Pickeringovy emulze s výkonovým ultrazvukem
- Pickeringovy emulze jsou stabilizovány pevnými částicemi.
- Pickeringovy emulze přesvědčí svým "bezemulgačním" charakterem a zvýšenou stabilitou.
- Ultrazvuk je dokonalým nástrojem pro vytváření Pickeringových emulzí tím, že nejprve disperguje stabilizační částice do vodní fáze a poté emulguje fázi olej/voda.
Pickeringovy emulze
Pickeringovy emulze jsou stabilizovány adsorbovanými pevnými částicemi namísto emulgátoru nebo povrchově aktivní látky. Emulze Pickering lze tedy považovat za "bez emulgátorů" nebo “bez povrchově aktivních látek” protože jsou stabilizovány pevnými částicemi. Pokud se olej a voda smísí a vytvoří se malé kapičky oleje, které se rozptýlí po vodě, nakonec se kapičky spojí, aby se snížilo množství energie v systému. Pokud se však do směsi přidají pevné částice, navážou se na povrch rozhraní a zabrání koalescenci kapiček, čímž způsobí, že emulze bude stabilnější.
Tvorba bez emulgátoru je zvláště zajímavá pro formulaci produktů, u kterých má použití povrchově aktivních látek negativní účinky, např. u farmaceutických a kosmetických výrobků. Emulze Pickering navíc vykazují zvýšenou stabilitu ve srovnání s emulzemi, které jsou stabilizovány konvenčními emulgátory. Kapkový povlak pevných částic funguje jako tuhá bariéra proti koalescenci. To znamená, že i vysoce koncentrované emulze mohou být účinně stabilizovány jako Pickeringovy emulze. Pevné nanočástice, které jsou adsorbovány mezi rozhraním olej-voda, jsou částečně ponořeny do vody a olejového média, takže stabilizační nanočástice mohou mít hydrofilní, hydrofobní nebo amfifilní vlastnosti. Tvar částic a velikost částic mají také vliv na stabilitu emulze.
Ultrazvuková tlumivka pro emulze
Vysoké mechanické smykové síly ultrazvukové homogenizace překonávají energetickou bariéru mezi fázovými rozhraními. Kromě toho sonikace rozbíjí agregáty a aglomeráty nanočástic a vytváří vysoce polydisperzní emulzi.
Sonikace se používá pro oba kroky přípravy sběrné emulze:
- k dispergaci adsorbovaných částic do vodné fáze
- k emulgaci směsi O/W
Pickeringova emulze s oxidem křemičitým
Nejprve byly hydrofilní dýmavé prášky oxidu křemičitého (jako je Aerosil® 200 nebo Aerosil® 380) dispergovány jako 100nm aglomeráty do vody pomocí ultrazvukového zařízení.
Ve druhém kroku byly sonikací připraveny stabilní emulze s 20 hm% oleje a velikostí kapiček o průměru 2–10 nm.
K získání stabilních, transparentních emulzí butanolu, ethylacetátu, butyllaktátu a diethyladipátu ve vodné fázi bylo zapotřebí 6 % oxidu křemičitého. Pro diisobutyl adipát je zapotřebí alespoň 8% oxidu křemičitého k získání stabilní emulze.
Ukázalo se, že všechny připravené emulze jsou stabilní po dobu nejméně 6 měsíců.
Zatímco holý i funkcionalizovaný oxid křemičitý (SiO2) je jednou z nejčastěji používaných částic, další částice, jako je
- Fe3O4,
- hydroxyapatit,
- monodisperzní polystyren latexové částice,
- cyklodextrin a maltodextrin,
- halloysitové nanotrubice,
- hematit (α-Fe2O3) mikročástice,
- poly(methylmethakrylát) (PMMA),
- nerozpustné částice chitosan/želatina-B komplex
mezi mnoha dalšími pevnými částicemi byly úspěšně použity k vytvoření stabilních Pickeringových emulzí.
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.
Fakta, která stojí za to vědět
Olej ve vodě (o/w) Pickeringovy emulze
Pickeringova emulze olej ve vodě označuje emulzi, kde jsou kapičky oleje dispergovány ve vodě jako kontinuální fáze. Tento typ Pickeringových emulzí je obecně stabilizován nanočásticemi, jejichž kontaktní úhel je menší než 90 °. o/w Pickeringovy emulze mohou být stabilizovány např. použitím dýmavého oxidu křemičitého, Fe3O4 nano částice. Olejová fáze těchto Pickeringových emulzí může spočívat např. v dodekanu, oktadecénanhydridu oktaceny jantaru (ODSA), toluenu a butylbutyratu ve vodě.
Voda v oleji (bez o) Pickeringovy emulze
Pickeringovy emulze voda v oleji obsahují kapičky vody jako dispergovanou fázi a olej jako kontinuální fázi. Nanočástice s kontaktním úhlem větším než 90º jsou nejlepšími stabilizačními činidly pro tyto typy emulzí. Pickeringovy emulze mohou být stabilizovány pomocí magnetických nanočástic.
Komplexní Pickeringovy emulze
Dvojité nebo vícenásobné Pickeringovy emulze (w/o/w nebo o/w/o) jsou složité polydisperzní systémy, kde jsou drobné kapičky suspendovány ve větších kapkách, které jsou navíc suspendovány v kontinuální fázi. U vícenásobných Pickeringových emulzí se provádí dvoustupňový proces emulgace: U emulze w/o/w je v prvním stupni emulgace emulze stabilizována hydrofobními nanočásticemi; Ve druhém stupni emulgace se jako stabilizátor používají hydrofilní nanočástice. Lze vytvořit více emulzí jako voda v oleji ve vodě (w/o/w) nebo olej ve vodě v oleji (o/w/o).
Emulze W/O/W se často používají jako nosiče pro různé hydrofilní účinné látky a léčiva (např. vitamíny, antioxidanty, enzymy, vakcíny, hormony), které se pak pomalu uvolňují. Vzhledem k tomu, že některé účinné látky také migrují z vnější do vnitřní fáze vícenásobné emulze, fungují takové emulze bez obsahu dokonale pro zpomalené uvolňování / dodávku účinných látek s prodlouženým uvolňováním.
Přemostění kapek
Unikátním jevem, který se vyskytuje v některých Pickeringových emulzních systémech, je přemostění kapek. Koloidy vyčnívající z povrchu kapky se mohou současně adsorbovat na jiné rozhraní a přemostit dvě kapičky. Můstky se skládají z monovrstev koloidních částic a kapičky jsou odděleny pouze tenkým filmem kontinuální fáze.
