiden. Dieser Ansatz wurde in unseren früheren Arbeiten [1,2] für sulfonierte Methylester (Cn-MES) angewendet, die eine gute Alternative zu NaLAS in Formulierungen wie Waschmitteln darstellen. Die Grenzen der Phasendiagramme wurden experimentell bei einer Temperatur von 5 °C durch Messung der Löslichkeitsgrenzen bei verschiedenen Tensidkonzentrationen, der kritischen Mizellenkonzentrationen, der elektrolytischen Leitfähigkeit usw. ermittelt. Eine gute theoretische Beschreibung der Phasendiagramme wird durch Anwendung des erweiterten thermodynamischen Modells für das Phasengleichgewicht erreicht. Das Modell sagt die Konzentrationen aller Komponenten (Monomere, gemischte Mizellen, gegebenenfalls Präzipitate), die Zusammensetzung der gemischten Mizellen und deren elektrostatisches Potenzial voraus. Dadurch lassen sich die Phasendiagramme von NaLAS-Mischungen mit anderen Tensiden (nichtionisch und ionisch) bei niedrigen Temperaturen mit denen von C16-MES, C18-MES und deren Mischungen in verschiedenen Verhältnissen vergleichen [1,2].
Das vorgeschlagene allgemeine Modell zur Beschreibung der verschiedenen Phasen in Mischungen mit nichtionischen und ionischen Tensiden eignet sich gut zur Vorhersage solcher Zusammensetzungen.

[1] Danov K. et al. Journal of Colloid and Interface Science 601 (2021) 474–485. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.05.147
[2] Yavrukova V.et al. Journal of Colloid and Interface Science 660 (2024) 896–906. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.01.127

Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung durch das Projekt Nr. KP-06-?89/2 – 04.12.2024 mit Hilfe des Nationalen Wissenschaftsfonds Bulgariens (abgekürzt BG FNI – MON).