Misel

Definisi IUPAC

Misel: Partikel dengan dimensi koloid yang terdapat dalam kesetimbangan dengan
molekul atau ion dalam larutan di mana ia terbentuk.^[1]^[2]
Misel (polimer): Swarakit teratur yang terbentuk dalam suatu cairan dan
terdiri dari makromolekul amfifilik, secara umum di-
atau tri-blok kopolimer amfifilik yang dibuat dari blok solvofilik dan solvofobik.
Catatan 1: Suatu perilaku amfifilik dapat diamati pada air dan suatu pelarut
organik atau antara dua pelarut organik.
Catatan 2: Misel polimerik memiliki konsentrasi misel kritis (CMC) yang lebih rendah
dibandingkan dengan misel sabun atau surfaktan, namun bagaimanapun berada
pada kesetimbangan dengan makromolekul terisolasi yang disebut unimer.
Karenanya, pembentukan dan kestabilan misel bergantung pada konsentrasinya.^[3]

Misel, micelle (/maɪˈsɛl/) atau micella (/maɪˈsɛlə/) adalah suatu agregat (atau susunan supramolekul) dari molekul surfaktan yang terdispersi dalam suatu koloid cair. Serabut khas dalam larutan berair membentuk agregat dengan daerah "kepala" hidrofilik yang bersentuhan dengan pelarut di sekitarnya, mengabadikan daerah ekor-tunggal hidrofobik di pusat misel. Fase ini disebabkan oleh pengepakan ekor-tunggal lipid dalam dwilapis. Kesulitan dalam mengisi semua volume bagian dalam bilayer, sambil mengakomodasi area per gugus kepala yang dipaksa molekul melalui hidrasi dari gugus kepala lipid, mengarah pada pembentukan misel. Jenis misel ini dikenal sebagai misel fase normal (misel minyak-dalam-air). Misel invers memiliki gugus kepala di bagian tengah dengan ekor membentang keluar (misel air-dalam-minyak). Misel berbentuk bulat. Bentuk fasa lainnya, termasuk bentuk seperti ellipsoid, silinder, dan bilayer, juga dimungkinkan. Bentuk dan ukuran misel adalah fungsi dari geometri molekul surfaktan dan kondisi larutannya seperti konsentrasi surfaktan, suhu, pH, dan kekuatan ionik. Proses pembentukan misel dikenal sebagai miselisasi dan merupakan bagian dari fase perilaku dari banyak lipid sesuai dengan polimorfisme.^[4]

Sejarah

Kemampuan larutan bersabun untuk bertindak sebagai deterjen telah dikenali selama berabad-abad. Namun, baru pada awal abad ke-20, kandungan larutan semacam itu dipelajari secara ilmiah. Perintis di bidang ini dilakukan oleh James William McBain di Universitas Bristol. Pada awal 1913, dia mendalilkan adanya "ion koloid" untuk menjelaskan konduktivitas elektrolitik yang baik dari larutan natrium palmitat.^[5] Kelompok yang sangat mudah bergerak dan terbentuk secara spontan ini disebut misel, sebuah istilah yang dipinjam dari biologi dan dipopulerkan oleh G.S. Hartley dalam buku klasiknya Paraffin Chain Salts: A Study in Micelle Formation.^[6]

Solvasi

Molekul surfaktan individual yang berada dalam sistem namun bukan bagian dari misel disebut "monomer". Misel mewakili perakitan molekuler, di mana komponen masing-masing termodinamika dalam kesetimbangan dengan monomer dari spesi yang sama di media sekitarnya. Di dalam air, "kepala" hidrofilik dari molekul surfaktan selalu kontak dengan pelarut, terlepas dari apakah surfaktan ada sebagai monomer atau sebagai bagian dari misel. Namun, "ekor" lipofilik dari molekul surfaktan kurang kontak dengan air saat mereka merupakan bagian dari misel—hal ini menjadi dasar dorongan energik untuk pembentukan misel. Dalam sebuah misel, ekor hidrofobik dari beberapa molekul surfaktan berkumpul menjadi inti seperti minyak, bentuk paling stabil yang tidak memiliki kontak dengan air. Sebaliknya, monomer surfaktan dikelilingi oleh molekul air yang menciptakan cangkang "kandang" atau solvasi yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen. Kandang air ini mirip dengan clathrate dan memiliki struktur es seperti kristal dan dapat dicirikan sesuai dengan efek hidrofobik. Tingkat kelarutan lipid ditentukan oleh kontribusi entropi yang tidak menguntungkan karena urutan struktur air sesuai dengan efek hidrofobik.

Misel yang tersusun dari surfaktan ionik memiliki daya tarik elektrostatik terhadap ion-ion yang mengelilinginya dalam larutan, yang terakhir dikenal sebagai ion lawan (counterion). Serabut ionik mempengaruhi banyak sifat campuran, termasuk konduktivitas listriknya. Menambahkan garam ke koloid mengandung misel dapat menurunkan kekuatan interaksi elektrostatik dan menyebabkan pembentukan misel ionik yang lebih besar.^[7] Hal ini lebih akurat dilihat dari sudut pandang muatan efektif dalam hidrasi sistem.

Energi pembentukan

Misel hanya terbentuk bila konsentrasi surfaktan lebih besar daripada konsentrasi misel kritis (CMC), dan suhu sistem lebih besar daripada suhu kritis misel, atau suhu Krafft. Pembentukan misel dapat dipahami dengan menggunakan termodinamika: Misel dapat membentuk proses secara spontan karena keseimbangan antara entropi dan entalpi. Di dalam air, efek hidrofobik adalah kekuatan pendorong untuk pembentukan misel, terlepas dari fakta bahwa merakit molekul surfaktan tidak menguntungkan baik dari segi entalpi maupun entropi sistem. Pada konsentrasi surfaktan yang sangat rendah, hanya monomer yang hadir dalam larutan. Karena konsentrasi surfaktan meningkat, sebuah titik tercapai dimana kontribusi entropi yang tidak menguntungkan, dari pengelompokan ekor hidrofobik molekul, diatasi dengan peningkatan entropi karena pelepasan pelarut di sekitar ekor surfaktan. Pada titik ini, ekor lipid dari bagian surfaktan harus dipisahkan dari air. Oleh karena itu, mereka mulai membentuk misel. Yang juga penting adalah pertimbangan entalpis, seperti interaksi elektrostatik yang terjadi antara bagian yang terisi surfaktan.

Parameter pengepakan misel

Persamaan parameter pengepakan misel digunakan untuk membantu "memprediksi swarakit molekuler dalam larutan surfaktan":^[8]

${\frac {v_{o}}{a_{e}*l_{o}}}$

di mana $v_{o}$ adalah volume ekor surfaktan, $l_{o}$ adalah panjang ekor, dan $a_{e}$ adalah luas kesetimbangan per molekul pada permukaan agregat.

Supermisel

Supermisel adalah struktur misel hirarkis (susunan supramolekul) di mana komponen individunya juga merupakan misel. Supermisel terbentuk melalui pendekatan kimia bottom-up, seperti swarakit dari pencampur silinder panjang ke dalam pola radial silang-, bintang- atau seperti-dandelion dalam pelarut yang dipilih secara khusus; nanopartikel padat dapat ditambahkan ke dalam larutan untuk bertindak sebagai pusat nukleasi dan membentuk inti sentral supermisel. Batang dari misel silinder primer terdiri dari berbagai blok kopolimer yang dihubungkan oleh ikatan kovalen yang kuat; dalam struktur supermisel mereka secara longgar dipegang bersama oleh ikatan hidrogen, interaksi elektrostatik atau solvofobik.^[9]^[10]

Penggunaan

Bila surfaktan berada di atas konsentrasi konsentrasi misel kritis (CMC), mereka dapat bertindak sebagai pengemulsi yang akan memungkinkan senyawa yang biasanya tidak larut (dalam pelarut yang digunakan) untuk larut. Hal ini terjadi karena spesies yang tidak larut dapat digabungkan ke dalam inti misel, yang dengan sendirinya dilarutkan dalam pelarut massal berdasarkan interaksi menguntungkan gugus kepala dengan spesi pelarut. Contoh paling umum dari fenomena ini adalah deterjen, yang membersihkan bahan lipofilik yang tidak larut dengan baik (seperti minyak dan lilin) yang tidak dapat dihilangkan dengan air saja. Deterjen juga membersihkan dengan menurunkan tegangan permukaan air, sehingga memudahkan untuk mengeluarkan material dari permukaan. Sifat pengemulsi surfaktan juga merupakan dasar bagi polimerisasi emulsi.

Pembentukan misel sangat penting untuk penyerapan vitamin yang larut dalam lemak dan lipid yang rumit di dalam tubuh manusia. Garam empedu terbentuk di hati dan disekresikan oleh kantung empedu memungkinkan misel asam lemak terbentuk. Hal ini memungkinkan penyerapan lipid yang rumit (misalnya lesitin) dan vitamin larut lemak (A, D, E, dan K) di dalam misel oleh usus halus.

Selama proses pembekuan susu, protease bekerja pada bagian kasein yang larut, k-kasein, sehingga menghasilkan keadaan miselar yang tidak stabil yang menghasilkan pembentukan gumpalan.

Misel juga bisa digunakan untuk pengiriman obat sebagai nanopartikel emas.^[11]

Lihat pula

Referensi

^ MacNaught, Alan D.; Wilkinson, Andrew R., ed. (1997). Compendium of Chemical Terminology: IUPAC Recommendations (edisi ke-2nd). Oxford: Blackwell Science. ISBN 0865426848.
^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert F. T. (2011). "Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)". Pure and Applied Chemistry. 83 (12): 2229–2259. doi:10.1351/PAC-REC-10-06-03.
^ Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, François (2012). "Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)". Pure and Applied Chemistry. 84 (2): 377–410. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04.
^ I.W.Hamley "Introduction to Soft Matter" (John Wiley, 2007)
^ McBain, J.W., Trans. Faraday Soc. 1913, 9, 99
^ Hartley, G.S. (1936) Aqueous Solutions of Paraffin Chain Salts, A Study in Micelle Formation, Hermann et Cie, Paris
^ Turro, Nicholas J.; Yekta, Ahmad (1978). "Luminescent probes for detergent solutions. A simple procedure for determination of the mean aggregation number of micelles". Journal of the American Chemical Society. 100 (18): 5951–5952. doi:10.1021/ja00486a062.
^ Nagarajan, R. (2002). "Molecular Packing Parameter and Surfactant Self-Assembly: The Neglected Role of the Surfactant Tail†". Langmuir. 18: 31–38. doi:10.1021/la010831y.
^ ^a ^b Li, Xiaoyu; Gao, Yang; Boott, Charlotte E.; Winnik, Mitchell A.; Manners, Ian (2015). "Non-covalent synthesis of supermicelles with complex architectures using spatially confined hydrogen-bonding interactions". Nature Communications. 6: 8127. doi:10.1038/ncomms9127. PMC 4569713 . PMID 26337527.
^ Gould, Oliver E.C.; Qiu, Huibin; Lunn, David J.; Rowden, John; Harniman, Robert L.; Hudson, Zachary M.; Winnik, Mitchell A.; Miles, Mervyn J.; Manners, Ian (2015). "Transformation and patterning of supermicelles using dynamic holographic assembly". Nature Communications. 6: 10009. doi:10.1038/ncomms10009. PMC 4686664 . PMID 26627644.
^ Chen, Xi; An, Yingli; Zhao, Dongyun; He, Zhenping; Zhang, Yan; Cheng, Jing; Shi, Linqi (August 2008). "Core−Shell−Corona Au−Micelle Composites with a Tunable Smart Hybrid Shell". Langmuir. 24 (15): 8198–8204. doi:10.1021/la800244g. PMID 18576675.

[1] MacNaught, Alan D.; Wilkinson, Andrew R., ed. (1997). Compendium of Chemical Terminology: IUPAC Recommendations (edisi ke-2nd). Oxford: Blackwell Science. ISBN 0865426848.

[2] Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert F. T. (2011). "Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)". Pure and Applied Chemistry. 83 (12): 2229–2259. doi:10.1351/PAC-REC-10-06-03.

[3] Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, François (2012). "Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)". Pure and Applied Chemistry. 84 (2): 377–410. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04.

[4] I.W.Hamley "Introduction to Soft Matter" (John Wiley, 2007)

[5] McBain, J.W., Trans. Faraday Soc. 1913, 9, 99

[6] Hartley, G.S. (1936) Aqueous Solutions of Paraffin Chain Salts, A Study in Micelle Formation, Hermann et Cie, Paris

[7] Turro, Nicholas J.; Yekta, Ahmad (1978). "Luminescent probes for detergent solutions. A simple procedure for determination of the mean aggregation number of micelles". Journal of the American Chemical Society. 100 (18): 5951–5952. doi:10.1021/ja00486a062.

[8] Nagarajan, R. (2002). "Molecular Packing Parameter and Surfactant Self-Assembly: The Neglected Role of the Surfactant Tail†". Langmuir. 18: 31–38. doi:10.1021/la010831y.

[r2-9] Li, Xiaoyu; Gao, Yang; Boott, Charlotte E.; Winnik, Mitchell A.; Manners, Ian (2015). "Non-covalent synthesis of supermicelles with complex architectures using spatially confined hydrogen-bonding interactions". Nature Communications. 6: 8127. doi:10.1038/ncomms9127. PMC 4569713 . PMID 26337527.

[r1-10] Gould, Oliver E.C.; Qiu, Huibin; Lunn, David J.; Rowden, John; Harniman, Robert L.; Hudson, Zachary M.; Winnik, Mitchell A.; Miles, Mervyn J.; Manners, Ian (2015). "Transformation and patterning of supermicelles using dynamic holographic assembly". Nature Communications. 6: 10009. doi:10.1038/ncomms10009. PMC 4686664 . PMID 26627644.

[chen2008-11] Chen, Xi; An, Yingli; Zhao, Dongyun; He, Zhenping; Zhang, Yan; Cheng, Jing; Shi, Linqi (August 2008). "Core−Shell−Corona Au−Micelle Composites with a Tunable Smart Hybrid Shell". Langmuir. 24 (15): 8198–8204. doi:10.1021/la800244g. PMID 18576675.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]