Technologie des ultrasons Hielscher

La production par ultrasons de nanoémulsions stables

  • nanoémulsions – également connu sous le mini-émulsions ou des emulsions submicroniques – sont utilisés dans un large éventail d'applications dans la chimie, des peintures & revêtements, produits cosmétiques, produits pharmaceutiques et alimentaires.
  • Les systèmes à ultrasons sont connus comme des outils fiables pour la production de nanoémulsions stables à long terme.

 

Formation à ultrasons de nanoémulsions

émulsification par ultrasons est provoquée par le couplage des ondes d'ultrasons de puissance dans un système liquide. Par sonication un liquide, deux mécanismes se produisent: (1) Le champ acoustique génère des ondes qui se propagent à travers le liquide et provoquent des microturbulences et un mouvement interfacial. De ce fait, la phase limite devient instable, de sorte que la phase dispersée (interne) et finit par se forme des gouttelettes dans la phase continue (externe). (2) L'application de basse fréquence, ultra-sons de haute puissance génère cavitation (Kentish et al., 2008). Par cavitation ultrasonique, des microbulles ou des vides sont formés dans le milieu en raison des cycles de pression de l'onde ultrasonore. Les microbulles / vides se développent sur plusieurs cycles d'ondes jusqu'à ce qu'ils effondrement violemment. Cette implosion de bulles provoque localement des conditions extrêmes telles que le cisaillement très élevé, des jets de liquide, et le chauffage extrême et les vitesses de refroidissement (Suslick 1999). Ces forces extrêmes briser les gouttelettes de la phase dispersée primaire (interne) jusqu'à gouttelettes nanométriques et les mélanger de façon homogène dans la phase continue (externe).
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nanoémulsions pharmaceutiques

miniemulsions de Lipid – produite par ultrasons – sont largement utilisés comme support pour des agents pharmacologiques dans des formulations pharmaceutiques. Par exemple, les mini-émulsions peuvent agir comme support de médicament parenteral ou dispositif d'administration de médicament aux tissus cibles. Outre la biodisponibilité élevée des composés actifs encapsulés, les avantages des mini-émulsions résident dans leur haute biocompatibilité, leur biodégradabilité, leur stabilité et leur facilité de production à grande échelle. En raison de leurs propriétés structurelles, ils peuvent incorporer des molécules hydrophobes ainsi que des molécules amphipathiques. Des nanoémulsions préparées par ultrasons ont été chargées avec des tocophérols, des vitamines, de la curcurmine et de nombreuses autres substances pharmacologiques.
systèmes à ultrasons Hielscher sont des émulsifiants fiables pour la préparation des nanoémulsions de drogue loded. Pour l'émulsification par ultrasons, Hielscher propose divers accessoires pour optimiser le processus d'émulsification. Hielscher de MultiPhaseCavitator est un module complémentaire unique pour des cellules d'écoulement à ultrasons, où la deuxième phase est injecté sous forme de courant très étroite directement dans le ultrasonique “zone chaude” d'émulsification.

Qualité alimentaire nanoémulsions

Les nanoémulsions offrent divers avantages pour la formulation de produits alimentaires. Les nanoémulsions présentent une bonne stabilité à la séparation gravitationnelle, à la floculation, à la coalescence, et offrent une libération et / ou une absorption contrôlée des ingrédients fonctionnels en raison de leur petite taille de gouttelettes et de leur grande surface spécifique. De plus, ils offrent une biodisponibilité élevée des composés actifs, ce qui est important pour l'apport de nutriments et de substances actives. De plus, ils offrent de bonnes propriétés de formulation car ils sont transparents ou visuellement translucides et leurs gouttelettes submicroniques / nanométriques provoquent une sensation en bouche douce et crémeuse. Ainsi, la production de nano-émulsions stables est une tâche omniprésente pour l'industrie alimentaire, par exemple pour formuler des produits enrichis en vitamines ou en acides gras (vitamine C, vitamine E oméga-3, oméga-6, oméga-9 dérivés de huile de poisson) ou pour produire des produits aromatisés (par exemple avec des huiles essentielles).

nanoémulsions cosmétiques

Surtout eau-dans-huile (W / O) nanoémulsions offrent divers avantages pour l'encapsulation de la substance hydrophile biologiquement active dans des gouttelettes nanométriques (dans des émulsions simples ou doubles).
Cliquez ici pour en savoir plus sur la formulation sans tensioactif d'émulsions cosmétiques avec ultrasons!

miniémulsion polymérisation

polymérisation en miniémulsion assistée par ultrasons est appliquée à divers procédés – de l'encapsulation des particules inorganiques à la synthèse de particules de latex. L'application des ultrasons de puissance à des réactions chimiques telles que la polymérisation, la synthèse, etc., sont connus comme sonochemistry.
Cliquez ici pour en savoir plus sur sonochimie, la synthèse par ultrasons de latex et le précipitation à ultrasons!

processeur à ultrasons pour 1,5kW émulsification (Cliquez pour agrandir!)

émulsifiant à ultrasons UIP1500hdT (1500W)

stabilisation emulsion

Bien que certains nanoémulsions peuvent être stables au stockage, sans l'utilisation de tout tensio-actifs ou des émulsifiants en raison de la taille des gouttelettes de nano-échelle et de distribution, d'autres nanoémulsions nécessitent l'utilisation d'agents stabilisants pour obtenir une stabilité à long terme et une qualité optimale du produit. La stabilisation peut être effectuée en ajoutant soit des agents tensioactifs (tensids) ou de particules solides qui agissent comme stabilisants. Emulsions, qui sont stabilisées par des particules solides sont connus comme des émulsions de Pickering. Lactose, l'albumine, la lécithine, le chitosane, maltodextrine, amidon, etc., peuvent être utilisés comme stabilisants colloïdaux dans les émulsions de Pickering. Cliquez ici pour en savoir plus sur les émulsions de Pickering générées par ultrasons!
émulsification par ultrasons peut être effectuée pour tous les types d'émulsions. Si un agent de stabilisation est nécessaire pour une émulsion spécifique, peut être facilement testée à petite échelle.
S'il vous plaît noter que la quantité de tensioactif nécessaire augmente avec une diminution de la taille des gouttelettes puisque le rapport surface-à-area-volume (S / V) pour les sphères est donné par: S / V = ​​3 / R. Par exemple, plus le diamètre d'une particule ou gouttelette, la plus grande surface, il a par rapport à son volume.

Ultrasons émulsification Équipement

La production de submicron- stable et nano-émulsions nécessite puissants appareils à ultrasons. équipement d'émulsification par ultrasons Hielscher offre des amplitudes très élevées (jusqu'à 200 pm pour ultrasonicators industriels, Amplitudes plus élevées sur demande) pour générer un champ acoustique intense.
Cependant, pour la production de nanoémulsions stables, des équipements à ultrasons de puissance est souvent seul ne suffit pas. Outre suffisante puissance ultrasonique, un contrôle précis des paramètres de procédé, et des accessoires sophistiqués (tels que les sonotrodes, le débit des réacteurs cellulaires, refroidissement) sont nécessaires pour obtenir des gouttelettes de taille nanométrique et une dispersion homogène des deux, la phase aqueuse et d'huile dans l'autre.
Pour produire des émulsions de qualité supérieure, de puissants processeurs à ultrasons Hielscher en combinaison avec le MultiPhaseCavitator vous donne le matériel optimal.

Hielscher Ultrasonics est spécialisée dans la fourniture de systèmes à ultrasons supérieurs et accessoires de traitement des résultats optimaux. Notre expérience à long terme dans le traitement par ultrasons et notre étroite collaboration avec nos clients assure la mise en œuvre réussie de lignes en ultra-sons de production.
Pour les premiers essais, le développement des processus et l'optimisation des processus, nous vous proposons une cuisine entièrement équipée laboratoire de processus et centre technique.
De plus, nous offrons en profondeur Consultant, le développement de systèmes à ultrasons sur mesure et profonde service technique pour l'installation, la formation et la maintenance.

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Littérature / Références

  • Kentish, S .; Wooster, T .; Ashokkumar, M .; Simons, L. (2008): L'utilisation de la préparation des ultrasons nanoémulsion. La science innovante alimentaire & Technologies émergentes 9 (2): 170-175.
  • Suslick, K.S. (1999): Application des ultrasons pour Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295-326.


Qu'il faut savoir

émulsions

Emulsions sont définis comme deux liquides non miscibles: L'un des liquides – la phase dispersée ou interne que l'on appelle – est dispersée sous forme de gouttelettes sphériques situées dans l'autre liquide, connu comme phase continue ou externe. Les liquides les plus importants utilisés pour former une émulsion huile et l'eau sont. Lorsque la phase huileuse est dispersée dans l'eau / phase aqueuse, le système est une émulsion huile-dans-eau, tandis que lorsque l'eau / phase aqueuse est dispersée dans la phase huileuse, il est une émulsion eau dans l'huile. Emulsions se distinguent respectivement leur granulométrie et de la stabilité thermodynamique des macro-émulsions, les microémulsions et des nanoémulsions, respectivement.

nanoémulsions

Les nanoémulsions sont des dispersions nanoparticulaires, constituées de gouttelettes de taille nanométrique. Les forces de cisaillement élevées de l'ultrason de puissance rompent les gouttelettes de sorte qu'elles sont réduites au submicron et au nanodiamètre. Généralement, de plus petites tailles de gouttelettes conduisent à une plus grande stabilité de l'émulsion. Les nanoémulsions peuvent être distinguées en H / E (huile dans l'eau), E / H (eau dans l'huile) ou en émulsions multiples / doubles telles que E / H / E et H / E / E. Les nanoémulsions sont transparentes ou même translucides (dans le spectre visible) en fonction de la consistance et de la taille des gouttelettes. Les nanoémulsions sont généralement définies par une taille de gouttelette comprise entre 20 et 200 nm. Avec une taille de gouttelettes descendante, la propension à la coalescence de l'émulsion diminue (diminuant le mûrissement d'Ostwald).
Les nanomatériaux et les nanoémulsions sont caractérisés par des propriétés physiques qui diffèrent des microémulsions. Les particules de taille nanométrique présentent soit des propriétés complètement différentes, soit leurs propriétés typiques sont exprimées sous une forme extrême. L'aspect visible des nanoémulsions a un aspect différent de celui des émulsions de taille micronique car les gouttelettes sont trop petites pour interférer avec les longueurs d'onde optiques du spectre visible. Par conséquent, les nanoémulsions présentent très peu de diffusion de la lumière et apparaissent transparentes ou optiquement translucides.
La taille des gouttelettes d'émulsion est influencée par la composition de la phase huileuse, les propriétés interfaciales et de la viscosité à la fois, les phases continue et dispersée, l'émulsifiant de type / agent tensio-actif, le taux de cisaillement au cours de l'émulsification, de même que la solubilité de la phase huileuse dans l'eau.
Nanoémulsions sont largement utilisés dans diverses applications telles que l'administration de médicaments, de la nourriture & boissons, cosmétiques, pharmaceutiques, et la science des matériaux & la synthèse.

Tensioactifs

Les émulsifiants sont un facteur essentiel pour préparer une émulsion stable / nanoémulsion. Les émulsifiants sont des agents tensio-actifs qui forment une couche protectrice de la gouttelette et réduisent la tension interfaciale, ce qui empêche la maturation Ostwald, coalescence et de crémage.
Types d'agents tensio-actifs:

  • Tensioactifs petite molécule: émulsifiant non ionique tel que le Tween et Span montrent une faible toxicité et l'irritation lorsqu'ils sont administrés par voie orale, par voie parentérale et par voie dermique et sont donc préférés aux émulsifiants ioniques. Tween et Span sont les stabilisants préférés pour les formulations en emulsion dans l'industrie alimentaire, pharmaceutique et de l'industrie cosmectic.
    préadolescents: Tween 20/60/80 sont connus comme polysorbate 20/60/80 (sorbierite monolaurate déshydraté PEG-20, PEG-20 monostéarate de sorbierite déshydraté, le monooléate de polyoxyéthylène sorbitan). Ils sont tensioactifs non ioniques / émulsifiants dérivés de sorbitol. Ils se dissout facilement dans l'eau, l'éthanol, le méthanol ou l'acétate d'éthyle, mais seulement un peu dans l'huile minérale.
    Portées: Span20 / 40/60/80 sont des esters d'acides gras de sorbitan / sorbitan, des esters qui sont des agents tensioactifs non ioniques avec des propriétés émulsionnantes, dispersantes et mouillantes. agents tensio-actifs sont Span produits par la déshydratation du sorbitol.
  • Phospholipides: le jaune d'oeuf, de soja ou la lécithine de produits laitiers
  • protéines amphiphiles: isolat de protéines de lactosérum, caséinate
  • polysaccharides amphiphiles: gomme arabique, les amidons modifiés