Pickering emulzije s Power Ultrasonics
- Pickering emulzije su stabilizirane krutim česticama.
- Pickering emulsions convince by their “emulsifier-free” character and their enhanced stability.
- Ultrasonic je savršen alat za stvaranje Pickering emulzija prvo raspršivanjem stabilizirajućih čestica u vodenu fazu, a zatim za emulgiranje faze ulje/voda.
Emulzije za skupljanje
Pickering emulsions are stabilized by adsorbed solid particles instead of an emulsifier or surfactant. Thereby, Pickering emulsions can be considered as “emulsifier-free” ili “bez tenzida” budući da su stabilizirane čvrstim česticama. Ako se ulje i voda pomiješaju i male kapljice ulja se formiraju i rasprše po vodi, na kraju će se kapljice spojiti i smanjiti količinu energije u sustavu. Međutim, ako se u smjesu dodaju krute čestice, one će se vezati za površinu sučelja i spriječiti spajanje kapljica, čime će emulzija biti stabilnija.
Formiranje bez emulgatora posebno je zanimljivo za formulaciju proizvoda kod kojih uporaba surfaktanata ima negativne učinke, npr. za farmaceutske i kozmetičke proizvode. Nadalje, Pickering emulzije pokazuju povećanu stabilnost u usporedbi s emulzijama koje su stabilizirane konvencionalnim emulgatorima. Obloga od kapljica čvrstih čestica djeluje kao čvrsta barijera protiv spajanja. To znači da se čak i visoko koncentrirane emulzije mogu učinkovito stabilizirati kao Pickering emulzije. Čvrste nanočestice, koje su adsorbirane između sučelja ulje-voda, djelomično su uronjene u vodu i uljni medij, tako da stabilizirajuće nanočestice mogu imati hidrofilna, hidrofobna ili amfifilna svojstva. Oblik i veličina čestica također utječu na stabilnost emulzije.
Ultrazvučni reaktor za emulzije
Visoke mehaničke sile smicanja ultrazvučne homogenizacije prevladavaju energetsku barijeru između faznih sučelja. Nadalje, sonikacija razbija nakupine i aglomerate nanočestica i stvara visoko polidisperznu emulziju.
Sonikacija se koristi za oba koraka pripreme emulzije za skupljanje:
- za dispergiranje adsorbiranih čestica u vodenu fazu
- za emulgiranje smjese u/v
Pickering emulzija sa silicijevim dioksidom
Isprva su hidrofilni prahovi silicijevog dioksida (kao što je Aerosil® 200 ili Aerosil® 380) raspršeni kao aglomerati od 100 nm u vodu pomoću ultrazvučnog uređaja.
U drugom koraku, sonikacijom su pripremljene stabilne u/v emulzije s 20 mas.% ulja i veličinom kapljica promjera 2-10 nm.
Za dobivanje stabilnih, prozirnih emulzija butanola, etil acetata, butil laktata i dietil adipata u vodenoj fazi bilo je potrebno 6% silicija. Za diizobutil adipat potrebno je najmanje 8% silicija da se dobije stabilna emulzija.
Sve pripremljene emulzije pokazale su se stabilnima najmanje 6 mjeseci.
Iako goli kao i funkcionalizirani silicij (SiO2) je jedna od najčešće korištenih čestica, druge čestice kao što su
- fe3O4,
- hidroksiapatit,
- monodisperzni polistiren čestice lateksa,
- ciklodekstrin i maltodekstrin,
- halojzitne nanocijevi,
- hematit (α-Fe2O3) mikročestice,
- poli(metil metakrilat) (PMMA),
- netopljive čestice kompleksa kitozan/želatina-B
među mnogim drugim čvrstim česticama uspješno se koristi za stvaranje stabilnih Pickering emulzija.
Literatura / Reference
- Xu, Yayuan; Song, Jiangfeng; Dai, Zhuqing; Niu, Liying; Dajing, Li; Wu, Caie (2022): Study on physicochemical characteristics of lutein nanoemulsions stabilized by chickpea protein isolate-stevioside complex. Journal of the Science of Food and Agriculture 102; 2022. 1872-1882.
- Xiao-Yan Wang and Marie-Claude Heuzey (2016): Chitosan-Based Conventional and Pickering Emulsions with Long-Term Stability. Langmuir 32, 4; 2016. 929–936.
- Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
Činjenice koje vrijedi znati
Ulje u vodi (o/w) Pickering emulzije
Pickeringova emulzija ulje u vodi odnosi se na emulziju u kojoj su kapljice ulja raspršene u vodi kao kontinuiranoj fazi. Ova vrsta Pickering emulzija općenito je stabilizirana nano česticama čiji je kontaktni kut manji od 90º. o/w Pickering emulzije mogu se stabilizirati npr. upotrebom uparenog silicija, Fe3O4 nano čestice. Uljna faza tih Pickeringovih emulzija može se sastojati od npr. dodekana, oktadecenil sukcinskog anhidrida (ODSA), toluena i butil butirata u vodi.
Voda u ulju (w/o) Pickering emulzije
Pickering emulzije vode u ulju sadrže kapljice vode kao dispergirane faze i ulja kao kontinuirane faze. Nano čestice s kontaktnim kutom većim od 90º najbolji su stabilizatori za ove vrste emulzija. o/w Pickering emulzije mogu se stabilizirati upotrebom magnetskih nano čestica.
Kompleksne Pickering emulzije
Dvostruke ili višestruke Pickering emulzije (w/u/w ili o/w/o) složeni su polidisperzni sustavi gdje su sitne kapljice suspendirane unutar većih kapljica koje su nadalje suspendirane u kontinuiranoj fazi. Za višestruke Pickering emulzije provodi se postupak emulgiranja u dva koraka: Za emulziju v/u/v, u prvom koraku emulgiranja, emulzija v/u se stabilizira hidrofobnim nanočesticama; u drugom koraku emulgiranja, hidrofilne nanočestice se koriste kao stabilizator. Višestruke emulzije mogu se formirati kao voda u ulju u vodi (w/u/w) ili ulje u vodi u ulju (u/w/o).
v/u/v emulzije se često koriste kao vehikulumi/nosači za razne hidrofilne aktivne spojeve i lijekove (npr. vitamine, antioksidanse, enzime, cjepiva, hormone), koji se zatim polagano oslobađaju. Budući da neke aktivne tvari također migriraju iz vanjske u unutarnju fazu višestruke emulzije, takve v/u/v emulzije savršeno funkcioniraju za usporeno/produženo otpuštanje aktivnih tvari.
Premošćivanje kapljica
Jedinstveni fenomen koji se javlja u nekim Pickering emulzijskim sustavima je premošćivanje kapljica. Koloidi koji strše s površine kapljice mogu se istovremeno adsorbirati na drugom sučelju, premošćujući dvije kapljice. Mostovi se sastoje od monoslojeva koloidnih čestica, a kapljice su odvojene samo tankim filmom kontinuirane faze.