Sabit nanoemulsiyaların ultrasəslə istehsalı
- Nanoemulsiyalar – miniemulsiyalar və ya submikron emulsiyalar kimi də tanınır – kimya, boyalar, örtüklər, kosmetika, əczaçılıq və qida sahələrində geniş tətbiq olunur.
- Ultrasəs cihazları uzunmüddətli sabit nanoemulsiyaların istehsalı üçün yüksək səmərəli və etibarlı texnologiya kimi tanınır.
Nanoemulsifikasiya üçün nə üçün ultrasəs seçilməlidir
Ultrasəslə nanoemulsifikasiya adətən 10–200 nm diapazonunda olan kiçik damcıların sabit və vahid emulsiyalarını yaratmaq üçün aşağı tezlikli, yüksək güclü ultrasəs dalğalarından istifadə edən texnologiyadır. Bu texnologiyanın ənənəvi emulsifikasiya üsulları ilə müqayisədə bir sıra üstünlükləri var və bunlar onu müxtəlif tətbiqlərdə üstün edir. Bu üstünlüklərdən bəziləri aşağıdakılardır:
- Vahid hissəcik ölçüsü: Ultrasəslə nanoemulsifikasiya daha yaxşı sabitlik və biomənimsənilmə təmin edən kiçik və vahid damcılar yaradır. Bu damcıların səth sahəsinin həcmə nisbəti yüksəkdir və bu, onları müxtəlif tətbiqlərdə daha reaktiv və təsirli edir.
- Yüksək sabitlik: Ultrasəslə hazırlanmış nanoemulsiyalar kiçik ölçüləri və vahidliyi sayəsində yüksək kinetik sabitliyə malikdir və bu, onları koalessensiyaya, flokulyasiyaya və sedimentasiyaya davamlı edir. Bu sabitlik onları qida, əczaçılıq, kosmetika və kimya sahələrində istifadə üçün ideal edir.
- Azaldılmış enerji sərfiyyatı: Ultrasəslə nanoemulsifikasiya homogenləşdirmə və ya mikrofluidizasiya kimi ənənəvi emulsifikasiya üsullarından daha az enerji tələb edir və bu, onu enerji baxımından daha səmərəli və iqtisadi cəhətdən daha əlverişli edir.
- Çoxşaxəli tətbiq imkanları: Ultrasəslə nanoemulsifikasiya lipidlər, hidrofil birləşmələr və suda həll olmayan maddələr də daxil olmaqla geniş çeşidli materialların emulsifikasiyası üçün istifadə oluna bilər. Bu, onu müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilə bilən çoxşaxəli texnologiyaya çevirir.
Qısa emal müddəti: Ultrasəslə nanoemulsifikasiya bir neçə dəqiqə ərzində tamamlana bilən sürətli prosesdir və bu, onu genişmiqyaslı istehsal üçün uyğun edir.
Ümumilikdə, ultrasəslə nanoemulsifikasiya ənənəvi emulsifikasiya üsulları ilə müqayisədə bir sıra üstünlüklər təklif edir və bu, onu müxtəlif tətbiqlər üçün üstün texnologiyaya çevirir.
Şəffaf nanoemulsiyanın ultrasəslə hazırlanmasında UP400ST ultrasəs cihazından istifadə olunur.
Nanoemulsiyaların ultrasəslə formalaşdırılması
Ultrasəslə emulsifikasiya yüksək güclü ultrasəs dalğalarının maye sisteminə ötürülməsi nəticəsində baş verir. Maye ultrasəslə işlənərkən iki mexanizm baş verir:
- Akustik sahə maye boyunca yayılan, mikroturbulentlik və fazalararası səthin hərəkətinə səbəb olan dalğalar yaradır. Nəticədə sərhəd fazası qeyri-sabit olur, beləliklə dispers (daxili) faza sonda parçalanır və fasiləsiz (xarici) fazada damcılar əmələ gətirir.
- Aşağı tezlikli, yüksək güclü ultrasəsin tətbiqi kavitasiya yaradır (Kentish et al. 2008). Ultrasəs kavitasiyası zamanı ultrasəs dalğasının təzyiq dövrləri nəticəsində mühitdə mikroqabarcıqlar və ya boşluqlar əmələ gəlir. Mikroqabarcıqlar / boşluqlar kəskin şəkildə çökməyənədək bir neçə dalğa dövrü ərzində böyüyür. Qabarcıqların bu imploziyası lokal olaraq çox yüksək kəsilmə, maye şırnaqları və son dərəcə yüksək qızma və soyuma sürətləri kimi ekstremal şərait yaradır. (Suslick 1999).
Bu ekstremal qüvvələr dispers (daxili) fazanın ilkin damcılarını nanoölçülü damcılara parçalayır və onları fasiləsiz (xarici) fazaya homogen şəkildə qarışdırır.
Ultrasəs kavitasiyasının emulsifikasiyaya təsirləri haqqında burada ətraflı oxuyun!
Əczaçılıq nanoemulsiyaları
Ultrasəslə istehsal olunan lipid miniemulsiyaları əczaçılıq formulalarında farmakoloji maddələr üçün daşıyıcı kimi geniş tətbiq olunur. Məsələn, miniemulsiyalar parenteral dərman daşıyıcısı və ya dərmanı hədəf toxumalara çatdırma vasitəsi kimi çıxış edə bilər. Kapsullaşdırılmış aktiv birləşmələrin yüksək biomənimsənilməsi ilə yanaşı, miniemulsiyaların üstünlükləri onların yüksək biouyğunluğu, bioloji parçalana bilməsi, sabitliyi və genişmiqyaslı istehsalının asan olmasıdır. Struktur xüsusiyyətləri sayəsində onlar həm hidrofob, həm də amfipatik molekulları tərkiblərinə daxil edə bilirlər. Ultrasəslə hazırlanmış nanoemulsiyalara tokoferollar, vitaminlər, kurkumin və bir çox digər farmakoloji maddələr yüklənmişdir.
Hielscher şirkətinin ultrasəs sistemləri dərman yüklənmiş nanoemulsiyaların hazırlanması üçün etibarlı emulsifikatorlardır. Hielscher ultrasəslə emulsifikasiya prosesini optimallaşdırmaq üçün müxtəlif aksesuarlar təklif edir. Hielscher şirkətinin MultiPhaseCavitator qurğusu ultrasəs axın hüceyrələri üçün unikal əlavədir; burada ikinci faza çox dar axın şəklində birbaşa emulsifikasiyanın intensiv ultrasəs təsiri zonasına yeridilir.
UP400ST ultrasəs cihazı artırılmış biomənimsənilməyə malik əczaçılıq nanosuspenziyalarının hazırlanması üçün istifadə olunur.
Qida üçün yararlı nanoemulsiyalar
Nanoemulsiyalar qida məhsullarının hazırlanması üçün müxtəlif üstünlüklər təklif edir. Nanoemulsiyalar qravitasiya təsiri ilə ayrılmaya, flokulyasiyaya və koalessensiyaya qarşı yaxşı sabitlik göstərir və kiçik damcı ölçüləri və böyük səth sahələri sayəsində funksional inqrediyentlərin nəzarətli buraxılmasını və/və ya sorulmasını təmin edir. Bundan əlavə, onlar aktiv birləşmələrin yüksək biomənimsənilməsini təmin edir ki, bu da qida maddələrinin və aktiv maddələrin çatdırılması üçün əhəmiyyətlidir. Həmçinin, şəffaf və ya vizual olaraq yarımşəffaf olduqları və submikron / nanoölçülü damcıları ağızda hamar və kreməbənzər hiss yaratdığı üçün onlar yaxşı formulasiya xüsusiyyətlərinə malikdirlər. Buna görə də sabit nanoemulsiyaların istehsalı qida sənayesində geniş yayılmış bir vəzifədir, məsələn, vitamin və ya yağ turşuları ilə zənginləşdirilmiş məhsulların (məsələn, C vitamini, E vitamini, bitki toxumlarından və ya balıq yağından əldə edilən omega-3, omega-6, omega-9) və ya dadlandırılmış məhsulların (məsələn, efir yağları ilə) hazırlanması üçün.
Ultrasəslə dispersləşdirilmiş nanoemulsiyada nanoölçülü damcıların paylanması (lavanda yağının suda emulsiyası). Emulsiya UP400St ultrasəs zondu ilə hazırlanmışdır.
Kosmetik nanoemulsiyalar
Xüsusilə suyun yağda (W/O) nanoemulsiyaları bioaktiv hidrofil maddənin nanoölçülü damcılarda kapsullaşdırılması üçün (tək və ya ikiqat emulsiyalarda) müxtəlif üstünlüklər təklif edir.
Ultrasəslə səthi aktiv maddələrsiz kosmetik emulsiyaların hazırlanması haqqında ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!
Miniemulsiya polimerləşməsi
Ultrasəsin köməyi ilə miniemulsiya polimerləşməsi müxtəlif proseslərdə – qeyri-üzvi hissəciklərin kapsullaşdırılmasından lateks hissəciklərinin sintezinədək – tətbiq olunur. Yüksək güclü ultrasəsin polimerləşmə, sintez və s. kimi kimyəvi reaksiyalara tətbiqi sonokimya kimi tanınır.
Buraya klikləməklə aşağıdakılar haqqında ətraflı oxuyun: sonokimya, lateksin ultrasəslə sintezi və ultrasəslə çökdürmə!
Emulsiyanın sabitləşdirilməsi
Bəzi nanoemulsiyalar nanoölçülü damcı ölçüsü və paylanması sayəsində heç bir səthi aktiv maddə və ya emulsifikator istifadə edilmədən saxlanma zamanı sabit qala bilsə də, digər nanoemulsiyalarda uzunmüddətli sabitlik və optimal məhsul keyfiyyəti əldə etmək üçün sabitləşdirici maddələrdən istifadə tələb olunur. Sabitləşdirmə ya səthi aktiv maddələr (tenzidlər), ya da sabitləşdirici kimi çıxış edən bərk hissəciklər əlavə etməklə həyata keçirilə bilər. Bərk hissəciklərlə sabitləşdirilmiş emulsiyalar Pickering emulsiyaları kimi tanınır. Laktoza, albumin, lesitin, xitozan, siklodekstrin, maltodekstrin, nişasta və s. Pickering emulsiyalarında kolloid sabitləşdiricilər kimi istifadə oluna bilər. Ultrasəslə yaradılmış Pickering emulsiyaları haqqında ətraflı məlumat almaq üçün buraya klikləyin!
Ultrasəslə emulsifikasiya bütün növ emulsiyalar üçün həyata keçirilə bilər. Müəyyən bir emulsiya üçün sabitləşdirici maddənin tələb olunub-olunmadığını kiçik miqyasda asanlıqla sınaqdan keçirmək olar.
Nəzərə alın ki, damcı ölçüsü azaldıqca tələb olunan səthi aktiv maddənin miqdarı artır, çünki kürələr üçün səth sahəsinin həcmə nisbəti (S/V) belə ifadə olunur: S/V = 3/R. Məsələn, hissəciyin və ya damcının diametri nə qədər kiçikdirsə, onun həcminə nisbətən səth sahəsi bir o qədər böyükdür.
Ultrasəslə emulsifikasiya avadanlığı
Sabit submikron və nanoemulsiyaların istehsalı güclü ultrasəs avadanlığı tələb edir. Hielscher ultrasəslə emulsifikasiya avadanlığı intensiv akustik sahə yaratmaq üçün çox yüksək amplitudalar təmin edir (sənaye ultrasəs cihazları üçün 200µm-dək, sorğu əsasında daha yüksək amplitudalar).
Bununla belə, sabit nanoemulsiyaların istehsalı üçün təkcə yüksək güclü ultrasəs avadanlığı çox vaxt kifayət etmir. Nanoölçülü damcılar əldə etmək və həm sulu, həm də yağ fazasının bir-birində homogen dispersləşməsini təmin etmək üçün kifayət qədər ultrasəs gücü ilə yanaşı, proses parametrlərinə dəqiq nəzarət və təkmil aksesuarlar (sonotrodlar, axın hüceyrəli reaktorlar, soyutma kimi) lazımdır.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Çox dar damcı paylanmasına malik üstün emulsiyalar istehsal etmək üçün Hielscher unikal axın hüceyrəsi əlavəsi – MultiPhaseCavitator hazırlamışdır. Bu xüsusi axın hüceyrəsi əlavəsi ilə emulsiyanın ikinci fazası 48 kiçik kanül vasitəsilə davamlı olaraq kavitasiya zonasına yeridilir. Bu texnologiya çox kiçik nanoölçülü damcıların və yüksək sabitliyə malik emulsiyaların etibarlı və effektiv istehsalına imkan verir.
Hielscher Ultrasonics optimal emal nəticələri üçün üstün ultrasəs sistemləri və aksesuarlarının təchizatı üzrə ixtisaslaşıb. Ultrasəslə emal sahəsində uzunmüddətli təcrübəmiz və müştərilərimizlə sıx əməkdaşlığımız ultrasəsin istehsal xətlərinə uğurla tətbiqini təmin edir.
İlkin sınaqlar, prosesin işlənib hazırlanması və optimallaşdırılması üçün tam təchiz olunmuş proses laboratoriyası və texniki mərkəz təklif edirik.
Bundan əlavə, ətraflı məsləhət xidmətləri, xüsusi tələblərə uyğun ultrasəs sistemlərinin hazırlanmasını və quraşdırma, təlim və texniki qulluq üçün geniş texniki xidmət təklif edirik.
| Partiyanın həcmi | Həcm axını sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar klasteri: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Bilməyə dəyər faktlar
Emulsiyalar, damcı ölçüsü və səthi aktiv maddələr
Emulsiyalar bir-biri ilə qarışmayan iki maye kimi tərif olunur: mayelərdən biri – dispers və ya daxili faza adlanan maye – fasiləsiz və ya xarici faza kimi tanınan digər mayenin daxilində sferik damcılar şəklində dispersləşdirilir. Emulsiya yaratmaq üçün istifadə olunan ən geniş yayılmış mayelər yağ və sudur. Yağ fazası su/sulu fazada dispersləşdirildikdə sistem yağın suda emulsiyası olur, su/sulu faza yağ fazasında dispersləşdirildikdə isə suyun yağda emulsiyası olur. Emulsiyalar hissəcik ölçülərinə və termodinamik sabitliklərinə görə müvafiq olaraq makroemulsiyalar, mikroemulsiyalar və nanoemulsiyalar kimi fərqləndirilir.
Nanoemulsiyalar
Nanoemulsiyalar nanoölçülü damcılardan ibarət nanohissəcikli dispersiyalardır. Yüksək güclü ultrasəsin yaratdığı yüksək kəsilmə qüvvələri damcıları parçalayaraq onların diametrini submikron və nanoölçülərə qədər azaldır. Ümumiyyətlə, daha kiçik damcı ölçüləri emulsiyanın daha yüksək sabitliyinə səbəb olur. Nanoemulsiyalar O/W (yağın suda), W/O (suyun yağda) və ya W/O/W və O/W/O kimi çoxqatlı/ikiqat emulsiyalar şəklində fərqləndirilə bilər. Nanoemulsiyalar konsistensiyadan və damcı ölçüsündən asılı olaraq şəffaf, hətta yarımşəffaf olur (görünən spektrdə). Nanoemulsiyalar ümumiyyətlə 20 və 200nm arasında damcı ölçüsü ilə müəyyən edilir. Damcı ölçüsü azaldıqca emulsiyanın koalessensiyaya meyli azalır (Ostvald yetişməsi azalır).
Nanomateriallar və nanoemulsiyalar mikroemulsiyalardan fərqlənən fiziki xüsusiyyətlərlə səciyyələnir. Nanoölçülü hissəciklər ya tamamilə fərqli xüsusiyyətlər göstərir, ya da onların tipik xüsusiyyətləri son dərəcə kəskin formada təzahür edir. Nanoemulsiyaların görünüşü mikronölçülü emulsiyaların görünüşündən fərqlənir, çünki damcılar görünən spektrin optik dalğa uzunluqlarına təsir etmək üçün çox kiçikdir. Buna görə nanoemulsiyalar işığı çox az səpir və şəffaf və ya optik olaraq yarımşəffaf görünür.
Emulsiyanın damcı ölçüsünə yağ fazasının tərkibi, həm fasiləsiz, həm də dispers fazanın fazalararası xüsusiyyətləri və özlülüyü, emulsifikatorun/səthi aktiv maddənin növü, emulsifikasiya zamanı kəsilmə sürəti, eləcə də yağ fazasının suda həllolma qabiliyyəti təsir göstərir.
Nanoemulsiyalar dərmanların çatdırılması, qida və içkilər, kosmetika, əczaçılıq, materialşünaslıq və sintez kimi müxtəlif tətbiqlərdə geniş istifadə olunur.
Səthi aktiv maddələr
Emulsifikatorlar sabit emulsiya / nanoemulsiya hazırlamaq üçün mühüm amildir. Emulsifikatorlar damcının ətrafında qoruyucu təbəqə yaradan və fazalararası gərilməni azaldan səthi aktiv maddələrdir; bununla da Ostvald yetişməsinin, koalessensiyanın və damcıların səthdə toplanmasının qarşısını alırlar.
Səthi aktiv maddələrin növləri:
- Kiçik molekullu səthi aktiv maddələr: Tween və Span kimi qeyri-ion emulsifikatorlar oral, parenteral və dəri yolu ilə tətbiq edildikdə aşağı toksiklik və qıcıqlandırıcı təsir göstərir və buna görə ion emulsifikatorlara üstün tutulur. Tween və Span qida, əczaçılıq və kosmetika sənayesində emulsiya formulaları üçün üstün tutulan sabitləşdiricilərdir.
Tweenlər: Tween 20/60/80 polisorbat 20/60/80 kimi tanınır (PEG-20 susuzlaşdırılmış sorbierit monolaurat, PEG-20 susuzlaşdırılmış sorbierit monostearat, polioksietilen sorbitan monooleat). Bunlar sorbitoldan əldə edilən qeyri-ion səthi aktiv maddələr / emulsifikatorlardır. Onlar suda, etanolda, metanolda və ya etil asetatda asanlıqla, mineral yağda isə yalnız az miqdarda həll olur.
Spanlar: Span20/40/60/80 sorbitanın yağ turşusu efirləri / sorbitan efirləridir; bunlar emulsifikasiya, dispersləşdirmə və islatma xüsusiyyətlərinə malik qeyri-ion səthi aktiv maddələrdir. Span səthi aktiv maddələri sorbitolun susuzlaşdırılması yolu ilə istehsal olunur. - Fosfolipidlər: yumurta sarısı, soya və ya süd mənşəli lesitin
- Amfifil zülallar: zərdab zülalı izolyatı, kazeinat
- Amfifil polisaxaridlər: ərəb saqqızı, modifikasiya olunmuş nişastalar
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir: laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünədək.