Pickering γαλακτώματα με υπερήχους δύναμης
- Τα γαλακτώματα Pickering σταθεροποιούνται από στερεά σωματίδια.
- Τα γαλακτώματα Pickering πείθουν με τον χαρακτήρα τους "χωρίς γαλακτωματοποιητή" και την ενισχυμένη σταθερότητά τους.
- Υπερήχων είναι το τέλειο εργαλείο για τη δημιουργία γαλακτωμάτων Pickering με πρώτον διασπορά των σταθεροποιητικών σωματιδίων στη φάση του νερού και δεύτερον να γαλακτωματοποιήσει τη φάση πετρελαίου / νερού.
Γαλακτώματα pickering
Τα γαλακτώματα Pickering σταθεροποιούνται με προσροφημένα στερεά σωματίδια αντί για γαλακτωματοποιητή ή επιφανειοδραστικό. Ως εκ τούτου, τα γαλακτώματα Pickering μπορούν να θεωρηθούν ως "χωρίς γαλακτωματοποιητή" ή “χωρίς επιφανειοδραστικές ουσίες” δεδομένου ότι σταθεροποιούνται από στερεά σωματίδια. Εάν το λάδι και το νερό αναμειγνύονται και σχηματίζονται μικρά σταγονίδια λαδιού και διασκορπίζονται σε όλο το νερό, τελικά τα σταγονίδια θα συγχωνευθούν για να μειώσουν την ποσότητα ενέργειας στο σύστημα. Ωστόσο, εάν προστεθούν στερεά σωματίδια στο μείγμα, θα δεσμευτούν στην επιφάνεια της διεπαφής και θα αποτρέψουν τη συσσωμάτωση των σταγονιδίων, προκαλώντας έτσι το γαλάκτωμα να είναι πιο σταθερό.
Ο σχηματισμός χωρίς γαλακτωματοποιητή είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρων για τη σύνθεση προϊόντων για τα οποία η χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών έχει αρνητικές επιπτώσεις, π.χ. για φαρμακευτικά και καλλυντικά προϊόντα. Επιπλέον, τα γαλακτώματα Pickering παρουσιάζουν αυξημένη σταθερότητα σε σύγκριση με γαλακτώματα που σταθεροποιούνται από συμβατικούς γαλακτωματοποιητές. Η επικάλυψη σταγονιδίων στερεών σωματιδίων λειτουργεί ως άκαμπτο φράγμα κατά της συσσωμάτωσης. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και γαλακτώματα υψηλής συγκέντρωσης μπορούν να σταθεροποιηθούν αποτελεσματικά ως γαλακτώματα Pickering. Τα στερεά νανοσωματίδια, τα οποία προσροφώνται μεταξύ της διεπαφής λαδιού-νερού, βυθίζονται εν μέρει σε νερό και μέσο ελαίου, έτσι ώστε τα σταθεροποιητικά νανοσωματίδια να μπορούν να έχουν υδρόφιλες, υδρόφοβες ή αμφίφιλες ιδιότητες. Το σχήμα των σωματιδίων και το μέγεθος των σωματιδίων επηρεάζουν επίσης τη σταθερότητα του γαλακτώματος.
Υπερηχητικός αντιδραστήρας για γαλακτώματα
Οι υψηλές μηχανικές δυνάμεις διάτμησης της ομογενοποίησης υπερήχων ξεπερνούν το ενεργειακό φράγμα μεταξύ των διεπαφών φάσης. Επιπλέον, κατεργασία με υπερήχους σπάει τα συσσωματώματα και συσσωματώματα νανοσωματιδίων και δημιουργεί ένα γαλάκτωμα υψηλής πολυδιασποράς.
Κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται και για τα δύο στάδια της παρασκευής ενός γαλακτώματος pickering:
- για τη διασπορά των προσροφημένων σωματιδίων στη φάση του νερού
- για τη γαλακτωματοποίηση του μείγματος O/W
Γαλάκτωμα Pickering με Silica
Αρχικά, οι υδρόφιλες καπνισμένες σκόνες πυριτίου (όπως το Aerosil® 200 ή το Aerosil® 380) διασκορπίστηκαν ως συσσωματώματα 100nm στο νερό χρησιμοποιώντας μια συσκευή υπερήχων.
Στο δεύτερο βήμα, ένα σταθερό γαλακτώματα o / w με 20 wt% πετρελαίου και μέγεθος σταγονιδίων διαμέτρου 2-10nm παρασκευάστηκαν 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 το αδιπικό διισοβουτύλιο απαιτείται τουλάχιστον 8% διοξείδιο του πυριτίου για να ληφθεί ένα σταθερό γαλάκτωμα.
Όλα τα παρασκευασμένα γαλακτώματα έχουν αποδειχθεί σταθερά για τουλάχιστον 6 μήνες.
Ενώ γυμνό καθώς και λειτουργικό διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) είναι ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα σωματίδια, άλλα σωματίδια όπως
- φε3O4,
- Υδροξυαπατίτη,
- μονοδιασπαρμένο πολυστυρένιο σωματίδια λατέξ,
- κυκλοδεξτρίνη και μαλτοδεξτρίνη,
- νανοσωλήνες κραματοσίτη,
- αιματίτης (α-Fe2O3) μικροσωματίδια,
- πολυ(μεθακρυλικός μεθυλεστέρας) (PMMA),
- αδιάλυτα σωματίδια συμπλόκου χιτοζάνης/ζελατίνης-Β
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.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
Γαλακτώματα ελαίου σε νερό (o/w) Γαλακτώματα αποξεσιδώματος
Λάδι σε νερό Το γαλάκτωμα Pickering αναφέρεται σε ένα γαλάκτωμα όπου σταγονίδια ελαίου διασκορπίζονται στο νερό ως συνεχής φάση. Αυτός ο τύπος γαλακτωμάτων Pickering σταθεροποιείται γενικά από νανοσωματίδια των οποίων η γωνία επαφής είναι μικρότερη από 90º. o/w Τα γαλακτώματα Pickering μπορούν να σταθεροποιηθούν π.χ. με τη χρήση καπνισμένου πυριτίου, Fe3O4 νανοσωματίδια. Η φάση ελαίων αυτών των γαλακτωμάτων Pickering μπορεί να αποτελείται π.χ. σε δωδεκάνιο, δεκαοκτενυληλεκτρικό ανυδρίτη (ODSA), τολουόλιο και βουτυρικό βουτύλιο σε νερό, αντίστοιχα.
Νερό σε έλαιο (w/o) Γαλακτώματα αποξεσιδώματος
Τα γαλακτώματα Pickering περιέχουν σταγονίδια νερού ως διασκορπισμένη φάση και έλαιο ως συνεχή φάση. Τα νανοσωματίδια με γωνία επαφής μεγαλύτερη από 90º είναι οι καλύτεροι σταθεροποιητικοί παράγοντες για αυτούς τους τύπους γαλακτωμάτων. o/w Τα γαλακτώματα Pickering 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 πολύπλοκα συστήματα πολυδιασποράς όπου μικροσκοπικά σταγονίδια αιωρούνται μέσα σε μεγαλύτερα σταγονίδια τα οποία επιπλέον αιωρούνται σε συνεχή φάση. Για πολλαπλά γαλακτώματα Pickering, διεξάγεται μια διαδικασία γαλακτωματοποίησης δύο σταδίων: Για γαλάκτωμα w / o / w, στο πρώτο στάδιο γαλακτωματοποίησης, το γαλάκτωμα w / o σταθεροποιείται με υδρόφοβα νανοσωματίδια. Στο δεύτερο στάδιο γαλακτωματοποίησης, τα υδρόφιλα νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται ως σταθεροποιητής. Πολλαπλά γαλακτώματα μπορούν να σχηματιστούν ως νερό σε λάδι σε νερό (w / o / w) ή λάδι σε νερό σε λάδι (o / w / o).
Τα γαλακτώματα w/o/w χρησιμοποιούνται συχνά ως φορείς / φορείς για διάφορες υδρόφιλες δραστικές ενώσεις και φάρμακα (π.χ. βιταμίνες, αντιοξειδωτικά, ένζυμα, εμβόλια, ορμόνες), τα οποία στη συνέχεια απελευθερώνονται αργά. Καθώς ορισμένες δραστικές ουσίες μεταναστεύουν επίσης από την εξωτερική στην εσωτερική φάση ενός πολλαπλού γαλακτώματος, τέτοια γαλακτώματα w/o/w λειτουργούν τέλεια για την καθυστερημένη απελευθέρωση / παρατεταμένη απελευθέρωση των δραστικών ουσιών.
Γεφύρωση σταγονιδίων
Ένα μοναδικό φαινόμενο που συμβαίνει σε ορισμένα συστήματα γαλακτώματος Pickering είναι η γεφύρωση σταγονιδίων. Τα κολλοειδή που προεξέχουν από μια επιφάνεια σταγονιδίων μπορούν ταυτόχρονα να προσροφηθούν σε άλλη διεπαφή, γεφυρώνοντας δύο σταγονίδια. Οι γέφυρες αποτελούνται από μονοστιβάδες κολλοειδών σωματιδίων και τα σταγονίδια διαχωρίζονται μόνο από ένα λεπτό φιλμ της συνεχούς φάσης.
