מיצלה

שמאל|ממוזער|250px|מבנה של תמיסה מימית פוספוליפידית
שמאל|ממוזער|250px|היווצרות מיצלה על ידי פוספוליפידים בתמיסה מימית, כשהראשים ההידרופילים פונים כלפי חוץ והזנבות ההידרופובים פונים כלפי פנים
מיצלה (באנגלית: Micelle). מקור השם מלטינית: המילה mica פירושה פירור קטן. 

הסיומת elle היא סיומת הקטנה. מיצלה היא צבר של מולקולות גדולות עם תכונות אמפיפתיות, מולקולות שיש בהן אזורים שנמסים היטב במים ואזורים דוחי מים. תערובת של מיצלות בתוך ממס נקראת קולואיד. מיצלה היא דוגמה למבנה שנוצר באופן ספונטני על ידי חומרים פעילי שטח. מיצלות הן "בועיות" עגולות המקטינות את מתח הפנים של הנוזל על ידי הקטנת שטח הפנים. 

בתערובת מימית תהיה מיצלה טיפוסית בעלת מבנה שבו הראשים ההידרופילים באים במגע עם הסביבה המימית, בעוד הזנבות ההידרופובים מופנים כלפי מרכז המיצלה. בממסים אורגניים לא פולריים יהיה מצב הפוך, הראשים ימוקמו כלפי מרכז המיצלה והזנבות כלפי חוץ. סידור מרחבי נפוץ הוא כדורי, צורות אפשריות נוספות הן של אליפסה גליל ודו-שכבה. הצורה והגודל של המיצלה תלויים בגאומטריה של המולקולות המרכיבות אותה, וכן במאפייני התמיסה שבה היא נבנית כמו ריכוז, טמפרטורה, pH וחוזק יוני. תהליך יצירת המיצלה נקרא מיצליזציה , דוגמה לרבגוניות של תהליך זה אפשר לראות בפולימורפיזם של ליפידים, משפחה של חומרים עם מבנה אמפיפטי הבונים מגוון רחב של אגרגטים (מכונים פאזות), בהתאם לתכונות החומר והממס. 

היסטוריה
היכולת של תמיסות לשמש כדטרגנט הייתה ידועה במשך מאות שנים. למרות זאת, רק בתחילת המאה ה-20 נחקרו מרכיבי תמיסות אלה בצורה מדעית. מחקר פורץ דרך בתחום זה נעשה על ידי ג'יימס ויליאם מקביין  מאוניברסיטת בריסטול. בשנת 1913 הוא הניח שקיימים צברים אותם כינה "יוני קולואיד", כדי להסביר את המוליכות האלקטרוליטית הטובה של תמיסת סודיום פלמיטאט. בהמשך קיבלו צברי מולקולות אלה שהפגינו ניידות גבוהה ונוצרו באופן ספונטני בתמיסה, את השם מיצלות. זאת, בהשאלה ממונח ביולוגי לציון "חלקיק זעיר". מונח זה פורסם על ידי ג.ס. הארטלי (G.S. Hartley) בספרו "מלחי שרשראות פרפין, מחקר ביצור מיצלות" (Paraffin Chain Salts, A Study in micelle Formation).

אנרגיית היווצרות המיצלות
ממוזער|250px|מיצלה הפוכה שנוצרה מפוספוליפידים בממס אורגני - הראשים ההידרופילים פונים כלפי פנים בעוד הזנבות ההידרופובים פונים כלפי חוץ
מיצלות נוצרות רק כשריכוז התמיסה גדול מ"ריכוז המיצלה הקריטי" (CMC), והטמפרטורה גבוהה מ"טמפרטורת המיצלה הקריטית"  .  

המיצלות נוצרות ספונטנית, מכיוון ששיווי המשקל בין האנטרופיה והאנתלפיה. במים, (האפקט ההידרופוב) מהווה כוח מניע ליצירת המיצלה, זאת למרות העובדה שמולקולות אמפיפטיות, אשר מתכנסות יחד, מורידות את האנטרופיה. השפעות נוספות על היווצרות המיצלות הן תוצאה של אינטראקציות אלקטרוסטטיות, שמתרחשות בין החלקים הטעונים בתמיסה.

 משוואת פרמטר האריזה של מיצלה 
משוואת פרמטר האריזה של מיצלה משמשת כדי לסייע ב"ניבוי הרכבה עצמית מולקולרית בתמיסות פעילי שטח": 

 הוא נפח זנב החומר הפעיל שטח,  הוא אורך הזנב, ו  הוא שטח שיווי המשקל לכל מולקולה על פני השטח האגרגטים.

מיצלות הפוכות
בממס לא פולרי החשיפה של הקבוצות ההידרופיליות לסביבת הממס אינה מועדפת מבחינה אנרגטית. במקרים אלה הראשים ההידרופילים פונים כלפי פנים, אל ליבת המיצלה, בעוד הזנבות ההידרופובים פונים כלפי חוץ. מיצלות הפוכות אלה ייווצרו פחות ופחות עם העלייה במטען קבוצות הראש, וזאת עקב היווצרות אינטראקציות לא מועדפות.

 מיצלה-על 
ממוזער|a- צילום מיקרוספופ אלקטרונים TEM  של "מיצלה-על" שנוצרה ב-i-PrOH (כוהל איזופרופילי)

b- סכמה של "מיצלה-על"
מיצלה-על היא מבנה הבנוי  ממיצלות בסדר היררכי (הרכבה סופראמולקולרית) שבה רכיבים בודדים הם גם מיצלות. מיצלות-על נוצרות באמצעות גישות כימיות מלמטה למעלה,, כגון הרכבה עצמית של מיצלות גליליות ארוכות לתבניות רדיאליות בצורת צלב, כוכב או שן הארי בממס שנבחר במיוחד; ניתן להוסיף ננו-חלקיקים מוצקים לתמיסה, המשמשים כמרכזי התגרענות וליצור את הליבה המרכזית של מילצלת-העל. גבעולי המיצלות הגליליות הראשוניות מורכבים מקו-פולימרי שונים המחוברים באמצעות קשרים קוולנטיים חזקים. בתוך מבנה המיצלת-העל הן מוחזקות באופן רופף יחד, על ידי קשרי מימן, אינטראקציות אלקטרוסטטיות או סולבופוביות .

שימושים
למיצלות יש תפקידים חשובים בתגובות כימיות. כימיה מיצלית משתמשת בחלק הפנימי של מיצלות כדי להכיל תגובות כימיות שבמקרים מסוימים יכולות להפוך סינתזה כימית רב-שלבית למעשית יותר. פעולה זו יכולה להגדיל את התוצרים, ליצור תנאים נוחים יותר למגיבים ספציפיים (למשל מולקולות הידרופוביות), ולהפחית את הממסים הדרושים ואת התנאים הנדרשים (למשל pH קיצוני). בגלל יתרונות אלה, כימיה מיצלית נחשבת לסוג של כימיה ירוקה. 

כאשר חומרים פעילי שטח נמצאים מעל ריכוז המיצלה הקריטי (CMC), הם יכולים לשמש כ- מתחלבים שיאפשרו לתרכובת שבדרך כלל אינה מסיסה בממס בו נעשה שימוש, להתמוסס בה, מכיוון שהמולקולות הבלתי מסיסות יכולות להשתלב בליבת המיצלה, אשר עצמה מתמוססת בממס הודות לאינטראקציות החיוביות של קבוצות הראש עם הממס. הדוגמה הידועה ביותר לתופעה זו היא הדטרגנטים,  המנקים חומרים ליפופיליים מסיסים בצורה גרועה, כגון שמנים ושעוות, שלא ניתן להסירם באמצעות מים בלבד. דטרגנטים מנקים גם על ידי הורדת מתח הפנים של המים, המקלה על הסרת החומר מהמשטח. תכונת האמולסיה של חומרים פעילי שטח היא גם הבסיס לפילמור של תחליב.  

מיצלות עשויות לשמש בתפקידים חשובים בתגובות כימיות. כימיה מיצלרית משתמשת בחלקן הפנימי של המיצלות כדי להכיל תגובות כימיות, מה שבמקרים מסוימים יכול לאפשר סינתזה כימית רב-שלבית . פעולה זו יכולה להגדיל את התפוקה, ליצור תנאים נוחים יותר לתוצרי תגובה ספציפיים, כגון תנאים מתאימים למולקולות הידרופוביות, ולהפחית את הממסים הנדרשים, תוצרי הלוואי והתנאים הנדרשים (למשל pH קיצוני). בשל יתרונות אלה, כימיה מיצלרית נחשבת  לסוג של כימיה ירוקה.  היווצרות מיצלות עשויה לעכב תגובות כימיות, כאשר מולקולות מגיבות יוצרות מיצלות המגנות על רכיב מולקולרי פגיע לחמצון. 

יצירת מיצלות חיונית לספיגת ויטמינים מסיסים בשומן וליפידים מורכבים בגוף האדם. מלחי מרה הנוצרים בכבד ומופרשים על ידי כיס המרה מאפשרים היווצרות מיצלות של חומצות שומן, תהליך המאפשר ספיגה של ליפידים מורכבים כגון לציטין, וויטמינים מסיסים בשומנים (A, D, E ו-K) בתוך המיצלה על ידי המעי הדק.     ניתן להשתמש במיצלות לצורך אספקת תרופות ממוקדת בצורת ננו-חלקיקי זהב.
 ראו גם 

 שכבת דו-ליפידים
 ליפוזום
 שלפוחית (ביולוגיה)

קישורים חיצוניים



 הערות שוליים 

קטגוריה:ביוכימיה
קטגוריה:כימיה קולואידית
קטגוריה:ארגון עצמי
קטגוריה:תרמודינמיקה
קטגוריה:ויטמינים
קטגוריה:תרופות