Ultrazvučna proizvodnja stabilnih nanoemulzija

• Nanoemulzije – također poznate kao miniemulzije ili submikronske emulzije – koriste se u širokom rasponu primjena u kemiji, bojama, premazima, kozmetici, farmaceutici i hrani.
• Ultrasonicators su poznati kao visoko učinkovita i pouzdana tehnika za proizvodnju dugotrajno stabilnih nanoemulzija.

Zašto ultrazvuk za nanoemulzifikaciju

Ultrazvučna nanoemulzifikacija je tehnika koja koristi ultrazvučne valove niske frekvencije i velike snage za stvaranje stabilnih i jednolikih emulzija sitnih kapljica, obično u rasponu od 10-200 nm. Ova tehnika ima nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne metode emulgiranja, što je čini superiornom u raznim primjenama. Neke od ovih prednosti su:

• Uniformna veličina čestica: Ultrazvučna nanoemulzifikacija proizvodi male i jednolike kapljice, koje nude bolju stabilnost i bioraspoloživost. Ove kapljice imaju visok omjer površine i volumena, što ih čini reaktivnijima i učinkovitijima u različitim primjenama.
• Visoka stabilnost: Ultrazvučne nanoemulzije imaju visoku kinetičku stabilnost zbog svoje male veličine i uniformnosti, što ih čini otpornim na koalescenciju, flokulaciju i sedimentaciju. Ova stabilnost ih čini idealnima za upotrebu u prehrambenoj, farmaceutskoj, kozmetičkoj i kemijskoj industriji.
• Smanjena potrošnja energije: Ultrazvučna nanoemulzifikacija zahtijeva niži unos energije od tradicionalnih metoda emulgiranja kao što su homogenizacija ili mikrofluidizacija, što je čini energetski učinkovitijom i ekonomičnijom.
• Svestranost: Ultrazvučna nanoemulgacija može se koristiti za emulgiranje širokog spektra materijala, uključujući lipide, hidrofilne spojeve i tvari netopljive u vodi. To ga čini svestranom tehnikom koja se može koristiti u raznim primjenama.
  Brzo vrijeme obrade: Ultrazvučna nanoemulzifikacija brz je proces koji se može dovršiti za nekoliko minuta, što ga čini prikladnim za proizvodnju velikih razmjera.

Sveukupno, ultrazvučna nanoemulzifikacija nudi nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne metode emulgiranja, što je čini superiornom tehnikom za različite primjene.
 

Ultrazvučno stvaranje nanoemulzija

Ultrazvučna emulgacija je uzrokovana spajanjem valova snažnog ultrazvuka u tekući sustav. Sonikacijom tekućine javljaju se dva mehanizma:

1. Akustično polje stvara valove koji putuju kroz tekućinu i uzrokuju mikroturbulencije i pomicanje na površini. Time granična faza postaje nestabilna, tako da disperzna (unutarnja) faza na kraju puca i stvara kapljice u kontinuiranoj (vanjskoj) fazi.
2. Primjena niskofrekventnog ultrazvuka velike snage stvara kavitaciju (Kentish i dr. 2008.). Ultrazvučnom kavitacijom stvaraju se mikromjehurići ili šupljine u mediju zbog ciklusa pritiska ultrazvučnog vala. Mikromjehurići/praznine rastu tijekom nekoliko valnih ciklusa dok se nasilno ne uruše. Ta implozija mjehurića uzrokuje lokalno ekstremne uvjete kao što su vrlo visoko smicanje, mlaz tekućine i ekstremne brzine zagrijavanja i hlađenja. (Suslick 1999.).

Ove ekstremne sile razbijaju primarne kapljice raspršene (unutarnje) faze do kapljica nano veličine i miješaju ih homogeno u kontinuiranu (vanjsku) fazu.
Ovdje pročitajte više o učincima ultrazvučne kavitacije na emulzifikaciju!

Farmaceutske nanoemulzije

Miniemulzije lipida – proizveden ultrazvukom – naširoko se primjenjuju kao nosači za farmakološka sredstva u farmaceutskim formulacijama. Na primjer, miniemulzije mogu djelovati kao parenteralni nosač lijeka ili uređaj za isporuku lijeka u ciljana tkiva. Osim visoke bioraspoloživosti inkapsuliranih aktivnih spojeva, prednosti miniemulzija leže u njihovoj visokoj biokompatibilnosti, biorazgradivosti, stabilnosti i jednostavnosti proizvodnje u velikim količinama. Zbog svojih strukturnih svojstava mogu sadržavati hidrofobne kao i amfipatske molekule. Ultrazvučno pripremljene nanoemulzije pune su tokoferola, vitamina, kurkurmina i mnogih drugih farmakoloških tvari.
Hielscherovi ultrazvučni sustavi pouzdani su emulgatori za pripremu nanoemulzija s lijekovima. Za ultrazvučno emulgiranje, Hielscher nudi razne dodatke za optimizaciju procesa emulgiranja. Hielschers MultiPhaseCavitator je jedinstveni dodatak za ultrazvučne protočne ćelije, gdje se druga faza ubrizgava kao vrlo uski mlaz izravno u ultrazvučnu zonu vruće točke emulgiranja.

Nanoemulzije za hranu

Nanoemulzije nude različite prednosti za formuliranje prehrambenih proizvoda. Nanoemulzije pokazuju dobru stabilnost na gravitacijsko odvajanje, flokulaciju, koalescenciju i nude kontrolirano otpuštanje i/ili apsorpciju funkcionalnih sastojaka zbog male veličine kapljica i velike površine. Osim toga, nude visoku bioraspoloživost aktivnih spojeva što je važno za isporuku hranjivih i aktivnih tvari. Nadalje, nude dobra svojstva formulacije jer su transparentni ili vizualno prozirni, a njihove kapljice submikronske/nano veličine daju gladak i kremast osjećaj u ustima. Stoga je proizvodnja stabilnih nanoemulzija sveprisutan zadatak za prehrambenu industriju, npr. za formuliranje proizvoda obogaćenih vitaminima ili masnim kiselinama (npr. vitamin C, vitamin E omega-3, omega-6, omega-9 dobiveni iz biljnog sjemena ili riblje ulje) ili za proizvodnju aromatiziranih proizvoda (npr. s eteričnim uljima).

Raspodjela kapljica nano veličine ultrazvučno raspršene nanoemulzije (emulzija ulja lavande u vodi). Pripremljena je emulzija ultrazvučnom sondom UP400St.

Kozmetičke nanoemulzije

Nanoemulzije tipa voda u ulju (W/O) posebno nude razne prednosti za kapsuliranje bioaktivne hidrofilne tvari u kapljice nanorazmjera (u jednostrukim ili dvostrukim emulzijama).
Kliknite ovdje da biste pročitali više o formulaciji kozmetičkih emulzija s ultrazvukom bez tenzida!

miniemulzijska polimerizacija

Ultrazvučno potpomognuta miniemulzijska polimerizacija primjenjuje se na različite procese – od inkapsulacije anorganskih čestica do sinteze čestica lateksa. Primjena snažnog ultrazvuka na kemijske reakcije kao što su polimerizacija, sinteza itd. poznata je kao sonokemija.
Kliknite ovdje da biste pročitali više o Sonokemija, ultrazvučna sinteza lateksa i ultrazvučno taloženje!

stabilizacija emulzije

Iako neke nanoemulzije mogu biti stabilne na polici bez upotrebe bilo kakvih surfaktanata ili emulgatora zbog veličine i raspodjele kapljica u nanorazmjerima, druge nanoemulzije zahtijevaju upotrebu stabilizatora kako bi se postigla dugoročna stabilnost i optimalna kvaliteta proizvoda. Stabilizacija se može postići dodavanjem površinski aktivnih tvari (tenzida) ili krutih čestica koje djeluju kao stabilizatori. Emulzije, koje su stabilizirane krutim česticama poznate su kao Pickering emulzije. Laktoza, albumin, lecitin, kitozan, ciklodekstrin, maltodekstrin, škrob itd. mogu se koristiti kao koloidni stabilizatori u Pickering emulzijama. Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučno generiranim Pickering emulzijama!
Ultrazvučna emulgacija se može izvesti za sve vrste emulzija. Ako je za određenu emulziju potreban stabilizator, može se lako testirati u malom mjerilu.
Imajte na umu da se količina potrebnog surfaktanta povećava sa smanjenjem veličine kapljice budući da je omjer površine i volumena (S/V) za kuglice dan kao: S/V = 3/R. Na primjer, što je manji promjer čestice ili kapljice, to ima veću površinu u odnosu na svoj volumen.

Ultrazvučna oprema za emulgiranje

Proizvodnja stabilnih submikronskih i nano-emulzija zahtijeva moćnu ultrazvučnu opremu. Hielscher ultrazvučna oprema za emulgiranje isporučuje vrlo visoke amplitude (do 200 µm za industrijske ultrazvučne uređaje, veće amplitude na zahtjev) za generiranje intenzivnog zvučnog polja.
Međutim, za proizvodnju stabilnih nanoemulzija, samo snažna ultrazvučna oprema često nije dovoljna. Osim dovoljne ultrazvučne snage, precizna kontrola parametara procesa i sofisticirani pribor (kao što su sonotrode, reaktori s protočnim ćelijama, hlađenje) potrebni su za dobivanje kapljica nano veličine i homogenu disperziju obje, vodene i uljne faze jedne u druge.
Hielscher višefazni kavitator: Kako bi proizveo vrhunske emulzije s vrlo uskom raspodjelom kapljica, Hielscher je razvio jedinstveni umetak protočne ćelije – MultiPhaseCavitator. S ovim posebnim dodatkom protočne ćelije, druga faza emulzije kontinuirano se ubrizgava preko 48 malih kanila u zonu kavitacije. Ova tehnologija omogućuje pouzdanu i učinkovitu proizvodnju vrlo malih kapljica nano veličine i vrlo stabilnih emulzija.

Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za isporuku vrhunskih ultrazvučnih sustava i pribora za optimalne rezultate obrade. Naše dugogodišnje iskustvo u ultrazvučnoj obradi i bliska suradnja s našim klijentima osiguravaju uspješnu implementaciju ultrazvuka u proizvodne linije.
Za početna ispitivanja, razvoj procesa i optimizaciju procesa, nudimo potpuno opremljen procesni laboratorij i tehnički centar.
Nadalje, nudimo dubinsko savjetovanje, razvoj prilagođenih ultrazvučnih sustava i temeljitu tehničku uslugu za instalaciju, obuku i održavanje.