• nanoemulsioner – også kendt som miniemulsioner eller submikronemulsioner – anvendes i en bred vifte af applikationer inden for kemi, maling, belægninger, kosmetik, lægemidler og fødevarer.
• Ultralydapparater er kendt som en yderst effektiv og pålidelig teknik til produktion af langsigtede stabile nanoemulsioner.

Hvorfor ultralyd til nanoemulgering

Ultralyd nanoemulgering er en teknik, der udnytter lavfrekvente, højeffektive ultralydbølger til at skabe stabile og ensartede emulsioner af små dråber, typisk i området 10-200 nm. Denne teknik har flere fordele i forhold til traditionelle emulgeringsmetoder, hvilket gør den overlegen i forskellige applikationer. Nogle af disse fordele er:

• Ensartet partikelstørrelse: Ultralyd nanoemulgering producerer små og ensartede dråber, som giver bedre stabilitet og biotilgængelighed. Disse dråber har et højt overfladeareal til volumenforhold, hvilket gør dem mere reaktive og effektive i forskellige applikationer.
• Høj stabilitet: Ultralyd nanoemulsioner har en høj kinetisk stabilitet på grund af deres lille størrelse og ensartethed, hvilket gør dem modstandsdygtige over for koalescens, flokkulering og sedimentering. Denne stabilitet gør dem ideelle til brug i fødevarer, lægemidler, kosmetiske og kemiske applikationer.
• Reduceret energiforbrug: Ultralyd nanoemulgering kræver lavere energiinput end traditionelle emulgeringsmetoder såsom homogenisering eller mikrofluidisering, hvilket gør det mere energieffektivt og omkostningseffektivt.
• Alsidighed: Ultralyd nanoemulgering kan bruges til at emulgere en bred vifte af materialer, herunder lipider, hydrofile forbindelser, og vand-uopløselige stoffer. Dette gør det til en alsidig teknik, der kan bruges i forskellige applikationer.
  Hurtig behandlingstid: Ultralyd nanoemulgering er en hurtig proces, der kan afsluttes på få minutter, hvilket gør den velegnet til storskala produktion.

Samlet set tilbyder ultralyd nanoemulgering flere fordele i forhold til traditionelle emulgeringsmetoder, hvilket gør det til en overlegen teknik til forskellige applikationer.
 

Ultralyd dannelse af nanoemulsioner

Ultralydemulgering er forårsaget af kobling bølgerne af effekt ultralyd i et flydende system. Ved sonikering af en væske forekommer to mekanismer:

1. Det akustiske felt genererer bølger, der bevæger sig gennem væsken og forårsager mikroturbulenser og en grænsefladebevægelse. Derved bliver grænsefasen ustabil, således at den dispergerede (interne) fase til sidst bryder og danner dråber i den kontinuerlige (eksterne) fase.
2. Anvendelsen af lavfrekvent ultralyd med høj effekt genererer kavitation (Kentish et al., 2008). Ved ultralydkavitation dannes mikrobobler eller hulrum i mediet på grund af ultralydbølgens trykcyklusser. Mikroboblerne / hulrummene vokser over flere bølgecyklusser, indtil de kollapser voldsomt. Denne bobleimplosion forårsager lokalt ekstreme forhold såsom meget høj forskydning, væskestråler og ekstreme opvarmnings- og kølehastigheder. (Suslick 1999).

Disse ekstreme kræfter bryder primære dråber af dispergeret (intern) fase ned til nanostørrelse dråbe og blander dem homogent i den kontinuerlige (eksterne) fase.
Læs her mere om virkningerne af ultralydkavitation på emulgering!

Farmaceutiske nanoemulsioner

Lipid miniemulsioner – produceret af ultralyd – anvendes i vid udstrækning som bærer til farmakologiske midler i farmaceutiske formuleringer. For eksempel kan miniemulsioner virke som parenteral lægemiddelbærer eller lægemiddelafgivelsesindretning til målvæv. Ud over den høje biotilgængelighed af de indkapslede aktive forbindelser ligger fordelene ved miniemulsioner i deres høje biokompatibilitet, bionedbrydelighed, stabilitet og lethed for storskala produktion. På grund af deres strukturelle egenskaber kan de inkorporere hydrofobe såvel som amfipatiske molekyler. Ultralydforberedte nanoemulsioner er blevet fyldt med tocopheroler, vitaminer, curcurmin og mange andre farmakologiske stoffer.
Hielschers ultralydssystemer er pålidelige emulgatorer til fremstilling af lægemiddellodede nanoemulsioner. Til ultralydemulgering tilbyder Hielscher forskellige tilbehør til optimering af emulgeringsprocessen. Hielschers MultiPhaseCavitator er en unik tilføjelse til ultralydsflowceller, hvor anden fase injiceres som meget smal strøm direkte ind i ultralydets hot spot-zone for emulgering.

Nanoemulsioner af fødevarekvalitet

Nanoemulsioner tilbyder forskellige fordele til formulering af fødevarer. Nanoemulsioner har en god stabilitet mod gravitationsseparation, flokkulering, koalescens og tilbyder kontrolleret frigivelse og / eller absorption af funktionelle ingredienser på grund af deres lille dråbestørrelse og store overfladeareal. Derudover tilbyder de en høj biotilgængelighed af aktive forbindelser, som er vigtige for tilførsel af næringsstoffer og aktive stoffer. Desuden tilbyder de gode formuleringsegenskaber, da de er gennemsigtige eller visuelt gennemsigtige, og deres submikron- / nanostørrelsesdråber forårsager en glat og cremet mundfølelse. Derved er produktionen af ​​stabile nanoemulsioner en allestedsnærværende opgave for fødevareindustrien, fx til formulering af vitamin- eller fedtsyrefastgjorte produkter (f.eks. Vitamin C, vitamin E omega-3, omega-6, omega-9 afledt af plantefrø eller fiskeolie) eller til fremstilling af aromatiserede produkter (fx med æteriske olier).

Nanostørrelse dråbefordeling af en ultralyd dispergeret nanoemulsion (lavendel olie-i-vand emulsion). Emulsion blev fremstillet med ultralydssonden UP400St.

Kosmetiske nanoemulsioner

Specielt vand-i-olie (W / O) nanoemulsioner tilbyder forskellige fordele ved indkapsling af bioaktivt hydrofilt stof i nanoskala dråber (i enkelt- eller dobbeltemulsioner).
Klik her for at læse mere om den overfladeaktive stoffri formulering af kosmetiske emulsioner med ultralyd!

Miniemulsionspolymerisering

Ultralydassisteret miniemulsionspolymerisering påføres forskellige processer – fra indkapslingen af ​​uorganiske partikler til syntesen af ​​latexpartikler. Anvendelsen af ​​effekt ultralyd til kemiske reaktioner såsom polymerisering, syntese etc. er kendt som sonokemi.
Klik her for at læse mere om sonochemistry, ultralydssyntese af latex og ultralyd nedbør!

Emulsionsstabilisering

Selvom nogle nanoemulsioner kan være hylde stabile uden brug af overfladeaktive stoffer eller emulgatorer på grund af den nanoskalerede Dråbestørrelse og-fordeling, kræver andre nanoemulsioner brug af stabiliserende midler for at opnå langsigtet stabilitet og optimalt produkt Kvalitet. Stabilisering kan opnås ved at tilføje enten overfladeaktive stoffer (tensid'er) eller faste partikler, der fungerer som stabilisatorer. Emulsioner, som er stabiliseret af faste partikler er kendt som Pickering emulsioner. Lactose, albumin, lecithin, chitosan, cyclodextrin, maltodextrin, stivelse etc. kan anvendes som kolloid stabilisatorer i Pickering emulsioner. Klik her for at lære mere om ultralydsgenererede Pickering-emulsioner!
Ultralydemulgering kan udføres for alle typer emulsioner. Hvis der kræves et stabiliserende middel til en bestemt emulsion, kan den let testes i lille skala.
Bemærk, at mængden af ​​det krævede overfladeaktive stof øges med en faldende dråbestørrelse, da forholdet mellem overflade og volumen (S / V) for kugler er givet ved: S / V = ​​3 / R. For eksempel, jo mindre diameteren af ​​en partikel eller dråbe, jo mere overfladeareal har den i forhold til dens volumen.

Ultralyd Emulgeringsudstyr

Produktionen af stabile submikron- og nanoemulsioner kræver kraftigt ultralydsudstyr. Hielscher ultralydemulgeringsudstyr leverer meget høje amplituder (op til 200 μm til industrielle ultralydapparater, højere amplituder på anmodning) for at generere et intenst akustisk felt.
For produktion af stabile nanoemulsioner er effekten af ​​ultralydsudstyr alene imidlertid ikke tilstrækkelig. Udover tilstrækkelig ultralydseffekt er nøjagtig kontrol af procesparametrene og sofistikerede tilbehør (såsom sonotroder, flowcellereaktorer, afkøling) nødvendige for at opnå dråber af nanostørrelse og en homogen dispersion af både vandig og oliefase i hinanden.
Hielscher MultiPhaseCavitator: For at producere overlegne emulsioner med en meget smal dråbefordeling har Hielscher udviklet en unik flowcelleindsats – MultiPhaseCavitator. Med denne specielle flowcelle-tilføjelse injiceres emulsionens anden fase kontinuerligt via 48 små kanyler i kavitationszonen. Denne teknologi giver mulighed for pålidelig og effektiv produktion, meget små dråber i nanostørrelse og meget stabile emulsioner.

Hielscher Ultrasonics er specialiseret i at levere overlegne ultralydssystemer og tilbehør til optimale behandlingsresultater. Vores langsigtede erfaring inden for ultralydbehandling og vores tætte samarbejde med vores kunder sikrer en vellykket implementering af ultralyd i produktionslinjer.
Til indledende tests, procesudvikling og procesoptimering tilbyder vi et fuldt udstyret proceslaboratorium og teknisk center.
Desuden tilbyder vi dybdegående rådgivning, udvikling af tilpassede ultralydssystemer og dyb teknisk service til installation, træning og vedligeholdelse.