O realizare fascinantă a tehnologiei moderne e posibilitatea de-a crea filme solide extrem de subţiri, chiar de grosimea unei molecule. Tehnica Langmuir-Blodgett (LB) pentru filme monomoleculare este un astfel de proces tehnologic, de o precizie şi sensibilitate extremă, şi destul de puţin studiată şi cunoscută.
În cele ce urmează am încercat să fac o prezentare sumară a tehnicii LB. Pentru persoanele imaginative şi neiniţiate în termeni fizici, am să prezint la Post Scriptum percepţia soţiei mele asupra problemei.

La interfaţa dintre un corp în stare lichidă şi unul în stare gazoasă, anumite molecule se vor orienta astfel încât să-şi minimizeze energia liberă. Ceea ce rezultă din gruparea unor astfel de molecule, un film de grosimea unei molecule (câţiva angstromi) se numeşte strat monomolecular sau mono-strat.

Majoritatea monostraturilor sunt alcătuite din molecule care la un capăt au proprietăţi hidrofile şi la celălalt capăt hidrofobe. Astfel sunt acizii graşi cu molecula lungă (cu formula generală CnH2n+1COOH), substanţe folosite cel mai des pentru a forma filmuri monomoleculare. Un exemplu de astfel de acid gras este acidul eicosanoic (acidul arahidic) cu formula CH3-(CH2)18-COOH. Această moleculă are o structură liniară formată dintr-un lanţ lung de hidrocarbon, 18 CH2, un grup metil CH3 la un capăt şi un grup acid carboxilic COOH la celălalt capăt.

Grupul carboxilic conferă solubilitate în apă moleculei, care este împiedicată de lanţul de hidrocarbon. Echilibrul dintre aceste două forţe conferă monostratului insolubilitate in apă la interfaţa aer/apă. Dacă lanţul de alchil CnH2n+1 ar fi prea scurt sau grupul hidrofil prea puternic, molecula s-ar dizolva mai uşor în apă, şi puţine dintre particule s-ar grupa la suprafaţa lichidului [11].
Dacă un monostrat este comprimat, moleculele din el se vor re-aranja şi va trece succesiv (odată cu creşterea presiunii) prin cele trei stări de agregare (gaz, lichid, solid).

Când monostratul este în stare solidă, moleculele sale sunt grupate compact. În acest moment un film Langmuir poate fi depus pe un substrat prin imersia (sau emersia) acestuia în/din suprafaţa lichidului. Acest transfer depinde de natura subfazei, de unghiul de contact dintre lichid şi solid, de viteza de imersie (emersie) şi de cât de hidrofob este substratul.

Figura prezintă un monostrat pe o subfază în timpul comprimării: (stânga) în stare gazoasă, (centru) în stare lichidă, (dreapta) în stare solidă.
Tehnica aceasta de depunere a monostraturilor este numită tehnica Langmuir Blodgett (LB). Această metodă permite depunerea pe un substrat a unui film de molecule extrem de subţire, de grosimea unei molecule.

Numele metodei a fost dat după cei ce-au descoperit-o, I. Langmuir în a cărui lucrare iniţială [2] au fost dezvoltate aspectele teoretice şi experimentale ale problemei, şi după K. Blodgett [3], [4] care a pus în aplicare aceste tehnici pentru a studia filmuri compuse din straturi multiple. Aparatul folosit pentru depunerea monostraturilor LB este cunoscut sub numele ’trough’(engl.), şi are fie o formă circulară fie dreptunghiulară. Ambele tipuri de aparate funcţionează după acelaşi principiu de bază; filmul este comprimat între două bariere, una fixă, una mobilă. În general, presiunea este înregistrată cu ajutorul unei plăci Wilhelmy.

În momentul în care s-a atins presiunea dorită substratul este imersat (sau extras) din (sau în) ’trough’.
Aplicaţiile acestei tehnici sunt numeroase, intervenind în domenii variate, în special în domeniul biologiei, de exemplu crearea de bio-senzori sau membrane selective.
________________________
Bibliografie:
[1] S. Semal, T.D. Blake, V. Geskin, M.J. de Ruijter, G. Castelein, J. De Coninck, influence of surface roughness on wetting dynamics, Langmuir, vol.15, 1999, pp 8765-8770
[2] I. Langmuir, The mechanism of the surface phenomena of flotation, the Faraday Society, 1919, pp 62-74
[3] K. Blodgett, Built-Up films of barium separate and their optical properties, physical review, vol. 51, pp 964-982
[4] K. Blodgett, films built by depositing successive monomolecular layers on a solid surface, J. of the American Chemical Society, vol. 57, 1935, pp 1007-1022

P.S. (Percepţia soţiei mele asupra acestei probleme 🙂
Problema de care se vorbeşte mai sus e ca pojghiţa ce se formează în cană la suprafaţa laptelui cald la micul dejun: un film solid (monostrat) plutind pe un lichid (subfaza). Aceasta poate fi depusă pe o linguriţă (substratul) fie scufundând linguriţa în cană fie (dacă linguriţa era deja în cană) extrăgând-o cu grijă. Biotehnologia modernă probabil preferă să folosească filmul de pe linguriţă, eu una prefer să beau lichidul rămas (subfaza).

(Autor: Pierre-Yves Devallet, traducere în limba română: Alice Devallet)