Stabil nanoemulziók ultrahangos előállítása
- Nanoemulziók – Más néven miniemulziók vagy szubmikron emulziók – széles körben használják a vegyiparban, festékekben, bevonatokban, kozmetikumokban, gyógyszerekben és élelmiszerekben.
- Az ultrahangos készülékek rendkívül hatékony és megbízható technikának számítanak a hosszú távú stabil nanoemulziók előállítására.
Miért ultrahang nanoemulgeáláshoz
Az ultrahangos nanoemulgeálás olyan technika, amely alacsony frekvenciájú, nagy teljesítményű ultrahanghullámokat alkalmaz, hogy stabil és egyenletes emulziókat hozzon létre apró cseppekből, jellemzően 10-200 nm tartományban. Ennek a technikának számos előnye van a hagyományos emulgeálási módszerekkel szemben, amelyek különböző alkalmazásokban kiválóak. Néhány ezek közül az előnyök közül:
- Egységes részecskeméret: Az ultrahangos nanoemulgeálás kis és egyenletes cseppeket eredményez, amelyek jobb stabilitást és biológiai hozzáférhetőséget kínálnak. Ezek a cseppek nagy felület/térfogat aránnyal rendelkeznek, így reaktívabbak és hatékonyabbak a különböző alkalmazásokban.
- Nagy stabilitás: Az ultrahangos nanoemulziók kis méretük és egyenletességük miatt magas kinetikai stabilitással rendelkeznek, ami ellenáll a koaleszcencia, flokkuláció és üledékképződés ellen. Ez a stabilitás ideálissá teszi őket élelmiszerekben, gyógyszerekben, kozmetikai és vegyipari alkalmazásokban való használatra.
- Csökkentett energiafogyasztás: Az ultrahangos nanoemulgeálás alacsonyabb energiabevitelt igényel, mint a hagyományos emulgeálási módszerek, például homogenizálás vagy mikrofluidizálás, így energiahatékonyabb és költséghatékonyabb.
- Sokoldalúság: Az ultrahangos nanoemulgeálás számos anyag emulgeálására használható, beleértve a lipideket, hidrofil vegyületeket és vízben oldhatatlan anyagokat. Ez sokoldalú technikává teszi, amely különböző alkalmazásokban használható.
Gyors feldolgozási idő: Az ultrahangos nanoemulgeálás egy gyors folyamat, amely percek alatt elvégezhető, így alkalmas nagyüzemi termelésre.
Összességében, ultrahangos nanoemulgeálás kínál számos előnye a hagyományos emulgeálási módszerek, így ez egy kiváló technika a különböző alkalmazások.
Tiszta nano-emulzió ultrahangos előkészítése Az UP400ST ultrahangos készülék használata.
Nanoemulziók ultrahangos képződése
Az ultrahangos emulgeálást az ultrahang hullámainak folyékony rendszerbe kapcsolása okozza. A folyadék szonikálásával két mechanizmus fordul elő:
- Az akusztikus mező hullámokat generál, amelyek áthaladnak a folyadékon, és mikroturbulenciákat és határfelületi mozgást okoznak. Ezáltal a határfázis instabillá válik, így a diszpergált (belső) fázis végül megszakad és cseppeket képez a folyamatos (külső) fázisban.
- Az alacsony frekvenciájú, nagy teljesítményű ultrahang alkalmazása kavitációt generál (Kentish és mtsai. 2008). Ultrahangos kavitációval mikrobuborékok vagy üregek képződnek a közegben az ultrahanghullám nyomásciklusai miatt. A mikrobuborékok / üregek több hullámcikluson keresztül nőnek, amíg hevesen össze nem omlanak. Ez a buborék implózió lokálisan szélsőséges körülményeket okoz, például nagyon magas nyírást, folyadéksugarakat, valamint szélsőséges fűtési és hűtési sebességet. (Suslick 1999).
Ezek a szélsőséges erők a diszpergált (belső) fázis elsődleges cseppjeit nanoméretű cseppekké bontják, és homogén módon keverik a folyamatos (külső) fázisba.
Itt olvashat többet az ultrahangos kavitáció emulgeálásra gyakorolt hatásairól!
Gyógyszerészeti nanoemulziók
Lipid miniemulziók – Által gyártott ultrahang – széles körben alkalmazzák gyógyszerkészítményekben farmakológiai hatóanyagok hordozójaként. Például a miniemulziók parenterális gyógyszerhordozóként vagy gyógyszerszállító eszközként működhetnek a szövetek megcélzására. A kapszulázott hatóanyagok magas biológiai hozzáférhetősége mellett a miniemulziók előnyei a magas biokompatibilitásban, biológiai lebonthatóságban, stabilitásban és a nagyüzemi gyártás egyszerűségében rejlenek. Szerkezeti tulajdonságaik miatt hidrofób és amfipatikus molekulákat is tartalmazhatnak. Az ultrahanggal előállított nanoemulziókat tokoferolokkal, vitaminokkal, kurkurminnal és sok más farmakológiai anyaggal töltötték be.
A Hielscher ultrahangos rendszerei megbízható emulgeálószerek a gyógyszerrel ellátott nanoemulziók előállításához. Az ultrahangos emulgeáláshoz a Hielscher különféle kiegészítőket kínál az emulgeáló folyamat optimalizálásához. A Hielschers MultiPhaseCavitator egyedülálló kiegészítő az ultrahangos áramlási cellákhoz, ahol a második fázist nagyon keskeny áramként injektálják közvetlenül az emulgeálás ultrahangos forró pont zónájába.
Ultrahangos UP400St fokozott biológiai hozzáférhetőségű gyógyszerészeti nanoszuszpenziók előállítására.
Élelmiszer-minőségű nanoemulziók
A nanoemulziók különféle előnyöket kínálnak az élelmiszeripari termékek formulázásához. A nanoemulziók jó stabilitást mutatnak a gravitációs elválasztással, flokkulációval, koaleszcenciával szemben, és kis cseppméretük és nagy felületük miatt a funkcionális összetevők szabályozott felszabadulását és / vagy felszívódását kínálják. Ezenkívül a hatóanyagok magas biológiai hozzáférhetőségét kínálják, ami fontos a tápanyagok és hatóanyagok szállításához. Ezenkívül jó összetételi tulajdonságokat kínálnak, mivel átlátszóak vagy vizuálisan áttetszőek, szubmikron / nano méretű cseppjeik sima és krémes szájérzetet okoznak. Ezáltal a stabil nanoemulziók előállítása mindenütt jelen lévő feladat az élelmiszeripar számára, pl. vitaminnal vagy zsírsavval dúsított termékek (pl. C-vitamin, E-vitamin, omega-3, omega-6, omega-9, növényi magvakból vagy halolajból származó omega-9) előállítása, vagy ízesített termékek előállítása (pl. illóolajokkal).
Ultrahanggal diszpergált nanoemulzió (levendulaolaj vízben emulzió) nanoméretű cseppeloszlása. Emulziót készítettünk az ultrahangos szondával UP400St.
Kozmetikai nanoemulziók
Különösen a víz az olajban (W/O) nanoemulziók kínálnak különféle előnyöket a bioaktív hidrofil anyagok nanoméretű cseppekbe történő kapszulázásához (egyszeres vagy kettős emulziókban).
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a kozmetikai emulziók felületaktív anyagmentes készítményéről ultrahanggal!
Miniemulziós polimerizáció
Az ultrahanggal segített miniemulziós polimerizációt különböző folyamatokra alkalmazzák – a szervetlen részecskék kapszulázásától a latex részecskék szintéziséig. A teljesítmény ultrahang alkalmazása kémiai reakciókra, például polimerizációra, szintézisre stb.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni Sonokémia, latex ultrahangos szintézise és ultrahangos csapadék!
emulzió stabilizálása
Bár egyes nanoemulziók felületaktív anyagok vagy emulgeálószerek használata nélkül is stabilak lehetnek a nanoméretű cseppek mérete és eloszlása miatt, más nanoemulziók stabilizáló szerek használatát igénylik a hosszú távú stabilitás és az optimális termékminőség elérése érdekében. A stabilizálás felületaktív anyagok (tenzidek) vagy szilárd részecskék hozzáadásával érhető el, amelyek stabilizátorként működnek. A szilárd részecskékkel stabilizált emulziókat Pickeringing emulzióknak nevezik. Laktóz, albumin, lecitin, kitozán, ciklodextrin, maltodextrin, keményítő stb. kolloid stabilizátorként használhatók a Pickering emulziókban. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahanggal generált Pickering emulziókról!
Az ultrahangos emulgeálás minden típusú emulzió esetében elvégezhető. Ha egy adott emulzióhoz stabilizáló szerre van szükség, könnyen tesztelhető kis léptékben.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy a szükséges felületaktív anyag mennyisége a cseppméret csökkenésével növekszik, mivel a gömbök felület-térfogat arányát (S/V) a következő képlet adja meg: S/V = 3/R. Például minél kisebb egy részecske vagy csepp átmérője, annál nagyobb a felülete a térfogatához képest.
Ultrahangos emulgeáló berendezések
A stabil szubmikron- és nanoemulziók előállításához erős ultrahangos berendezések szükségesek. A Hielscher ultrahangos emulgeáló berendezés nagyon nagy amplitúdókat biztosít (akár 200μm ipari ultrahangos készülékekhez, nagyobb amplitúdók kérésre), hogy intenzív akusztikus mezőt hozzon létre.
A stabil nanoemulziók előállításához azonban a teljesítmény ultrahang berendezés önmagában gyakran nem elegendő. A megfelelő ultrahangos teljesítmény mellett a folyamatparaméterek pontos szabályozása és kifinomult tartozékok (például sonotrodes, áramlási cellás reaktorok, hűtés) szükségesek a nanoméretű cseppek előállításához és mindkettő, a vizes és az olajfázis homogén diszperziójához egymásba.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Annak érdekében, hogy kiváló emulziókat állítson elő nagyon keskeny cseppeloszlással, a Hielscher kifejlesztett egy egyedülálló áramlási cella betétet – a MultiPhaseCavitator. Ezzel a speciális áramlási cella kiegészítővel az emulzió második fázisát folyamatosan 48 kis kanülön keresztül injektálják a kavitációs zónába. Ez a technológia lehetővé teszi a nagyon kis nanoméretű cseppek és a rendkívül stabil emulziók megbízható és hatékony előállítását.
A Hielscher Ultrasonics kiváló ultrahangos rendszerek és tartozékok szállítására specializálódott az optimális feldolgozási eredmények érdekében. Az ultrahangos feldolgozásban szerzett hosszú távú tapasztalatunk és ügyfeleinkkel való szoros együttműködésünk biztosítja az ultrahang sikeres bevezetését a gyártósorokba.
A kezdeti tesztekhez, folyamatfejlesztéshez és folyamatoptimalizáláshoz teljesen felszerelt folyamatlaboratóriumot és műszaki központot kínálunk.
Továbbá mélyreható tanácsadást, testreszabott ultrahangos rendszerek fejlesztését és mélyreható műszaki szolgáltatást kínálunk a telepítéshez, képzéshez és karbantartáshoz.
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó | 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Tények, amelyeket érdemes tudni
Emulziók, cseppméret és felületaktív anyagok
Az emulziókat két nem elegyedő folyadékként definiáljuk: Az egyik folyadék – az úgynevezett diszpergált vagy belső fázis – gömb alakú cseppekként diszpergálódik a másik folyadékban, amelyet folyamatos vagy külső fázisnak neveznek. Az emulzió kialakításához használt legjelentősebb folyadékok az olaj és a víz. Amikor az olajfázist víz / vizes fázisban diszpergáljuk, a rendszer olaj a vízben emulzió, míg amikor a víz / vizes fázis diszpergálódik az olajfázisban, akkor víz az olajban emulzió. Az emulziókat részecskeméretük és termodinamikai stabilitásuk makroemulzióként, mikroemulzióként és nanoemulzióként különböztetjük meg.
Nanoemulziók
A nanoemulziók nanoszemcsés diszperziók, amelyek nanoméretű cseppekből állnak. A teljesítmény ultrahang nagy nyíróerői megrepesztik a cseppeket, így szubmikron és nano átmérőre redukálódnak. Általában a kisebb cseppméretek nagyobb emulzióstabilitást eredményeznek. A nanoemulziók megkülönböztethetők O/W (olaj a vízben), W / O (víz az olajban) vagy többszörös / kettős emulziók, például W / O / W és O / W / O. A nanoemulzió átlátszó vagy akár áttetsző (a látható spektrumban) a konzisztenciától és a cseppmérettől függően. A nanoemulziókat általában 20 és 200 nm közötti cseppméret határozza meg. Csökkenő cseppmérettel az emulzió koaleszcenciára való hajlama csökken (csökkenő Ostwald-érés).
A nanoanyagokat és a nanoemulziókat a mikroemulzióktól eltérő fizikai tulajdonságok jellemzik. A nanoméretű részecskék vagy teljesen eltérő tulajdonságokat mutatnak, vagy tipikus tulajdonságaik nagyon szélsőséges formában fejeződnek ki. A nanoemulziók látható megjelenése eltér a mikron méretű emulziókétól, mivel a cseppek túl kicsik ahhoz, hogy zavarják a látható spektrum optikai hullámhosszát. Ezért a nanoemulziók nagyon kevés fényszórást mutatnak, átlátszónak vagy optikailag áttetszőnek tűnnek.
Az emulzió cseppméretét befolyásolja az olajfázis összetétele, mindkettő határfelületi tulajdonságai és viszkozitása, a folyamatos és diszpergált fázisok, a típusú emulgeálószer / felületaktív anyag, az emulgeálás során a nyírási sebesség, valamint az olajfázis vízben való oldhatósága.
A nanoemulziókat széles körben használják különböző alkalmazásokban, például gyógyszerszállításban, élelmiszerekben & italok, kozmetikumok, gyógyszerek és anyagtudomány & szintézis.
felületaktív anyagok
Az emulgeálószerek alapvető tényezők a stabil emulzió / nanoemulzió előállításához. Az emulgeálószerek olyan felületaktív szerek, amelyek védőréteget képeznek a cseppek körül, és csökkentik a határfelületi feszültséget, ezáltal megakadályozzák az Ostwald érését, összeolvadását és krémezését.
A felületaktív anyagok típusai:
- Kis molekulájú felületaktív anyagok: A nem ionos emulgeálószerek, mint például a Tween és a Span alacsony toxicitást és irritációt mutatnak szájon át, parenterálisan és bőrön át történő beadáskor, ezért előnyben részesítik őket az ionos emulgeálószerekkel szemben. A Tween és a Span az emulziós készítmények előnyben részesített stabilizátorai az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban és a kozmetikai iparban.
Tizenévesek: A Tween 20/60/80 poliszorbát 20/60/80 néven ismert (PEG-20 dehidratált szorbierit monolaurát, PEG-20 dehidratált szorbierit monosztearát, polioxietilén-szorbitan-monooleát). Ezek nem ionos felületaktív anyagok / szorbitból származó emulgeálószerek. Könnyen feloldódnak vízben, etanolban, metanolban vagy etil-acetátban, de csak kis mértékben ásványolajban.
Ível: A Span20/40/60/80 szorbitan-zsírsavészterek / szorbitán-észterek, amelyek nem ionos felületaktív anyagok, emulgeáló, diszpergáló és nedvesítő tulajdonságokkal. A span felületaktív anyagokat a szorbit dehidratálásával állítják elő. - Foszfolipidek: tojássárgája, szója vagy tejlecitin
- Amfifil fehérjék: Tejsavófehérje-izolátum, kazeinát
- Amfifil poliszacharidok: gumiarábikum, módosított keményítők
Irodalom / Hivatkozások
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.