Γαλακτώματα Pickering με υπερήχους ισχύος
- Τα γαλακτώματα Pickering σταθεροποιούνται από στερεά σωματίδια.
- Τα γαλακτώματα Pickering ξεχωρίζουν για τον χαρακτήρα τους «χωρίς γαλακτωματοποιητή» και την ενισχυμένη σταθερότητά τους.
- Οι υπέρηχοι αποτελούν το ιδανικό εργαλείο για τη δημιουργία γαλακτωμάτων Pickering, αρχικά με τη διασπορά των σταθεροποιητικών σωματιδίων στην υδατική φάση και στη συνέχεια με τη γαλακτωματοποίηση της φάσης ελαίου/νερού.
Γαλακτώματα Pickering
Τα γαλακτώματα Pickering σταθεροποιούνται από προσροφημένα στερεά σωματίδια αντί για γαλακτωματοποιητή ή επιφανειοδραστική ουσία. Επομένως, τα γαλακτώματα Pickering μπορούν να θεωρηθούν «χωρίς γαλακτωματοποιητή» ή «χωρίς επιφανειοδραστική ουσία», καθώς σταθεροποιούνται από στερεά σωματίδια. Εάν αναμειχθούν έλαιο και νερό και σχηματιστούν μικρά σταγονίδια ελαίου που διασπείρονται σε όλη τη μάζα του νερού, τελικά τα σταγονίδια θα συνενωθούν ώστε να μειωθεί η ενέργεια του συστήματος. Ωστόσο, εάν προστεθούν στερεά σωματίδια στο μείγμα, αυτά θα προσδεθούν στην επιφάνεια της διεπιφάνειας και θα αποτρέψουν τη συνένωση των σταγονιδίων, καθιστώντας έτσι το γαλάκτωμα πιο σταθερό.
Ο σχηματισμός χωρίς γαλακτωματοποιητή παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη διαμόρφωση προϊόντων στα οποία η χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών έχει αρνητικές επιπτώσεις, π.χ. φαρμακευτικών και καλλυντικών προϊόντων. Επιπλέον, τα γαλακτώματα Pickering παρουσιάζουν ενισχυμένη σταθερότητα σε σύγκριση με γαλακτώματα που σταθεροποιούνται με συμβατικούς γαλακτωματοποιητές. Η επικάλυψη των σταγονιδίων με στερεά σωματίδια λειτουργεί ως άκαμπτος φραγμός έναντι της συνένωσης. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και γαλακτώματα υψηλής συγκέντρωσης μπορούν να σταθεροποιηθούν αποτελεσματικά ως γαλακτώματα Pickering. Τα στερεά νανοσωματίδια, τα οποία προσροφώνται στη διεπιφάνεια ελαίου–νερού, είναι εν μέρει βυθισμένα στο υδατικό και στο ελαιώδες μέσο, οπότε τα σταθεροποιητικά νανοσωματίδια μπορούν να έχουν υδρόφιλες, υδρόφοβες ή αμφίφιλες ιδιότητες. Το σχήμα και το μέγεθος των σωματιδίων επηρεάζουν επίσης τη σταθερότητα του γαλακτώματος.
Αντιδραστήρας υπερήχων για γαλακτώματα
Οι υψηλές μηχανικές δυνάμεις διάτμησης της ομογενοποίησης με υπερήχους υπερνικούν τον ενεργειακό φραγμό μεταξύ των διεπιφανειών των φάσεων. Επιπλέον, η κατεργασία με υπερήχους διασπά τα συσσωματώματα και τα συσσωρεύματα νανοσωματιδίων και δημιουργεί ένα γαλάκτωμα με πολύ υψηλή πολυδιασπορά.
Η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται και στα δύο στάδια παρασκευής ενός γαλακτώματος Pickering:
- για τη διασπορά των προσροφημένων σωματιδίων στην υδατική φάση
- για τη γαλακτωματοποίηση του μείγματος o/w
Γαλάκτωμα Pickering με διοξείδιο του πυριτίου
Αρχικά, υδρόφιλες σκόνες πυρογενούς διοξειδίου του πυριτίου (όπως Aerosil® 200 ή Aerosil® 380) διασπάρθηκαν στο νερό ως συσσωρεύματα 100nm με τη χρήση συσκευής υπερήχων.
Στο δεύτερο στάδιο, παρασκευάστηκαν σταθερά γαλακτώματα o/w με περιεκτικότητα σε έλαιο 20 wt% και διάμετρο σταγονιδίων 2–10nm μέσω κατεργασίας με υπερήχους.
Για να ληφθούν σταθερά, διαφανή γαλακτώματα βουτανόλης, οξικού αιθυλεστέρα, γαλακτικού βουτυλεστέρα και αδιπικού διαιθυλεστέρα στην υδατική φάση, απαιτήθηκε 6% διοξειδίου του πυριτίου. Για τον αδιπικό διισοβουτυλεστέρα απαιτείται τουλάχιστον 8% διοξειδίου του πυριτίου για να ληφθεί σταθερό γαλάκτωμα.
Όλα τα παρασκευασμένα γαλακτώματα αποδείχθηκαν σταθερά για τουλάχιστον 6 μήνες.
Ενώ τόσο το μη τροποποιημένο όσο και το λειτουργικοποιημένο διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) συγκαταλέγονται στα συχνότερα χρησιμοποιούμενα σωματίδια, άλλα σωματίδια όπως
- Fe3O4,
- υδροξυαπατίτης,
- μονοδιασπαρμένα σωματίδια λάτεξ πολυστυρενίου,
- κυκλοδεξτρίνη και μαλτοδεξτρίνη,
- νανοσωλήνες αλλοϋσίτη,
- μικροσωματίδια αιματίτη (α-Fe2O3),
- πολυ(μεθακρυλικός μεθυλεστέρας) (PMMA),
- αδιάλυτα σωματίδια συμπλόκου χιτοζάνης/ζελατίνης-B
μεταξύ πολλών άλλων στερεών σωματιδίων, έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τη δημιουργία σταθερών γαλακτωμάτων Pickering.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Χρήσιμες πληροφορίες
Γαλακτώματα Pickering ελαίου σε νερό (o/w)
Το γαλάκτωμα Pickering ελαίου σε νερό είναι ένα γαλάκτωμα στο οποίο σταγονίδια ελαίου διασπείρονται σε νερό που αποτελεί τη συνεχή φάση. Αυτός ο τύπος γαλακτωμάτων Pickering σταθεροποιείται γενικά από νανοσωματίδια των οποίων η γωνία επαφής είναι μικρότερη από 90º. Τα γαλακτώματα Pickering o/w μπορούν να σταθεροποιηθούν π.χ. με τη χρήση πυρογενούς διοξειδίου του πυριτίου ή νανοσωματιδίων Fe3O4 . Η ελαιώδης φάση αυτών των γαλακτωμάτων Pickering μπορεί να αποτελείται π.χ. από δωδεκάνιο, οκταδεκενυλοηλεκτρικό ανυδρίτη (ODSA), τολουόλιο και βουτυρικό βουτυλεστέρα σε νερό, αντίστοιχα.
Γαλακτώματα Pickering νερού σε έλαιο (w/o)
Τα γαλακτώματα Pickering νερού σε έλαιο περιέχουν σταγονίδια νερού ως διεσπαρμένη φάση και έλαιο ως συνεχή φάση. Τα νανοσωματίδια με γωνία επαφής μεγαλύτερη από 90º αποτελούν τους καλύτερους σταθεροποιητικούς παράγοντες για αυτούς τους τύπους γαλακτωμάτων. Τα γαλακτώματα Pickering o/w μπορούν να σταθεροποιηθούν με τη χρήση μαγνητικών νανοσωματιδίων.
Σύνθετα γαλακτώματα Pickering
Τα διπλά ή πολλαπλά γαλακτώματα Pickering (w/o/w ή o/w/o) είναι σύνθετα πολυδιασπαρμένα συστήματα στα οποία μικροσκοπικά σταγονίδια αιωρούνται μέσα σε μεγαλύτερα σταγονίδια, τα οποία με τη σειρά τους αιωρούνται σε μια συνεχή φάση. Για τα πολλαπλά γαλακτώματα Pickering εφαρμόζεται διαδικασία γαλακτωματοποίησης δύο σταδίων: Για ένα γαλάκτωμα w/o/w, στο πρώτο στάδιο γαλακτωματοποίησης, το γαλάκτωμα w/o σταθεροποιείται από υδρόφοβα νανοσωματίδια· στο δεύτερο στάδιο γαλακτωματοποίησης, χρησιμοποιούνται υδρόφιλα νανοσωματίδια ως σταθεροποιητής. Τα πολλαπλά γαλακτώματα μπορούν να σχηματιστούν ως γαλακτώματα νερού σε έλαιο σε νερό (w/o/w) ή ελαίου σε νερό σε έλαιο (o/w/o).
Τα γαλακτώματα w/o/w χρησιμοποιούνται συχνά ως έκδοχα / φορείς για διάφορες υδρόφιλες δραστικές ενώσεις και φάρμακα (π.χ. βιταμίνες, αντιοξειδωτικά, ένζυμα, εμβόλια, ορμόνες), που στη συνέχεια απελευθερώνονται αργά. Καθώς ορισμένες δραστικές ουσίες μεταναστεύουν επίσης από την εξωτερική προς την εσωτερική φάση ενός πολλαπλού γαλακτώματος, τέτοια γαλακτώματα w/o/w λειτουργούν άριστα για τη χορήγηση των δραστικών ουσιών με επιβραδυνόμενη / παρατεταμένη αποδέσμευση.
Γεφύρωση σταγονιδίων
Ένα μοναδικό φαινόμενο που εμφανίζεται σε ορισμένα συστήματα γαλακτωμάτων Pickering είναι η γεφύρωση σταγονιδίων. Τα κολλοειδή που προεξέχουν από την επιφάνεια ενός σταγονιδίου μπορούν ταυτόχρονα να προσροφηθούν σε μια άλλη διεπιφάνεια, γεφυρώνοντας δύο σταγονίδια. Οι γέφυρες αποτελούνται από μονοστιβάδες κολλοειδών σωματιδίων και τα σταγονίδια διαχωρίζονται μόνο από ένα λεπτό υμένιο της συνεχούς φάσης.