Емулсии за пикеринг с мощен ултразвук
- Емулсиите за пикеринг се стабилизират от твърди частици.
- Емулсиите на Pickering убеждават със своя характер "без емулгатор" и повишената си стабилност.
- Ултразвукът е идеалният инструмент за създаване на емулсии на Пикеринг чрез първо разпръскване на стабилизиращите частици във водната фаза и второ за емулгиране на маслено/водната фаза.
Емулсии за пикеринг
Емулсиите за пикеринг се стабилизират чрез адсорбирани твърди частици вместо емулгатор или повърхностно активно вещество. По този начин емулсиите на Pickering могат да се считат за "без емулгатор" или “без повърхностноактивни вещества” тъй като те са стабилизирани от твърди частици. Ако маслото и водата се смесят и се образуват малки маслени капчици и се разпръснат във водата, в крайна сметка капчиците ще се слеят, за да намалят количеството енергия в системата. Въпреки това, ако към сместа се добавят твърди частици, те ще се свържат с повърхността на интерфейса и ще предотвратят сливането на капчиците, като по този начин емулсията ще бъде по-стабилна.
Формацията без емулгатор е особено интересна за формулирането на продукти, за които използването на повърхностноактивни вещества има отрицателни ефекти, например за фармацевтични и козметични продукти. Освен това емулсиите на Пикеринг показват повишена стабилност в сравнение с емулсиите, които се стабилизират от конвенционални емулгатори. Капковидното покритие на твърдите частици функционира като твърда бариера срещу коалесценцията. Това означава, че дори силно концентрираните емулсии могат да бъдат ефективно стабилизирани като емулсии на Пикеринг. Твърдите наночастици, които се адсорбират между интерфейса масло-вода, са частично потопени във вода и маслена среда, така че стабилизиращите наночастици могат да имат хидрофилни, хидрофобни или амфифилни свойства. Формата на частиците и размерът на частиците също влияят върху стабилността на емулсията.
Ултразвуков реактор за емулсии
Високите механични сили на срязване на ултразвуковата хомогенизация преодоляват енергийната бариера между фазовите интерфейси. Освен това ултразвукът разгражда агрегатите и агломератите от наночастици и създава силно полидисперсна емулсия.
Уникирането се използва и за двете стъпки от приготвянето на емулсия за пикерство:
- за диспергиране на адсорбираните частици във водната фаза
- за емулгиране на O/W сместа
Емулсия за пикеринг със силициев диоксид
Първоначално хидрофилните димящи силициеви прахове (като Aerosil® 200 или Aerosil® 380) се диспергират като 100nm агломерати във вода с помощта на ултразвуково устройство.
На втория етап чрез ултразвук се приготвят стабилни o/w емулсии с 20 тегловни % масло и диаметър 2–10 nm диаметър.
За да се получат стабилни, прозрачни емулсии от бутанол, етилацетат, бутил лактат и диетил адипат във водна фаза са необходими 6% силициев диоксид. За диизобутил адипат са необходими най-малко 8% силициев диоксид, за да се получи стабилна емулсия.
Всички приготвени емулсии са показали, че са стабилни най-малко 6 месеца.
Докато е гол, както и функционализиран силициев диоксид (SiO2) е една от най-често използваните частици, други частици като
- fe3O4,
- хидроксиапатит,
- Монодисперсен полистирол латексови частици,
- циклодекстрин и малтодекстрин,
- нанотръби halloysite,
- хематит (α-Fe2O3) микрочастици,
- поли(метилметакрилат) (PMMA),
- неразтворими частици комплекс хитозан/желатин-В
наред с много други твърди частици са успешно използвани за създаване на стабилни емулсии на Пикеринг.
Литература / Препратки
- Xu, Yayuan; Song, Jiangfeng; Dai, Zhuqing; Niu, Liying; Dajing, Li; Wu, Caie (2022): Study on physicochemical characteristics of lutein nanoemulsions stabilized by chickpea protein isolate-stevioside complex. Journal of the Science of Food and Agriculture 102; 2022. 1872-1882.
- Xiao-Yan Wang and Marie-Claude Heuzey (2016): Chitosan-Based Conventional and Pickering Emulsions with Long-Term Stability. Langmuir 32, 4; 2016. 929–936.
- Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
Факти, които си струва да знаете
Масло във вода (o/w) Емулсии за пикеринг
Емулсията масло във вода се отнася до емулсия, при която капчици масло се диспергират във вода като непрекъсната фаза. Този тип емулсии на Пикеринг обикновено се стабилизират от наночастици, чийто контактен ъгъл е по-малък от 90º. o/w Емулсиите за пикеринг могат да бъдат стабилизирани, например чрез използването на димящ силициев диоксид, Fe3O4 нано частици. Маслената фаза на тези емулсии на Пикеринг може да се състои например в додекан, октадеценил янтарен анхидрид (ODSA), толуен и бутил бутират във вода, съответно.
Вода в масло (без емулсии за пикерство)
Емулсиите Pickering "вода в масло" съдържат капчици вода като диспергирана фаза и масло като непрекъсната фаза. Наночастиците с контактен ъгъл по-голям от 90º са най-добрите стабилизиращи агенти за тези видове емулсии. o/w Емулсиите на Pickering могат да бъдат стабилизирани чрез използването на магнитни наночастици.
Комплексни емулсии Pickering
Двойните или множествените емулсии на Pickering (w/o/w или o/w/o) са сложни полидисперсни системи, при които малки капчици са суспендирани в по-големи капчици, които освен това са суспендирани в непрекъсната фаза. За множество емулсии на Pickering се извършва двуетапен процес на емулгиране: За w/o/w емулсия, в първата стъпка на емулгиране, без емулсия се стабилизира от хидрофобни наночастици; Във втората стъпка на емулгиране хидрофилните наночастици се използват като стабилизатор. Множество емулсии могат да се образуват като вода в масло във вода (без / о) или масло във вода в масло (без / без / о).
Емулсиите често се използват като носители на различни хидрофилни активни съединения и лекарства (напр. витамини, антиоксиданти, ензими, ваксини, хормони), които след това бавно се освобождават. Тъй като някои активни вещества също мигрират от външната към вътрешната фаза на множествена емулсия, такива емулсии работят перфектно за забавено освобождаване/продължително освобождаване на активните вещества.
Преодоляване на капчици
Уникално явление, което се среща в някои емулсионни системи на Pickering, е свързването на капчици. Колоидите, стърчащи от повърхността на капчицата, могат едновременно да се адсорбират към друг интерфейс, свързвайки две капчици. Мостовете се състоят от монослоеве колоидни частици и капчиците са разделени само от тънък филм с непрекъсната фаза.
