Stabiilsete nanoemulsioonide ultraheli tootmine
- Nanoemulsioonid – tuntud ka kui miniemulsions või submicron emulsioonid – are used in a wide range of applications in chemistry, paints, coatings, cosmetics, pharmaceuticals and food.
- Ultrasonikaatorid on tuntud kui väga tõhus ja usaldusväärne tehnika pikaajaliste stabiilsete nanoemulsioonide tootmiseks.
Nanoemulsioonide ultraheli moodustumine
Ultraheli emulgeerimine on tingitud võimsuse ultraheli lainete ühendamisest vedelasse süsteemi. Vedeliku ultrahelitöötlusega tekivad kaks mehhanismi:
- Akustiline väli tekitab laineid, mis liiguvad läbi vedeliku ja põhjustavad mikroturbulentsi ja liidese liikumist. Seega muutub piirifaas ebastabiilseks, nii et hajutatud (sisemine) faas lõpuks puruneb ja moodustab pidevas (välises) faasis tilgad.
- Madala sagedusega, suure võimsusega ultraheli rakendamine tekitab kavitatsiooni (Kentish jt, 2008). Ultraheli kavitatsiooniga moodustuvad söötmes ultraheli laine rõhutsüklite tõttu mikromullid või tühimikud. Mikromullid / tühimikud kasvavad mitme lainetsükli jooksul, kuni nad vägivaldselt kokku varisevad. See mullide implosioon põhjustab lokaalselt äärmuslikke tingimusi, nagu väga kõrge nihe, vedelikujoad ning äärmuslikud kuumutamis- ja jahutuskiirused. (Suslick 1999).
Need äärmuslikud jõud lõhuvad hajutatud (sisemise) faasi esmased tilgad nanosuuruses tilkadeks ja segavad need homogeenselt pidevasse (välisesse) faasi.
Loe siit lähemalt ultraheli kavitatsiooni mõjust emulgeerimisele!
Selge nano-emulsiooni ultraheli ettevalmistamine UP400ST ultrasonikaatori kasutamine.
Farmatseutilised nanoemulsioonid
Lipiidide minimaalsed pulbrid – toodetud ultraheli – farmatseutiliste preparaatide farmakoloogiliste toimeainete kandjatena. Näiteks võivad miniemulsionid toimida parenteraalseks ravimi kanduriks või ravimi manustamisseadmena kudede sihtmärgiks. Lisaks kapseldatud toimeainete kõrgele biosaadavusele on ka miniemulsioni eelised nende kõrge biosobivuse, biolagunevuse, stabiilsuse ja suuremahulise tootmise lihtsuse kohta. Nende struktuursete omaduste tõttu võivad need sisaldada nii hüdrofoobseid kui ka amfipaatseid molekule. Ultraheli ettevalmistatud nanoemulsioonid on laaditud tokoferoolide, vitamiinide, kurkuriini ja paljude teiste farmakoloogiliste ainetega.
Hielscheri ultraheli süsteemid on usaldusväärsed emulgaatorid ravimipõhiste nanoemulsioonide valmistamiseks. Ultraheli emulgeerimiseks pakub Hielscher erinevaid tarvikuid emulgeerimisprotsessi optimeerimiseks. Hielschers MultiPhaseCavitator on ainulaadne lisandmoodul ultraheli voolurakkudele, kus teine faas süstitakse väga kitsa vooluna otse ultrahelisse “kuum tsoon” emulgeerimisest.
Toiduglass Nanoemulsioonid
Nanoemulsioonid pakuvad mitmesuguseid toiduainete valmistamise eeliseid. Nanoemulsioonidel on hea stabiilsus gravitatsioonilahuse, flokulatsiooni, koalestseerimise ja funktsionaalsete koostisosade kontrollitud vabanemise ja / või imendumise tõttu, kuna nende väike tilkade suurus ja suur pindala. Lisaks pakuvad nad aktiivsete ühendite kõrget biosaadavust, mis on oluline toitainete ja toimeainete kohaletoimetamiseks. Peale selle pakuvad nad head formulatsiooni omadusi, kuna need on läbipaistvad või visuaalselt läbipaistvad ning nende submikrooni / nanoosaga tilgad põhjustavad sujuva ja kreemja suu tunde. Seepärast on stabiilsete nano-emulsioonide tootmine toiduainetööstuses igakülgne ülesanne, näiteks vitamiinide või rasvhapete rikastatud toodete (nt C-vitamiin, E-vitamiin omega-3, omega-6, omega-9, taimseemne või kalaõli) või maitsestatud saaduste (nt eeterlike õlidega) valmistamiseks.
Ultraheli dispergeeritud nanoemulsiooni (lavendliõli-vees emulsioon) nanosuuruses tilkade jaotus. Valmistati emulsioon ultraheli sondiga UP400St.
Kosmeetilised nanoemulsioonid
Eriti vesi-õlis (W / O) nanoemulsioonid pakuvad mitmesuguseid eeliseid bioaktiivse hüdrofiilse aine kapseldamiseks nanoskaala tilkades (ühe- või kahekordsetes emulsioonides).
Kliki siia, et lugeda kosmeetikamulsioonide pindaktiivsete aineteta emulsioonide kohta ultraheliuuringute abil!
Miniemulsion Polymerization
Erinevatel protsessidel rakendatakse ultraheli aitatavat minemuulsioonpolümerisatsiooni – anorgaaniliste osakeste kapseldamisest lateksosakeste sünteesini. Vee-ultraheli kasutamine keemilisteks reaktsioonideks nagu polümerisatsioon, süntees jne on tuntud sonochemistry.
Lisateabe saamiseks klõpsake siin Sonokheemia, lateksist ultraheli süntees ja ultraheli sadestamine!
Emulsiooni stabiliseerimine
Kuigi mõned nanoemulsioonid võivad olla stabiilsed ilma pindaktiivsete ainete või emulgaatorite kasutamiseta nano-mastaabitud tilkade suuruse ja jaotumise tõttu, nõuavad teised nanoemulsioonid stabiliseerivaid aineid pikaajalise stabiilsuse ja optimaalse toote saamiseks Kvaliteet. Stabiliseerimist saab saavutada, lisades kas pindaktiivseid aineid (tensids) või tahke osakesi, mis toimivad stabilisaatorina. Emulsioonid, mida stabiliseeritakse tahkete osakestega, on tuntud kui Pickering emulsioonid. Laktoos, albumiin, letsitiin, kand, tsüklodekstriin, maltodekstriin, tärklis jne võib kasutada kolloidne stabilisaatorid Pickering emulsioonides. Kliki siia, et saada lisateavet ultraheli genereeritud Pickeri emulsioonide kohta!
Ultraheli emulgeerimine võib toimuda igat tüüpi emulsioonide jaoks. Kui konkreetse emulsiooni jaoks on vaja stabiliseerivat ainet, saab seda kergesti testida väikestes kogustes.
Pange tähele, et nõutava pindaktiivse aine kogus suureneb tilgakahjustuse vähenemisega, sest sfääride pindala ja mahu suhe (S / V) on järgmine: S / V = 3 / R. Näiteks, mida väiksem on osakese või piiskade läbimõõt, seda rohkem pindala on selle mahu suhtes.
Ultraheli emulgeerimisseadmed
Stabiilsete submikroni- ja nanoemulsioonide tootmiseks on vaja võimsaid ultraheli seadmeid. Hielscheri ultraheli emulgeerimisseadmed pakuvad väga suurt amplituudi (kuni 200 μm tööstuslikud ultrasonikaatorid, suuremad amplituudid nõudmisel), et tekitada intensiivne akustiline väli.
Ent stabiilsete nanoemulsioonide tootmiseks ei ole sageli piisav ainult võimsate ultraheli-seadmete kasutamine. Lisaks küllaldasele ultraheli võimsusele on vajalik nanoosaga tilkade ja vesi- ja õlifaasi ühtlase hajutamise saavutamiseks vajalikud protsessi parameetrite täpsed juhtimissüsteemid ja keerukad tarvikud (nagu sonotroodid, voolu raku reaktorid, jahutus).
Hielscheri mitmefaasiline kavitaator: Väga kitsa tilkade jaotusega suurepäraste emulsioonide tootmiseks on Hielscher välja töötanud ainulaadse vooluelemendi – MultiPhaseCavitator. Selle spetsiaalse voolurakkude lisandmooduliga süstitakse emulsiooni teine faas pidevalt 48 väikese kanüüli kaudu kavitatsioonitsooni. See tehnoloogia võimaldab usaldusväärset ja tõhusat tootmist väga väikeste nanomõõtmetega tilkade ja väga stabiilsete emulsioonide jaoks.
Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud optimaalsete tulemuste saamiseks suurepärase ultraheli süsteemide ja tarvikute tarnimisele. Meie pikaajaline kogemus ultraheli töötlemisel ja meie tihe koostöö meie klientidega tagab ultraheli eduka rakendamise tootmisliinidesse.
Esialgseteks testideks, protsesside arendamiseks ja protsesside optimeerimiseks pakume täielikult varustatud protsessilaborit ja tehnikakeskust.
Lisaks pakume põhjalikku nõustamist, kohandatud ultraheli süsteemide arendamist ja põhjalikku tehnilist teenust paigaldamiseks, koolitamiseks ja hoolduseks.
| partii Köide | flow Rate | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 0.5 kuni 1,5 ml | e.k. | VialTweeter | 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 kuni 20 l | 0.2 kuni 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 l | 2 kuni 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150 l | 3 kuni 15 l/min | UIP6000hdT |
| e.k. | 10 kuni 100 l / min | UIP16000 |
| e.k. | suurem | klastri UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Faktid Tasub teada
Emulsioonid, tilkade suurus ja pindaktiivsed ained
Emulsioonid on määratletud kui kaks segunevat vedelikku: üks vedelikest – nn hajutatud või sisemine faas – on teisel vedelal kujul sfääriliste tilkadena tuntud kui pidev või välimine faas. Kõige silmapaistvamad emulsiooni moodustunud vedelikud on õli ja vesi. Kui õlifaas on vesi- / vesifaasis hajutatud, on süsteem õli-vees emulsioon, samal ajal, kui vesi / vesifaas on õlifaasis hajunud, on see vesi-õli emulsioon. Emulsioonid eristuvad vastavalt nende osakese suuruse ja termodünaamilise stabiilsuse järgi makroemulsioonide, mikroemulsioonide ja nanoemulsioonide järgi.
Nanoemulsioonid
Nanoemulsioonid on nanoosakeste dispersioonid, mis koosnevad nanoosaga suurtest tilgakestest. Elektrilise ultraheli kõrge nihkejõud katkestab tilgad, nii et need on alamikroni ja nano läbimõõduga. Üldiselt annavad väiksemad tilgakomponendid suurema emulsiooni stabiilsuse. Nanoemulsioone võib eristada O / W (õli-vees), W / O (vesi-õlis) või mitme / topelt emulsioonidena nagu W / O / W ja O / W / O. Nanoemulsioon on läbipaistev või isegi läbipaistev (nähtavas spektris) sõltuvalt konsistentsist ja piiskade suurusest. Nanoemulsioonid määratletakse tavaliselt 20 kuni 200 nm suuruse tilga suurusega. Langeva tilgasuurusega väheneb emulsiooni kollatseruvus (vähenenud Ostwaldi valmimine).
Nanomaterjale ja nanoemulsioone iseloomustavad füüsikalised omadused, mis erinevad mikroemulsioonidest. Nanoosakesed näitavad kas täiesti teistsuguseid omadusi või nende tüüpilisi omadusi väljendatakse väga äärmuslikus vormis. Nanoemulsioonide nähtav välimus on teistsugune kui mikroni suurusega emulsioonidel, sest tilgad on liiga väikesed, et häirida nähtava spektri optilist lainepikkust. Seepärast on nanoemulsioonidel väga vähe valguse hajumist ja need on läbipaistvad või optiliselt poolläbipaistvad.
Emulsiooni piiskade suurust mõjutavad nii õlifaasi koostis, kui ka faasi vahedetailid ja viskoossus, pidev ja dispergeeritud faas, tüüpi emulgaator / pindaktiivne aine, nihke kiirus emulgeerimise ajal, samuti õlifaasi lahustuvus vees.
Nanoemulsioone kasutatakse laialdaselt erinevates rakendustes, nagu ravimite kohaletoimetamine, toit & joogid, kosmeetika, farmaatsiatooted ja materjaliteadus & süntees.
Pindaktiivsed ained
Emulgaatorid on oluline stabiilse emulsiooni / nanoemulsiooni valmistamise tegur. Emulgaatorid on pindaktiivsed ained, mis moodustavad piiskadest kaitsekihi ja vähendavad vaheruumidevahelist pinget, takistades seega Ostwaldi küpsemist, koalestsensust ja koorumist.
Pindaktiivsete ainete tüübid:
- Väikesemolekulaarsed pindaktiivsed ained: mitteioonseid emulgaatoreid, nagu Tween ja Span, on suu kaudu, parenteraalselt ja naha kaudu manustatuna vähene toksilisus ja ärritavus ning seetõttu eelistatakse neid ioonsete emulgaatoritena. Tween ja Span on emulsioonpreparaatide eelistatud stabilisaatorid toidu-, farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses.
Tweens: Tween 20/60/80 on tuntud kui polüsorbaat 20/60/80 (PEG-20 dehüdreeritud sorbieriidi monolauraat, PEG-20 dehüdraaditud sorbieriidi monostearaat, polüoksüetüleensorbitaanmonooleaat). Need on sorbitoolist saadud mitteioonsed pindaktiivsed ained / emulgaatorid. Nad lahustuvad kergesti vees, etanoolis, metanoolis või etüülatsetaadis, kuid ainult mineraalõlis vähe.
Piirkonnad: Span20 / 40/60/80 on sorbitaan rasvhappeestrid / sorbitaanestrid, mis on emulgeerivate, dispergeeruvate ja märgavate omadustega mitteioonseid pindaktiivseid aineid. Spani pindaktiivsed ained toodetakse sorbitooli dehüdratsioonil. - Fosfolipiidid: munakollane, soja või piimakarja letsitiin
- Amfifiilsed valgud: vadakuvalgu isolaat, kaseinaat
- Amfifiilsed polüsahhariidid: kummiaraabik, modifitseeritud tärklised
Kirjandus/viited
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.