Ultraschallproduktioun vu stabile Nanoemulsiounen
- Nanoemulsiounen – och bekannt als Miniemulsiounen oder Submikronemulsiounen – ginn an enger breet Palette vun Uwendungen an der Chimie, Faarwen, Beschichtungen, Kosmetik, Pharmazeutik a Liewensmëttel benotzt.
- Ultraschaller si bekannt als eng héich effizient an zouverlässeg Technik fir d'Produktioun vu laangfristeg stabile Nanoemulsiounen.
Firwat Ultraschall fir Nanoemulsifikatioun
Ultraschall Nanoemulsifikatioun ass eng Technik déi Low-Frequenz, High-Power Ultraschallwellen benotzt fir stabil an eenheetlech Emulsiounen vu klenge Tropfen ze kreéieren, typesch am Beräich vun 10-200 nm. Dës Technik huet verschidde Virdeeler iwwer traditionell Emulgéierungsmethoden, déi et a verschiddenen Uwendungen superieur maachen. E puer vun dëse Virdeeler sinn:
- Uniform Partikelgréisst: Ultraschall Nanoemulsifikatioun produzéiert kleng an eenheetlech Drëpsen, déi besser Stabilitéit a Bioverfügbarkeet ubidden. Dës Drëpsen hunn eng héich Fläch zu Volumen Verhältnis, mécht se méi reaktiv an effektiv an verschiddenen Uwendungen.
- Héich Stabilitéit: Ultraschall Nanoemulsiounen hunn eng héich kinetesch Stabilitéit wéinst hirer klenger Gréisst an der Uniformitéit, wat se resistent géint Koaleszenz, Flokulatioun a Sedimentatioun mécht. Dës Stabilitéit mécht se ideal fir Benotzung a Liewensmëttel, Medikamenter, kosmetesch a chemesch Uwendungen.
- Reduzéiert Energieverbrauch: Ultraschall Nanoemulsifikatioun erfuerdert manner Energieinput wéi traditionell Emulgéierungsmethoden wéi Homogeniséierung oder Mikrofluidiséierung, wat et méi energieeffizient a kosteneffizient mécht.
- Villsäitegkeet: Ultraschall Nanoemulsifikatioun kann benotzt ginn fir eng breet Palette vu Materialien ze emulgéieren, dorënner Lipiden, hydrophile Verbindungen a Waasser-onlöslech Substanzen. Dëst mécht et eng villsäiteg Technik déi a verschiddenen Uwendungen benotzt ka ginn.
Schnell Veraarbechtungszäit: Ultraschall Nanoemulsifikatioun ass e schnelle Prozess deen a Minutten ofgeschloss ka ginn, sou datt et gëeegent ass fir grouss Produktioun.
Insgesamt bitt d'Ultraschall Nanoemulsifikatioun verschidde Virdeeler iwwer traditionell Emulgéierungsmethoden, wat et zu enger superieure Technik fir verschidden Uwendungen mécht.
Ultrasonic Virbereedung vun enger kloerer Nano-Emulsioun benotzt den UP400ST Ultraschall.
Ultraschallbildung vun Nanoemulsiounen
Ultrasonic Emulsifikatioun gëtt verursaacht duerch d'Kupplung vun de Wellen vum Kraaft-Ultraschall an e Flëssegkeetssystem. Duerch d'Sonicatioun vun enger Flëssegkeet entstinn zwee Mechanismen:
- D'akustesch Feld generéiert Wellen déi duerch d'Flëssegkeet reesen a Mikroturbulenzen an eng Interfacebewegung verursaachen. Doduerch gëtt d'Grenzphase onbestänneg, sou datt déi verspreet (intern) Phase schlussendlech brécht an an der kontinuéierlecher (extern) Phase Drëpsen formt.
- D'Applikatioun vu Low-Frequenz, High Power Ultrasonics generéiert Kavitatioun (Kentish et al. 2008). Duerch Ultraschallkavitatioun ginn Mikrobubbles oder Void am Medium geformt wéinst den Drockzyklen vun der Ultraschallwelle. D'Mikrobubbles / Voids wuessen iwwer e puer Wellenzyklen bis se gewalteg zesummebriechen. Dës Bubble-Implosioun verursaacht lokal extrem Bedéngungen wéi ganz héich Schéier, Flëssegjets, an extremen Heiz- a Ofkillraten. (Suslick 1999).
Dës extrem Kräfte briechen primär Drëpsen vun verspreeter (intern) Phase erof op Nanosize Drëpsen a vermëschen se homogen an déi kontinuéierlech (extern) Phase.
Liest hei méi iwwer d'Effekter vun der Ultraschallkavitatioun op Emulsifikatioun!
Pharmazeutesch Nanoemulsiounen
Lipid Miniemulsiounen – produzéiert duerch Ultraschall – gi wäit als Träger fir pharmakologesch Agenten an pharmazeuteschen Formuléierungen applizéiert. Zum Beispill kënnen Miniemulsiounen als parenteral Medikamentdréier oder Medikamentliwwerungsapparat fir Zilgewebe handelen. Nieft der héijer Bioverfügbarkeet vun den encapsuléierten aktive Verbindungen, leien d'Virdeeler vun Miniemulsiounen an hirer héijer Biokompatibilitéit, Biologescher Ofbaubarkeet, Stabilitéit an der Liichtegkeet vun der grousser Produktioun. Duerch hir strukturell Eegeschafte kënne si hydrophobesch wéi och amphipathesch Moleküle integréieren. Ultraschall preparéiert Nanoemulsiounen goufen mat Tocopherolen, Vitaminnen, Curcurmin a vill aner pharmakologesch Substanzen gelueden.
Hielscher's Ultraschallsystemer sinn zouverléisseg Emulgatoren fir d'Virbereedung vun Drogen-loded Nanoemulsiounen. Fir d'Ultraschall-Emulsifikatioun bitt Hielscher verschidde Accessoiren fir den Emulgéierungsprozess ze optimiséieren. Hielschers MultiPhaseCavitator ass en eenzegaartegen Add-on fir Ultraschallflosszellen, wou déi zweet Phase als ganz schmuele Stroum direkt an d'Ultraschall Hotspot Zone vun der Emulsifikatioun injizéiert gëtt.
Ultrasonicator UP400St fir d'Formuléierung vun pharmazeuteschen Nanosuspensioune mat verstäerkter Bioverfügbarkeet.
Liewensmëttel-Grad Nanoemulsiounen
Nanoemulsiounen bidden verschidde Virdeeler fir d'Formuléierung vu Liewensmëttelprodukter. Nanoemulsiounen weisen eng gutt Stabilitéit zu Gravitatiouns-Trennung, Flokulatioun, Koaleszenz, a bidden kontrolléiert Verëffentlechung an / oder Absorptioun vu funktionnelle Zutaten wéinst hirer klenger Tropfgréisst a grousser Uewerfläch. Zousätzlech bidden se eng héich Bioverfügbarkeet vun aktive Verbindungen, wat wichteg ass fir d'Liwwerung vun Nährstoffer an aktive Substanzen. Ausserdeem bidden se gutt Formuléierungseigenschaften well se transparent oder visuell transluzent sinn an hir submikron- / Nano-Gréisst Drëpsen e glat a cremegt Mondgefill verursaachen. Dofir ass d'Produktioun vu stabile Nano-Emulsiounen eng omnipräsent Aufgab fir d'Liewensmëttelindustrie, zB d'Formuléierung vu Vitamin- oder Fettsäurebefestegte Produkter (zB Vitamin C, Vitamin E Omega-3, Omega-6, Omega-9 ofgeleet vu Planzensom oder Fësch Ueleg) oder fir aromatiséiert Produkter ze produzéieren (zB mat äthereschen Ueleger).
Nanosized Tropfen Verdeelung vun enger ultraschall dispergéiert Nanoemulsioun (Lavendel Ueleg-an-Waasser Emulsioun). Emulsioun gouf virbereet mat der Ultraschallsonde UP400St.
Kosmetesch Nanoemulsiounen
Besonnesch Waasser-an-Ueleg (W/O) Nanoemulsiounen bidden verschidde Virdeeler fir d'Verkapselung vu bioaktiven hydrophilen Substanz an Nanoskala Drëpsen (an eenzegen oder duebele Emulsiounen).
Klickt hei fir méi iwwer d'Surfactant-gratis Formuléierung vu kosmeteschen Emulsiounen mat Ultraschall ze liesen!
Miniemulsion Polymeriséierung
Ultraschall assistéiert Miniemulsiounspolymeriséierung gëtt op verschidde Prozesser applizéiert – vun der Verkapselung vun anorganesche Partikelen bis zur Synthese vun Latexpartikelen. D'Uwendung vu Kraaft-Ultraschall op chemesch Reaktiounen wéi Polymeriséierung, Synthese etc. sinn als Sonochemie bekannt.
Klickt hei fir méi iwwer ze liesen Sonochemie, Ultraschall Synthese vu Latex an Ultraschall Nidderschlag!
Emulsioun Stabiliséierung
Och wann e puer Nanoemulsiounen Regalstabil kënne sinn ouni d'Benotzung vun Surfaktanten oder Emulgatoren wéinst der nanoskaléierter Tropfgréisst a Verdeelung, erfuerderen aner Nanoemulsiounen d'Benotzung vu Stabiliséierungsmëttel fir laangfristeg Stabilitéit an optimal Produktqualitéit ze kréien. Stabiliséierung kann erreecht ginn andeems entweder Surfaktanten (Tensiden) oder zolidd Partikel bäigefüügt ginn, déi als Stabilisatoren handelen. Emulsiounen, déi duerch zolidd Partikel stabiliséiert ginn, ginn als Pickering Emulsiounen bekannt. Laktose, Albumin, Lecithin, Chitosan, Cyclodextrin, Maltodextrin, Stärke etc. Klickt hei fir méi iwwer ultraschall generéiert Pickering Emulsiounen ze léieren!
Ultrasonic Emulsifikatioun kann fir all Zorte vun Emulsiounen gemaach ginn. Wann e Stabiliséierungsmëttel fir eng spezifesch Emulsioun erfuerderlech ass, kann et einfach a klenge Skala getest ginn.
Notéiert w.e.g. datt d'Quantitéit vum erfuerderlechen Surfaktant mat enger erofgaangend Tropfengréisst eropgeet, well d'Uewerflächefläch-zu-Volumenverhältnis (S/V) fir Kugel gëtt duerch: S/V = 3/R. Zum Beispill, wat den Duerchmiesser vun engem Partikel oder Drëps méi kleng ass, dest méi Uewerfläch ass et par rapport zu sengem Volume.
Ultrasonic Emulsifikatioun Ausrüstung
D'Produktioun vu stabile Submikron- an Nano-Emulsiounen erfuerdert mächteg Ultraschallausrüstung. Hielscher Ultraschall-Emulgéierungsausrüstung liwwert ganz héich Amplituden (bis zu 200µm fir industriell Ultraschaller, méi héich Amplituden op Ufro) fir en intensivt akustesch Feld ze generéieren.
Wéi och ëmmer, fir d'Produktioun vu stabile Nanoemulsiounen, ass Power Ultraschall Ausrüstung eleng dacks net genuch. Nieft genuch Ultraschallkraaft, präzis Kontroll vun de Prozessparameter, a raffinéiert Accessoiren (wéi Sonotroden, Flowzellreaktoren, Ofkillung) sinn néideg fir Nano-Gréisst Drëpsen an eng homogen Dispersioun vu béiden, der Waasser- an Uelegphase aneneen ze kréien.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Fir superior Emulsiounen mat enger ganz schmueler Drëpsverdeelung ze produzéieren, huet den Hielscher en eenzegaartege Flowzell-Insert entwéckelt. – de MultiPhaseCavitator. Mat dësem spezielle Flowzell-Add-on gëtt déi zweet Phas vun der Emulsioun kontinuéierlech iwwer 48 kleng Kanülen an d'Kavitatiounszone injizéiert. Dës Technologie erlaabt déi zouverlässeg an efficace Produktioun ganz kleng Nano-Gréisst Tropfen an héich stabil Emulsiounen.
Hielscher Ultrasonics ass spezialiséiert fir super Ultraschallsystemer an Accessoiren ze liwweren fir optimal Veraarbechtungsresultater. Eis laangfristeg Erfahrung an der Ultraschallveraarbechtung an eis enk Zesummenaarbecht mat eise Clienten garantéiert déi erfollegräich Implementatioun vun Ultraschall an d'Produktiounslinnen.
Fir initial Tester, Prozessentwécklung a Prozessoptimiséierung bidden mir e voll ausgestattene Prozesslabo an techneschen Zentrum.
Ausserdeem bidde mir eng detailléiert Berodung, d'Entwécklung vu personaliséierten Ultraschallsystemer an déif techneschen Service fir Installatioun, Training an Ënnerhalt.
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | na | VialTweeter | 1 bis 500 ml | 10 bis 200 ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Fakten Worth Wëssen
Emulsiounen, Droplet Gréisst, an Surfactants
Emulsiounen ginn definéiert als zwee onmëschbar Flëssegkeeten: Ee vun de Flëssegkeeten – déi sougenannte verspreet oder intern Phase – gëtt als kugelfërmeg Drëpsen an der anerer Flëssegkeet verspreet, bekannt als kontinuéierlech oder extern Phase. Déi prominentst Flëssegkeete fir eng Emulsioun ze bilden sinn Ueleg a Waasser. Wann d'Uelegphase an der Waasser-/wässerlecher Phase verspreet ass, ass de System eng Ueleg-an-Waasser-Emulsioun, wärend wann d'Waasser-/wässerlech Phase an der Uelegphase verspreet ass, ass et eng Waasser-an-Ueleg-Emulsioun. Emulsiounen ënnerscheede sech respektiv hir Partikelgréisst an thermodynamesch Stabilitéit als Makroemulsiounen, Mikroemulsiounen, respektiv Nanoemulsiounen.
Nanoemulsiounen
Nanoemulsiounen sinn Nanopartikel Dispersiounen, déi aus Nano-Gréisst Drëpsen besteet. Déi héich Schéierkraaft vum Kraaft-Ultraschall briechen d'Drëpsen sou datt se op Submikron- an Nano-Duerchmiesser reduzéiert ginn. Allgemeng féieren méi kleng Drëpsgréissten zu enger méi grousser Emulsiounsstabilitéit. Nanoemulsiounen kënnen als O/W (Ueleg-am-Waasser), W/O (Waasser-an-Ueleg) oder als Multiple/Double Emulsiounen wéi W/O/W an O/W/O ënnerscheet ginn. Nanoemulsioun sinn transparent oder souguer transluzent (am sichtbare Spektrum) ofhängeg vun der Konsistenz an der Drëpsgréisst. Nanoemulsiounen ginn allgemeng duerch eng Drëpsgréisst tëscht 20 an 200nm definéiert. Mat enger Ofsenkung vun der Drëpsgréisst geet d'Emulsiounspropensitéit fir d'Koaleszenz erof (d'Ostwald Reifung erof).
Nanomaterialien an Nanoemulsiounen si charakteriséiert duerch physikalesch Eegeschaften déi sech vu Mikroemulsiounen ënnerscheeden. Nano-Gréisst Partikel weisen entweder ganz aner Eegeschaften oder hir typesch Eegeschafte ginn an enger ganz extremer Form ausgedréckt. D'siichtbar Erscheinung vun Nanoemulsiounen hunn en anert Erscheinungsbild wéi Mikrongréisst Emulsiounen, well d'Drëpsen ze kleng sinn fir d'optesch Wellelängte vum sichtbare Spektrum ze stéieren. Dofir weisen Nanoemulsiounen ganz wéineg Liichtstreet a schéngen transparent oder optesch transluzent.
D'Drëpsgréisst vun enger Emulsioun gëtt beaflosst vun der Zesummesetzung vun der Uelegphase, den Interfaceeigenschaften an d'Viskositéit vu béiden, déi kontinuéierlech a verspreet Phasen, den Typ Emulgator / Surfaktant, d'Schéierrate während der Emulgéierung, souwéi d'Léisbarkeet vun der Uelegphase. am Waasser.
Nanoemulsiounen gi wäit a verschiddenen Uwendungen benotzt wéi Medikamenter Liwwerung, Iessen & Gedrénks, Kosmetik, Pharmazeutik, a Materialwëssenschaft & Synthese.
surfactants
Emulgatoren sinn e wesentleche Faktor fir eng stabil Emulsioun / Nanoemulsioun ze preparéieren. Emulgatoren sinn Uewerflächaktiv Agenten déi eng Schutzschicht iwwer den Drëps bilden an d'Interface Spannung reduzéieren, doduerch Ostwald Reifung, Koaleszenz a Crème verhënneren.
Aarte vun Surfaktanten:
- Kleng Molekül Surfaktanten: Net-ionesch Emulgator wéi Tween a Span weisen eng geréng Toxizitéit an Reizbarkeet wann se mëndlech, parenteral an dermal verwalt ginn a sinn dofir bevorzugt iwwer ionesch Emulgatoren. Tween a Span sinn déi bevorzugt Stabilisatoren fir Emulsiounsformuléierungen an der Liewensmëttel, pharmazeutescher a kosmetescher Industrie.
Tweens: Tween 20/60/80 sinn bekannt als Polysorbat 20/60/80 (PEG-20 dehydréiert Sorbiritmonolaurat, PEG-20 dehydratiséiert Sorbiritmonostearat, Polyoxyethylensorbitanmonooleat). Si sinn nonionesch Surfaktanten / Emulgatoren ofgeleet vu Sorbitol. Si léisen sech einfach a Waasser, Ethanol, Methanol oder Ethylacetat op, awer nëmmen e bëssen am Mineralöl.
Spannungen: Span20/40/60/80 sinn Sorbitan Fettsäureester / Sorbitanester, déi net-ionesch Surfaktanten mat emulgéierend, dispergéierend a befeuchtend Eegeschafte sinn. Span Surfaktanten ginn duerch d'Dehydratioun vu Sorbitol produzéiert. - Phospholipiden: Eegiel, Soja oder Mëllechlecithin
- Amphiphile Proteinen: Molkeproteinisolat, Kaseinat
- Amphiphile Polysacchariden: Gummi arabesch, modifizéiert Stärke
Literatur / Referenzen
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.