パワー超音波によるエマルションのピッカリング
- ピッカリングエマルションは固体粒子によって安定化されている。
- ピッカリングエマルションは、「乳化剤を使わない」という特徴と、その安定性の高さが特徴だ。
- 超音波は、第一に安定化粒子を水相に分散させ、第二に油/水相を乳化させることで、ピッカリングエマルションを作るのに最適のツールである。
ピッカリング乳剤
ピッカリングエマルションは、乳化剤や界面活性剤の代わりに吸着された固体粒子によって安定化される。そのため、ピッカリングエマルションは「乳化剤を含まない」、あるいは “界面活性剤フリー” 油滴は固体粒子によって安定化されるからである。油と水を混合し、小さな油滴を形成して水中に分散させた場合、最終的には液滴は合体して系内のエネルギー量を減少させる。しかし、混合物に固体粒子を加えると、界面表面に結合し、液滴の合体を防ぐため、エマルションはより安定する。
乳化剤を使用しないエマルション形成は、界面活性剤の使用が悪影響を及ぼす製品、例えば医薬品や化粧品などの製剤化に特に興味深い。さらに、ピッカリングエマルションは、従来の乳化剤で安定化されたエマルションと比較して、安定性が向上している。固体粒子の液滴コーティングは、合体に対する強固なバリアとして機能します。このことは、高濃度のエマルションであっても、ピッカリングエマルションとして効率的に安定化できることを意味する。油水界面の間に吸着される固体ナノ粒子は、一部が水と油の媒体に浸されているため、安定化ナノ粒子は親水性、疎水性、両親媒性の性質を持つことができる。粒子の形状や粒径もエマルションの安定性に影響する。
超音波ホモジナイゼーションの高い機械的せん断力は、相界面間のエネルギー障壁を克服する。さらに、超音波処理によってナノ粒子の凝集体や凝集塊が破壊され、高度に多分散したエマルションが形成される。
ソニケーションは、ピッカリング乳液の調製の両工程で使用される:
- 吸着した粒子を水相に分散させる。
- O/W混合物を乳化する
シリカ入りピッカリング乳剤
まず、親水性フュームドシリカ粉末(Aerosil® 200またはAerosil® 380など)を、超音波装置を用いて100nmの凝集体として水に分散させた。
第二段階では、超音波処理により、油分20wt%、液滴径2-10nmの安定なO/Wエマルションを調製した。
ブタノール、酢酸エチル、乳酸ブチル、アジピン酸ジエチルの水相で安定した透明なエマルションを得るには、6%のシリカが必要であった。アジピン酸ジイソブチルでは、安定したエマルションを得るために少なくとも8%のシリカが必要である。
調製された乳剤はすべて、少なくとも6ヶ月は安定であることが示された。
ベアおよび官能基化シリカ(SiO2)は最もよく使われるパーティクルの一つである。
- フェ3O4,
- ヒドロキシアパタイト,
- 単分散ポリスチレン ラテックス粒子,
- シクロデキストリンとマルトデキストリン、
- ハロイサイトナノチューブ、
- ヘマタイト(α-Fe2O3)の微粒子である、
- ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、
- 不溶性キトサン/ゼラチン-B複合体粒子
他の多くの固体粒子の中でも、安定したピッカリングエマルションを作るのに成功したものがある。
文献・参考文献
- 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.
知っておくべき事実
水中油型(o/w)ピッカリングエマルション
水中油型ピッカリングエマルションとは、連続相である水中に油滴が分散しているエマルションを指す。このタイプのピッカリングエマルションは、一般的に接触角が90°未満のナノ粒子によって安定化される。3O4 ナノ粒子。これらのピッカリングエマルションの油相は、例えばドデカン、オクタデセニルコハク酸無水物(ODSA)、トルエン、酪酸ブチルの水溶液からなる。
油中水型(w/o)ピッカリングエマルション
油中水型ピッカリングエマルションは、分散相として水滴を含み、連続相として油を含む。接触角が90ºを超えるナノ粒子は、この種のエマルションに最適な安定化剤です。O/Wピッカリングエマルションは、磁性ナノ粒子を使用することで安定化できます。
複雑なピッカリング乳剤
ダブルまたはマルチプルピッカリングエマルション(w/o/wまたはo/w/o)は、連続相に懸濁した大きな液滴の中に小さな液滴が懸濁している複雑な多分散系である。マルチプルピッカリングエマルションでは、2段階の乳化プロセスが行われる:w/o/wエマルションの場合、最初の乳化ステップでは、w/oエマルションが疎水性ナノ粒子によって安定化され、2番目の乳化ステップでは、親水性ナノ粒子が安定剤として使用される。複数のエマルションは、水中油中水型(w/o/w)または油中水中油型(o/w/o)として形成することができる。
w/o/w型エマルションは、様々な親水性活性化合物や薬剤(例えば、ビタミン、抗酸化剤、酵素、ワクチン、ホルモン)のビヒクル/キャリアとして頻繁に使用され、それらは徐放される。一部の活性物質は多重エマルションの外相から内相へも移行するため、このようなw/o/wエマルションは活性物質の遅延放出/徐放送達に完璧に機能する。
液滴ブリッジング
ピッカリング乳化系で起こるユニークな現象は、液滴の橋渡しである。液滴表面から突出したコロイドは、同時に別の界面に吸着し、2つの液滴を橋渡しすることができる。ブリッジはコロイド粒子の単分子膜からなり、液滴は連続相の薄膜によってのみ分離される。