Pickeringove emulzije s ultrazvukom velike snage

• Pickeringove emulzije stabilizirane su čvrstim česticama.
• Pickeringove emulzije ističu se svojim svojstvom „bez emulgatora” i povećanom stabilnošću.
• Ultrazvuk je savršen alat za stvaranje Pickeringovih emulzija tako da se najprije stabilizirajuće čestice dispergiraju u vodenoj fazi, a zatim se emulgira faza ulja/vode.

Pickeringove emulzije

Pickeringove emulzije stabilizirane su adsorbiranim čvrstim česticama umjesto emulgatorom ili površinski aktivnom tvari. Stoga se Pickeringove emulzije mogu smatrati emulzijama „bez emulgatora” ili „bez površinski aktivnih tvari” jer su stabilizirane čvrstim česticama. Ako se ulje i voda pomiješaju te nastanu male kapljice ulja koje se dispergiraju u vodi, kapljice će se s vremenom spojiti kako bi se smanjila količina energije u sustavu. Međutim, ako se smjesi dodaju čvrste čestice, one će se vezati na međufaznu površinu i spriječiti spajanje kapljica, čime emulzija postaje stabilnija.
Nastajanje bez emulgatora posebno je zanimljivo za formuliranje proizvoda kod kojih upotreba površinski aktivnih tvari ima negativne učinke, npr. farmaceutskih i kozmetičkih proizvoda. Nadalje, Pickeringove emulzije pokazuju povećanu stabilnost u usporedbi s emulzijama koje su stabilizirane konvencionalnim emulgatorima. Sloj čvrstih čestica na kapljicama djeluje kao kruta barijera protiv koalescencije. To znači da se čak i visokokoncentrirane emulzije mogu učinkovito stabilizirati kao Pickeringove emulzije. Čvrste nanočestice, koje su adsorbirane na međufaznoj površini ulje–voda, djelomično su uronjene u vodeni i uljni medij, pa stabilizirajuće nanočestice mogu imati hidrofilna, hidrofobna ili amfifilna svojstva. Oblik i veličina čestica također utječu na stabilnost emulzije.

Velike mehaničke smične sile ultrazvučne homogenizacije svladavaju energetsku barijeru između međufaznih površina. Nadalje, sonikacija razbija agregate i aglomerate nanočestica te stvara izrazito polidisperznu emulziju.

Sonikacija se upotrebljava u oba koraka pripreme Pickeringove emulzije:

1. za dispergiranje adsorbiranih čestica u vodenoj fazi
2. za emulgiranje smjese o/w

Pickeringova emulzija sa silicijevim dioksidom

Najprije su hidrofilni prašci pirogenog silicijeva dioksida (kao što su Aerosil® 200 ili Aerosil® 380) dispergirani u vodi u obliku aglomerata veličine 100nm pomoću ultrazvučnog uređaja.
U drugom su koraku sonikacijom pripremljene stabilne emulzije o/w s 20 wt% ulja i promjerom kapljica od 2–10nm.
Za dobivanje stabilnih, prozirnih emulzija butanola, etil-acetata, butil-laktata i dietil-adipata u vodenoj fazi bilo je potrebno 6% silicijeva dioksida. Za diizobutil-adipat potrebno je najmanje 8% silicijeva dioksida kako bi se dobila stabilna emulzija.
Sve pripremljene emulzije pokazale su se stabilnima tijekom najmanje 6 mjeseci.
 

Dok je nemodificirani, kao i funkcionalizirani silicijev dioksid (SiO₂) jedna od najčešće upotrebljavanih vrsta čestica, druge čestice poput

• Fe₃O₄,
• hidroksiapatita,
• monodisperznih polistirenskih čestica lateksa,
• ciklodekstrina i maltodekstrina,
• nanocjevčica haloizita,
• mikročestica hematita (α-Fe₂O₃),
• poli(metil-metakrilata) (PMMA),
• netopljivih čestica kompleksa kitozana/želatine B

među mnogim drugim čvrstim česticama uspješno su upotrijebljene za stvaranje stabilnih Pickeringovih 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.