Ultraschallerféierung vu Stänn Nanoemulsionen
- Nanoemulsionen – och bekannt als Miniemulsiounen oder Ënnermikron Emulsiounen – 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.
Ultraschall Ausbildung vun Nanoemulsionen
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!
Pharmazeuteschen Nanoemulsionen
Lipid miniemulsions – vun der Ultraschall produzéiert – ginn allgemeng als Träger fir pharmacologesch Agenten an pharmazeuteschen Formuléierungen applizéiert. Zum Beispill, Miniemulsiounen kënnen als parenterale Drogenubidder oder Arzneimitteliefer fir Zuelemethoden auszéien. Nieft der héije Bioverfügbarkeetslëscht vun de verkapselte Wirkstoff liwweren d'Virdeeler vun Miniemulsiounen an hirer héich Biokompatibilitéit, Biologesch Ablécklechkeet, Stabilitéit a liichtfrëndlech Produktion. Wéinst hirem strukturellen Eegentum kënne si hydrophobe wéi och amphipathische Molekülen integréieren. Ultraschall preparéiert Nanoemulsiounen goufen mat Tocopherol, Vitamine, Curcurmin a vill aner pharmacologesch 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.
Nano-Emulsiounen
Nanoemulsionen bidden verschidde Virdeeler fir d'Formuléierung vun Liewensmëttelprodukter. Nanoemulsionen weisen eng gutt Stabilitéit fir d'gravitativ Trennung, d'Flockung, d'Koaleszenz, a fuerdert kontrolléiert Entree- a / oder Absorption vun funktionellem Ingredienten op Grond vun hirer kleng Trödelgréisst a grousser Uewerfläch. Zousätzlech bidden se eng grouss Bioverfügbarkeet vun aktiven Verbindungen déi wichteg ass fir d'Liwwerung vun Nährstoffer a aktive Substanzen. Ausserdeem hunn se gutt Formuléierungseigenschaften ze bidden well se transparent oder visuell duerchsichteg sinn an hir Submicron- / Nano-Gräiftrutscher verursaachen e glattem a cremegen Mound. Dofir ass d'Produktioun vun stabilen Nano-Emulsiounen eng omnipresent Bestandsfuerderung fir d'Nahrungsmëttelindustrie, zB fir Vitamin C, Vitamin E Omega-3, Omega-6, Omega-9, ofgeleet vu Blumenzieder oder Fësch Ueleg) oder Aromatiséierter 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.
Kosmeteschen Nanoemulsiounen
Besonnesch Waasser an Oel (W / O) Nanoemulsionen bieden verschidde Virdeeler fir d'Kapapatioun vun der bioaktiver hydrophiler Substanz an nanoskopesch Tropfen (an eenzel oder duebelem Emulsiounen).
Klickt hei fir méi iwwer d'Surfactant-gratis Formuléierung vun kosmeteschen Emulsioune mat Ultrasone ze liesen!
Miniemulsioun Polymeriséierung
Ultraschall assistéiert Miniemulsioun Polymeriséierung applizéiert sech op verschidde Prozesser – aus der Kapselung vun anorganesche Partikelen zur Synthese vu Latexpartikel. D'Applikatioun vum Kraaft Ultraschall zu chemesche Reaktiounen wéi Polymeriséierung, Synthese etc. ginn als Sonochemie bekannt.
Klickt hei fir méi ze liesen Sonochemie, An Ultraschallsynthese vu Latex an Ultraschallfäll!!
Emulsiounsstabiliséierung
Och wann e puer Nanoemulsiounen d'Regal kënne stabiliséieren ouni d'Benotzung vun iergendeng Surfaktanten oder Emulgéierer wéinst der Nano-skaléierter Tropfgréisst a Verdeelung, brauche aner Nanoemulsiounen d'Benotzung vu Stabiliséierungsmëttel fir laangfristeg Stabilitéit an optimal Produktqualitéit ze kréien. Stabiliséierung ka realiséiert ginn andeems entweder Surfaktanten (tensids) oder zolidd Partikel addéieren, déi als Stabilisatoren wierken. Emulsiounen, déi vu festen Deelchen stabiliséiert gi sinn als Pickering-Emulsiounen bekannt. Laktose, Albumin, Lecithin, Chitosan, Cyclodextrin, Maltodextrin, Stärke asw. Kënnen als kolloidal Stabilisatoren an de Pickering Emulsiounen benotzt ginn. Klickt hei fir méi iwwer Ultraschall generéiert Pickering Emulsioune ze léieren!
Ultraschall Emulgatioun kann fir all Emulsiounen vun Emulsiounen gemaach ginn. Wann e Stabiliséierungsmëttelen fir eng spezifesch Emulsioun gefëllt ass, kënnen einfach an enger klenger Skala gepréift ginn.
Maacht weg datt d'Quantitéit vum erfuerste Surfactant mat enger abnehmender Tropfengréng vergréissert gëtt, well de Verhältnisser vun der Uewerfläch-Volumen-Verhältnisser (S / V) fir Kugel duerch S / V = 3 / R gegeben ginn. Zum Beispill, dest méi kleng ass den Duerchmiesser vun engem Partikel oder Trödel, wat méi Uewerfläch huet hie relativ zu hirem Volume.
Ultraschall Emuléierung 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.
Allerdings ass fir d'Produktioun vun stabilem Nanoemulsiounen eleng Kraaft Ultraschall Equipement alleng net genuch. Nieft genug Ultraschallkraaft, präzise Kontroll vun de Prozessparameter, an raffinéiert Accessoiren (wéi Sonotroden, Stroumzellenreaktoren, Killung) sinn néideg fir Nano-Gréissten drop ze huelen an eng homogene Dispersioun vun deenen zwee, der wässer an der Uelegphase aneneen.
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 op d'Leeschtungen vu héichwäerte Ultraschallsysteme an Accessoiren fir optimale Veraarbechtungsresultater. Eis langfristeg Erfahrung an der Ultraschallveraarbechtung an eis enk Zesummenaarbecht mat eise Clientë garantéiert d'Erfolleg vun der Ultraschallproduktioun an d'Produktionslinn.
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.
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 0.5 an 1,5mL | na | VialTweeter | 1 bis 500mL | 10 bis 200mL / min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL / min | UP200Ht, An UP400St |
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Fakten Wësse wat weess
Emulsiounen, Droplet Gréisst, an Surfactants
Emulsioune sinn als zwou mëschte Flëssegkeeten definéiert: Ee vun de Flëssegkeete – d'sougenannte verdeelt oder intern Phase – gëtt als sphäresch Drottel an der anerer Flëss verseet, déi als kontinuéierlech oder extern Phase bezeechent gëtt. Déi bekanntst héich Liquiditéiten déi zur Emulsioun entstoen sinn Ueleg a Waasser. Wann d'Uelegphase an der wäiss / wässrer Phase verteidegt ass, ass d'System eng Öl-an-Waasser Emulsioun, a wann d'Waasser / wässréis Phase an der Ölphase dispergéiert gëtt, ass et e Waasser-an-Ueleg Emulsioun. Emulsiounen ënnerscheeden hir Partikelgréisst a thermodynamischer Stabilitéit als Makroemulsiounen, Mikroemulsionen an Nanoemulsiounen.
Nanoemulsionen
Nanoemulsionen sinn Nanopartikulär Dispersiounen, déi aus nano-séiss Schrotflëss besteet. Déi héich Scherr Kräfte vu Kraaft Ultrasound briechen d'Tropfäen, sou datt si op Submicron a Nanometer reduzéiert ginn. Allgemeng klengt Tröpfelgréisse bréngen et zu méi Emulsiounsstabilitéit. Nanoemulsionen kënnen als O / W (Ölwasser), W / O (Waasser-an-Ueleg) oder als Multiple / Duebel Emulsiounen wéi W / O / W an O / W / O ënnerscheet ginn. Nanoemulsioun sinn duerchsichteg oder souguer duerchscheinend (am sichtbaren Spektrum) ofhängeg vun der Konsistenz an der Troposphärsgréisst. Nanoemulsionen ginn allgemeng definéiert vun enger Trödelméisdauer tëscht 20 a 200 nm. Mat enger Ofstëmmung vun der Tröpfelgréisst ass d'Emulsiounshaftung fir d'Koalizenz erop (d'Ostwald-Reifung).
Nanomaterials an Nanoemulsiounen sinn duerch physesch Eegeschaften ze ënnerscheede sech vu Mikroemulsiounen. Nanopartesch Partikel weisen entweder komplett verschidden Eegeschaften oder hir typesch Eegeschafte si ganz extreme Form ausgedréckt. D'visuell Erscheinung vun Nanoemulsiounen hunn e verschiddene Erscheinungsbild wéi d'Mikrongréissten Emulsiounen, well d'Drëpsen nëmme ze kleng sinn, fir mat den opteschen Wellenlängen vum sichtbaren Spektrum ze stéieren. Duerfir weisen Nanoemulsiounen ganz wéineg Liichtstreuung a sinn transparent oder optesch transluzent.
D'Tröpfelgréisst vun enger Emulsioun gëtt beaflosst duerch d'Zesummesetzung vun der Uelegphase, de Grenzflächenhär an d'Viskositéit vu béiden, duerch d'kontinuéierlech a verdeelerte Phasen, den Emulsifikateur / Tensiounsart, d'Scherrate während der Emuléierung, wéi och d'Liichtkraaft vun der Ölphase am Waasser.
Nanoemulsionen gi wäit an verschiddenen Applikatiounen wie Drogenubidder, Liewensmëttel benotzt & Getränke, Kosmetik, Pharmazeutik an Materialwëssenschaft & Synthese.
Tensiden
Emulgatoren sinn e wesentleche Faktor fir eng stabile Emulsioun / Nanoemulsioun ze preparéieren. Emulgatoren sinn oberflächenaktive Agenten, déi e Schutzschicht iwwer d'Tröpfel bilden an d'Grenzgrenz ze reduzéieren, wouduerch Ostwald Reiwerei, Coaleszence a Kriibung verhënneren.
Typen vun Tensiden:
- Kleetmolekül Tenside: Net-ionesch Emulgateur wéi Tween a Spann weisen e wéineg Toxizitéit a Irritatioun wann se oral, parenteriell a dermal verabreicht a si dofir géint ionesch Emulgatoren. Tween a Span sinn déi bevorzugte Stabilisatoren fir Emulsiounsformulatiounen an der Liewensmëttel-, pharmazeutescher a kosmctescher Industrie.
Tweens: Tween 20/60/80 sinn bekannt als Polysorbat 20/60/80 (PEG-20 dehydriert sorbierit Monolaurat, PEG-20 dehydriert sorbierit Monostearat, Polyoxyethylensorbit Monooleat). Si sinn netionesch Tenside / Emulgatoren, déi aus Sorbit genannt ginn. Si kënne ganz einfach am Waasser, Äthanol, Methanol oder Ethylacetat sinn, awer nëmmen e bëssen an Mineralöl.
Spans: Span20 / 40/60/80 sinn Sorbitan-Fettsäureester / Sorbitan-Estere, déi net-ionesch Tenside mat emulgéieren, dispergéieren a Benotzungseigenschaften sinn. Span Surfactantien ginn duerch d'Dehydratioun vun Sorbit genannt. - Phospholipiden: Ee Eegiel, Soja oder Mëllech-Lecithin
- Amphiphile Proteine: Molkeproteinisolate, Kassinat
- Amphiphile Polysacchariden: Magma arabesch, modifizéiert Stärken
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 performant Ultraschall Homogeniséierer aus Labo ze industriell Gréisst.