Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Producción de nanoemulsiones estables por ultrasonidos

  • Nanoemulsiones – también conocido como miniemulsiones o emulsiones submicrométricas – se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en la química, pinturas & revestimientos, cosméticos, fármacos y alimentos.
  • sistemas ultrasónicos son conocidos como herramientas confiables para la producción de nanoemulsiones estables a largo plazo.

Formación de ultrasonidos nanoemulsiones

emulsificación ultrasónica es causada por el acoplamiento de las ondas de ultrasonidos de potencia en un sistema líquido. Por sonicación de un líquido, dos mecanismos se producen: (1) El campo acústico genera ondas que viajan a través del líquido y causan microturbulences y un movimiento interfacial. De esta manera, la fase límite se vuelve inestable, por lo que la fase dispersa (interna) con el tiempo se rompe y forma gotitas en la fase continua (externa). (2) La aplicación de baja frecuencia, ultrasonidos de alta potencia genera cavitación (Kent et al. 2008). Por cavitación ultrasónica, las microburbujas o huecos se forman en el medio debido a los ciclos de presión de la onda de ultrasonidos. Las microburbujas / huecos crecen durante varios ciclos de onda hasta que se colapsan violentamente. Esta implosión de burbujas provoca condiciones localmente extremas como muy alto esfuerzo cortante, chorros de líquido, y un calentamiento extremo y velocidades de enfriamiento (Suslick 1999). Estas fuerzas extremas rompen las gotitas primarias de la fase dispersa (interna) hacia abajo a gota nanosize y se mezclan homogéneamente en la fase continua (externa).
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Las nanoemulsiones farmacéuticas

miniemulsiones lípidos – producido por ultrasonidos – se aplican ampliamente como vehículo para agentes farmacológicos en formulaciones farmacéuticas. Por ejemplo, las miniemulsiones pueden actuar como un portador de fármacos parenteral o un dispositivo de administración de fármacos para dirigirse a los tejidos. Además de la alta biodisponibilidad de los compuestos activos encapsulados, las ventajas de las miniemulsiones radican en su alta biocompatibilidad, biodegradabilidad, estabilidad y facilidad de producción a gran escala. Debido a sus propiedades estructurales, pueden incorporar moléculas hidrófobas y anfipáticas. Las nanoemulsiones preparadas por ultrasonidos se han cargado con tocoferoles, vitaminas, curcurmina y muchas otras sustancias farmacológicas.
sistemas ultrasónicos de Hielscher son emulsionantes fiables para la preparación de nanoemulsiones loded con las drogas. Para la emulsificación ultrasónica, Hielscher ofrece varios accesorios para optimizar el proceso de emulsión. Hielscher de Cavitador multifásico es un complemento único para células de flujo ultrasónicos, donde se inyecta la segunda fase como corriente muy estrecha directamente en el ultrasónica “zona caliente” de la emulsión.

Alimentos de calidad de nanoemulsiones

Las nanoemulsiones ofrecen diversos beneficios para la formulación de productos alimenticios. Las nanoemulsiones muestran una buena estabilidad a la separación gravitacional, floculación, coalescencia, y ofrecen liberación controlada y / o absorción de ingredientes funcionales debido a su pequeño tamaño de gota y gran área de superficie. Además, ofrecen una alta biodisponibilidad de compuestos activos que es importante para el suministro de nutrientes y sustancias activas. Además, ofrecen buenas propiedades de formulación ya que son transparentes o visualmente translúcidas y sus gotas de tamaño submicrométrico / nano causan una sensación suave y cremosa en la boca. De este modo, la producción de nanoemulsiones estables es una tarea omnipresente para la industria alimentaria, por ejemplo, para formular productos fortificados con vitaminas o ácidos grasos (por ejemplo, vitamina C, vitamina E omega-3, omega-6, omega-9 derivados de semillas de plantas o aceite de pescado) o para producir productos aromatizados (por ejemplo, con aceites esenciales).

Las nanoemulsiones cosméticos

nanoemulsiones especialmente agua-en-aceite (W / O) ofrecen diversos beneficios para la encapsulación de la sustancia hidrófila bioactivo en gotitas a escala nanométrica (en emulsiones simples o dobles).
Haga clic aquí para leer más acerca de la formulación libre de surfactante de emulsiones cosméticas con ultrasonidos!

La polimerización en miniemulsión

polimerización en miniemulsión asistida por ultrasonidos se aplica a diversos procesos – de la encapsulación de partículas inorgánicas a la síntesis de partículas de látex. La aplicación de ultrasonidos de potencia a las reacciones químicas tales como la polimerización, la síntesis etc. son conocidos como sonoquímica.
Haga clic aquí para leer más sobre Sonoquímica, la síntesis de ultrasonidos de látex y la precipitación ultrasónico!

procesador ultrasónico de 1,5 kW para la emulsión (Haga clic para agrandar!)

emulsionante ultrasónico UIP1500hdT (1500W)

Estabilización de la emulsión

Aunque algunos nanoemulsiones pueden ser estable en almacenamiento sin el uso de cualquier tensioactivo o emulsionantes, debido al tamaño de gotita nano-escala y distribución, otros nanoemulsiones requieren el uso de agentes estabilizantes para obtener estabilidad a largo plazo y la calidad del producto óptima. La estabilización puede lograrse mediante la adición de surfactantes (tensids) o partículas sólidas que actúan como estabilizadores. Emulsiones, que están estabilizadas por partículas sólidas son conocidas como emulsiones Pickering. La lactosa, albúmina, lecitina, quitosano, maltodextrina, almidón, etc., pueden ser utilizados como estabilizadores coloidales en emulsiones de Pickering. Haga clic aquí para obtener más información sobre emulsiones de Pickering generadas por ultrasonidos!
emulsificación por ultrasonidos se puede realizar para todos los tipos de emulsiones. Si se requiere un agente estabilizador para una emulsión específica, se pueden ensayar fácilmente en pequeña escala.
Tenga en cuenta que aumenta la cantidad de tensioactivo requerida con un tamaño de gota decreciente desde la relación de área superficial a volumen (S / V) para las esferas está dada por: S / V = ​​3 / R. Por ejemplo, el más pequeño es el diámetro de una partícula o gotita, la mayor área de superficie que tiene con respecto a su volumen.

El equipo ultrasónico emulsificación

La producción de submicron- estable y nano-emulsiones requiere un equipo de ultrasonidos de gran alcance. equipo de emulsificación por ultrasonidos Hielscher ofrece muy altas amplitudes (hasta 200μm para ultrasonicadores industriales, Amplitudes superiores a petición) para generar un campo acústico intenso.
Sin embargo, para la producción de nanoemulsiones estables, equipo de ultrasonido poder por sí solo a menudo no es suficiente. Además de suficiente potencia de ultrasonidos, un control preciso de los parámetros del proceso, y los accesorios sofisticados (como sonotrodos, reactores celda de flujo, enfriamiento) son necesarios para obtener gotas de tamaño nanométrico y una dispersión homogénea de ambos, la acuosa y la fase oleosa en la otra.
Para producir emulsiones superiores, procesadores de ultrasonidos de gran alcance de Hielscher en combinación con el Cavitador multifásico le da el hardware óptima.

Hielscher Ultrasonidos está especializada en el suministro de sistemas ultrasónicos superiores y accesorios para obtener resultados óptimos de procesamiento. Nuestra larga experiencia en el procesamiento de ultrasonidos y nuestra estrecha colaboración con nuestros clientes asegura la implementación exitosa de los ultrasonidos en líneas de producción.
Para las pruebas iniciales, desarrollo de procesos y la optimización de procesos, ofrecemos un completo equipamiento laboratorio de proceso y el centro técnico.
Además, ofrecemos en profundidad consultoría, el desarrollo de sistemas ultrasónicos personalizadas y profunda servicio tecnico para la instalación, capacitación y mantenimiento.

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Literatura/Referencias

  • Kent, S .; Wooster, T .; Ashokkumar, M .; Simons, L. (2008): El uso de ultrasonidos para la preparación nanoemulsión. Ciencia de los Alimentos innovadora & Tecnologías emergentes 9 (2): 170-175.
  • Suslick, K. S. (1999): aplicación de ultrasonidos a los Materiales Química. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295-326.


Información interesante

Emulsiones

Las emulsiones se definen como dos líquidos inmiscibles: Uno de los líquidos – la llamada fase dispersa o interna – se dispersa como gotitas esféricas dentro del otro líquido, conocidas como fase continua o externa. Los líquidos más prominentes que se utilizan para formar una emulsión son el aceite y el agua. Cuando la fase de aceite se dispersa en la fase de agua / acuosa, el sistema es una emulsión de aceite-en-agua, mientras que cuando la fase de agua / acuosa se dispersa en la fase de aceite, es una emulsión de agua-en-aceite. Las emulsiones se distinguen respectivamente su tamaño de partícula y la estabilidad termodinámica como macroemulsiones, microemulsiones, nanoemulsiones y, respectivamente.

Nanoemulsiones

Las nanoemulsiones son dispersiones nanoparticuladas, que consisten en gotas de tamaño nanométrico. Las fuerzas de alta cizalla del ultrasonido de potencia rompen las gotitas de modo que se reducen a un diámetro submicrométrico y nano. En general, los tamaños de gota más pequeños conducen a una mayor estabilidad de la emulsión. Las nanoemulsiones se pueden distinguir como O / W (aceite en agua), W / O (agua en aceite) o como emulsiones múltiples / dobles tales como W / O / W y O / W / O. La nanoemulsión es transparente o incluso translúcida (en el espectro visible) según la consistencia y el tamaño de la gota. Las nanoemulsiones generalmente se definen por un tamaño de gota entre 20 y 200 nm. Con un tamaño de gota descendente, la propensión de la emulsión a la coalescencia está disminuyendo (disminuyendo la maduración de Ostwald).
Los nanomateriales y las nanoemulsiones se caracterizan por propiedades físicas que difieren de las microemulsiones. Las partículas de tamaño nanométrico muestran propiedades completamente diferentes o sus propiedades típicas se expresan en una forma muy extrema. La apariencia visible de las nanoemulsiones tiene un aspecto diferente al de las emulsiones de tamaño micrométrico, ya que las gotitas son demasiado pequeñas para interferir con las longitudes de onda ópticas del espectro visible. Por lo tanto, las nanoemulsiones exhiben muy poca dispersión de luz y parecen transparentes u ópticamente translúcidas.
El tamaño de las gotitas de una emulsión está influenciada por la composición de la fase de aceite, las propiedades interfaciales y viscosidad de ambos, las fases continua y dispersa, el tipo de emulsionante / tensoactivo, la velocidad de cizalla durante la emulsificación, así como la solubilidad de la fase de aceite en agua.
Las nanoemulsiones son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones, tales como administración de fármacos, alimentos & bebidas, cosméticos, productos farmacéuticos, y la ciencia de los materiales & síntesis.

surfactantes

Los emulsionantes son un factor esencial para preparar una emulsión / nanoemulsión estable. Los emulsionantes son agentes tensioactivos que forman una capa protectora sobre la gotita y reducen la tensión interfacial, evitando de este modo la maduración de Ostwald, coalescencia, y la formación de crema.
Tipos de agentes tensioactivos:

  • Pequeña molécula de tensioactivos: emulsionante no iónico tal como Tween y Span muestran una baja toxicidad e irritación cuando se administran por vía oral, parenteral y por vía dérmica y por lo tanto se prefieren sobre emulsionantes iónicos. Tween y Span son los estabilizadores preferidos para formulaciones de emulsiones en la industria cosmectic alimentaria, farmacéutica y.
    tweens: Tween 20/60/80 son conocidos como polisorbato 20/60/80 (PEG-20 deshidratado monolaurato sorbierite, PEG-20 monoestearato de sorbierite deshidratado, monooleato de polioxietilensorbitán). Ellos son no iónicos tensioactivos / emulsionantes derivados de sorbitol. Se disuelve fácilmente en agua, etanol, metanol o acetato de etilo, pero sólo un poco en aceite mineral.
    Los tramos: Span20 / 40/60/80 son ésteres de ácidos grasos de sorbitán / ésteres de sorbitán, que son tensioactivos no iónicos con propiedades emulsionantes, dispersantes, y humectantes. tensioactivos Span son producidos por la deshidratación de sorbitol.
  • Fosfolípidos: yema de huevo, soja o lecitina de productos lácteos
  • proteínas anfifílicas: aislado de proteína de suero de leche, caseinato
  • polisacáridos anfifílicos: goma árabe, almidones modificados