超音波による安定なナノエマルションの製造

• ナノエマルジョン – ミニエマルション、サブミクロンエマルションとも呼ばれる。 – は化学、塗料、コーティング剤、化粧品、医薬品、食品など幅広い用途で使用されている。
• 超音波発生装置は、長期間安定したナノエマルションを製造するための高効率で信頼性の高い技術として知られている。

ナノ乳化に超音波を用いる理由

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10～200 nmの微小液滴の安定で均一な乳化液を作る技術である。この技術には、従来の乳化法と比較していくつかの利点があり、様々な用途において優れている。これらの利点のいくつかは以下の通りである：

• 均一な粒子径： 超音波ナノ乳化は小さく均一な液滴を生成し、より優れた安定性とバイオアベイラビリティを提供する。これらの液滴は体積に対する表面積の比率が高いため、反応性が高く、様々な用途に効果的である。
• 高い安定性： 超音波ナノエマルションは、その小さなサイズと均一性により高い運動安定性を有し、合体、凝集、沈降に対して耐性がある。この安定性により、食品、医薬品、化粧品、化学用途に最適です。
• エネルギー消費の削減： 超音波ナノ乳化は、ホモジナイゼーションやマイクロフルイダイゼーションのような従来の乳化法よりも低いエネルギー投入で済むため、エネルギー効率とコスト効率が高い。
• 汎用性がある： 超音波ナノ乳化は、脂質、親水性化合物、水不溶性物質など、さまざまな物質の乳化に使用できる。そのため、様々な用途に使用できる汎用性の高い技術である。
  処理時間が早い： 超音波ナノ乳化は数分で完了する高速プロセスであり、大量生産に適している。

全体として、超音波ナノ乳化は従来の乳化法に比べていくつかの利点があり、様々な用途に優れた技術となっている。
 

超音波によるナノエマルションの形成

超音波乳化は、パワー超音波の波動を液体系に結合させることによって起こる。液体を超音波処理することで、2つのメカニズムが発生する：

1. 音場は波動を発生させ、液体中を伝わり、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、分散相（内相）が最終的に破壊され、連続相（外相）中に液滴が形成されます。
2. 低周波、高出力の超音波を応用することで、キャビテーションを発生させる。 (Kentish et al. 2008).超音波キャビテーションでは、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空隙が形成される。マイクロバブル/空洞は、激しく崩壊するまで、数回の波動サイクルを経て成長する。この気泡の崩壊は、非常に高いせん断力、液体の噴流、極端な加熱・冷却速度など、局所的に極端な状態を引き起こす。 (Suslick 1999).

これらの極端な力は、分散相（内相）の一次液滴をナノサイズの液滴に破壊し、連続相（外相）に均質に混合する。
超音波キャビテーションが乳化に及ぼす影響については、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 – 超音波によって生成される – は、医薬製剤における薬理学的薬剤の担体として広く応用されている。例えば、ミニエマルションは非経口的な薬物キャリアとして、あるいは標的組織への薬物送達デバイスとして機能することができる。カプセル化された活性化合物の高い生物学的利用能に加えて、ミニエマルションの利点は、その高い生体適合性、生分解性、安定性、大量生産の容易さにある。その構造特性により、疎水性分子だけでなく両親媒性分子も取り込むことができる。超音波で調製されたナノエマルションは、トコフェロール、ビタミン、クルクルミン、その他多くの薬理学的物質を含有している。
Hielscher社の超音波システムは、薬剤を添加したナノエマルションを調製するための信頼性の高い乳化装置です。超音波乳化のために、Hielscher社は乳化プロセスを最適化する様々なアクセサリーを提供しています。Hielschers社のMultiPhaseCavitatorは超音波フローセル用のユニークなアドオンで、第二相を非常に狭い流路として直接超音波乳化のホットスポットゾーンに注入します。

食品グレードナノエマルジョン

ナノエマルションは、食品の製剤化に様々な利点をもたらします。ナノエマルションは、重力分離、凝集、合体に対して良好な安定性を示し、小さな液滴サイズと大きな表面積により、機能性成分の制御された放出および/または吸収を提供します。さらに、栄養素や活性物質の送達に重要な活性化合物の高い生物学的利用能を提供する。さらに、ナノ液滴は透明または半透明で、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もたらすため、良好な製剤特性を提供する。例えば、ビタミンや脂肪酸を強化した製品（例えば、植物種子や魚油由来のビタミンC、ビタミンE、オメガ3、オメガ6、オメガ9）の製剤化や、フレーバー製品（例えば、エッセンシャルオイル）の製造などである。

超音波分散ナノエマルション（ラベンダー油中水型エマルション）のナノサイズ液滴分布。エマルジョンの調製 超音波プローブUP400Stを使用。

化粧品ナノエマルジョン

特に油中水型（W/O）ナノエマルションは、生理活性親水性物質をナノスケールの液滴（シングルエマルションまたはダブルエマルション）にカプセル化する上で様々な利点をもたらす。
超音波を用いた界面活性剤フリーの化粧品用乳化剤の処方についての詳細はこちらをご覧ください！

ミニエマルジョン重合

超音波アシストミニ乳化重合を様々なプロセスに応用 – 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にパワー超音波を応用することは、ソノケミストリーと呼ばれている。
詳しくはこちらをクリック 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!

乳化安定化

ナノサイズの液滴サイズと分布により、界面活性剤や乳化剤を使用しなくても保存安定なナノエマルションもあるが、長期安定性と最適な製品品質を得るためには、安定化剤の使用が必要なナノエマルションもある。安定化は、界面活性剤（テンシド）または安定剤として働く固体粒子を添加することで達成できる。固体粒子によって安定化されたエマルションは、ピッカリングエマルションとして知られています。乳糖、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、デンプンなどがピッカリングエマルシ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について詳しくはこちらをご覧ください！
超音波乳化は、あらゆる種類のエマルションに対して行うことができる。特定のエマルションに安定化剤が必要な場合は、小規模で簡単にテストできます。
球体の表面積対体積比（S/V）は次式で与えられるため、必要な界面活性剤の量は液滴サイズが小さくなるほど増加することに留意されたい：S/V = 3/R。例えば、粒子や液滴の直径が小さいほど、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やナノのエマルションの製造には、強力な超音波装置が必要です。Hielscherの超音波乳化装置は、強力な音場を発生させるために、非常に高い振幅（工業用超音波発生装置では最大200μm、ご要望に応じてそれ以上の振幅）を提供します。
しかし、安定したナノエマルションの製造には、強力な超音波装置だけでは十分でないことが多い。ナノサイズの液滴と水相と油相の均質な分散を得るためには、十分な超音波出力に加えて、プロセスパラメーターの正確な制御や高度な付属品（ソノトロード、フローセル反応器、冷却など）が必要です。
Hielscher MultiPhaseCavitator： 液滴分布が非常に狭い優れたエマルションを製造するために、Hielscherは独自のフローセルインサートを開発しました。 – マルチフェーズキャビテーター（MultiPhaseCavitator）。この特別なフローセルを追加することで、エマルションの第二相は48本の小さなカニューレを通してキャビテーションゾーンに連続的に注入される。この技術により、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ションを、信頼性が高く効率的に製造することができる。

Hielscher Ultrasonicsは、最適な加工結果を得るための優れた超音波システムとアクセサリーの供給を専門としています。超音波加工における長年の経験とお客様との緊密な連携により、生産ラインへの超音波の導入を成功に導きます。
初期テスト、プロセス開発、プロセス最適化のために、当社は設備の整ったプロセスラボとテクニカルセンターを提供しています。.
さらに、綿密なコンサルティング、カスタマイズされた超音波システムの開発、設置、トレーニング、メンテナンスのための深い技術サービスを提供しています。