Pickering-emulziók nagy teljesítményű ultrahanggal

• A Pickering-emulziókat szilárd részecskék stabilizálják.
• A Pickering-emulziók „emulgeálószer-mentes” jellegükkel és fokozott stabilitásukkal győznek meg.
• Az ultrahang tökéletes eszköz Pickering-emulziók létrehozására: először a stabilizáló részecskéket diszpergálja a vizes fázisban, majd emulgeálja az olaj/víz fázist.

Pickering-emulziók

A Pickering-emulziókat emulgeálószer vagy felületaktív anyag helyett adszorbeált szilárd részecskék stabilizálják. Ezért a Pickering-emulziók „emulgeálószer-mentesnek” vagy „felületaktívanyag-mentesnek” tekinthetők, mivel szilárd részecskék stabilizálják őket. Ha olajat és vizet keverünk össze, és kis olajcseppek képződnek, amelyek eloszlanak a vízben, a cseppek idővel összeolvadnak, hogy csökkenjen a rendszer energiatartalma. Ha azonban szilárd részecskéket adunk a keverékhez, azok a fázishatár felületéhez kötődnek, és megakadályozzák a cseppek összeolvadását, így stabilabbá teszik az emulziót.
Az emulgeálószer nélküli képződés különösen érdekes olyan termékek formulálásakor, amelyeknél a felületaktív anyagok használata kedvezőtlen hatásokkal jár, például gyógyszerészeti és kozmetikai termékek esetében. Ezenfelül a Pickering-emulziók fokozott stabilitást mutatnak a hagyományos emulgeálószerekkel stabilizált emulziókhoz képest. A cseppeket borító szilárd részecskeréteg merev gátként akadályozza az összeolvadást. Ez azt jelenti, hogy még a nagy koncentrációjú emulziók is hatékonyan stabilizálhatók Pickering-emulzióként. Az olaj–víz határfelületen adszorbeált szilárd nanorészecskék részben a vizes, részben az olajos közegbe merülnek, így a stabilizáló nanorészecskék hidrofil, hidrofób vagy amfifil tulajdonságúak lehetnek. A részecskék alakja és mérete szintén befolyásolja az emulzió stabilitását.

Az ultrahangos homogenizálás nagy mechanikai nyíróerői leküzdik a fázishatárfelületek közötti energiagátat. Ezenfelül az ultrahangos kezelés szétbontja a nanorészecskék aggregátumait és agglomerátumait, és erősen polidiszperz emulziót hoz létre.

Az ultrahangos kezelést a Pickering-emulzió előállításának mindkét lépésében alkalmazzák:

1. az adszorbeált részecskék vizes fázisban történő diszpergálására
2. az o/w keverék emulgeálására

Pickering-emulzió szilícium-dioxiddal

Először hidrofil pirogén szilícium-dioxid-porokat (például Aerosil® 200 vagy Aerosil® 380) diszpergáltak vízben 100nm méretű agglomerátumokként, ultrahangos készülék segítségével.
A második lépésben ultrahangos kezeléssel stabil, 20 wt% olajat tartalmazó, 2–10nm cseppátmérőjű o/w emulziókat állítottak elő.
A butanol, az etil-acetát, a butil-laktát és a dietil-adipát vizes fázisban képzett stabil, átlátszó emulzióihoz 6% szilícium-dioxidra volt szükség. A diizobutil-adipát esetében legalább 8% szilícium-dioxid szükséges a stabil emulzió előállításához.
Valamennyi előállított emulzió legalább 6 hónapig stabilnak bizonyult.
 

Bár mind a kezeletlen, mind a funkcionalizált szilícium-dioxid (SiO₂) a leggyakrabban használt részecskék egyike, más részecskék, például

• Fe₃O₄,
• hidroxiapatit,
• monodiszperz polisztirol latexrészecskék,
• ciklodextrin és maltodextrin,
• halloysit nanocsövek,
• hematit (α-Fe₂O₃) mikrorészecskék,
• poli(metil-metakrilát) (PMMA),
• oldhatatlan kitozán/zselatin-B komplex részecskék

számos további szilárd részecskével együtt szintén sikerrel szolgáltak stabil Pickering-emulziók létrehozására.

Szakirodalom / Hivatkozások

• 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.