Pickering delle emulsioni con gli ultrasuoni di potenza
- Le emulsioni Pickering sono stabilizzate da particelle solide.
- Le emulsioni Pickering convincono per il loro carattere "senza emulsionanti" e per la loro maggiore stabilità.
- Gli ultrasuoni sono lo strumento perfetto per creare emulsioni Pickering, disperdendo in primo luogo le particelle stabilizzanti nella fase acquosa e, in secondo luogo, emulsionando la fase olio/acqua.
Emulsioni Pickering
Le emulsioni Pickering sono stabilizzate da particelle solide adsorbite invece che da emulsionanti o tensioattivi. Pertanto, le emulsioni Pickering possono essere considerate "prive di emulsionanti" o "prive di tensioattivi". “senza tensioattivi” poiché sono stabilizzati da particelle solide. Se si mescolano olio e acqua e si formano piccole goccioline di olio che si disperdono nell'acqua, alla fine le goccioline si coalizzano e diminuiscono la quantità di energia nel sistema. Tuttavia, se alla miscela vengono aggiunte particelle solide, queste si legano alla superficie dell'interfaccia e impediscono alle goccioline di coalescere, rendendo l'emulsione più stabile.
La formazione senza emulsionanti è particolarmente interessante per la formulazione di prodotti per i quali l'uso di tensioattivi ha effetti negativi, ad esempio per i prodotti farmaceutici e cosmetici. Inoltre, le emulsioni Pickering mostrano una maggiore stabilità rispetto alle emulsioni stabilizzate da emulsionanti convenzionali. Il rivestimento delle gocce delle particelle solide funziona come una barriera rigida contro la coalescenza. Ciò significa che anche le emulsioni altamente concentrate possono essere stabilizzate efficacemente come emulsioni Pickering. Le nanoparticelle solide, che vengono adsorbite tra l'interfaccia olio-acqua, sono parzialmente immerse nell'acqua e nell'olio, per cui le nanoparticelle stabilizzanti possono avere proprietà idrofile, idrofobe o anfifiliche. Anche la forma e la dimensione delle particelle influiscono sulla stabilità dell'emulsione.
Reattore a ultrasuoni per emulsioni
Le elevate forze di taglio meccanico dell'omogeneizzazione a ultrasuoni superano la barriera energetica tra le interfacce di fase. 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 di preparazione di un'emulsione pickering:
- per disperdere le particelle adsorbite nella fase acquosa
- per emulsionare la miscela o/w
Emulsione Pickering con silice
In un primo momento, le polveri di silice fumata idrofila (come Aerosil® 200 o Aerosil® 380) sono state disperse in acqua come agglomerati di 100 nm utilizzando un dispositivo a ultrasuoni.
Nella seconda fase, sono state preparate per sonicazione emulsioni o/w stabili con il 20 wt% di olio e gocce di 2-10 nm di diametro.
Per ottenere emulsioni stabili e trasparenti di butanolo, acetato di etile, lattato di butile e dietil adipato in fase acquosa è stato necessario il 6% di silice. Per il diisobutil adipato è necessario almeno l'8% di silice per ottenere un'emulsione stabile.
Tutte le emulsioni preparate hanno dimostrato di essere stabili per almeno 6 mesi.
Mentre la silice nuda e quella funzionalizzata (SiO2) è una delle particelle più comunemente utilizzate; altre particelle, come ad esempio
- fe3O4,
- idrossiapatite,
- polistirene monodisperso particelle di lattice,
- ciclodestrina e maltodestrina,
- nanotubi di aloysite,
- ematite (α-Fe2O3) microparticelle,
- poli(metacrilato di metile) (PMMA),
- particelle insolubili del complesso 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.
Particolarità / Cose da sapere
Emulsioni olio in acqua (o/w) Pickering
L'emulsione Pickering olio-in-acqua si riferisce a un'emulsione in cui le goccioline di olio sono disperse in acqua come fase continua. Questo tipo di emulsioni Pickering è generalmente stabilizzato da nano particelle il cui angolo di contatto è inferiore a 90º. Le emulsioni Pickering o/w possono essere stabilizzate, ad esempio, con l'uso di silice fumata, Fe3O4 nano particelle. La fase oleosa di queste emulsioni Pickering può essere costituita, ad esempio, da dodecano, anidride succinica ottadecenilica (ODSA), toluene e butilbutirrato in acqua.
Emulsioni acqua-in-olio (w/o) Pickering
Le emulsioni acqua-olio Pickering contengono goccioline di acqua come fase dispersa e olio come fase continua. Le nano particelle con angolo di contatto superiore a 90º sono i migliori agenti stabilizzanti per questo tipo di emulsioni. Le emulsioni Pickering o/w possono essere stabilizzate con l'uso di nano particelle magnetiche.
Emulsioni complesse Pickering
Le emulsioni Pickering doppie o multiple (w/o/w o o/w/o) sono sistemi polidispersi complessi in cui minuscole goccioline sono sospese all'interno di goccioline più grandi che sono inoltre sospese in una fase continua. Per le emulsioni multiple Pickering esegue un processo di emulsionamento in due fasi: Per un'emulsione p/p, nella prima fase di emulsione, l'emulsione p/p è stabilizzata da nanoparticelle idrofobe; nella seconda fase di emulsione, le nanoparticelle idrofile sono utilizzate come stabilizzatore. Le emulsioni multiple possono essere formate come acqua-in-olio-in-acqua (w/o/w) o olio-in-acqua-in-olio (o/w/o).
Le emulsioni p/p sono spesso 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 c/w funzionano perfettamente per il rilascio ritardato/rilascio prolungato delle sostanze attive.
Bridging delle gocce
Un fenomeno unico che si verifica in alcuni sistemi di emulsione Pickering è il bridging delle gocce. I colloidi che sporgono dalla superficie di una goccia possono contemporaneamente adsorbire a un'altra interfaccia, creando un ponte tra due goccioline. I ponti sono costituiti da monostrati di particelle colloidali e le gocce sono separate solo da un sottile film di fase continua.
