On the mixed system of nonionic surfactant $C_{12}E_5$ (Pentaethyleneglycol mono n-dodecylether) and phospholipids molecules DMPC (DL-a-phosphatidylcholine Dimyristoyl) in the semidilute regime, we found that dilute-semidilute transition concentration $(c^*)$ decreased as increasing DMPC`s quantities. In spite of having different transition point, their viscosity and correlation length followed the scaling law $(η-η_o)~(c/c^*)^{1.91+/-0.03}$ and $(ξ/ξ^*)~ (c/c^*)^{0.585+/-0.005}$ in the viscosity measurements and DLS (Dynamic Light Scattering) experiment when scaled using solvent viscosity $(η_o)$ and concentration $(c^*)$ and correlation length $(ξ^*)$ at transition point. These are different from wormlike micellar solution with counterions in which exponent values of the viscosity and correlation length change according to salt`s quantities. These exponents in the experiments are almost same as $η ~ c^2$ and $ξ ~ c^{-0.5}$ that are results from the mean field theory applied to the branched wormlike micelle system with the sliding effect. As the result, the semidilute regime of nonionic surfactant /phospholipids mixed systems is expected to be the network structure. Though transition point is controlled by DMPC`s quantities, their properties are all influenced by the sliding and break-recombination effect.
그 동안 많은 그룹에서 ionic surfactant에 salt등을 넣어서 micelle solution을 만들었고 salt의 농도와 온도 등을 변화시킴에 따라 micelles이 길이 변화를 한다는 것을 밝혀내었다. 그리고 길이변화만 하던 것이 semidilute regime으로 들어서면서 서로 connection을 하면서 entangle뿐 아니라 network 구조 즉 phase transition이 나타난다는 것을 Cryo-TEM imaging을 통해 보였다. 그런데 그 동안 알려진 property와 Semidilute regime에서 나타나는 network structure의 rheological properties은 차이가 있음을 여러 실험을 통해 나타났다. 즉 기존의 고분자와 달리 micelle의 경우 semidilute regime에서 나타나는 viscoelatic properties은 reptation뿐 아니라 msec정도의 time scale을 가지고 조합 및 분산과정 (break-recombination)과 같은 동적 과정을 수행하는데, 이때 나타나는 viscosity는 용질의 농도에 대해 power law를 보이게 되어있고 $η ~ c^{3.6}$ 이와 같은 현상 보인다고 알려져 왔다. 그러나 실험에서는 $η ~ c^{3.6}$ 와 같은 power law가 나타났다. 그래서 사람들이 이것은 network structure의 sliding effect로 설명하고자 노력하였다.
최근 drug delivery system으로써 nonionic micelle solution에 대한 흥미가 고조되면서 phospholipid와 같은 packing parameter가 다른 분자를 함께 mixing 해서 나타나는 구조에 관심을 가지게 되었다. 이 경우 phospholipid의 양이 증가함에 따라 end-cap energy가 증가되기 때문에 cylindrical micelle의 길이가 길어진다. 그리고 solution의 농도가 transition point $(C_J)$ 를 지나면서 junction이 나타나는 것이 밝혀졌다. Dilute regime내에서 branch (junction)가 형성되는 것을 알고서 이 solution이 semidilute regime으로 갈 때 그 구조가 어떠하며 그 rheological properties가 어떠한지를 알아보는데 관심이 가게 되었고 더 나아가 slat 와달리 phospholipid 의 양을 변화시키는 경우의 구조와 성질의 변화가 어떠한지를 살펴보게 되었다. 이를 위해 nonionic solution으로는 $C_{12}E_5$ 를 사용하고 여기에 phospholipid로는 DMPC를 사용하고 sample은 $C_{12}E_5$ 와 DMPC의 비율을 100mol%, 97mol%, 95mol%로 하여 실험하였다. 기존에 밝혀진 branch가 형성되는 junction transition point $(C_J)$ 의 농도 이상의 범위에서 실험하였다. (온도 15℃) 우선 branch regime에서 semidilute regime으로 넘어가는 즉, transition이 일어나는 $C^*$ 를 찾기 위해 Dynamic Light Scattering(DLS)을 이용하였다. 이 실험을 통하여 DMPC가 증가할수록 semidilute regime으로 빨리 넘어감을 알 수 있다. semidilute regime에서의 correlation length의 power law $(η~c^α)$ 는 1.91 +/- 0.03 값으로 100, 97, 95mol% 경우에서 모두 비슷하며 universal law를 따른다고 말할 수 있다. 이때의 semidilute 농도영역에서의 shear viscosity를 먼저 살펴보면 linear visoelaticity (Newtonian)으로 나왔다. 이를 통해 semidiltue regime임에도 dilute regime과 거의 비슷한 상태에의 shear에 대한 viscosity를 가지고 있다고 생각할 수 있고 거의 entangle되어있지 않다고 생각할 수 있다. 그리고 DLS 실험을 통해 semidilute regime 에서는 correlation length 를 측정할 수 있다. 이 Data 값을 통해 우리는 농도에 따른 Correlation length 를 알 수 있고 power law $(ξ ~ c^β)$ 는 -0.585 +/- 0.005 로 측정되었다. correlation length 의 경우도 동일하게 DMPC 의 양의 변화에도 semidiltue regime에서 universal law를 따름을 알 수 있다.
결과적으로 correlation length도 -0.77보다 작은 값인 -0.584 정도의 값이 나타났고, Viscosity 의 power law 역시 예전에 ionic surfactant 들의 실험에서와 같이 3.6 보다는 작은 값이 나왔다. 이것은 branch들이 sliding한다는 효과를 고려해서 mean field theory로 계산한 값과 비교해 볼 수 있는데 viscosity의 power law는 2가 되고 correlation length 의 power law는 -0.5가 되어. 실험한 data값과 거의 비슷한 값임을 알 수 있다. 그러므로 $C_{15}E_5$와 DMPC 를 섞은 시스템으로 만들어진 wormlike micelle은 semidilte regime에서는, DMPC 의 양에 따라 transition point가 달라짐에도 불구하고 DMPC 의 양에 상관없이 network 구조를 가지게 되며 모든 경우 break-recombination 과 sliding의 의해 나타난 property를 가짐을 알 수 있다.
