Una monocapa es una capa única y compacta de entidades, comúnmente átomos o moléculas . [1] Las monocapas también pueden estar formadas por células. Las monocapas autoensambladas se forman espontáneamente sobre superficies. Las monocapas de cristales estratificados como el grafeno y el disulfuro de molibdeno generalmente se denominan materiales 2D .
Una monocapa de Langmuir o monocapa insoluble es una capa de una molécula de espesor de un material orgánico insoluble esparcida sobre una subfase acuosa en un canal de Langmuir -Blodgett . Los compuestos tradicionales utilizados para preparar monocapas de Langmuir son materiales anfifílicos que poseen un grupo de cabeza hidrófilo y una cola hidrófoba . Desde la década de 1980 se han empleado una gran cantidad de otros materiales para producir monocapas de Langmuir, algunos de los cuales son semianfifílicos, incluyendo nanopartículas y macromoléculas poliméricas, cerámicas o metálicas como polímeros . Las monocapas de Langmuir se estudian ampliamente para la fabricación de películas de Langmuir-Blodgett (películas LB), que se forman mediante monocapas transferidas sobre un sustrato sólido.
Una monocapa de Gibbs o monocapa soluble es una monocapa formada por un compuesto que es soluble en una de las fases separadas por la interfase sobre la que se forma la monocapa.
El tiempo de formación de la monocapa o tiempo de monocapa es el tiempo que, en promedio, se necesita para que una superficie quede cubierta por un adsorbato, como el oxígeno adherido al aluminio fresco. Si el adsorbato tiene un coeficiente de adhesión unitario , de modo que cada molécula que llega a la superficie se adhiere a él sin volver a evaporarse, entonces el tiempo de monocapa es, aproximadamente:
donde t es el tiempo y P es la presión. Se tarda aproximadamente 1 segundo en cubrir una superficie a una presión de 300 μPa (2×10 −6 Torr).
Una monocapa de Langmuir se puede comprimir o expandir modificando su área con una barrera móvil en una balanza de película de Langmuir. Si se mide la tensión superficial de la interfaz durante la compresión, se obtiene una isoterma de compresión . Esta isoterma muestra la variación de la presión superficial ( , donde es la tensión superficial de la interfaz antes de que se forme la monocapa) con el área (la inversa de la concentración superficial ). Es análoga a un proceso 3D en el que la presión varía con el volumen .
Se pueden detectar diversas fases bidimensionales, cada una separada por una transición de fase . Durante la transición de fase, la presión de la superficie no cambia, pero sí el área, al igual que durante las transiciones de fase normales, el volumen cambia pero la presión no. Las fases 2D, en orden creciente de presión:
Si el área se reduce aún más una vez alcanzada la fase sólida, se produce el colapso, la monocapa se rompe y se forman agregados solubles y multicapas.
Las monocapas de Gibbs también siguen ecuaciones de estado, que pueden deducirse de la isoterma de Gibbs .
Las monocapas tienen multitud de aplicaciones tanto en la interfase aire-agua como en la interfase aire-sólido.
Las monocapas de nanopartículas se pueden utilizar para crear superficies funcionales que tengan, por ejemplo, propiedades antirreflectantes o superhidrofóbicas. [2] [3]
Las monocapas se encuentran con frecuencia en biología . Una micela es una monocapa, y la estructura de bicapa lipídica de fosfolípidos de las membranas biológicas es técnicamente de dos monocapas. Las monocapas de Langmuir se utilizan comúnmente para imitar la membrana celular para estudiar los efectos de los productos farmacéuticos o las toxinas. [4]
En un cultivo celular , una monocapa se refiere a una capa de células en la que ninguna célula crece sobre otra, sino que todas crecen una al lado de la otra y a menudo se tocan entre sí en la misma superficie de crecimiento.
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