安定なナノエマルジョンの超音波製造

• ナノエマルジョン – ミニエマルジョンまたはサブミクロンエマルジョンとも呼ばれます – 化学、塗料、コーティング、化粧品、医薬品、食品など、幅広い分野で使用されています。
• 超音波処理器は、長期安定ナノエマルジョンの製造のための非常に効率的で信頼性の高い技術として知られています。

なぜ超音波がナノ乳化になのか

超音波ナノ乳化は、低周波、高出力の超音波を利用して、通常は10〜200nmの範囲の小さな液滴の安定した均一なエマルジョンを生成する技術です。この技術は、従来の乳化方法に比べていくつかの利点があり、さまざまな用途で優れています。これらの利点のいくつかは次のとおりです。

• 均一な粒子サイズ: 超音波ナノ乳化は、小さくて均一な液滴を生成し、それはより良い安定性およびバイオアベイラビリティを提供する。これらの液滴は表面積と体積の比率が高いため、さまざまなアプリケーションでより反応性が高く、効果的です。
• 高い安定性: 超音波ナノエマルジョンは、それらの小さいサイズおよび均一性のために高い運動学的安定性を有し、それはそれらを合体、凝集、および沈降に対して耐性にする。この安定性により、食品、医薬品、化粧品、化学用途での使用に最適です。
• エネルギー消費量の削減: 超音波ナノ乳化は、均質化やマイクロ流動化などの従来の乳化方法よりも少ないエネルギー入力を必要とするため、エネルギー効率が高く、費用対効果が高くなります。
• 万芸： 超音波ナノ乳化は、脂質、親水性化合物、および水不溶性物質を含む広範囲の材料を乳化するために使用することができる。これにより、さまざまなアプリケーションで使用できる汎用性の高い手法になります。
  高速処理時間: 超音波ナノ乳化は、数分で完了できる高速プロセスであり、大規模生産に適しています。

全体として、超音波ナノ乳化は、従来の乳化方法に比べていくつかの利点を提供し、さまざまなアプリケーションのための優れた技術となっています。
 

ナノエマルジョンの超音波形成

超音波乳化は、パワー超音波の波を液体システムに結合させることによって引き起こされます。液体を超音波処理することにより、2つのメカニズムが起こります。

1. 音場は、液体を伝搬する波を生成し、微小乱流と界面運動を引き起こします。これにより、境界相が不安定になり、分散(内部)相が最終的に連続(外部)相で壊れて液滴を形成します。
2. 低周波、高出力の超音波の適用によりキャビテーションが発生します (Kentish et al. 2008).超音波キャビテーションにより、超音波の圧力サイクルにより、媒体中にマイクロバブルまたはボイドが形成されます。マイクロバブル/ボイドは、激しく崩壊するまで、いくつかの波のサイクルにわたって成長します。この気泡の爆縮は、非常に高いせん断、液体ジェット、極端な加熱および冷却速度などの局所的な極端な条件を引き起こします。 (サスリック1999).

これらの極端な力は、分散(内部)相の一次液滴をナノサイズの液滴に分解し、それらを連続(外部)相に均一に混合します。
乳化に対する超音波キャビテーションの影響については、こちらをご覧ください!

医薬品ナノエマルジョン

脂質ミニエマルジョン – によって生成された Ultrasonics – は、医薬品製剤の薬理学的薬剤の担体として広く適用されています。例えば、ミニエマルジョンは、非経口薬物担体または標的組織への薬物送達装置として作用することができる。カプセル化された活性化合物の高いバイオアベイラビリティに加えて、ミニエマルジョンの利点は、それらの高い生体適合性、生分解性、安定性、および大規模生産の容易さにあります。それらの構造特性により、疎水性分子と両親媒性分子を組み込むことができます。超音波調製されたナノエマルジョンには、トコフェロール、ビタミン、クルクルミンおよび他の多くの薬理学的物質が充填されています。
ヒールシャーの超音波システムは、薬物性ナノエマルジョンの調製のための信頼性の高い乳化剤です。超音波乳化のために、ヒールシャーは乳化プロセスを最適化するための様々なアクセサリーを提供しています。ヒールシャースMultiPhaseキャビテーターは、第2段階が非常に狭いストリームとして直接乳化の超音波ホットスポットゾーンに注入される超音波フローセルのためのユニークなアドオンです。

食品グレードのナノエマルジョン

ナノエマルジョンは、食品の製剤化に種々の利益をもたらす。ナノエマルジョンは、重力分離、凝集、合体に対して良好な安定性を示し、それらの小さな液滴サイズおよび大きな表面積のために機能性成分の制御された放出および/または吸収を提供する。さらに、それらは栄養素と活性物質の送達に重要な活性化合物の高いバイオアベイラビリティを提供します。さらに、透明または視覚的に半透明であり、サブミクロン/ナノサイズの液滴が滑らかでクリーミーな口当たりを引き起こすため、優れた配合特性を提供します。それにより、安定なナノエマルジョンの製造は、例えばビタミンまたは脂肪酸強化製品(例えば、植物種子または魚油に由来するビタミンC、ビタミンEオメガ3、オメガ6、オメガ9)を製剤化したり、フレーバー製品(例えばエッセンシャルオイルを使用)を製造するために、食品業界にとって遍在する課題である。

超音波分散ナノエマルジョン(ラベンダー水中油型エマルジョン)のナノサイズ液滴分布。エマルジョンを調製しました 超音波プローブUP400St付き。

化粧品ナノエマルジョン

特に油中水型(W / O)ナノエマルジョンは、生理活性親水性物質をナノスケールの液滴(シングルエマルジョンまたはダブルエマルジョン)にカプセル化するためのさまざまな利点を提供します。
超音波を使用した化粧品エマルジョンの界面活性剤フリー処方の詳細については、ここをクリックしてください!

ミニ乳化重合

超音波支援ミニ乳化重合は、さまざまなプロセスに適用されます – 無機粒子のカプセル化からラテックス粒子の合成まで。重合、合成などの化学反応へのパワー超音波の適用は、ソノケミストリーとして知られています。
詳細については、ここをクリックしてください ソノケミストリー, ラテックスの超音波合成 そして 超音波沈殿!

エマルジョン安定化

一部のナノエマルジョンは、ナノスケールの液滴サイズおよび分布のために、界面活性剤または乳化剤を使用せずに常温保存可能であるが、他のナノエマルジョンは、長期安定性および最適な製品品質を得るために安定化剤の使用を必要とする。安定化は、界面活性剤(テンシッド)または安定剤として作用する固体粒子のいずれかを追加することで達成できます。固体粒子によって安定化されるエマルジョンは、ピッカリングエマルジョンとして知られています。ラクトース、アルブミン、レシチン、キトサン、シクロデキストリン、マルトデキストリン、デンプンなどは、ピッカリングエマルジョンのコロイド安定剤として使用できます。 超音波で生成されたピッカリングエマルジョンの詳細については、ここをクリックしてください!
超音波乳化は、すべてのタイプのエマルジョンに対して行うことができます。特定のエマルジョンに安定化剤が必要な場合、小規模で容易に試験できます。
球の表面積対体積比(S/V)はS/V = 3/Rで与えられるため、必要な界面活性剤の量は液滴サイズが減少するにつれて増加することに注意してください。たとえば、粒子や液滴の直径が小さいほど、その体積に対する表面積が大きくなります。

超音波乳化装置

安定したサブミクロンおよびナノエマルジョンの製造には、強力な超音波装置が必要です。ヒールシャー超音波乳化装置は、非常に高い振幅(工業用超音波装置の場合は最大200μm、要求に応じてより高い振幅)を提供して、強烈な音場を生成します。
しかしながら、安定なナノエマルジョンの製造のためには、パワー超音波装置だけではしばしば十分ではない。十分な超音波出力に加えて、プロセスパラメータの正確な制御、およびナノサイズの液滴および両者の均質な分散を得るためには、プロセスパラメータの正確な制御、および洗練された付属品(ソノトロード、フローセル反応器、冷却など)が必要である。
ヒールシャー多相キャビテーター: 非常に狭い液滴分布で優れたエマルジョンを生成するために、ヒールシャーは独自のフローセルインサートを開発しました – MultiPhaseキャビテーター。この特別なフローセルアドオンにより、エマルジョンの第2相が48個の小さなカニューレを介してキャビテーションゾーンに連続的に注入されます。この技術により、信頼性が高く効果的な、非常に小さなナノサイズの液滴と非常に安定したエマルジョンの製造が可能になります。

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