Ultrazvukový Výroba Stabilní nanoemulze
- nanoemulze – také známý jako miniemulsions nebo submikronových emulzí – se používají v široké škále aplikací v chemii, barvách, nátěrech, kosmetice, léčivech a potravinách.
- Ultrasonicators jsou známé jako vysoce účinná a spolehlivá technika pro výrobu dlouhodobě stabilních nanoemulzí.
Proč ultrazvuk pro nanoemulzifikaci
Ultrazvuková nanoemulzifikace je technika, která využívá nízkofrekvenční, vysoce výkonné ultrazvukové vlny k vytvoření stabilních a rovnoměrných emulzí drobných kapiček, obvykle v rozmezí 10-200 nm. Tato technika má několik výhod oproti tradičním emulgačním metodám, díky nimž je vynikající v různých aplikacích. Některé z těchto výhod jsou:
- Jednotná velikost částic: Ultrazvuková nanoemulgace produkuje malé a rovnoměrné kapičky, které nabízejí lepší stabilitu a biologickou dostupnost. Tyto kapičky mají vysoký poměr povrchu k objemu, což je činí reaktivnějšími a účinnějšími v různých aplikacích.
- Vysoká stabilita: Ultrazvukové nanoemulze mají vysokou kinetickou stabilitu díky své malé velikosti a rovnoměrnosti, což je činí odolnými vůči koalescenci, vločkování a sedimentaci. Díky této stabilitě jsou ideální pro použití v potravinářských, farmaceutických, kosmetických a chemických aplikacích.
- Snížená spotřeba energie: Ultrazvuková nanoemulzifikace vyžaduje nižší energetický vstup než tradiční emulgační metody, jako je homogenizace nebo mikrofluidizace, což je energeticky účinnější a nákladově efektivnější.
- Univerzálnost: Ultrazvuková nanoemulzifikace může být použita k emulgaci široké škály materiálů, včetně lipidů, hydrofilních sloučenin a látek nerozpustných ve vodě. Díky tomu se jedná o všestrannou techniku, kterou lze použít v různých aplikacích.
Rychlá doba zpracování: Ultrazvuková nanoemulzifikace je rychlý proces, který lze dokončit během několika minut, což je vhodné pro výrobu ve velkém měřítku.
Celkově ultrazvuková nanoemulzifikace nabízí několik výhod oproti tradičním emulgačním metodám, což z něj činí vynikající techniku pro různé aplikace.
Ultrazvuková příprava čiré nano-emulze pomocí ultrasonicator UP400ST.
Ultrazvukový Formation of nanoemulze
Ultrazvuková emulgace je způsobena spojením vln ultrazvuku do kapalného systému. Sonikací kapaliny dochází ke dvěma mechanismům:
- Akustické pole vytváří vlny, které procházejí kapalinou a způsobují mikroturbulence a mezifázový pohyb. Tím se hraniční fáze stává nestabilní, takže dispergovaná (vnitřní) fáze se nakonec rozpadá a vytváří kapičky v kontinuální (vnější) fázi.
- Aplikace nízkofrekvenčního, vysoce výkonného ultrazvuku vytváří kavitaci (Kentish et al., 2008). Ultrazvukovou kavitací se v médiu vytvářejí mikrobubliny nebo dutiny v důsledku tlakových cyklů ultrazvukové vlny. Mikrobubliny / dutiny rostou během několika vlnových cyklů, dokud se prudce nezhroutí. Tato imploze bublin způsobuje lokálně extrémní podmínky, jako je velmi vysoký smyk, kapalné trysky a extrémní rychlosti ohřevu a chlazení. (Suslick 1999),
Tyto extrémní síly rozbíjejí primární kapičky dispergované (vnitřní) fáze na nanovelikost kapiček a homogenně je míchají do kontinuální (externí) fáze.
Přečtěte si zde více o účincích ultrazvukové kavitace na emulgaci!
Farmaceutické nanoemulze
lipidů miniemulsions – produkoval ultrazvukem – jsou široce aplikovány jako nosiče pro farmakologické prostředky ve farmaceutických formulacích. Miniemulze mohou například působit jako parenterální nosič léčiva nebo zařízení pro podávání léků do cílových tkání. Vedle vysoké biologické dostupnosti zapouzdřených aktivních sloučenin, výhody miniemulzí spočívají v jejich vysoké biologické kompatibilitě, biologické rozložitelnosti, stabilitě a snadnosti výroby ve velkém měřítku. Vzhledem ke svým strukturním vlastnostem mohou obsahovat hydrofobní i amfipatické molekuly. Ultrazvukem připravené nanoemulze byly naneseny tokoferoly, vitamíny, curcurmin a mnoho dalších farmakologických látek.
Hielscherovy ultrazvukové systémy jsou spolehlivé emulgátory pro přípravu nanoemulzí s léčivy. Pro ultrazvukovou emulgaci nabízí Hielscher různé příslušenství pro optimalizaci procesu emulgace. Hielschers MultiPhaseCavitator je jedinečný doplněk pro ultrazvukové průtokové buňky, kde je druhá fáze vstřikována jako velmi úzký proud přímo do ultrazvukové zóny horké skvrny emulgace.
ultrasonicator UP400St pro formulaci farmaceutických nanosuspenzí se zvýšenou biologickou dostupností.
Potravinářská nanoemulze
Nanoemulze nabízejí různé výhody pro formulaci potravin. Nanoemulze vykazují dobrou stabilitu vůči gravitační separaci, flokulaci, koalescenci a nabízejí řízené uvolňování a / nebo absorpci funkčních složek kvůli jejich malé velikosti kapiček a velké ploše povrchu. Kromě toho nabízejí vysokou biologickou dostupnost účinných látek, která je důležitá pro dodávky živin a účinných látek. Dále nabízejí dobré vlastnosti formulace, protože jsou průhledné nebo vizuálně průsvitné a jejich kapičky submicronové / nano-velikosti způsobují hladký a krémový pocit v ústech. Vytvoření stabilních nanoemulzí je tedy všudypřítomným úkolem pro potravinářský průmysl, např. Pro přípravu vitamínů nebo produktů obohacených o mastné kyseliny (např. Vitamín C, vitamín E omega-3, omega-6, omega-9 odvozený z osiva rostlin rybí tuk) nebo k výrobě ochucených produktů (např. s éterickými oleji).
Nanosized distribuce kapiček ultrazvukem rozptýlené nanoemulze (emulze levandulového oleje ve vodě). Emulze byla připravena s ultrazvukovou sondou UP400St.
kosmetické nanoemulze
Zejména vody v oleji (W / O), nanoemulze nabízejí různé výhody pro zapouzdření bioaktivní hydrofilní látky do nanoměřítku kapek (v jediné nebo dvojité emulze).
Klikněte zde se dozvíte více o povrchově aktivní látky bez složení kosmetických emulzí s ultrazvukem!
miniemulze polymerace
Ultrazvukem asistované miniemulze polymerace se používá různých způsobů – ze zapouzdření anorganických částic k syntéze latexových částic. Aplikace energie ultrazvuku na chemické reakce, jako je polymerace, syntéza atd jsou známé jako sonochemie.
Klikněte zde se dozvíte více o Sonochemie, ultrazvukové syntéza latexu a ultrazvukové srážení!
emulze stabilizaci
Ačkoli některé nanoemulty mohou být stabilní bez použití jakýchkoli povrchově aktivních látek nebo emulgátorů kvůli velikosti a distribuci nanorozměrů, jiné nanoemulze vyžadují použití stabilizačních agentů k získání dlouhodobé stability a optimálního produktu Kvality. Stabilizace může být provedena přidáním buď povrchově aktivních látek (tensids), nebo pevných částic, které působí jako stabilizátory. Emulzí, které jsou stabilizovány pevnými částicemi, jsou označovány jako emulzí Pickering. Laktóza, albumin, lecithin, chitosan, cyklodextrin, maltodextrin, škrob atd., lze použít jako koloidní stabilizátory v Pickeringu emulzí. Zde se dozvíte více o ultrazvukem generovaných Pickering emulzí!
Ultrazvuková emulgace může být provedeno pro všechny typy emulzí. Pokud je nutné stabilizační činidlo pro konkrétní emulze, může být snadno testovány v malém měřítku.
Upozorňujeme, že množství povrchově aktivní látky potřebné se zvyšuje se snižující se velikostí kapek od poměru povrchu plocha k objemu (S / V) pro kuličky je dán vzorcem: S / V = 3 / R. Například, čím menší je průměr částice nebo kapičky, tím více plochy povrchu, že má vzhledem k jeho objemu.
Ultrazvukové emulgace Equipment
Výroba stabilních submikronů a nanoemulzí vyžaduje výkonné ultrazvukové zařízení. Hielscher ultrazvukové emulgační zařízení dodává velmi vysoké amplitudy (až 200μm pro průmyslové ultrasonicators, vyšší amplitudy na vyžádání) pro generování intenzivního akustického pole.
Nicméně, pro výrobu stabilních nanoemulzí, výkon ultrazvukové zařízení sama o sobě často nestačí. Kromě dostatečného ultrazvukové energie, přesným řízením procesních parametrů, a sofistikované příslušenství (například sonotrody, průtokové komůrky reaktory, chlazení) jsou nezbytné pro získání nejdrobnějších kapičky a homogenní disperzi a to jak, vodné a olejové fáze do sebe.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Aby bylo možné vyrábět vynikající emulze s velmi úzkou distribucí kapiček, Hielscher vyvinul jedinečnou vložku průtokových buněk – MultiPhaseCavitator. S tímto speciálním doplňkem průtokových buněk je druhá fáze emulze nepřetržitě vstřikována přes 48 malých kanyl do kavitační zóny. Tato technologie umožňuje spolehlivou a účinnou výrobu velmi malých kapiček nano-velikosti a vysoce stabilních emulzí.
Hielscher Ultrazvuk se specializuje na dodávání vynikající ultrazvukové systémy a příslušenství pro optimální výsledky zpracování. Naše dlouhodobé zkušenosti v ultrazvukové zpracování a naše úzká spolupráce s našimi klienty zajišťuje úspěšnou realizaci ultrazvukem do výrobních linek.
Pro počáteční testy, vývoj procesů a optimalizaci procesů nabízíme plně vybavenou procesní laboratoř a technické centrum,
Kromě toho nabízíme důkladné poradenství, vývoj přizpůsobených ultrazvukových systémů a hluboké technické služby pro instalaci, školení a údržbu.
| Hromadná dávka | průtok | Doporučené Devices |
|---|---|---|
| 00,5 až 1,5 ml | na | VialTweeter | 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000ml | 20 až 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 00,1 až 20L | 00,2 až 4 litry / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 až 100L / min | UIP16000 |
| na | větší | hrozen UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
Fakta Worth Knowing
Emulze, velikost kapiček a povrchově aktivní látky
Emulze jsou definovány jako dvě nemísitelné kapaliny: Jedna z kapalin – tzv dispergovaná nebo vnitřní fáze – se disperguje jako kulovitých kapiček v druhé kapalině, známé jako kontinuální nebo vnější fáze. Nejvýznamnější kapaliny použité pro vytvoření emulze jsou oleje a vody. Je-li olejová fáze dispergovaná ve vodě / vodné fáze, systém je emulze typu olej-ve-vodě, přičemž je-li voda / vodná fáze dispergovaná v olejové fázi, je emulze typu voda-v-oleji. Emulze se vyznačují respektive jejich velikost částic a termodynamickou stabilitu jako makroemulzí, mikroemulze, a nanoemulzí, v tomto pořadí.
nanoemulze
Nanoemulze jsou nanočásticové disperze, které se skládají z nanočásticových kapiček. Vysoké smykové síly ultrazvukového výkonu ruptují kapičky tak, aby byly redukovány na submikronový a nano průměr. Obecně platí, že menší velikost kapiček vede k větší stabilitě emulze. Nanoemulze lze rozlišit jako O / W (olej ve vodě), W / O (voda v oleji) nebo jako vícenásobné / dvojité emulze, jako jsou W / O / W a O / W / O. Nanoemulze jsou transparentní nebo dokonce průsvitné (ve viditelném spektru) v závislosti na velikosti konzistence a velikosti kapiček. Nanoemulze jsou obecně definovány velikostí kapiček mezi 20 a 200 nm. S klesající velikostí kapiček klesá sklon emulze ke koalescenci (klesající zrání Ostwald).
Nanomateriály a nanoemulze se vyznačují fyzikálními vlastnostmi, které se liší od mikroemulzí. Nanočastice mají buď zcela odlišné vlastnosti, nebo jejich typické vlastnosti jsou vyjádřeny ve velmi extrémní podobě. Viditelný vzhled nanoemulzí má jiný vzhled než mikronové emulze, protože kapičky jsou příliš malé, aby interferovaly s optickými vlnovými délkami viditelného spektra. Proto nanoemulze vykazují velmi malý rozptyl světla a jsou průhledné nebo opticky průsvitné.
Velikost kapiček emulze je ovlivněna složením olejové fáze, mezifázové vlastnosti a viskozita obou, kontinuální a dispergované fáze, typu emulgátor / povrchově aktivní činidlo, smyková rychlost při emulgaci, stejně jako je rozpustnost olejové fáze ve vodě.
Nanoemulze jsou široce používány v různých aplikacích, jako je dodávání léčiv, potravin & nápojů, kosmetiky, farmacie, a vědy o materiálech & syntéza.
povrchově aktivní látky
Emulgátory jsou důležitým faktorem pro přípravu stabilní emulzní / nanoemulze. Emulgátory jsou povrchově aktivní látky, které tvoří ochrannou vrstvu o kapky a snižují mezifázové napětí, čímž se zabrání Ostwaldovo zrání, srůstání a smetany.
Typů povrchově aktivních činidel:
- Malé molekuly povrchově aktivní látky: Neionogenní emulgátor, například Tween a Span vykazují nízkou toxicitu a podráždění, když se podává orálně, parenterálně a dermálně, a proto jsou výhodnější než iontové emulgátory. Tween a Span jsou výhodnými stabilizátory pro emulzní prostředky v potravinářském, farmaceutickém a cosmectic průmyslu.
doplnění: Tween 20/60/80 jsou známé jako polysorbát 20/60/80 (PEG-20 dehydratovaných sorbierite monolaurát, PEG-20 dehydratovaných sorbierite monostearát, polyoxyethylen-sorbitan-monooleát). Ty jsou neiontové povrchově aktivní látky / emulgátory odvozené od sorbitolu. Jsou snadno rozpouští ve vodě, ethanolu, methanolu nebo ethylacetátu, ale jen málo v minerálním oleji.
klene: Span20 / 40/60/80 jsou sorbitan estery mastných kyselin / sorbitanové estery, které jsou neiontové povrchově aktivní látky s emulgačními, dispergačními a smáčecími vlastnostmi. Span povrchově aktivní látky se vyrábějí dehydratací sorbitolu. - Fosfolipidy: vaječný žloutek, sójový lecitin nebo mléčný
- Amfifilní proteiny: Syrovátkový proteinový izolát, kaseinát
- Amfifilní polysacharidy: arabská guma, modifikované škroby
Literatura / Reference
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.