تولید ضدعفونی‌کننده‌های دست با میکسرهای فراصوتی صنعتی
برای تولید ضدعفونی‌کننده‌های دست و محلول‌های ضدعفونی‌کننده، به فناوری اختلاط قدرتمندی نیاز است تا مخلوطی یکنواخت به دست آید. میکسرها و همزن‌های فراصوتی، مطمئن‌ترین و کارآمدترین فناوری اختلاط برای آمیختن و امولسیون‌سازی دو یا چند فاز هستند تا فرمولاسیونی همگن و پایدار از ضدعفونی‌کنندهٔ دست حاصل شود.
ضدعفونی‌کننده‌های دست
ضدعفونی‌کنندهٔ دست، که با نام‌های آنتی‌سپتیک دست یا محلول مالیدنی ضدعفونی دست نیز شناخته می‌شود، ماده‌ای مایع است که برای حذف یا غیرفعال‌سازی عوامل بیماری‌زای رایج روی دست‌ها استفاده می‌شود؛ این عوامل می‌توانند موجب بیماری شوند (برای مثال، ویروس SARS-CoV-2 موجب بیماری COVID-19 می‌شود). ضدعفونی‌کننده‌های دست معمولاً به شکل مایع، کف، ژل یا اسپری عرضه می‌شوند.
ضدعفونی‌کننده‌های دست را می‌توان با مواد اولیه و ترکیبات مختلف فرموله کرد. برای مثال، این محصولات می‌توانند بر پایهٔ الکل یا فاقد الکل باشند. محصولات ضدعفونی‌کنندهٔ دست بر پایهٔ الکل معمولاً بین 60 و 95% الکل دارند. از میان الکل‌ها، اتانول (الکل اتیلیک)، ایزوپروپانول یا n-پروپانول بیشترین کاربرد را دارند. الکل با غلظت بالا (یعنی 60% و بیشتر) پروتئین‌ها را تخریب می‌کند. با دناتوره شدن پروتئین‌ها، بسیاری از عوامل بیماری‌زا (میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا) غیرفعال می‌شوند یا از بین می‌روند. ضدعفونی‌کننده‌های دست فاقد الکل محصولات جایگزینی هستند که در آن‌ها مواد ضدعفونی‌کننده، مانند کلرید بنزالکونیوم (BAC)، یا عوامل ضدمیکروبی، مانند تریکلوزان، به‌عنوان مادهٔ مؤثره برای غیرفعال‌سازی یا از بین بردن میکروارگانیسم‌ها به کار می‌روند. در هر دو نوع ضدعفونی‌کنندهٔ دست، بر پایهٔ الکل و فاقد الکل، مواد مؤثرهٔ مقابله‌کننده با عوامل بیماری‌زا می‌توانند با تخریب سد طبیعی پوست، آن را خشک کنند. بنابراین، بیشتر فرمولاسیون‌های ضدعفونی‌کنندهٔ دست حاوی افزودنی‌های تغذیه‌کنندهٔ پوست، مانند نرم‌کننده‌ها (برای مثال، گلیسیرین و روغن‌ها)، هستند تا رطوبت پوست را بازگردانند. مواد دیگری مانند عوامل غلیظ‌کننده، مواد معطر، رنگ‌دهنده‌ها و غیره نیز ممکن است برای تغییر بافت، بو و ظاهر محصولات ضدعفونی‌کنندهٔ دست افزوده شوند.
اختلاط و آمیختن فراصوتی ضدعفونی‌کننده‌های دست
همزن‌های فراصوتی مؤثرترین فناوری اختلاط برای تولید ضدعفونی‌کننده‌های دست (که با نام‌های آنتی‌سپتیک دست یا محلول مالیدنی ضدعفونی دست نیز شناخته می‌شوند) به شکل مایع، ژل، اسپری یا لوسیون هستند.
از آنجا که میکسرهای فراصوتی نیروهای برشی بالایی ایجاد می‌کنند، هم‌زدن لازم را برای آمیختن مواد اولیه و تشکیل مخلوطی یکپارچه فراهم می‌آورند. چنین اختلاط قدرتمند و قابل‌اعتمادی برای تولید مواد ضدعفونی‌کنندهٔ قوی و قابل‌اعتماد، از جمله ضدعفونی‌کننده‌های دست و همچنین مواد ضدعفونی‌کنندهٔ سطوح، ضروری است.
میکسرها و همزن‌های فراصوتی در آمیختن اجزای محصولات ضدعفونی‌کنندهٔ دست بسیار کارآمد هستند.
اختلاط فراصوتی چگونه عمل می‌کند؟
میکسرها و همزن‌های فراصوتی کاویتاسیون آکوستیکی ایجاد می‌کنند که به پیدایش نیروهای برشی بسیار شدید می‌انجامد. بنابراین، سامانه‌های اختلاط فراصوتی به‌طور گسترده برای امولسیون‌سازی دو یا چند مایع که در حالت عادی با یکدیگر امتزاج‌پذیر نیستند و نیز برای پراکنده‌سازی ذرات جامد در مایعات و دوغاب‌ها به کار می‌روند. اختلاط و آمیختن فراصوتی با کوپل کردن امواج فراصوت پرتوان به مایع یا دوغاب انجام می‌شود. امواج فراصوت از طریق یک پروب فراصوتی با شدت بالا به درون مخزن ناپیوسته یا راکتور سلول جریان درون‌خطی منتقل می‌شوند. تنها سونیکاتورهای پروبی می‌توانند نیروهای شدید کاویتاسیونی موردنیاز برای تهیهٔ مخلوط‌های همگن و پایدار در درازمدت را ایجاد کنند. پروب فراصوتی با فرکانسی بسیار بالا (برای مثال، 20kHz) در مایع ارتعاش می‌کند و کاویتاسیون آکوستیکی / فراصوتی شدیدی در آن ایجاد می‌کند.
در میدان کاویتاسیونی ایجادشده با فراصوت، فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون نیروهای برشی قدرتمندی ایجاد می‌کند که قطرات، کلوخه‌ها و حتی ذرات جامد را متلاشی می‌کنند. همچنین، کاویتاسیون فراصوتی جریان‌های پرسرعت مایع با سرعتی تا 1000km/h ایجاد می‌کند. جت‌های مایع ناشی از کاویتاسیون به کلوخه‌های ذرات برخورد می‌کنند، قطرات را متلاشی می‌کنند، انتقال ماده را درون مایعات و دوغاب‌ها بهبود می‌دهند و جامدات را در سراسر محیط پراکنده می‌کنند. در میدان کاویتاسیون فراصوتی، فشارها به‌سرعت و به‌طور مکرر بین خلأ و مقادیری تا 1000bar تغییر می‌کنند. یک میکسر دورانی با 4 پرهٔ اختلاط باید با سرعت حیرت‌انگیز 300٬000 RPM کار کند تا به همان فرکانس چرخه‌های متناوب فشار برسد. میکسرهای دورانی متداول و میکسرهای روتور–استاتور به دلیل محدودیت سرعت، کاویتاسیون قابل‌توجهی ایجاد نمی‌کنند.
فرمولاسیون‌های ضدعفونی‌کنندهٔ دست با آمیختن فراصوتی
فرمولاسیون یک محصول ضدعفونی‌کنندهٔ دست، اثربخشی و طیف میکروب‌کشی آن را تعیین می‌کند (یعنی عملکرد ضدباکتریایی، ضدقارچی، ضدویروسی، اثربخشی در برابر ویروس‌های پوشش‌دار و بدون پوشش، انگل‌های کیست‌شده و غیره).
از آنجا که استفادهٔ مکرر از الکل و ضدعفونی‌کننده‌های حاوی الکل روی پوست (برای مثال، دست‌ها) باعث از دست رفتن رطوبت پوست می‌شود و می‌تواند به التهاب و تحریک منجر شود، ضدعفونی‌کننده‌های پیشرفتهٔ دست حاوی مواد مراقبت‌کننده از پوست، مانند آلوئه‌ورا، گلیسیرین، روغن جوجوبا، روغن میوهٔ گل رز و غیره هستند. اثر امولسیون‌سازی فراصوتی، فازهای مختلف الکل، افزودنی‌ها، روغن‌ها و آب را با یکدیگر می‌آمیزد و محصول ضدعفونی‌کنندهٔ دست پایدار و یکنواختی ایجاد می‌کند.
تهیهٔ فراصوتی یک امولسیون (آب قرمز / روغن زرد). چند ثانیه فراصوت‌دهی، فازهای جداگانهٔ آب/روغن را به امولسیونی ریزدانه تبدیل می‌کند.
مواد اولیهٔ رایج برای ضدعفونی‌کننده‌های دست
-
الکل v65% (یا % بالاتر) (برای اثربخشی در برابر طیف گسترده‌ای از ویروس‌ها و باکتری‌ها)
- مواد مراقبت‌کننده از پوست مانند روغن‌ها، آلوئه‌ورا، گلیسیرین و غیره
- آب (برای مثال، آب مقطر یا استریل)
- امولسیفایر / سورفکتانت
- به‌صورت اختیاری، غلیظ‌کننده (برای مثال، صمغ زانتان)، عوامل کف‌زا، مواد معطر، مواد اسپورکش (برای مثال، پراکسیدهای هیدروژن برای از بین بردن اسپورهای باکتریایی)
SonoStation – مجموعهٔ کامل مخزن فراصوتی شامل سونیکاتورهای پروبی (در اینجا 2x UIP2000hdT)، همزن و پمپ
ضدعفونی‌کننده‌های دست مؤثر در برابر COVID-19
بهداشت و به‌ویژه بهداشت دست، عاملی مهم در پیشگیری از انتشار کروناویروس 2 عامل سندرم حاد تنفسی شدید (SARS-CoV-2) است؛ ویروسی که بیماری COVID-19 را ایجاد می‌کند. هرچند شست‌وشوی کامل دست‌ها با آب و صابون در هر زمان که امکان‌پذیر باشد توصیه می‌شود، ضدعفونی‌کننده‌های دست جایگزینی قابل‌اعتماد هستند، به‌ویژه هنگامی که امکان شست‌وشوی دست با آب و صابون وجود ندارد.
سازمان جهانی بهداشت (WHO) دو فرمولاسیون ضدعفونی‌کنندهٔ بر پایهٔ الکل را توصیه می‌کند که اثربخشی آن‌ها در برابر کروناویروس SARS-CoV-2 در آزمایش‌ها نشان داده شده است. دانشمندانی از آلمان و سوئیس اثربخشی این فرمولاسیون‌های ضدعفونی‌کننده در برابر SARS-CoV-2 را آزمایش و تأیید کرده‌اند.
فرمولاسیون ضدعفونی‌کنندهٔ شمارهٔ 1:
- اتانول – 80% حجمی (vol/vol)
- گلیسیرین (که با نام گلیسرول نیز شناخته می‌شود) – 1٫45% vol/vol
- پراکسید هیدروژن – 0٫125% vol/vol
فرمولاسیون ضدعفونی‌کنندهٔ شمارهٔ 2:
- ایزوپروپانول (که با نام 2-پروپانول یا الکل ایزوپروپیلیک نیز شناخته می‌شود) – 75% vol/vol
- گلیسیرین – 1٫45% vol/vol
- پراکسید هیدروژن – 0٫125% vol/vol
هر دو فرمولاسیون ضدعفونی‌کنندهٔ دست بالا، در صورت استفادهٔ کامل، پس از 30 ثانیه تماس، ویروس را به میزان کافی غیرفعال می‌کنند. آمیختن فرمولاسیون‌های بالا را می‌توان با استفاده از یک سامانهٔ فراصوتی ناپیوسته یا درون‌خطی انجام داد.
سونیکاتورهای با عملکرد بالا
Hielscher Ultrasonics تولیدکننده‌ای باسابقه در زمینهٔ سونیکاتورهای پرتوان برای کاربردهایی است که شامل اختلاط، آمیختن و هم‌زدن مخلوط‌های مختلف مایع/مایع یا مایع/جامد می‌شوند.
برای فرآوری ضدعفونی‌کننده‌های دست با کیفیت مناسب صنایع غذایی/دارویی در مقیاس صنعتی، تجهیزات فراصوتی با عملکرد بالا لازم است تا حجم‌های زیاد را در یک مجموعهٔ فراصوتی ناپیوسته یا سامانه‌ای با جریان عبوری پیوسته فرآوری کنند. Hielscher Ultrasonics تأمین‌کننده‌ای باسابقه و قابل‌اعتماد در زمینهٔ تجهیزات اختلاط فراصوتی با عملکرد بالا است که در سراسر جهان در کارخانه‌های تولیدی صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و مراقبت شخصی به کار گرفته می‌شوند.
سونیکاتورهای پیشرفتهٔ Hielscher Ultrasonics قابلیت کنترل دقیق دارند و کنترل کامل پارامترهای مهم فرآیند، مانند دامنهٔ ارتعاش، فشار، دما و زمان فراصوت‌دهی را در اختیار اپراتور قرار می‌دهند. این قابلیت، بهینه‌سازی فرآیند فراصوت‌دهی را ممکن می‌کند و آن را به کارآمدترین و اقتصادی‌ترین حالت می‌رساند.
طیف گستردهٔ لوازم جانبی، مانند سونوتْرودها (پروب‌ها)، هورن‌های تقویت‌کننده، راکتورهای سلول جریان و سایر تجهیزات تکمیلی، امکان پیکربندی سامانهٔ اختلاط فراصوتی را به‌طور اختصاصی متناسب با مواد تحت فرآوری و خروجی هدف فراهم می‌کند.
پایش فرآیند فراصوتی
تمام سونیکاتورهای دیجیتال Hielscher – از اندازهٔ آزمایشگاهی تا صنعتی – به نرم‌افزاری هوشمند مجهز هستند که کنترل دقیق، پایش و بازبینی فرآیند فراصوتی را آسان می‌کند. دامنهٔ ارتعاش، حد انرژی ورودی، چرخه‌های پالس و زمان فراصوت‌دهی را می‌توان از طریق نرم‌افزار کاربرپسند از پیش تنظیم کرد. نمایشگر لمسی رنگی، دسترسی آسان به منو و کاربری شهودی آن را فراهم می‌کند. کنترل از راه دور مبتنی بر مرورگر به اپراتور امکان می‌دهد سامانهٔ فراصوتی را از راه دور راهبری و پایش کند.
تمام داده‌های مهم فرآیند فراصوتی (مانند دامنهٔ ارتعاش، دما، فشار، انرژی خالص، انرژی کل، زمان و تاریخ) به‌طور خودکار روی کارت SD تعبیه‌شده ذخیره می‌شوند. ثبت خودکار داده‌ها در صنایع غذایی و دارویی بسیار ارزشمند است، زیرا به تولیدکنندهٔ مواد غذایی امکان می‌دهد شرایط فرآوری هر بچ فراصوت‌دهی‌شده را بازبینی کند. این قابلیت، استانداردسازی فرآیند، دستیابی مستمر به محصول با کیفیت بالا و اجرای اصول صحیح تولید (GMP) را ممکن می‌سازد.
سونیکاتورهای ردهٔ صنعتی
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند دامنه‌های ارتعاش بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌های ارتعاش تا 200µm در بهره‌برداری 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های ارتعاش بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی موجود هستند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان کارکرد 24/7 را در شرایط کاری سنگین و محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فرآوری سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
منابع / مراجع
- Aparajita Chatterjee, Giulia Bandini, Edwin Motari, John Samuelson (2015): Ethanol and Isopropanol in Concentrations Present in Hand Sanitizers Sharply Reduce Excystation of Giardia and Entamoeba and Eliminate Oral Infectivity of Giardia Cysts in Gerbils. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 59(11), Nov. 2015. 6749–6754.
- Kiran A. Ramisetty; R. Shyamsunder (2011): Effect of Ultrasonication on Stability of Oil in Water Emulsions. International Journal of Drug Delivery 3, 2011. 133-142.
- Shabbar Abbas, Khizar Hayat, Eric Karangwa, Mohanad Bashari, Xiaoming Zhang (2013): An Overview of Ultrasound-Assisted Food-Grade Nanoemulsions. Food Engineering Reviews 2013.
- Ng Sook Han, Mahiran Basri, Mohd Basyaruddin Abd Rahman, Raja Noor Zaliha Raja Abd Rahman, Abu Bakar Salleh, Zahariah Ismail (2012): Preparation of emulsions by rotor–stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science 63, September/October 2012. 333–344.