Emulsioni Pickering con ultrasuoni di potenza
- Le emulsioni Pickering sono stabilizzate da particelle solide.
- Le emulsioni Pickering si distinguono per il loro carattere “privo di emulsionanti” e per la loro maggiore stabilità.
- Gli ultrasuoni sono lo strumento ideale per creare emulsioni Pickering, disperdendo dapprima le particelle stabilizzanti nella fase acquosa e successivamente emulsionando la fase olio/acqua.
Emulsioni Pickering
Le emulsioni Pickering sono stabilizzate da particelle solide adsorbite anziché da un emulsionante o un tensioattivo. Pertanto, le emulsioni Pickering possono essere considerate “prive di emulsionanti” o “prive di tensioattivi”, poiché sono stabilizzate da particelle solide. Se olio e acqua vengono miscelati e si formano piccole goccioline di olio disperse nell’acqua, queste finiranno per coalescere per diminuire la quantità di energia nel sistema. Tuttavia, se alla miscela vengono aggiunte particelle solide, queste si legheranno alla superficie dell’interfaccia e impediranno la coalescenza delle goccioline, rendendo così l’emulsione più stabile.
La formazione senza emulsionante è particolarmente interessante per la formulazione di prodotti nei quali l’uso di tensioattivi ha effetti negativi, ad esempio prodotti farmaceutici e cosmetici. Inoltre, le emulsioni Pickering mostrano una maggiore stabilità rispetto alle emulsioni stabilizzate da emulsionanti convenzionali. Il rivestimento delle goccioline costituito da particelle solide funge da barriera rigida contro la coalescenza. Ciò significa che anche emulsioni altamente concentrate possono essere stabilizzate efficacemente come emulsioni Pickering. Le nanoparticelle solide, adsorbite all’interfaccia olio–acqua, sono parzialmente immerse nel mezzo acquoso e in quello oleoso, per cui le nanoparticelle stabilizzanti possono avere proprietà idrofile, idrofobe o anfifile. Anche la forma e le dimensioni delle particelle influiscono sulla stabilità dell’emulsione.
Reattore a ultrasuoni per emulsioni
Le elevate forze meccaniche di taglio dell’omogeneizzazione a ultrasuoni superano la barriera energetica tra le interfacce delle fasi. Inoltre, la sonicazione rompe gli aggregati e gli agglomerati di nanoparticelle e crea un’emulsione altamente polidispersa.
La sonicazione viene utilizzata per entrambe le fasi della preparazione di un’emulsione Pickering:
- per disperdere le particelle adsorbite nella fase acquosa
- per emulsionare la miscela o/w
Emulsione Pickering con silice
Dapprima, polveri di silice pirogenica idrofila (come Aerosil® 200 o Aerosil® 380) sono state disperse in acqua sotto forma di agglomerati di 100nm mediante un dispositivo a ultrasuoni.
Nella seconda fase, mediante sonicazione sono state preparate emulsioni o/w stabili con un contenuto di olio del 20 wt% e goccioline di diametro pari a 2–10nm.
Per ottenere emulsioni stabili e trasparenti di butanolo, acetato di etile, lattato di butile e adipato di dietile nella fase acquosa, è stato necessario il 6% di silice. Per l’adipato di diisobutile è necessario almeno l’8% di silice per ottenere un’emulsione stabile.
Tutte le emulsioni preparate si sono dimostrate stabili per almeno 6 mesi.
Sebbene la silice sia non funzionalizzata sia funzionalizzata (SiO2) sia uno dei materiali particellari più comunemente utilizzati, altre particelle, quali
- Fe3O4,
- idrossiapatite,
- particelle monodisperse di polistirene in lattice,
- ciclodestrina e maltodestrina,
- nanotubi di halloysite,
- microparticelle di ematite (α-Fe2O3),
- poli(metilmetacrilato) (PMMA),
- particelle insolubili di complessi chitosano/gelatina-B
tra molte altre particelle solide, sono state utilizzate con successo per creare emulsioni Pickering stabili.
Letteratura / Riferimenti
- 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.
Informazioni utili
Emulsioni Pickering olio in acqua (o/w)
Un’emulsione Pickering olio in acqua è un’emulsione in cui le goccioline di olio sono disperse in acqua, che costituisce la fase continua. Questo tipo di emulsione Pickering è generalmente stabilizzato da nanoparticelle il cui angolo di contatto è inferiore a 90º. Le emulsioni Pickering o/w possono essere stabilizzate, ad esempio, mediante l’uso di silice pirogenica e nanoparticelle di Fe3O4 . La fase oleosa di queste emulsioni Pickering può essere costituita, ad esempio, rispettivamente da dodecano, anidride ottadecenilsuccinica (ODSA), toluene e butirrato di butile in acqua.
Emulsioni Pickering acqua in olio (w/o)
Le emulsioni Pickering acqua in olio contengono goccioline di acqua come fase dispersa e olio come fase continua. Le nanoparticelle con un angolo di contatto superiore a 90º sono i migliori agenti stabilizzanti per questi tipi di emulsioni. Le emulsioni Pickering o/w possono essere stabilizzate mediante l’uso di nanoparticelle magnetiche.
Emulsioni Pickering complesse
Le emulsioni Pickering doppie o multiple (w/o/w oppure o/w/o) sono sistemi polidispersi complessi in cui minuscole goccioline sono sospese all’interno di goccioline più grandi, a loro volta sospese in una fase continua. Per le emulsioni Pickering multiple si esegue un processo di emulsionamento in due fasi: per un’emulsione w/o/w, nella prima fase di emulsionamento l’emulsione w/o viene stabilizzata da nanoparticelle idrofobe; nella seconda fase di emulsionamento si utilizzano nanoparticelle idrofile come stabilizzante. Le emulsioni multiple possono essere formate come acqua in olio in acqua (w/o/w) oppure olio in acqua in olio (o/w/o).
Le emulsioni w/o/w sono frequentemente utilizzate come veicoli / vettori per vari composti attivi idrofili e farmaci (ad esempio vitamine, antiossidanti, enzimi, vaccini, ormoni), che vengono poi rilasciati lentamente. Poiché alcune sostanze attive migrano anche dalla fase esterna a quella interna di un’emulsione multipla, tali emulsioni w/o/w funzionano perfettamente per la somministrazione delle sostanze attive a rilascio ritardato / prolungato.
Formazione di ponti tra goccioline
Un fenomeno peculiare che si verifica in alcuni sistemi di emulsioni Pickering è la formazione di ponti tra goccioline. I colloidi che sporgono dalla superficie di una gocciolina possono adsorbirsi contemporaneamente a un’altra interfaccia, formando un ponte tra due goccioline. I ponti sono costituiti da monostrati di particelle colloidali e le goccioline sono separate soltanto da un sottile film della fase continua.