Stabiilien nanoemulsioiden ultraäänituotanto

• Nanoemulsiot – Tunnetaan myös nimellä miniemulsiot tai submikroniemulsiot – käytetään monenlaisissa sovelluksissa kemiassa, maaleissa, pinnoitteissa, kosmetiikassa, lääkkeissä ja elintarvikkeissa.
• Ultrasonicators tunnetaan erittäin tehokkaana ja luotettavana tekniikkana pitkäaikaisten stabiilien nanoemulsioiden tuottamiseksi.

Miksi ultraääni nanoemulgointiin

Ultraääninanoemulgointi on tekniikka, joka käyttää matalataajuisia, suuritehoisia ultraääniaaltoja stabiilien ja yhtenäisten emulsioiden luomiseksi pienistä pisaroista, tyypillisesti alueella 10-200 nm. Tällä tekniikalla on useita etuja perinteisiin emulgointimenetelmiin verrattuna, mikä tekee siitä ylivoimaisen eri sovelluksissa. Jotkut näistä eduista ovat:

• Yhtenäinen hiukkaskoko: Ultraääninanoemulgointi tuottaa pieniä ja yhtenäisiä pisaroita, jotka tarjoavat paremman stabiilisuuden ja biologisen hyötyosuuden. Näillä pisaroilla on korkea pinta-alan ja tilavuuden suhde, mikä tekee niistä reaktiivisempia ja tehokkaampia erilaisissa sovelluksissa.
• Korkea vakaus: Ultraääninanoemulsioilla on korkea kineettinen stabiilisuus niiden pienen koon ja yhtenäisyyden vuoksi, mikä tekee niistä kestäviä yhteensulautumiselle, flokkulaatiolle ja sedimentaatiolle. Tämä stabiilisuus tekee niistä ihanteellisia käytettäväksi elintarvikkeissa, lääkkeissä, kosmeettisissa ja kemiallisissa sovelluksissa.
• Pienempi energiankulutus: Ultraääninanoemulgointi vaatii vähemmän energiansyöttöä kuin perinteiset emulgointimenetelmät, kuten homogenisointi tai mikrofluidisointi, mikä tekee siitä energiatehokkaamman ja kustannustehokkaamman.
• Monipuolisuus: Ultraääninanoemulgointia voidaan käyttää emulgoimaan monenlaisia materiaaleja, mukaan lukien lipidit, hydrofiiliset yhdisteet ja veteen liukenemattomat aineet. Tämä tekee siitä monipuolisen tekniikan, jota voidaan käyttää erilaisissa sovelluksissa.
  Nopea käsittelyaika: Ultraääninanoemulgointi on nopea prosessi, joka voidaan suorittaa muutamassa minuutissa, joten se soveltuu laajamittaiseen tuotantoon.

Kaiken kaikkiaan ultraääninanoemulgointi tarjoaa useita etuja perinteisiin emulgointimenetelmiin verrattuna, mikä tekee siitä ylivoimaisen tekniikan erilaisiin sovelluksiin.
 

Nanoemulsioiden ultraäänimuodostus

Ultraääniemulgointi johtuu kytkemällä tehon ultraäänen aallot nestemäiseen järjestelmään. Sonikoimalla nestettä tapahtuu kaksi mekanismia:

1. Akustinen kenttä tuottaa aaltoja, jotka kulkevat nesteen läpi ja aiheuttavat mikroturbulensseja ja rajapintaliikettä. Siten rajavaihe muuttuu epävakaaksi, niin että dispergoitu (sisäinen) faasi lopulta rikkoutuu ja muodostaa pisaroita jatkuvassa (ulkoisessa) vaiheessa.
2. Matalataajuisen, suuritehoisen ultraäänen käyttö tuottaa kavitaatiota (Kentish ym. 2008). Ultraäänikavitaatiolla väliaineeseen muodostuu mikrokuplia tai tyhjiöitä ultraääniaallon painesyklien vuoksi. Mikrokuplat / tyhjät tilat kasvavat useiden aaltosyklien aikana, kunnes ne romahtavat voimakkaasti. Tämä kuplan luhistuminen aiheuttaa paikallisesti äärimmäisiä olosuhteita, kuten erittäin korkeita leikkaus-, nestesuihkuja ja äärimmäisiä lämmitys- ja jäähdytysnopeuksia. (Suslick 1999).

Nämä äärimmäiset voimat hajottavat dispergoituneen (sisäisen) faasin primaariset pisarat nanokokoisiksi pisaroiksi ja sekoittavat ne homogeenisesti jatkuvaan (ulkoiseen) faasiin.
Lue täältä lisää ultraäänikavitaation vaikutuksista emulgointiin!

Farmaseuttiset nanoemulsiot

Lipidien miniemulsiot – Tuotettu Ultrasonics – käytetään laajalti farmakologisten aineiden kantaja-aineena farmaseuttisissa formulaatioissa. Esimerkiksi miniemulsiot voivat toimia parenteraalisena lääkkeen kantajana tai lääkkeen annostelulaitteena kudosten kohdistamiseksi. Kapseloitujen aktiivisten yhdisteiden korkean hyötyosuuden lisäksi miniemulsioiden edut ovat niiden korkea biologinen yhteensopivuus, biohajoavuus, stabiilisuus ja laajamittaisen tuotannon helppous. Rakenteellisten ominaisuuksiensa vuoksi ne voivat sisältää sekä hydrofobisia että amfipaattisia molekyylejä. Ultraäänellä valmistetut nanoemulsiot on ladattu tokoferoleilla, vitamiineilla, kurkumiinilla ja monilla muilla farmakologisilla aineilla.
Hielscherin ultraäänijärjestelmät ovat luotettavia emulgointiaineita lääkeaineiden nanoemulsioiden valmistukseen. Ultraääniemulgointia varten Hielscher tarjoaa erilaisia lisävarusteita emulgointiprosessin optimoimiseksi. Hielschers MultiPhaseCavitator on ainutlaatuinen lisäosa ultraäänivirtaussoluille, joissa toinen vaihe ruiskutetaan hyvin kapeana virtana suoraan emulgoinnin ultraäänipistevyöhykkeeseen.

Elintarvikelaatuiset nanoemulsiot

Nanoemulsiot tarjoavat erilaisia etuja elintarvikkeiden muotoiluun. Nanoemulsioilla on hyvä stabiilisuus gravitaatioerotukseen, flokkulaatioon, yhteensulautumiseen ja ne tarjoavat funktionaalisten ainesosien hallitun vapautumisen ja / tai imeytymisen pienen pisarakoon ja suuren pinta-alan vuoksi. Lisäksi ne tarjoavat aktiivisten yhdisteiden korkean hyötyosuuden, mikä on tärkeää ravinteiden ja vaikuttavien aineiden toimittamiselle. Lisäksi ne tarjoavat hyvät koostumusominaisuudet, koska ne ovat läpinäkyviä tai visuaalisesti läpikuultavia ja niiden submikroni- / nanokokoiset pisarat aiheuttavat sileän ja kermaisen suutuntuman. Näin ollen stabiilien nanoemulsioiden tuotanto on elintarviketeollisuuden kaikkialla läsnä oleva tehtävä, esimerkiksi vitamiinien tai rasvahappojen täydennettyjen tuotteiden (esim. C-vitamiini, E-vitamiini, omega-3, omega-6, kasvisiemenistä tai kalaöljystä peräisin oleva omega-9) tai maustettujen tuotteiden tuottaminen (esim. eteerisillä öljyillä).

Ultraäänellä dispergoidun nanoemulsion (laventeliöljy-vedessä-emulsio) nanokokoinen pisarajakauma. Emulsio valmistettiin ultraäänianturilla UP400St.

Kosmeettiset nanoemulsiot

Erityisesti vesi-öljyssä (W / O) nanoemulsiot tarjoavat erilaisia etuja bioaktiivisen hydrofiilisen aineen kapselointiin nanomittakaavan pisaroihin (yksittäisissä tai kaksoisemulsioissa).
Klikkaa tästä lukeaksesi lisää kosmeettisten emulsioiden pinta-aktiivisesta formulaatiosta ultraäänellä!

miniemulsiopolymerointi

Ultraäänellä avustettua miniemulsiopolymerointia käytetään erilaisiin prosesseihin – epäorgaanisten hiukkasten kapseloinnista lateksihiukkasten synteesiin. Tehon ultraäänen soveltaminen kemiallisiin reaktioihin, kuten polymerointiin, synteesiin jne., Tunnetaan sonokemiana.
Klikkaa tästä lukeaksesi lisää Sonokemia, Lateksin ultraäänisynteesi ja ultraääni sademäärä!

emulsion stabilointi

Vaikka jotkut nanoemulsiot voivat olla hyllystabiileja ilman pinta-aktiivisia aineita tai emulgointiaineita nanoskaalatun pisarakoon ja jakautumisen vuoksi, muut nanoemulsiot vaativat stabilointiaineiden käyttöä pitkäaikaisen stabiilisuuden ja optimaalisen tuotteen laadun saavuttamiseksi. Stabilointi voidaan suorittaa lisäämällä joko pinta-aktiivisia aineita (tensidejä) tai kiinteitä hiukkasia, jotka toimivat stabilointiaineina. Emulsioita, jotka stabiloidaan kiinteillä hiukkasilla, kutsutaan Pickering-emulsioiksi. Laktoosia, albumiinia, lesitiiniä, kitosaania, syklodekstriiniä, maltodekstriiniä, tärkkelystä jne. Voidaan käyttää kolloidisina stabilointiaineina Pickering-emulsioissa. Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja ultraäänellä tuotetuista Pickering-emulsioista!
Ultraääniemulgointi voidaan suorittaa kaikentyyppisille emulsioille. Jos stabilointiainetta tarvitaan tietylle emulsiolle, se voidaan helposti testata pienessä mittakaavassa.
Huomaa, että tarvittavan pinta-aktiivisen aineen määrä kasvaa pisarakoon pienentyessä, koska pallojen pinta-alan ja tilavuuden suhde (S/V) saadaan kaavasta: S/V = 3/R. Esimerkiksi mitä pienempi hiukkasen tai pisaran halkaisija on, sitä enemmän pinta-alaa sillä on suhteessa sen tilavuuteen.

Ultraääniemulgointilaitteet

Stabiilien submikroni- ja nanoemulsioiden tuotanto vaatii tehokkaita ultraäänilaitteita. Hielscherin ultraääniemulgointilaitteet tuottavat erittäin korkeat amplitudit (jopa 200 μm teollisille ultraäänilaitteille, korkeammat amplitudit pyynnöstä) voimakkaan akustisen kentän tuottamiseksi.
Stabiilien nanoemulsioiden tuottamiseksi tehon ultraäänilaitteet eivät kuitenkaan usein riitä. Riittävän ultraäänitehon lisäksi prosessiparametrien tarkka hallinta ja hienostuneet lisävarusteet (kuten sonotrodit, virtaussolureaktorit, jäähdytys) ovat välttämättömiä nanokokoisten pisaroiden saamiseksi ja molempien vesi- ja öljyfaasin homogeeniseksi dispersioksi toisiinsa.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Ylivoimaisten emulsioiden tuottamiseksi erittäin kapealla pisarajakaumalla Hielscher on kehittänyt ainutlaatuisen virtaussoluinsertin – MultiPhaseCavitator. Tämän erityisen virtauskennon lisäosan avulla emulsion toinen vaihe ruiskutetaan jatkuvasti 48 pienen kanyylin kautta kavitaatiovyöhykkeelle. Tämä tekniikka mahdollistaa luotettavan ja tehokkaan tuotannon, hyvin pienet nanokokoiset pisarat ja erittäin stabiilit emulsiot.

Hielscher Ultrasonics on erikoistunut toimittamaan erinomaisia ultraäänijärjestelmiä ja lisävarusteita optimaalisten käsittelytulosten saavuttamiseksi. Pitkäaikainen kokemuksemme ultraäänikäsittelystä ja tiivis yhteistyö asiakkaidemme kanssa takaa ultraäänitekniikan onnistuneen toteuttamisen tuotantolinjoihin.
Alkutestejä, prosessien kehittämistä ja prosessien optimointia varten tarjoamme täysin varustetun prosessilaboratorion ja teknisen keskuksen.
Lisäksi tarjoamme syvällistä konsultointia, räätälöityjen ultraäänijärjestelmien kehittämistä ja syvällistä teknistä palvelua asennusta, koulutusta ja huoltoa varten.