Emulsi Pickering dengan Ultrasonik Berdaya Tinggi
- Emulsi Pickering distabilkan oleh partikel padat.
- Emulsi Pickering unggul karena sifatnya yang “bebas pengemulsi” dan stabilitasnya yang lebih tinggi.
- Ultrasonik merupakan alat yang ideal untuk membuat emulsi Pickering dengan terlebih dahulu mendispersikan partikel penstabil ke dalam fase air, kemudian mengemulsikan fase minyak/air.
Emulsi Pickering
Emulsi Pickering distabilkan oleh partikel padat yang teradsorpsi, bukan oleh pengemulsi atau surfaktan. Dengan demikian, emulsi Pickering dapat dianggap “bebas pengemulsi” atau “bebas surfaktan” karena distabilkan oleh partikel padat. Jika minyak dan air dicampur dan tetesan minyak kecil terbentuk serta terdispersi di seluruh air, pada akhirnya tetesan tersebut akan bergabung untuk mengurangi jumlah energi dalam sistem. Namun, jika partikel padat ditambahkan ke dalam campuran, partikel tersebut akan berikatan pada permukaan antarmuka dan mencegah tetesan bergabung, sehingga emulsi menjadi lebih stabil.
Pembentukan tanpa pengemulsi sangat menarik untuk formulasi produk yang penggunaan surfaktannya menimbulkan efek negatif, misalnya produk farmasi dan kosmetik. Selain itu, emulsi Pickering menunjukkan stabilitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan emulsi yang distabilkan oleh pengemulsi konvensional. Lapisan partikel padat pada tetesan berfungsi sebagai penghalang kaku terhadap koalesensi. Artinya, bahkan emulsi yang sangat pekat pun dapat distabilkan secara efisien sebagai emulsi Pickering. Nanopartikel padat yang teradsorpsi pada antarmuka minyak–air sebagian terendam dalam medium air dan minyak, sehingga nanopartikel penstabil dapat memiliki sifat hidrofilik, hidrofobik, atau amfifilik. Bentuk dan ukuran partikel juga memengaruhi stabilitas emulsi.
Reaktor ultrasonik untuk emulsi
Gaya geser mekanis yang tinggi dari homogenisasi ultrasonik mengatasi penghalang energi di antara antarmuka fase. Selain itu, sonikasi memecah agregat dan aglomerat nanopartikel serta menghasilkan emulsi dengan tingkat polidispersitas yang tinggi.
Sonikasi digunakan untuk kedua tahap pembuatan emulsi Pickering:
- untuk mendispersikan partikel yang teradsorpsi ke dalam fase air
- untuk mengemulsikan campuran o/w
Emulsi Pickering dengan Silika
Pertama, serbuk silika pirogenik hidrofilik (seperti Aerosil® 200 atau Aerosil® 380) didispersikan sebagai aglomerat berukuran 100nm ke dalam air menggunakan perangkat ultrasonik.
Pada tahap kedua, emulsi o/w yang stabil dengan kandungan minyak 20 wt% dan diameter tetesan 2–10nm dibuat melalui sonikasi.
Untuk memperoleh emulsi butanol, etil asetat, butil laktat, dan dietil adipat yang stabil dan transparan dalam fase air, diperlukan silika sebanyak 6%. Untuk diisobutil adipat, diperlukan setidaknya 8% silika agar diperoleh emulsi yang stabil.
Semua emulsi yang dibuat terbukti stabil selama setidaknya 6 bulan.
Meskipun silika tanpa modifikasi maupun yang difungsionalisasi (SiO2) merupakan salah satu jenis partikel yang paling umum digunakan, partikel lain seperti
- Fe3O4,
- hidroksiapatit,
- polistirena monodispersi berupa partikel lateks,
- siklodekstrin dan maltodekstrin,
- tabung nano haloisit,
- hematit (α-Fe2O3) dalam bentuk mikropartikel,
- poli(metil metakrilat) (PMMA),
- partikel kompleks kitosan/gelatin-B yang tidak larut
di antara banyak partikel padat lainnya telah berhasil digunakan untuk membuat emulsi Pickering yang stabil.
Literatur / Referensi
- 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.
Fakta yang Perlu Diketahui
Emulsi Pickering minyak dalam air (o/w)
Emulsi Pickering minyak dalam air mengacu pada emulsi yang tetesan minyaknya terdispersi dalam air sebagai fase kontinu. Jenis emulsi Pickering ini umumnya distabilkan oleh nanopartikel yang sudut kontaknya kurang dari 90º. Emulsi Pickering o/w dapat distabilkan, misalnya dengan menggunakan silika pirogenik, nanopartikel Fe3O4 . Fase minyak pada emulsi Pickering tersebut dapat berupa, misalnya, dodekana, anhidrida suksinat oktadesenil (ODSA), toluena, dan butil butirat, masing-masing dalam air.
Emulsi Pickering air dalam minyak (w/o)
Emulsi Pickering air dalam minyak mengandung tetesan air sebagai fase terdispersi dan minyak sebagai fase kontinu. Nanopartikel dengan sudut kontak lebih besar dari 90º merupakan bahan penstabil terbaik untuk jenis emulsi ini. Emulsi Pickering o/w dapat distabilkan dengan menggunakan nanopartikel magnetik.
Emulsi Pickering kompleks
Emulsi Pickering ganda atau multipel (w/o/w atau o/w/o) merupakan sistem polidispersi kompleks yang tetesan kecilnya tersuspensi di dalam tetesan yang lebih besar, yang selanjutnya tersuspensi dalam fase kontinu. Untuk emulsi Pickering multipel, dilakukan proses emulsifikasi dua tahap: Untuk emulsi w/o/w, pada tahap emulsifikasi pertama, emulsi w/o distabilkan oleh nanopartikel hidrofobik; pada tahap emulsifikasi kedua, nanopartikel hidrofilik digunakan sebagai penstabil. Emulsi multipel dapat dibentuk sebagai air dalam minyak dalam air (w/o/w) atau minyak dalam air dalam minyak (o/w/o).
Emulsi w/o/w sering digunakan sebagai wahana / pembawa untuk berbagai senyawa aktif hidrofilik dan obat (misalnya vitamin, antioksidan, enzim, vaksin, hormon), yang kemudian dilepaskan secara perlahan. Karena beberapa zat aktif juga bermigrasi dari fase luar ke fase dalam emulsi multipel, emulsi w/o/w tersebut sangat sesuai untuk penghantaran zat aktif dengan pelepasan tertunda / pelepasan berkelanjutan.
Pembentukan Jembatan Antartetesan
Fenomena unik yang terjadi pada beberapa sistem emulsi Pickering adalah pembentukan jembatan antartetesan. Koloid yang menonjol dari permukaan tetesan dapat secara bersamaan teradsorpsi pada antarmuka lain, sehingga menjembatani dua tetesan. Jembatan tersebut terdiri atas lapisan tunggal partikel koloid dan tetesan hanya dipisahkan oleh lapisan tipis fase kontinu.