Pickering-emulsioner med Power Ultrasonics
- Pickering-emulsioner stabiliseres af faste partikler.
- Pickering-emulsioner overbeviser ved deres "emulgatorfrie" karakter og deres forbedrede stabilitet.
- Ultralyd er det perfekte værktøj til at skabe Pickering-emulsioner ved først at sprede de stabiliserende partikler i vandfasen og for det andet at emulgere olie / vandfasen.
Pickering emulsioner
Pickering-emulsioner stabiliseres af adsorberede faste partikler i stedet for en emulgator eller et overfladeaktivt stof. Derved kan Pickering-emulsioner betragtes som "emulgatorfrie" eller “Fri for overfladeaktive stoffer” da de stabiliseres af faste partikler. Hvis olie og vand blandes, og små oliedråber dannes og spredes i vandet, vil dråberne til sidst smelte sammen for at reducere mængden af energi i systemet. Men hvis der tilsættes faste partikler til blandingen, vil de binde sig til overfladen af grænsefladen og forhindre dråberne i at smelte sammen, hvilket får emulsionen til at være mere stabil.
Dannelsen uden emulgator er især interessant for formulering af produkter, hvor brugen af overfladeaktive stoffer har negative virkninger, f.eks. til farmaceutiske og kosmetiske produkter. Desuden viser Pickering-emulsioner en forbedret stabilitet sammenlignet med emulsioner, der stabiliseres af konventionelle emulgatorer. Dråbebelægningen af faste partikler fungerer som en stiv barriere mod sammensmeltning. Det betyder, at selv stærkt koncentrerede emulsioner effektivt kan stabiliseres som Pickering-emulsioner. De faste nanopartikler, som adsorberes mellem olie-vand-grænsefladen, er delvist nedsænket i vand og oliemedium, så de stabiliserende nanopartikler kan have hydrofile, hydrofobe eller amfifile egenskaber. Partikelform og partikelstørrelse påvirker også emulsionens stabilitet.
Ultralydsreaktor til emulsioner
De høje mekaniske forskydningskræfter ved ultralydshomogenisering overvinder energibarrieren mellem fasegrænsefladerne. Desuden bryder sonikering aggregater og agglomerater af nanopartikler og skaber en meget polydispers emulsion.
Sonikering anvendes til begge trin i fremstillingen af en pickering-emulsion:
- at sprede de adsorberede partikler i vandfasen
- at emulgere O/W-blandingen
Pickering Emulsion med Silica
Først blev hydrofile røgede silicapulvere (såsom Aerosil® 200 eller Aerosil® 380) dispergeret som 100nm agglomerater i vand ved hjælp af en ultralydsenhed.
På det andet trin blev der fremstillet en stabil o / w-emulsioner med 20 vægt% olie og dråbestørrelse på 2-10 nm i diameter ved sonikering.
For at opnå stabile, gennemsigtige emulsioner af butanol, ethylacetat, butyllactat og diethyladipat i den vandige fase var det nødvendigt med 6% silica. For diisobutyladipat kræves mindst 8% silica for at opnå en stabil emulsion.
Alle forberedte emulsioner har vist sig at være stabile i mindst 6 måneder.
Mens bar såvel som funktionaliseret silica (SiO2) er en af de mest almindeligt anvendte partikler, andre partikler såsom
- Fe3O4,
- hydroxyapatit,
- monodispers polystyren latex partikler,
- cyclodextrin og maltodextrin
- halloysit nanorør
- hæmatit (α-Fe2O3) mikropartikler
- poly(methylmethacrylat) (PMMA)
- uopløselige chitosan/gelatine-B-komplekse partikler
blandt mange andre faste partikler er blevet brugt med succes til at skabe stabile Pickering-emulsioner.
Litteratur / Referencer
- 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, der er værd at vide
Olie-i-vand (o/w) Pickering-emulsioner
Olie-i-vand Pickering-emulsion refererer til en emulsion, hvor oliedråber spredes i vand som den kontinuerlige fase. Denne type Pickering-emulsioner stabiliseres generelt af nanopartikler, hvis kontaktvinkel er mindre end 90º. o/w Pickering-emulsioner kan stabiliseres f.eks. ved brug af røget silica, Fe3O4 nanopartikler. Oliefasen af disse Pickering-emulsioner kan f.eks. bestå af henholdsvis dodecan, octadecenylravsyreanhydrid (ODSA), toluen og butylbutyrat i vand.
Vand-i-olie (uden kilde) Pickering-emulsioner
Vand-i-olie Pickering-emulsioner indeholder vanddråber som den dispergerede fase og olie som den kontinuerlige fase. Nanopartikler med en kontaktvinkel på mere end 90º er de bedste stabiliseringsmidler til disse typer emulsioner. o/w Pickering-emulsioner kan stabiliseres ved brug af magnetiske nanopartikler.
Komplekse Pickering-emulsioner
Dobbelte eller flere Pickering-emulsioner (w/o/w eller o/w/o) er komplekse polydisperse systemer, hvor små dråber er suspenderet i større dråber, der desuden er suspenderet i en kontinuerlig fase. For flere Pickering-emulsioner udføres en to-trins emulgeringsproces: For en w/o/w-emulsion, i det første emulgeringstrin, stabiliseres w/o-emulsionen af hydrofobe nanopartikler; I det andet emulgeringstrin anvendes hydrofile nanopartikler som stabilisator. Flere emulsioner kan dannes som vand-i-olie-i-vand (w/o/w) eller olie-i-vand-i-olie (o/w/o).
W/O/W-emulsioner bruges ofte som bærere / bærere for forskellige hydrofile aktive forbindelser og lægemidler (f.eks. vitaminer, antioxidanter, enzymer, vacciner, hormoner), som derefter langsomt frigives. Da nogle aktive stoffer også migrerer fra den ydre til den indre fase af en multipel emulsion, fungerer sådanne w/o/w-emulsioner perfekt til den forsinkede frigivelse/vedvarende frigivelse af de aktive stoffer.
Dråbebro
Et unikt fænomen, der forekommer i nogle Pickering-emulsionssystemer, er dråbebrobygning. Kolloider, der stikker ud fra en dråbeoverflade, kan samtidig adsorbere til en anden grænseflade og bygge bro mellem to dråber. Broerne består af monolag af kolloide partikler, og dråberne adskilles kun af en tynd film af den kontinuerlige fase.
