Pickeringovy emulze s výkonovým ultrazvukem

• Pickeringovy emulze jsou stabilizovány pevnými částicemi.
• Pickeringovy emulze přesvědčují svým charakterem „bez emulgátoru“ a svou zvýšenou stabilitou.
• Ultrazvuk je dokonalým nástrojem k vytváření Pickeringových emulzí, a to nejprve dispergací stabilizujících částic do vodné fáze a poté emulgací fáze olej/voda.

Pickeringovy emulze

Pickeringovy emulze jsou stabilizovány adsorbovanými pevnými částicemi namísto emulgátoru nebo povrchově aktivní látky. Pickeringovy emulze lze proto považovat za emulze „bez emulgátoru“ nebo „bez povrchově aktivních látek“, neboť jsou stabilizovány pevnými částicemi. Pokud se smísí olej a voda a vytvoří se malé olejové kapičky rozptýlené ve vodě, kapičky nakonec koalescují, aby se snížilo množství energie v systému. Pokud se však do směsi přidají pevné částice, navážou se na povrch mezifázového rozhraní a zabrání koalescenci kapiček, čímž se emulze stane stabilnější.
Tvorba bez emulgátoru je zvláště zajímavá pro formulaci produktů, u nichž má použití povrchově aktivních látek negativní účinky, např. u farmaceutických a kosmetických produktů. Kromě toho vykazují Pickeringovy emulze zvýšenou stabilitu ve srovnání s emulzemi stabilizovanými konvenčními emulgátory. Povlak kapiček z pevných částic funguje jako pevná bariéra proti koalescenci. To znamená, že i vysoce koncentrované emulze lze účinně stabilizovat jako Pickeringovy emulze. Pevné nanočástice, které jsou adsorbovány na rozhraní olej–voda, jsou částečně ponořeny ve vodném i olejovém prostředí, takže stabilizující nanočástice mohou mít hydrofilní, hydrofobní nebo amfifilní vlastnosti. Stabilitu emulze ovlivňuje rovněž tvar a velikost částic.

Vysoké mechanické smykové síly ultrazvukové homogenizace překonávají energetickou bariéru mezi fázovými rozhraními. Sonikace navíc rozbíjí agregáty a aglomeráty nanočástic a vytváří vysoce polydisperzní emulzi.

Sonikace se používá v obou krocích přípravy Pickeringovy emulze:

1. k dispergaci adsorbovaných částic do vodné fáze
2. k emulgaci směsi o/w

Pickeringova emulze s oxidem křemičitým

Nejprve byly hydrofilní prášky pyrogenního oxidu křemičitého (např. Aerosil® 200 nebo Aerosil® 380) dispergovány do vody pomocí ultrazvukového zařízení ve formě aglomerátů o velikosti 100nm.
Ve druhém kroku byly sonikací připraveny stabilní emulze o/w s obsahem oleje 20 wt% a průměrem kapiček 2–10nm.
K získání stabilních, transparentních emulzí butanolu, ethylacetátu, butyllaktátu a diethyladipátu ve vodné fázi bylo zapotřebí 6% oxidu křemičitého. U diisobutyladipátu je k získání stabilní emulze zapotřebí nejméně 8% oxidu křemičitého.
Všechny připravené emulze prokázaly stabilitu po dobu nejméně 6 měsíců.

Zatímco čistý i funkcionalizovaný oxid křemičitý (SiO₂) patří k nejčastěji používaným částicím, k vytvoření stabilních Pickeringových emulzí byly úspěšně použity i jiné částice, jako například

• Fe₃O₄,
• hydroxyapatit,
• monodisperzní polystyrenové latexové částice,
• cyklodextrin a maltodextrin,
• halloysitové nanotrubičky,
• mikročástice hematitu (α-Fe₂O₃),
• poly(methylmethakrylát) (PMMA),
• nerozpustné komplexní částice chitosan/želatina B

a mnoho dalších pevných částic.

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.