الإنتاج بالموجات فوق الصوتية للمستحلبات النانوية المستقرة

• المستحلبات النانوية – يعرف أيضا باسم المستحلبات الصغيرة أو المستحلبات دون الميكرونية – تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات في الكيمياء والدهانات والطلاء ومستحضرات التجميل والمستحضرات الصيدلانية والمواد الغذائية.
• تعرف الموجات فوق الصوتية بأنها تقنية عالية الكفاءة وموثوقة لإنتاج مستحلبات نانوية مستقرة طويلة الأجل.

لماذا الموجات فوق الصوتية للاستحلاب النانوي

الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية هو تقنية تستخدم موجات فوق صوتية منخفضة التردد وعالية الطاقة لإنشاء مستحلبات مستقرة وموحدة من قطرات صغيرة ، عادة في حدود 10-200 نانومتر. تتميز هذه التقنية بالعديد من المزايا مقارنة بطرق الاستحلاب التقليدية ، مما يجعلها متفوقة في التطبيقات المختلفة. بعض هذه المزايا هي:

• حجم الجسيمات موحدة: ينتج الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية قطرات صغيرة وموحدة ، والتي توفر استقرارا أفضل وتوافرا بيولوجيا. تتميز هذه القطرات بنسبة مساحة سطح إلى حجم عالية ، مما يجعلها أكثر تفاعلا وفعالية في التطبيقات المختلفة.
• استقرار عالي: تتمتع المستحلبات النانوية بالموجات فوق الصوتية باستقرار حركي عال نظرا لصغر حجمها وتوحيدها ، مما يجعلها مقاومة للاندماج والتلبد والترسيب. هذا الاستقرار يجعلها مثالية للاستخدام في التطبيقات الغذائية والصيدلانية ومستحضرات التجميل والكيميائية.
• انخفاض استهلاك الطاقة: يتطلب الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية مدخلات طاقة أقل من طرق الاستحلاب التقليدية مثل التجانس أو الموائع الدقيقة ، مما يجعلها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وفعالية من حيث التكلفة.
• براعه: يمكن استخدام الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية لاستحلاب مجموعة واسعة من المواد ، بما في ذلك الدهون والمركبات المحبة للماء والمواد غير القابلة للذوبان في الماء. هذا يجعلها تقنية متعددة الاستخدامات يمكن استخدامها في تطبيقات مختلفة.
  وقت معالجة سريع: الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية هو عملية سريعة يمكن إكمالها في دقائق ، مما يجعلها مناسبة للإنتاج على نطاق واسع.

بشكل عام ، يوفر الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية العديد من المزايا مقارنة بطرق الاستحلاب التقليدية ، مما يجعله تقنية متفوقة لمختلف التطبيقات.
 

تشكيل بالموجات فوق الصوتية من المستحلبات النانوية

يحدث الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية عن طريق اقتران موجات الموجات فوق الصوتية بالطاقة في نظام سائل. عن طريق صوتنة السائل ، تحدث آليتان:

1. يولد المجال الصوتي موجات تنتقل عبر السائل وتسبب اضطرابات دقيقة وحركة بينية. وبالتالي ، تصبح المرحلة الحدودية غير مستقرة ، بحيث تنكسر المرحلة (الداخلية) المشتتة في النهاية وتشكل قطرات في المرحلة المستمرة (الخارجية).
2. تطبيق الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الطاقة يولد التجويف (كنتيش وآخرون 2008). عن طريق التجويف بالموجات فوق الصوتية ، تتشكل الفقاعات الدقيقة أو الفراغات في الوسط بسبب دورات الضغط للموجة فوق الصوتية. تنمو الفقاعات الدقيقة / الفراغات على مدى عدة دورات موجية حتى تنهار بعنف. يتسبب هذا الانفجار الداخلي للفقاعات في ظروف قاسية محليا مثل القص العالي جدا والنفاثات السائلة ومعدلات التسخين والتبريد القصوى. (سوسليك 1999).

تكسر هذه القوى المتطرفة القطرات الأولية من الطور المشتت (الداخلي) إلى قطرات نانوية الحجم وتخلطها بشكل متجانس في المرحلة المستمرة (الخارجية).
اقرأ هنا المزيد عن آثار التجويف بالموجات فوق الصوتية على الاستحلاب!

المستحلبات النانوية الصيدلانية

مستحلبات الدهون الصغيرة – التي تنتجها الموجات فوق الصوتية – يتم تطبيقها على نطاق واسع كحامل للعوامل الدوائية في المستحضرات الصيدلانية. على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل المستحلبات الصغيرة كحامل للأدوية بالحقن أو جهاز توصيل الدواء لاستهداف الأنسجة. إلى جانب التوافر البيولوجي العالي للمركبات النشطة المغلفة ، تكمن مزايا المستحلبات الصغيرة في توافقها الحيوي العالي ، وقابليتها للتحلل البيولوجي ، واستقرارها ، وسهولة إنتاجها على نطاق واسع. نظرا لخصائصها الهيكلية ، يمكنها دمج جزيئات كارهة للماء وكذلك جزيئات برمائية. تم تحميل المستحلبات النانوية المعدة بالموجات فوق الصوتية بالتوكوفيرول والفيتامينات والكركورمين والعديد من المواد الدوائية الأخرى.
أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher هي مستحلبات موثوقة لإعداد المستحلبات النانوية المخدرة. للاستحلاب بالموجات فوق الصوتية، Hielscher يقدم الملحقات المختلفة لتحسين عملية الاستحلاب. Hielschers MultiPhaseCavitator هو إضافة فريدة من نوعها لخلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية ، حيث يتم حقن المرحلة الثانية كتيار ضيق جدا مباشرة في منطقة البقعة الساخنة بالموجات فوق الصوتية للاستحلاب.

مستحلبات نانوية من الدرجة الغذائية

تقدم المستحلبات النانوية فوائد مختلفة لصياغة المنتجات الغذائية. تظهر المستحلبات النانوية ثباتا جيدا لفصل الجاذبية ، والتلبد ، والالتحام ، وتوفر إطلاقا و / أو امتصاصا مسيطرا عليه للمكونات الوظيفية نظرا لصغر حجم القطيرات ومساحة سطحها الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها توفر التوافر البيولوجي العالي للمركبات النشطة وهو أمر مهم لتوصيل العناصر الغذائية والمواد الفعالة. علاوة على ذلك ، فهي توفر خصائص صياغة جيدة لأنها شفافة أو شفافة بصريا وتسبب قطراتها ذات الحجم دون الميكرون / النانو ملمسا ناعما وكريميا للفم. وبالتالي ، فإن إنتاج مستحلبات نانوية مستقرة هو مهمة منتشرة في كل مكان لصناعة الأغذية ، على سبيل المثال لصياغة منتجات مدعمة بالفيتامينات أو الأحماض الدهنية (مثل فيتامين C وفيتامين E omega-3 وأوميغا 6 وأوميغا 9 المشتقة من بذور النباتات أو زيت السمك) أو لإنتاج منتجات منكهة (مثل الزيوت الأساسية).

توزيع قطرات نانوية الحجم لمستحلب نانوي مشتت بالموجات فوق الصوتية (مستحلب زيت اللافندر في الماء). تم تحضير المستحلب مع مسبار الموجات فوق الصوتية UP400St.

مستحلبات نانوية تجميلية

تقدم المستحلبات النانوية ذات الماء في الزيت (W / O) بشكل خاص فوائد مختلفة لتغليف المادة المحبة للماء النشطة بيولوجيا في قطرات نانوية (في مستحلبات مفردة أو مزدوجة).
انقر هنا لقراءة المزيد عن تركيبة خالية من الفاعل بالسطح من المستحلبات التجميلية مع الموجات فوق الصوتية!

بلمرة مستحلب صغير

يتم تطبيق بلمرة المستحلب المصغر بمساعدة الموجات فوق الصوتية على عمليات مختلفة – من تغليف الجسيمات غير العضوية إلى تخليق جزيئات اللاتكس. يعرف تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة على التفاعلات الكيميائية مثل البلمرة والتوليف وما إلى ذلك باسم سونوكيمياء.
انقر هنا لقراءة المزيد عن سونوكيمياء, التوليف بالموجات فوق الصوتية من اللاتكس و هطول الأمطار بالموجات فوق الصوتية!

استقرار مستحلب

على الرغم من أن بعض المستحلبات النانوية يمكن أن تكون مستقرة على الرف دون استخدام أي مواد خافضة للتوتر السطحي أو مستحلبات بسبب حجم القطرات ذات الحجم النانوي وتوزيعها ، إلا أن المستحلبات النانوية الأخرى تتطلب استخدام عوامل التثبيت للحصول على استقرار طويل الأجل وجودة المنتج المثلى. يمكن تحقيق الاستقرار عن طريق إضافة إما المواد الخافضة للتوتر السطحي (tensids) أو الجسيمات الصلبة التي تعمل كمثبتات. تعرف المستحلبات ، التي يتم تثبيتها بواسطة الجسيمات الصلبة ، باسم مستحلبات بيكرينغ. يمكن استخدام اللاكتوز والألبومين والليسيثين والكيتوزان وسيكلوديكسترين والمالتوديكسترين والنشا وما إلى ذلك كمثبتات غروية في مستحلبات بيكرينغ. انقر هنا لمعرفة المزيد عن مستحلبات بيكرينغ التي تم إنشاؤها بالموجات فوق الصوتية!
يمكن إجراء الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية لجميع أنواع المستحلبات. إذا كان عامل التثبيت مطلوبا لمستحلب معين ، فيمكن اختباره بسهولة على نطاق صغير.
يرجى ملاحظة أن كمية الفاعل بالسطح المطلوبة تزداد مع انخفاض حجم القطرة لأن نسبة مساحة السطح إلى الحجم (S / V) للكرات تعطى بواسطة: S / V = 3 / R. على سبيل المثال ، كلما كان قطر الجسيم أو القطرة أصغر ، زادت مساحة سطحه بالنسبة لحجمه.

معدات الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية

يتطلب إنتاج مستحلبات شبه ميكرون ونانو مستقرة معدات الموجات فوق الصوتية القوية. Hielscher معدات الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية يسلم السعات عالية جدا (تصل إلى 200μm للموجات فوق الصوتية الصناعية، سعات أعلى عند الطلب) لتوليد مجال صوتي مكثف.
ومع ذلك ، لإنتاج مستحلبات نانوية مستقرة ، غالبا ما تكون معدات الموجات فوق الصوتية وحدها غير كافية. إلى جانب الطاقة فوق الصوتية الكافية ، فإن التحكم الدقيق في معلمات العملية ، والملحقات المتطورة (مثل sonotrodes ، ومفاعلات خلايا التدفق ، والتبريد) ضرورية للحصول على قطرات بحجم النانو وتشتت متجانس لكل من المرحلة المائية والنفط في بعضها البعض.
Hielscher MultiPhaseCavitator: من أجل إنتاج مستحلبات متفوقة مع توزيع قطرات ضيق جدا، وقد وضعت Hielscher إدراج خلية تدفق فريدة من نوعها – التجويف متعدد المراحل. مع هذه الوظيفة الإضافية الخاصة لخلية التدفق ، يتم حقن المرحلة الثانية من المستحلب باستمرار عبر 48 قنية صغيرة في منطقة التجويف. تسمح هذه التقنية بإنتاج قطرات صغيرة جدا بحجم النانو ومستحلبات عالية الاستقرار بشكل موثوق وفعال.

Hielscher الفوق صوتيات متخصصة في توريد أنظمة الموجات فوق الصوتية متفوقة وملحقاتها للحصول على نتائج المعالجة المثلى. خبرتنا الطويلة في المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتعاوننا الوثيق مع عملائنا يضمن التنفيذ الناجح للموجات فوق الصوتية في خطوط الإنتاج.
للاختبارات الأولية وتطوير العمليات وتحسين العملية ، نقدم مختبر عمليات مجهز بالكامل ومركز تقني.
علاوة على ذلك ، نحن نقدم استشارات متعمقة ، وتطوير أنظمة الموجات فوق الصوتية المخصصة والخدمات الفنية العميقة للتركيب والتدريب والصيانة.