Pickering emulzije sa Power Ultrasonics
- Pickering emulzije su stabilizirane čvrstim česticama.
- Pickering emulzije uvjeravaju svojim karakterom "bez emulgatora" i poboljšanom stabilnošću.
- Ultrasonic je savršen alat za stvaranje Pickering emulzija prvo raspršivanjem stabilizirajućih čestica u vodenu fazu i drugo za emulziju ulja/vodene faze.
Pickering emulzije
Pickering emulzije stabiliziraju se adsorbiranim čvrstim česticama umjesto emulgatorom ili surfaktantom. Stoga se Pickeringove emulzije mogu smatrati „bez emulgatora“ ili “bez surfaktanata” pošto su stabilizovani čvrstim česticama. Ako se ulje i voda pomiješaju i male kapljice ulja se formiraju i raspršuju po vodi, na kraju će se kapljice spojiti kako bi se smanjila količina energije u sistemu. Međutim, ako se čvrste čestice dodaju u smjesu, one će se vezati za površinu sučelja i spriječiti da se kapljice spoje, uzrokujući tako stabilniju emulziju.
Formiranje bez emulgatora posebno je interesantno za formulaciju proizvoda za koje upotreba surfaktanata ima negativne efekte, npr. za farmaceutske i kozmetičke proizvode. Nadalje, Pickering emulzije pokazuju poboljšanu stabilnost u odnosu na emulzije koje su stabilizirane konvencionalnim emulgatorima. Kapljična prevlaka čvrstih čestica funkcionira kao kruta barijera protiv koalescencije. To znači da čak i visoko koncentrirane emulzije mogu biti efikasno stabilizirane kao Pickering emulzije. Čvrste nanočestice, koje se adsorbuju između međupovršine ulje-voda, delimično su uronjene u vodu i uljni medij, tako da stabilizirajuće nanočestice mogu imati hidrofilna, hidrofobna ili amfifilna svojstva. Oblik i veličina čestica također utiču na stabilnost emulzije.
Ultrazvučni reaktor za emulzije
Visoke mehaničke smične sile ultrazvučne homogenizacije prevazilaze energetsku barijeru između međufaznih interfejsa. Nadalje, sonikacija razbija agregate i aglomerate nanočestica i stvara visoko polidisperznu emulziju.
Sonikacija se koristi za oba koraka pripreme emulzije za sakupljanje:
- za dispergovanje adsorbovanih čestica u vodenu fazu
- za emulziju o/w smjese
Pickering emulzija sa silicijum dioksidom
Isprva, hidrofilni ispareni prah silicijum dioksida (kao što je Aerosil® 200 ili Aerosil® 380) je dispergovan kao 100nm aglomerati u vodu pomoću ultrazvučnog uređaja.
U drugom koraku, stabilna o/w emulzija sa 20 tež% ulja i veličinom kapljica promjera 2-10 nm je pripremljena ultrazvukom.
Za dobijanje stabilnih, prozirnih emulzija butanola, etil acetata, butil laktata i dietil adipata u vodenoj fazi bilo je potrebno 6% silicijum dioksida. Za diizobutil adipat je potrebno najmanje 8% silicijum dioksida da bi se dobila stabilna emulzija.
Sve pripremljene emulzije su pokazale da su stabilne najmanje 6 mjeseci.
Dok je gol, kao i funkcionaliziran silicijum dioksid (SiO2) je jedna od najčešće korištenih čestica, ostale čestice kao npr
- Fe3O4,
- hidroksiapatit,
- monodisperzni polistiren čestice lateksa,
- ciklodekstrin i maltodekstrin,
- haloizit nanocevi,
- hematit (α-Fe2O3) mikročestice,
- poli(metil metakrilat) (PMMA),
- nerastvorljive čestice kompleksa hitozan/želatin-B
među mnogim drugim čvrstim česticama uspješno su korištene za stvaranje stabilnih Pickeringovih emulzija.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Ulje u vodi (o/w) Pickering emulzije
Pickering emulzija ulje u vodi odnosi se na emulziju u kojoj su kapljice ulja dispergirane u vodi kao kontinuirana faza. Ova vrsta Pickering emulzija općenito je stabilizirana nano česticama čiji je kontaktni ugao manji od 90º. o/w Pickering emulzije se mogu stabilizirati npr. upotrebom isparenog silicijum dioksida, Fe3O4 nano čestice. Uljna faza tih Pickering emulzija može se sastojati npr. od dodekana, oktadecenil sukcinskog anhidrida (ODSA), toluena i butil butirata u vodi, respektivno.
Voda u ulju (bez sadržaja) Pickering emulzije
Pickering emulzije vode u ulju sadrže kapljice vode kao dispergiranu fazu i ulje kao kontinuiranu fazu. Nano čestice sa kontaktnim uglom većim od 90º su najbolji stabilizatori za ove vrste emulzija. o/w Pickering emulzije mogu se stabilizirati upotrebom magnetnih nano čestica.
Kompleksne Pickering emulzije
Dvostruke ili višestruke Pickering emulzije (w/o/w ili o/w/o) su složeni polidisperzni sistemi u kojima su malene kapljice suspendovane unutar većih kapljica koje su nadalje suspendovane u kontinuiranoj fazi. Za višestruke Pickering emulzije, provodi se proces emulgiranja u dva koraka: Za aw/o/w emulziju, u prvom koraku emulgiranja, w/o emulzija se stabilizuje hidrofobnim nanočesticama; u drugom koraku emulgiranja, hidrofilne nanočestice se koriste kao stabilizator. Višestruke emulzije se mogu formirati kao voda-u-ulju-u-vodi (w/o/w) ili ulje u-vodi-u-ulju (o/w/o).
w/o/w emulzije se često koriste kao nosači za različite hidrofilne aktivne spojeve i lijekove (npr. vitamine, antioksidanse, enzime, vakcine, hormone), koji se zatim polako oslobađaju. Kako neke aktivne tvari također migriraju iz vanjske u unutrašnju fazu višestruke emulzije, takve bez/bez emulzije savršeno funkcioniraju za usporeno oslobađanje / isporuku aktivnih supstanci sa produženim oslobađanjem.
Droplet Bridging
Jedinstvena pojava koja se javlja u nekim Pickering emulzionim sistemima je premošćavanje kapljica. Koloidi koji strše iz površine kapljice mogu istovremeno da se adsorbuju na drugo sučelje, premošćujući dve kapljice. Mostovi se sastoje od monoslojeva koloidnih čestica, a kapljice su odvojene samo tankim filmom kontinuirane faze.
