Ултразвуково производство на стабилни наноемулсии

• Наноемулсии – известни също като миниемулсии или субмикронни емулсии – се използват в широк спектър от приложения в химията, боите, покритията, козметиката, фармацевтиката и храните.
• Ултразвуковите апарати са известни като високоефективна и надеждна техника за производство на дългосрочни стабилни наноемулсии.

Защо ултразвук за наноемулгиране

Ултразвуковата наноемулгификация е техника, която използва нискочестотни ултразвукови вълни с висока мощност за създаване на стабилни и равномерни емулсии от малки капчици, обикновено в диапазона от 10-200 nm. Тази техника има няколко предимства пред традиционните методи за емулгиране, които я правят по-добра в различни приложения. Някои от тези предимства са:

• Еднакъв размер на частиците: Ултразвуковата наноемулгиране произвежда малки и равномерни капчици, които предлагат по-добра стабилност и бионаличност. Тези капчици имат високо съотношение повърхност към обем, което ги прави по-реактивни и ефективни в различни приложения.
• Висока стабилност: Ултразвуковите наноемулсии имат висока кинетична стабилност поради малкия си размер и еднородност, което ги прави устойчиви на коалесценция, флокулация и утаяване. Тази стабилност ги прави идеални за използване в хранително-вкусовите, фармацевтичните, козметичните и химическите приложения.
• Намалена консумация на енергия: Ултразвуковата наноемулгификация изисква по-ниска консумация на енергия от традиционните методи за емулгиране като хомогенизация или микрофлуидизация, което я прави по-енергийно ефективна и рентабилна.
• Гъвкавост: Ултразвуковата наноемулгификация може да се използва за емулгиране на широк спектър от материали, включително липиди, хидрофилни съединения и неразтворими във вода вещества. Това го прави универсална техника, която може да се използва в различни приложения.
  Бързо време за обработка: Ултразвуковата наноемулгиране е бърз процес, който може да бъде завършен за минути, което го прави подходящ за мащабно производство.

Като цяло ултразвуковата наноемулгификация предлага няколко предимства пред традиционните методи за емулгиране, което я прави превъзходна техника за различни приложения.
 

Ултразвуково образуване на наноемулсии

Ултразвуковата емулгификация се причинява чрез свързване на вълните на мощния ултразвук в течна система. Чрез ултразвук на течност възникват два механизма:

1. Акустичното поле генерира вълни, които преминават през течността и причиняват микротурбуленции и междуфазово движение. По този начин граничната фаза става нестабилна, така че дисперсната (вътрешна) фаза в крайна сметка се разпада и образува капчици в непрекъснатата (външна) фаза.
2. Прилагането на нискочестотен ултразвук с висока мощност генерира кавитация (Kentish et al. 2008). Чрез ултразвукова кавитация в средата се образуват микромехурчета или кухини поради циклите на налягане на ултразвуковата вълна. Микромехурчетата растат в продължение на няколко вълнови цикъла, докато се срутят силно. Тази имплозия на мехурчета причинява локални екстремни условия като много високо срязване, течни струи и екстремни скорости на нагряване и охлаждане. (Suslick 1999).

Тези екстремни сили разбиват първичните капчици от дисперсната (вътрешна) фаза до наноразмерни капчици и ги смесват хомогенно в непрекъснатата (външна) фаза.
Прочетете тук повече за ефектите на ултразвуковата кавитация върху емулгирането!

Фармацевтични наноемулсии

Липидни миниемулсии – произведено от ултразвук – се прилагат широко като носител на фармакологични агенти във фармацевтични формулировки. Например, миниемулсиите могат да действат като парентерален носител на лекарства или устройство за доставяне на лекарства за насочване към тъканите. Освен високата бионаличност на капсулираните активни съединения, предимствата на миниемулсиите се крият във високата им биосъвместимост, биоразградимост, стабилност и лекота на мащабно производство. Поради своите структурни свойства, те могат да включват хидрофобни, както и амфипатични молекули. Ултразвуково приготвените наноемулсии са заредени с токофероли, витамини, куркурмин и много други фармакологични вещества.
Ултразвуковите системи на Hielscher са надеждни емулгатори за приготвяне на лекарствени наноемулсии. За ултразвуковата емулгиране Hielscher предлага различни аксесоари за оптимизиране на процеса на емулгиране. Hielschers MultiPhaseCavitator е уникална добавка за ултразвукови поточни клетки, при която втората фаза се инжектира като много тесен поток директно в ултразвуковата гореща точка на емулгирането.

Хранителни наноемулсии

Наноемулсиите предлагат различни ползи за формулирането на хранителни продукти. Наноемулсиите показват добра стабилност на гравитационно разделяне, флокулация, коалесценция и предлагат контролирано освобождаване и/или абсорбция на функционални съставки поради малкия си размер на капчиците и голямата повърхност. Освен това те предлагат висока бионаличност на активни съединения, което е важно за доставянето на хранителни вещества и активни вещества. Освен това, те предлагат добри свойства на формулата, тъй като са прозрачни или визуално полупрозрачни, а техните субмикронни/наноразмерни капчици причиняват гладко и кремообразно усещане в устата. По този начин производството на стабилни наноемулсии е вездесъща задача за хранително-вкусовата промишленост, например за формулиране на обогатени с витамини или мастни киселини продукти (напр. витамин С, витамин Е, омега-3, омега-6, омега-9, получени от растителни семена или рибено масло) или за производство на ароматизирани продукти (напр. с етерични масла).

Наноразмерно разпределение на капчици на ултразвуково диспергирана наноемулсия (емулсия от лавандулово масло във вода). Приготвена е емулсия с ултразвуковата сонда UP400St.

Козметични наноемулсии

Особено наноемулсиите вода в масло (W/O) предлагат различни ползи за капсулирането на биоактивно хидрофилно вещество в наноразмерни капчици (в единични или двойни емулсии).
Кликнете тук, за да прочетете повече за формулата на козметични емулсии без повърхностноактивни вещества с ултразвук!

миниемулсионна полимеризация

Ултразвуково подпомаганата миниемулсионна полимеризация се прилага към различни процеси – от капсулирането на неорганични частици до синтеза на латексови частици. Прилагането на мощен ултразвук към химични реакции като полимеризация, синтез и т.н. е известно като сонохимия.
Кликнете тук, за да прочетете повече за Сонохимия, ултразвуков синтез на латекс и ултразвуково утаяване!

Емулсионна стабилизация

Въпреки че някои наноемулсии могат да бъдат стабилни на рафта без използването на повърхностноактивни вещества или емулгатори поради размера и разпределението на нано-мащабните капки, други наноемулсии изискват използването на стабилизиращи агенти за получаване на дългосрочна стабилност и оптимално качество на продукта. Стабилизирането може да се постигне чрез добавяне на повърхностноактивни вещества (тензиди) или твърди частици, които действат като стабилизатори. Емулсиите, които се стабилизират от твърди частици, са известни като емулсии на Пикеринг. Лактоза, албумин, лецитин, хитозан, циклодекстрин, малтодекстрин, нишесте и др. могат да се използват като колоидни стабилизатори в емулсиите на Пикеринг. Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуково генерираните емулсии на Pickering!
Ултразвукова емулгиране може да се извърши за всички видове емулсии. Ако е необходим стабилизиращ агент за конкретна емулсия, може лесно да се тества в малък мащаб.
Моля, имайте предвид, че количеството на необходимото повърхностно активно вещество се увеличава с намаляване на размера на капката, тъй като съотношението повърхност-площ към обем (S/V) за сфери се определя от: S/V = 3/R. Например, колкото по-малък е диаметърът на частица или капчица, толкова по-голяма повърхност има спрямо обема си.

Оборудване за ултразвукова емулгация

Производството на стабилни субмикрон- и наноемулсии изисква мощно ултразвуково оборудване. Оборудването за ултразвукова емулгация на Hielscher осигурява много високи амплитуди (до 200 μm за промишлени ултразвукови апаратури, по-високи амплитуди при поискване) за генериране на интензивно акустично поле.
Въпреки това, за производството на стабилни наноемулсии, само силовото ултразвуково оборудване често не е достатъчно. Освен достатъчна ултразвукова мощност, прецизен контрол на параметрите на процеса и сложни аксесоари (като сонотроди, реактори с проточни клетки, охлаждане) са необходими за получаване на наноразмерни капчици и хомогенна дисперсия на водната и маслената фаза една в друга.
Hielscher MultiPhaseCavitator: За да произвежда превъзходни емулсии с много тясно разпределение на капчиците, Hielscher е разработил уникална вложка за поточна клетка – многофазният кавитатор. С тази специална добавка за поточна клетка втората фаза на емулсията се инжектира непрекъснато чрез 48 малки канюли в зоната на кавитация. Тази технология позволява надеждно и ефикасно производство на много малки наноразмерни капчици и високостабилни емулсии.

Hielscher Ultrasonics е специализирана в доставката на превъзходни ултразвукови системи и аксесоари за оптимални резултати от обработката. Дългогодишният ни опит в ултразвуковата обработка и тясното сътрудничество с нашите клиенти гарантират успешното внедряване на ултразвука в производствените линии.
За първоначални тестове, разработване на процеси и оптимизация на процесите предлагаме напълно оборудвана технологична лаборатория и технически център.
Освен това предлагаме задълбочено консултиране, разработване на персонализирани ултразвукови системи и задълбочено техническо обслужване за монтаж, обучение и поддръжка.