स्थिर नैनोइमल्शनों का अल्ट्रासोनिक उत्पादन

• नैनोइमल्शनों – जिन्हें मिनीइमल्शन या सबमाइक्रोन इमल्शन भी कहा जाता है – का उपयोग रसायन विज्ञान, पेंट, कोटिंग, सौंदर्य प्रसाधन, औषधियों और खाद्य पदार्थों से जुड़े अनेक अनुप्रयोगों में किया जाता है।
• अल्ट्रासोनिकेटरों को लंबे समय तक स्थिर रहने वाले नैनोइमल्शनों के उत्पादन की अत्यधिक कुशल और विश्वसनीय तकनीक के रूप में जाना जाता है।

नैनोइमल्सीकरण के लिए अल्ट्रासोनिक्स क्यों

अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीकरण एक ऐसी तकनीक है जिसमें सूक्ष्म बूंदों के स्थिर और एकसमान इमल्शन बनाने के लिए कम आवृत्ति वाली, उच्च शक्ति की अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग किया जाता है। इन बूंदों का आकार आमतौर पर 10–200 nm की सीमा में होता है। पारंपरिक इमल्सीकरण विधियों की तुलना में इस तकनीक के कई लाभ हैं, जो इसे विभिन्न अनुप्रयोगों में श्रेष्ठ बनाते हैं। इनमें से कुछ लाभ हैं:

• एकसमान कण आकार: अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीकरण से छोटी और एकसमान बूंदें बनती हैं, जो बेहतर स्थिरता और जैवउपलब्धता प्रदान करती हैं। इन बूंदों में सतह क्षेत्रफल और आयतन का अनुपात अधिक होता है, जिससे वे विभिन्न अनुप्रयोगों में अधिक अभिक्रियाशील और प्रभावी होती हैं।
• उच्च स्थिरता: अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्शनों में उनके छोटे आकार और एकसमानता के कारण उच्च गतिज स्थिरता होती है, जो उन्हें सहविलयन, ऊर्णन और अवसादन के प्रति प्रतिरोधी बनाती है। यह स्थिरता उन्हें खाद्य, औषधीय, सौंदर्य प्रसाधन और रासायनिक अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए आदर्श बनाती है।
• कम ऊर्जा खपत: अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीकरण के लिए होमोजेनाइज़ेशन या माइक्रोफ्लुइडाइज़ेशन जैसी पारंपरिक इमल्सीकरण विधियों की तुलना में कम ऊर्जा निवेश की आवश्यकता होती है, जिससे यह अधिक ऊर्जा-कुशल और लागत प्रभावी बनता है।
• बहुमुखी उपयोगिता: अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीकरण का उपयोग लिपिड, जलस्नेही यौगिकों और पानी में अघुलनशील पदार्थों सहित अनेक प्रकार की सामग्रियों का इमल्सीकरण करने के लिए किया जा सकता है। यह इसे एक बहुमुखी तकनीक बनाता है, जिसका उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।
  कम प्रसंस्करण समय: अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीकरण एक तेज़ प्रक्रिया है जिसे कुछ मिनटों में पूरा किया जा सकता है, जिससे यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त बनती है।

समग्र रूप से, अल्ट्रासोनिक नैनोइमल्सीकरण पारंपरिक इमल्सीकरण विधियों की तुलना में कई लाभ प्रदान करता है, जिससे यह विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक श्रेष्ठ तकनीक बनती है।
 

नैनोइमल्शनों का अल्ट्रासोनिक निर्माण

अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण उच्च शक्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों को किसी द्रव तंत्र में युग्मित करने से होता है। किसी द्रव का सोनिकेशन करने पर दो क्रियाविधियाँ सक्रिय होती हैं:

1. ध्वनिक क्षेत्र ऐसी तरंगें उत्पन्न करता है जो द्रव से होकर गुजरती हैं और सूक्ष्म विक्षोभ तथा अंतरापृष्ठीय गति उत्पन्न करती हैं। इससे सीमा प्रावस्था अस्थिर हो जाती है, जिससे परिक्षिप्त (आंतरिक) प्रावस्था अंततः टूटकर सतत (बाहरी) प्रावस्था में बूंदें बनाती है।
2. कम आवृत्ति वाले, उच्च शक्ति के अल्ट्रासोनिक्स के उपयोग से कैविटेशन उत्पन्न होता है (Kentish et al. 2008)। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन में अल्ट्रासाउंड तरंग के दाब चक्रों के कारण माध्यम में सूक्ष्म बुलबुले या रिक्तिकाएँ बनती हैं। ये सूक्ष्म बुलबुले / रिक्तिकाएँ कई तरंग चक्रों के दौरान बढ़ते हैं, जब तक कि वे तीव्रता से ढह नहीं जाते। बुलबुलों के इस अंतःस्फोट से स्थानीय स्तर पर अत्यंत तीव्र परिस्थितियाँ उत्पन्न होती हैं, जैसे बहुत अधिक अपरूपण, द्रव जेट और गर्म होने तथा ठंडा होने की अत्यधिक दरें। (Suslick 1999).

ये अत्यंत तीव्र बल परिक्षिप्त (आंतरिक) प्रावस्था की प्राथमिक बूंदों को तोड़कर नैनो आकार की बूंदों में बदल देते हैं और उन्हें सतत (बाहरी) प्रावस्था में एकसमान रूप से मिला देते हैं।
इमल्सीकरण पर अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के प्रभावों के बारे में यहाँ और पढ़ें!

औषधीय नैनोइमल्शन

अल्ट्रासोनिक्स द्वारा उत्पादित लिपिड मिनीइमल्शन का उपयोग औषधीय फ़ॉर्मूलेशनों में औषधीय कारकों के वाहक के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है। उदाहरण के लिए, मिनीइमल्शन पैरेंटेरल दवा वाहक या लक्षित ऊतकों तक दवा पहुँचाने वाले साधन के रूप में कार्य कर सकते हैं। संपुटित सक्रिय यौगिकों की उच्च जैवउपलब्धता के अलावा, मिनीइमल्शन के लाभों में उनकी उच्च जैवसंगतता, जैवअपघटनीयता, स्थिरता और बड़े पैमाने पर उत्पादन की सुगमता शामिल हैं। अपने संरचनात्मक गुणों के कारण, वे जलविरागी और एम्फिपैथिक दोनों प्रकार के अणुओं को समाहित कर सकते हैं। अल्ट्रासोनिक विधि से तैयार नैनोइमल्शन में टोकोफ़ेरॉल, विटामिन, कर्क्यूमिन और कई अन्य औषधीय पदार्थ समाहित किए गए हैं।
Hielscher की अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ दवा से युक्त नैनोइमल्शन तैयार करने के लिए विश्वसनीय इमल्सीकारक हैं। अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण के लिए, Hielscher इमल्सीकरण प्रक्रिया को अनुकूलित करने हेतु विभिन्न सहायक उपकरण प्रदान करता है। Hielscher का MultiPhaseCavitator अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेलों के लिए एक अनूठा अतिरिक्त उपकरण है, जिसमें दूसरे प्रावस्था को एक अत्यंत संकीर्ण धारा के रूप में सीधे इमल्सीकरण के अल्ट्रासोनिक हॉट स्पॉट क्षेत्र में अंतःक्षेपित किया जाता है।

खाद्य-ग्रेड नैनोइमल्शन

नैनोइमल्शन खाद्य उत्पादों के फ़ॉर्मूलेशन के लिए विभिन्न लाभ प्रदान करते हैं। नैनोइमल्शन गुरुत्वीय पृथक्करण, ऊर्णन और सहविलयन के प्रति अच्छी स्थिरता प्रदर्शित करते हैं तथा अपनी बूंदों के छोटे आकार और बड़े पृष्ठीय क्षेत्रफल के कारण कार्यात्मक अवयवों का नियंत्रित विमोचन और/या अवशोषण प्रदान करते हैं। इसके अतिरिक्त, वे सक्रिय यौगिकों की उच्च जैवउपलब्धता प्रदान करते हैं, जो पोषक तत्वों और सक्रिय पदार्थों को पहुँचाने के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, वे फ़ॉर्मूलेशन के लिए अच्छे गुण प्रदान करते हैं, क्योंकि वे पारदर्शी या देखने में पारभासी होते हैं और उनकी सबमाइक्रोन / नैनो आकार की बूंदें मुँह में चिकना और मलाईदार एहसास देती हैं। इसलिए, स्थिर नैनोइमल्शन का उत्पादन खाद्य उद्योग में सर्वव्यापी कार्य है, उदाहरण के लिए विटामिन या वसीय अम्लों से संवर्धित उत्पादों के फ़ॉर्मूलेशन हेतु (जैसे विटामिन C, विटामिन E, पौधों के बीजों या मछली के तेल से प्राप्त omega-3, omega-6, omega-9) या स्वादयुक्त उत्पादों के उत्पादन हेतु (जैसे सगंध तेलों के साथ)।

अल्ट्रासोनिक विधि से परिक्षेपित नैनोइमल्शन (पानी में लैवेंडर तेल का इमल्शन) की नैनो आकार की बूंदों का वितरण। इमल्शन तैयार करने के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोब UP400St का उपयोग किया गया।

प्रसाधन संबंधी नैनोइमल्शन

विशेष रूप से तेल में पानी (W/O) के नैनोइमल्शन जैवसक्रिय जलरागी पदार्थ को नैनो आकार की बूंदों में संपुटित करने के लिए विभिन्न लाभ प्रदान करते हैं (एकल या दोहरे इमल्शन में)।
अल्ट्रासोनिक्स द्वारा प्रसाधन संबंधी इमल्शन के पृष्ठसक्रियक-मुक्त फ़ॉर्मूलेशन के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहाँ क्लिक करें!

मिनीइमल्शन बहुलकीकरण

अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त मिनीइमल्शन बहुलकीकरण का उपयोग विभिन्न प्रक्रियाओं में किया जाता है – अकार्बनिक कणों के संपुटन से लेकर लेटेक्स कणों के संश्लेषण तक। बहुलकीकरण, संश्लेषण आदि रासायनिक अभिक्रियाओं में उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग सोनोकेमिस्ट्री कहलाता है।
इन विषयों के बारे में अधिक पढ़ने के लिए यहाँ क्लिक करें: सोनोकेमिस्ट्री, लेटेक्स का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण और अल्ट्रासोनिक अवक्षेपण!

इमल्शन स्थिरीकरण

हालाँकि बूंदों के नैनो आकार और वितरण के कारण कुछ नैनोइमल्शन किसी भी पृष्ठसक्रियक या इमल्सीकारक के उपयोग के बिना भंडारण के दौरान स्थिर रह सकते हैं, अन्य नैनोइमल्शन में दीर्घकालिक स्थिरता और इष्टतम उत्पाद गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए स्थिरीकारकों का उपयोग आवश्यक होता है। स्थिरीकरण या तो पृष्ठसक्रियक (टेंसिड) मिलाकर या स्थिरीकारक के रूप में कार्य करने वाले ठोस कण मिलाकर किया जा सकता है। ठोस कणों द्वारा स्थिर किए गए इमल्शन पिकरिंग इमल्शन कहलाते हैं। पिकरिंग इमल्शन में लैक्टोज़, एल्ब्यूमिन, लेसिथिन, काइटोसैन, साइक्लोडेक्स्ट्रिन, माल्टोडेक्स्ट्रिन, स्टार्च आदि का उपयोग कोलॉइडी स्थिरीकारकों के रूप में किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक विधि से उत्पन्न पिकरिंग इमल्शन के बारे में अधिक जानने के लिए यहाँ क्लिक करें!
अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण सभी प्रकार के इमल्शनों के लिए किया जा सकता है। किसी विशिष्ट इमल्शन के लिए स्थिरीकारक की आवश्यकता है या नहीं, इसका छोटे पैमाने पर आसानी से परीक्षण किया जा सकता है।
कृपया ध्यान दें कि बूंदों का आकार घटने के साथ आवश्यक सर्फैक्टेंट की मात्रा बढ़ती है, क्योंकि गोलों के लिए सतह क्षेत्रफल और आयतन का अनुपात (S/V) इस प्रकार दिया जाता है: S/V = 3/R। उदाहरण के लिए, किसी कण या बूंद का व्यास जितना छोटा होता है, उसके आयतन की तुलना में उसका सतह क्षेत्रफल उतना ही अधिक होता है।

अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण उपकरण

स्थिर सबमाइक्रोन और नैनोइमल्शनों के उत्पादन के लिए शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक उपकरणों की आवश्यकता होती है। Hielscher के अल्ट्रासोनिक इमल्सीकरण उपकरण तीव्र ध्वनिक क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए बहुत उच्च आयाम प्रदान करते हैं (औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटरों के लिए 200µm तक, अनुरोध पर इससे अधिक आयाम उपलब्ध हैं)।
हालांकि, स्थिर नैनोइमल्शनों के उत्पादन के लिए अक्सर केवल उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड उपकरण पर्याप्त नहीं होते। नैनो आकार की बूंदें प्राप्त करने और जलीय तथा तेल प्रावस्थाओं को एक-दूसरे में समांगी रूप से परिक्षेपित करने के लिए पर्याप्त अल्ट्रासोनिक शक्ति के साथ-साथ प्रक्रिया मापदंडों पर सटीक नियंत्रण और उन्नत सहायक उपकरणों (जैसे सोनोट्रोड, प्रवाह सेल रिएक्टर, शीतलन) की आवश्यकता होती है।
Hielscher MultiPhaseCavitator: बूंदों के आकार के अत्यंत संकीर्ण वितरण वाले श्रेष्ठ इमल्शन बनाने के लिए Hielscher ने एक अनूठा प्रवाह सेल इंसर्ट विकसित किया है – MultiPhaseCavitator। इस विशेष प्रवाह सेल ऐड-ऑन के साथ, इमल्शन की दूसरी प्रावस्था को 48 छोटी कैन्युलाओं के माध्यम से लगातार कैविटेशन क्षेत्र में प्रविष्ट कराया जाता है। यह तकनीक अत्यंत छोटी नैनो आकार की बूंदों और अत्यधिक स्थिर इमल्शनों का विश्वसनीय एवं प्रभावी उत्पादन संभव बनाती है।

Hielscher Ultrasonics सर्वोत्तम प्रसंस्करण परिणामों के लिए श्रेष्ठ अल्ट्रासोनिक प्रणालियों और सहायक उपकरणों की आपूर्ति में विशेषज्ञता रखता है। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण में हमारा दीर्घकालिक अनुभव और हमारे ग्राहकों के साथ हमारा घनिष्ठ सहयोग उत्पादन लाइनों में अल्ट्रासोनिक तकनीक का सफल कार्यान्वयन सुनिश्चित करते हैं।
प्रारंभिक परीक्षणों, प्रक्रिया विकास और प्रक्रिया अनुकूलन के लिए हम पूरी तरह सुसज्जित प्रक्रिया प्रयोगशाला और तकनीकी केंद्र उपलब्ध कराते हैं.
इसके अलावा, हम विस्तृत परामर्श, आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित अल्ट्रासोनिक प्रणालियों का विकास तथा स्थापना, प्रशिक्षण और रखरखाव के लिए व्यापक तकनीकी सेवा प्रदान करते हैं।