Hielscher Ultralydsteknologi

Ultralydproduktion af stabile nanoemulsioner

  • nanoemulsioner – også kendt som miniemulsioner eller submikronemulsioner – anvendes i en lang række anvendelser inden for kemi, maling & belægninger, kosmetik, lægemidler og fødevarer.
  • Ultralydsystemer er kendt som pålidelige værktøjer til produktion af langsigtede stabile nanoemulsioner.

 

Ultralyd dannelse af nanoemulsioner

Ultralyd emulgering skyldes kobling af bølger af magt ultralyd til et væskesystem. Ved at sonicere en væske opstår der to mekanismer: (1) Det akustiske felt genererer bølger, der bevæger sig gennem væsken og forårsager mikroturbulenser og en grænsefladetrækning. Derved bliver grænsefasen ustabil, således at den dispergerede (indre) fase bryder op og danner dråber i den kontinuerlige (eksterne) fase. (2) Anvendelsen af ​​lavfrekvente ultralyd med høj effekt genererer kavitation (Kentish et al., 2008). Ved ultralydkavitation dannes mikrobobler eller hulrum i mediet på grund af trykcyklusserne i ultralydbølgen. Mikroboblerne / hulrummene vokser over flere bølgesykluser, indtil de falder voldsomt. Denne boble implosion forårsager lokalt ekstreme forhold som meget høj forskydning, flydende stråler og ekstreme varme- og kølehastigheder (Suslick 1999). Disse ekstreme kræfter bryder primære dråber af dispergeret (indre) fase ned til nanosering af dråben og blander dem homogent i den kontinuerlige (eksterne) fase.
Læs mere her om ultralydskavitation!

 

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


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.
Hielscher's ultralydsystemer er pålidelige emulgatorer til fremstilling af nanomulsioner med lægemiddel. Til ultralydemulgeringen tilbyder Hielscher forskellige tilbehør til optimering af emulgeringsprocessen. Hielscher s MultiPhaseCavitator er en unik tilføjelse til ultralydsstrømsceller, hvor den anden fase injiceres som meget smal strøm direkte ind i ultralydet “varme zone” af 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).

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, det ultralydssyntese af latex og ultralyd nedbør!

1,5kW ultralyd processor til emulgering (Klik for større billede!)

Ultralyd emulgeringsmiddel UIP1500hdT 1500W

Emulsionsstabilisering

Selv om nogle nanoemulsioner kan hylde stabile uden brug af overfladeaktive stoffer eller emulgatorer på grund af den nanokalibrede dråbestørrelse og -fordeling, kræver andre nanoemulsioner anvendelsen af ​​stabiliseringsmidler for at opnå langsigtet stabilitet og optimal produktkvalitet. Stabilisering kan opnås ved at tilsætte enten overfladeaktive midler (tensider) eller faste partikler, som virker som stabilisatorer. Emulsioner, der stabiliseres af faste partikler, er kendt som Pickering-emulsioner. Lactose, albumin, lecithin, chitosan, maltodextrin, stivelse etc. kan anvendes som kolloide 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

Fremstillingen af ​​stabile submikron- og nanoemulsioner kræver kraftigt ultralydsudstyr. Hielscher ultralydemulgeringsudstyr leverer meget høje amplituder (op til 200 μm for Industrielle ultrasonicators, højere amplituder på forespørgsel) for at generere et intens 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.
For at producere overlegne emulsioner, Hielschers stærke ultralydsprocessorer i kombination med MultiPhaseCavitator giver dig den optimale hardware.

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 test, procesudvikling og procesoptimering, tilbyder vi et fuldt udstyret udstyr proceslaboratorium og teknisk center.
Derudover tilbyder vi dybdegående rådgivning, udviklingen af tilpassede ultralydsystemer og dybtgående teknisk service til installation, træning og vedligeholdelse.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Kontakt os! / Spørg Os!

Brug venligst nedenstående formular, hvis du ønsker at anmode om yderligere oplysninger om ultralydshomogenisering. Vi vil være glade for at tilbyde dig en ultralyds-system opfylder dine krav.









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Litteratur / Referencer

  • Kentish, S .; Wooster, T .; Ashokkumar, M .; Simons, L. (2008): Anvendelsen af ​​ultralyd til nanoemulsionspræparation. Innovativ Food Science & Emerging Technologies 9 (2): 170-175.
  • Suslick, KS (1999): Anvendelse af ultralyd til materialekemi. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295-326.


Fakta Værd at vide

emulsioner

Emulsioner defineres som to ublandbare væsker: En af væskerne – den såkaldte dispergerede eller interne fase – dispergeres som sfæriske dråber i den anden væske, kendt som kontinuert eller ekstern fase. De mest fremtrædende væsker, der anvendes til at danne en emulsion, er olie og vand. Når oliefasen er dispergeret i vand / vandfasen, er systemet en olie-i-vand-emulsion, mens vand / vandfasen er dispergeret i oliefasen, er den en vand-i-olieemulsion. Emulsioner skelnes henholdsvis deres partikelstørrelse og termodynamiske stabilitet som henholdsvis makroemulsioner, mikroemulsioner og nanoemulsioner.

nanoemulsioner

Nanoemulsioner er nanopartikulære dispersioner, der består i nanostørrelsesdråber. De høje forskydningskræfter i effektens ultralyd brister dråberne, så de reduceres til submikron og nanodiameter. Generelt fører mindre dråbestørrelser til større emulsionsstabilitet. Nanoemulsioner kan skelnes mellem O / W (olie-i-vand), W / O (vand-i-olie) eller som multiple / double emulsioner som W / O / W og O / W / O. Nanoemulsion er gennemsigtig eller endog gennemsigtig (i det synlige spektrum) afhængigt af konsistens og dråbestørrelse. Nanoemulsioner defineres generelt ved en dråbestørrelse mellem 20 og 200 nm. Med en faldende dråbestørrelse falder emulsionens tilbøjelighed til koalescens (faldende Ostwald modning).
Nanomaterialer og nanoemulsioner er kendetegnet ved fysiske egenskaber, der adskiller sig fra mikroemulsioner. Partikler af nanostørrelse viser enten helt forskellige egenskaber, eller deres typiske egenskaber udtrykkes i en meget ekstrem form. Det synlige udseende af nanoemulsioner har et anderledes udseende end emulsioner med mikronstørrelse, da dråberne er for små til at interferere med det optiske bølgelængder af det synlige spektrum. Derfor udviser nanoemulsioner meget lille lysfordeling og fremstår gennemsigtig eller optisk gennemskinnelig.
Dråbestørrelsen af ​​en emulsion påvirkes af sammensætningen af ​​oliefasen, grænsefladen og viskositeten af ​​begge, de kontinuerte og dispergerede faser, typen emulgeringsmiddel / overfladeaktivt middel, forskydningsrate under emulsificering, såvel som opløseligheden af ​​oliefasen i vand.
Nanoemulsioner anvendes i vid udstrækning i forskellige anvendelser såsom lægemiddellevering, mad & drikkevarer, kosmetik, lægemidler og materialevidenskab & syntese.

overfladeaktive

Emulgatorer er en væsentlig faktor til at forberede en stabil emulsion / nanoemulsion. Emulgeringsmidler er overfladeaktive stoffer, der danner et beskyttende lag omkring dråben og reducerer grænsefladespændingen og derved forhindrer Ostwald modning, sammenblanding og creaming.
Typer af overfladeaktive stoffer:

  • Overfladeaktive stoffer med lille molekyle: Ikke-ionisk emulgator, såsom Tween og Span, viser lav toksicitet og irritation, når de indgives oralt, parenteralt og dermalt og derfor foretrækkes over ioniske emulgeringsmidler. Tween og Span er de foretrukne stabilisatorer til emulsionsformuleringer i fødevare-, farmaceutisk og kosmektisk industri.
    Tweens: Tween 20/60/80 er kendt som polysorbat 20/60/80 (PEG-20 dehydreret sorbieritmonolaurat, PEG-20 dehydreret sorbieritmonostearat, polyoxyethylensorbitanmonooleat). De er ikke-ioniske overfladeaktive stoffer / emulgeringsmidler afledt af sorbitol. De opløses let i vand, ethanol, methanol eller ethylacetat, men kun lidt i mineralolie.
    spænder: Span20 / 40/60/80 er sorbitanfedtsyreestere / sorbitanestere, som er nonioniske tensider med emulgerende, dispergerings- og befugtningsegenskaber. Spændingsoverfladeaktive midler fremstilles ved dehydrering af sorbitol.
  • Fosfolipider: æggeblomme, soja eller mælkecitcitin
  • Amfifile proteiner: Whey protein isolat, kaseinat
  • Amfifile polysaccharider: arabisk gummi, modificeret stivelse