Emulsiones Pickering con ultrasonidos de potencia
- Las emulsiones Pickering se estabilizan mediante partículas sólidas.
- Las emulsiones Pickering destacan por su carácter «sin emulsionantes» y su mayor estabilidad.
- Los ultrasonidos son la herramienta perfecta para crear emulsiones Pickering: primero dispersan las partículas estabilizadoras en la fase acuosa y, después, emulsionan la fase aceite/agua.
Emulsiones Pickering
Las emulsiones Pickering se estabilizan mediante partículas sólidas adsorbidas en lugar de un emulsionante o un tensioactivo. Por ello, las emulsiones Pickering pueden considerarse «sin emulsionantes» o «sin tensioactivos», ya que se estabilizan mediante partículas sólidas. Si se mezclan aceite y agua y se forman pequeñas gotas de aceite que se dispersan por el agua, las gotas acabarán coalesciendo para reducir la cantidad de energía del sistema. Sin embargo, si se añaden partículas sólidas a la mezcla, estas se unirán a la superficie de la interfaz e impedirán la coalescencia de las gotas, haciendo que la emulsión sea más estable.
La formación sin emulsionantes resulta especialmente interesante para formular productos en los que el uso de tensioactivos tiene efectos negativos, como los productos farmacéuticos y cosméticos. Además, las emulsiones Pickering presentan una mayor estabilidad que las emulsiones estabilizadas con emulsionantes convencionales. El recubrimiento de partículas sólidas que rodea las gotas actúa como una barrera rígida contra la coalescencia. Esto significa que incluso las emulsiones muy concentradas pueden estabilizarse eficazmente como emulsiones Pickering. Las nanopartículas sólidas, adsorbidas en la interfaz aceite–agua, están parcialmente inmersas en el medio acuoso y en el oleoso, de modo que las nanopartículas estabilizadoras pueden tener propiedades hidrófilas, hidrófobas o anfifílicas. La forma y el tamaño de las partículas también influyen en la estabilidad de la emulsión.
Reactor ultrasónico para emulsiones
Las elevadas fuerzas mecánicas de cizallamiento de la homogeneización ultrasónica superan la barrera energética entre las interfaces de las fases. Además, la sonicación rompe los agregados y aglomerados de nanopartículas y crea una emulsión altamente polidispersa.
La sonicación se utiliza en las dos etapas de preparación de una emulsión Pickering:
- para dispersar las partículas adsorbidas en la fase acuosa
- para emulsionar la mezcla o/w
Emulsión Pickering con sílice
En primer lugar, se dispersaron en agua polvos de sílice pirogénica hidrófila (como Aerosil® 200 o Aerosil® 380) en forma de aglomerados de 100 nm mediante un dispositivo ultrasónico.
En la segunda etapa, se prepararon mediante sonicación emulsiones o/w estables con un contenido de aceite del 20 wt% y gotas de 2–10 nm de diámetro.
Para obtener emulsiones estables y transparentes de butanol, acetato de etilo, lactato de butilo y adipato de dietilo en la fase acuosa, se necesitó un 6% de sílice. Para el adipato de diisobutilo se requiere al menos un 8% de sílice para obtener una emulsión estable.
Todas las emulsiones preparadas han demostrado ser estables durante al menos 6 meses.
Aunque la sílice tanto sin funcionalizar como funcionalizada (SiO2) es uno de los tipos de partículas más utilizados, otras partículas como
- Fe3O4,
- hidroxiapatita,
- poliestireno monodisperso en forma de partículas de látex,
- ciclodextrina y maltodextrina,
- nanotubos de haloisita,
- hematita (α-Fe2O3) en forma de micropartículas,
- poli(metacrilato de metilo) (PMMA),
- partículas insolubles del complejo quitosano/gelatina-B
entre muchas otras partículas sólidas, se han utilizado con éxito para crear emulsiones Pickering estables.
Bibliografía / Referencias
- 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.
Información de interés
Emulsiones Pickering de aceite en agua (o/w)
Una emulsión Pickering de aceite en agua es una emulsión en la que las gotas de aceite se dispersan en agua, que constituye la fase continua. Este tipo de emulsiones Pickering suele estabilizarse mediante nanopartículas cuyo ángulo de contacto es inferior a 90º. Las emulsiones Pickering o/w pueden estabilizarse, por ejemplo, mediante sílice pirogénica o nanopartículas de Fe3O4 como agentes estabilizadores. La fase oleosa de estas emulsiones Pickering puede estar constituida, por ejemplo, por dodecano, anhídrido octadecenilsuccínico (ODSA), tolueno y butirato de butilo en agua, respectivamente.
Emulsiones Pickering de agua en aceite (w/o)
Las emulsiones Pickering de agua en aceite contienen gotas de agua como fase dispersa y aceite como fase continua. Las nanopartículas con un ángulo de contacto superior a 90º son los mejores agentes estabilizadores para estos tipos de emulsiones. Las emulsiones Pickering o/w pueden estabilizarse mediante nanopartículas magnéticas.
Emulsiones Pickering complejas
Las emulsiones Pickering dobles o múltiples (w/o/w u o/w/o) son sistemas polidispersos complejos en los que diminutas gotas están suspendidas dentro de gotas más grandes que, a su vez, están suspendidas en una fase continua. Para las emulsiones Pickering múltiples se lleva a cabo un proceso de emulsificación en dos etapas: en una emulsión w/o/w, durante la primera etapa de emulsificación, la emulsión w/o se estabiliza mediante nanopartículas hidrófobas; en la segunda etapa de emulsificación, se utilizan nanopartículas hidrófilas como estabilizador. Las emulsiones múltiples pueden formarse como agua en aceite en agua (w/o/w) o aceite en agua en aceite (o/w/o).
Las emulsiones w/o/w se utilizan con frecuencia como vehículos / portadores de diversos compuestos activos hidrófilos y fármacos (por ejemplo, vitaminas, antioxidantes, enzimas, vacunas y hormonas), que posteriormente se liberan de forma lenta. Como algunas sustancias activas también migran desde la fase externa hacia la fase interna de una emulsión múltiple, estas emulsiones w/o/w funcionan perfectamente para administrar las sustancias activas mediante liberación retardada / liberación sostenida.
Formación de puentes entre gotas
Un fenómeno singular que se produce en algunos sistemas de emulsiones Pickering es la formación de puentes entre gotas. Los coloides que sobresalen de la superficie de una gota pueden adsorberse simultáneamente en otra interfaz, formando un puente entre dos gotas. Los puentes consisten en monocapas de partículas coloidales, y las gotas solo están separadas por una fina película de la fase continua.