Silice colloidale (Colloidal silica) consiste in minuscole particelle di Biossido di silicio amorfo, la comune silice, disperse in una soluzione di acqua e sono ottenute con la polimerizzazione di nuclei di silice in un ambiente altamente basico contenente alcalini (valore di pH tra 8.0 e 10.5). Queste particelle sono nanometriche., da 5 nm a 40 nm.

Il nome definisce la struttura della molecola:

• Colloidal. Un colloide può essere una miscela di solidi, liquidi o gas. Nel caso della silice colloidale, minuscole particelle di silice sono disperse in un mezzo liquido, di solito acqua. Le particelle sono così piccole che non si depositano dalla soluzione, ma formano una dispersione stabile.
• Silica. È il nome comune del biossido di silicio (SiO₂), un composto formato da silicio e ossigeno. La silice è il componente principale della sabbia e del quarzo ed è uno dei composti più abbondanti sulla crosta terrestre.

Biossido di Silicio o Diossido di Silicio, è un componente molto comune.

Il procedimento di sintesi si svolge in diverse fasi:

• Preparazione. La materia prima principale è il biossido di silicio (SiO₂), abbondante in natura sotto forma di quarzo o sabbia.
• Dissoluzione. Il biossido di silicio viene sciolto in una soluzione alcalina, solitamente idrossido di sodio (NaOH), ad alta temperatura e pressione. Si forma così il silicato di sodio.
• Acidificazione. La soluzione di silicato di sodio è acidificata, in genere con acido solforico (H2SO₄), a un pH in cui la silice inizia a polimerizzare e a formare particelle.
• Crescita delle particelle. La soluzione viene mantenuta a condizioni specifiche per consentire alle particelle di silice di crescere fino alle dimensioni desiderate. Questa è una fase critica che determina le proprietà della silice colloidale.
• Stabilizzazione. Il pH e la forza ionica della soluzione vengono regolati per stabilizzare le particelle di silice e impedirne l'aggregazione.
• Depurazione. La silice colloidale ottenuta viene purificata per rimuovere eventuali sostanze chimiche e sottoprodotti non reagiti con processi come l'ultrafiltrazione o la dialisi.
• Controllo di qualità. Il prodotto finale viene testato per garantire che soddisfi gli standard di qualità necessari.

Silice colloidale si presenta in forma di polvere bianca con una dimensione nativa delle particelle da 5nm a 40nm con funzioni di riempimento, ispessimento, rinforzo e tissotropia di vari materiali. Si trova anche in forma di liquido trasparente.

Nell'industria viene utilizzata in forma di "Fumed silica" sintetizzata con metodo di pirolisi in cui i silani alogenati (clorosilano idrolizzato) reagiscono con ossigeno e idrogeno a temperatura elevata. Questo tipo di silice

viene utilizzata in numerosi settori industriali:

• Vetro
• Gomma
• Ottica
• Edilizia
• Alimentazione
• Medicina

Da dove si ricava

Si trova nella crosta terrestre, nelle rocce in forma cristallina o amorfa.

A cosa serve e dove si usa

Alimentazione

In particolare, nell'alimentazione può essere usata nei cibi, integratori alimentari ed altro come antiagglomerante. Etichettata come additivo alimentare addensante E551 nella lista degli additivi alimentari europei ha la funzione di evitare agglomeramenti in sughi, integratori alimentari, sale da cucina, alimenti secchi.  Gli «antiagglomeranti» sono sostanze che riducono la tendenza di particelle individuali di un prodotto alimentare ad aderire l’una all’altra. Ha anche funzione addensante. 

Farmaceutica

Nell'industria farmaceutica la silice colloidale migliora flusso delle polveri in quanto agisce sulla rottura della forza interparticellare delle particelle di silice aderenti alla superficie del prodotto. E' un agente addensante. Gli addensanti alimentari vengono normalmente utilizzati per agevolare l'ingestione di farmaci in forma di compresse. Alcuni addensanti influenzano direttamente la dissoluzione e la disintegrazione delle compresse e possono anche ritardarne la dissoluzione.

Non deve superare il 2% del peso totale del prodotto in cui è inserito.

Cosmetica

Agente addensante. 

Altri usi

• controlla la reologia e la tissotropia di sistemi leganti, polimeri, liquidi ecc.
• rinforza la la gomma siliconica HTV- e RTV- 2K
• assorbente e vettore in rivestimenti per stampa ink-jet
• riempimento per materiali dentali
• isolamento a bassa temperatura e ad alta temperatura come catalizzatore carrier, con significativo isolamento termico.

Sicurezza

Per quanto riguarda la sua tossicità, ci si deve riferire a nanoparticelle, piuttosto che a milligrammi (2) in quanto la sua presenza deriva, soprattutto nell'ambiente, da plastica, gomma, ceramica, vernici, adesivi ed altro ed è anche il prodotto della combustione del carbone (3).

Il potenziale rischio di nanoparticelle da inquinamento atmosferico ha recentemente attirato una grande l'attenzione. Sebbene la tossicologia delle nanoparticelle sia stata studiata in modo approfondito, sono stati riportati pochi lavori sull'effetto combinato delle nanoparticelle di Biossido di silicio (SiO₂) e dell'esposizione a freddo a livello cellulare. 

Il problema della foschia ha un forte impatto sulla salute pubblica, ed è stata una preoccupazione diffusa negli ultimi anni. Gli studi hanno dimostrato che il particolato ultrafine (PM 0,1 ), che è equivalente alle nanoparticelle, è dannoso per l'uomo. L'uso crescente di nanoparticelle per una vasta gamma di applicazioni commerciali, industriali e biomediche ha portato a preoccupazioni per la sicurezza (4).

In questo studio, gli effetti genotossici di SiO₂^EN20(-) e SiO₂^EN100(-) sono stati chiariti usando quattro test di genotossicità, in protocolli standardizzati con sistema Good Laboratory Practice. Sebbene le diverse vie di esposizione di questo studio possano indurre genotossicità da Si O2 in diversi organi in sistemi in vivo, i dati suggeriscono che SiO₂^EN20(-) e SiO₂^EN100(-) non sono sostanze genotossiche sulla base delle linee guida del test dell'OCSE (5).

I risultati di questa ricerca hanno confermato che l'aggiunta di silice colloidale in microemulsione contemporaneamente caricata con vitamine C ed E ha migliorato la biodisponibilità cutanea delle vitamine per la sua duplice influenza sulle caratteristiche di consegna della microemulsione e sulle proprietà della pelle (6).

Su questo ingrediente sono stati selezionati gli studi più rilevanti con una sintesi dei contenuti:

Silice colloidale studi

Caratteristiche generali: 

• indice di rifrazione n20/D 1.46 (lit.)
• superficie 395 m2/g±25 m2/g
• densità    2,3 lb/cu.ft a 25 °C (densità apparente) (lit.)
• stringa SMILES    O=[Si]=O
• InChI    1S/O2Si/c1-3-2
• Chiave InChI    VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N

• Formula molecolare     SiO₂  O₂Si
• Peso molecolare     60.08
• CAS     112926-00-8

• UNII TJ7Z6XBU4
• EC Number  231-545-4 
• DSSTox Substance ID  DTXSID1029677      DTXSID4029852     DTXSID5041801 e molti altri
• MDL number  MFCD00011232
• PubChem Substance ID 24866359
• InChI Key    VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N
• SMILES    O=[Si]=O
• IUPAC dioxosilane
• ChEBI 30563
• MDL number  MFCD00011232
• PubChem Substance ID   57654622

Sinonimi: 

• Silicon dioxide
• Silicon dioxide amorphous
• Silicic anhydride

Bibliografia_______________________________________________________________________

(1) Tran DT, Majerová D, Veselý M, Kulaviak L, Ruzicka MC, Zámostný P. On the mechanism of colloidal silica action to improve flow properties of pharmaceutical excipients. Int J Pharm. 2019 Feb 10;556:383-394. doi: 10.1016/j.ijpharm.2018.11.066.

(2) Petrick L, Rosenblat M, Paland N, Aviram M. Silicon dioxide nanoparticles increase macrophage atherogenicity: Stimulation of cellular cytotoxicity, oxidative stress, and triglycerides accumulation. Environ Toxicol. 2016 Jun;31(6):713-23. doi: 10.1002/tox.22084.

(3) Dai C, Huang Y, Zhou Y. Research progress about the relationship between nanoparticles silicon dioxide and lung cancer. Zhongguo Fei Ai Za Zhi. 2014 Oct 20;17(10):760-4. Chinese. doi: 10.3779/j.issn.1009-3419.2014.10.09.

Hassankhani R, Esmaeillou M, Tehrani AA, Nasirzadeh K, Khadir F, Maadi H. In vivo toxicity of orally administrated silicon dioxide nanoparticles in healthy adult mice. Environ Sci Pollut Res Int. 2015 Jan;22(2):1127-32. doi: 10.1007/s11356-014-3413-7.

(4) Zhang Y, Li X, Lin Y, Zhang L, Guo Z, Zhao D, Yang D. The combined effects of silicon dioxide nanoparticles and cold air exposure on the metabolism and inflammatory responses in white adipocytes. Toxicol Res (Camb). 2017 Jul 6;6(5):705-710. doi: 10.1039/c7tx00145b.

(5) Kwon JY, Kim HL, Lee JY, Ju YH, Kim JS, Kang SH, Kim YR, Lee JK, Jeong J, Kim MK, Maeng EH, Seo YR. Undetactable levels of genotoxicity of SiO2 nanoparticles in in vitro and in vivo tests. Int J Nanomedicine. 2014 Dec 15;9 Suppl 2(Suppl 2):173-81. doi: 10.2147/IJN.S57933. Erratum in: Int J Nanomedicine. 2015;10:4621. 

(6) Rozman B, Gosenca M, Gasperlin M, Padois K, Falson F. Dual influence of colloidal silica on skin deposition of vitamins C and E simultaneously incorporated in topical microemulsions. Drug Dev Ind Pharm. 2010 Jul;36(7):852-60. doi: 10.3109/03639040903541187.