Ultrasone productie van stabiele nanoemulsies
- nano-emulsies – ook bekend als mini-emulsies of submicronemulsies – worden gebruikt in een breed scala van toepassingen in de chemie, verven & coatings, cosmetica, geneesmiddelen en voedsel.
- Ultrasone systemen staan bekend als betrouwbare instrumenten voor de productie van lange termijn een stabiele nano-emulsies.
Ultrasone Vorming van nano-emulsies
Ultrasone emulgering wordt veroorzaakt door het koppelen van de golven van ultrasone energie in een vloeistofsysteem. Door soniceren een vloeistof twee mechanismen optreden: (1) De akoestische golven opwekt die reizen door de vloeistof en microturbulences en een grensvlak beweging veroorzaken. Daardoor de grensfase onstabiel, zodat de gedispergeerde (inwendige) fase uiteindelijk breekt en vormt druppeltjes in de continue (extern) fase. (2) De toepassing van laagfrequente hoog vermogen genereert ultrasone cavitatie (Kentish et al. 2008). Door ultrasone cavitatie worden microbellen of holten gevormd in het medium door de druk cycli van de ultrasone golf. De microbellen / holle ruimten groeien over meerdere golfcycli totdat ze hevig instorten. Deze bel implosie veroorzaakt lokaal extreme omstandigheden zoals hoge afschuiving vloeistofstralen en extreme verwarmings- en afkoelsnelheden (Suslick 1999). Deze extreme krachten breken primaire druppeltjes gedispergeerde (inwendige) fase af nanoschalig druppel en meng ze homogeen in de continue (extern) fase.
Lees hier meer over ultrasone cavitatie!
farmaceutische nano-emulsies
Lipid mini-emulsies – door ultrasone – worden veelvuldig toegepast als drager voor farmacologische middelen in farmaceutische formuleringen. Minimulsies kunnen bijvoorbeeld werken als parenterale geneesmiddeldrager of geneesmiddelafgifte-inrichting voor doelwitweefsels. Naast de hoge biologische beschikbaarheid van de ingekapselde actieve verbindingen, liggen de voordelen van mini-emulsies in hun hoge biocompatibiliteit, biologische afbreekbaarheid, stabiliteit en gemak van productie op grote schaal. Vanwege hun structurele eigenschappen kunnen ze zowel hydrofobe als amfipatische moleculen bevatten. Ultrasonisch bereide nanoemulsies zijn geladen met tocoferolen, vitamines, curcurmin en vele andere farmacologische stoffen.
Hielscher ultrasone systemen zijn betrouwbaar emulgatoren voor de bereiding van geneesmiddel loded nano-emulsies. Voor de ultrasone emulsificatie, Hielscher biedt verschillende accessoires om de emulgerende proces te optimaliseren. Hielscher's MultiPhaseCavitator is een uniek rand voor ultrasone stroomcellen, waarbij de tweede fase direct geïnjecteerd als zeer smalle stroom in de ultrasone “hete zone” emulgatiegraad.
Food-Grade nano-emulsies
Nanoemulsions bieden verschillende voordelen voor het formuleren van voedingsproducten. Nanoemulsies vertonen een goede stabiliteit tegen zwaartekrachtscheiding, flocculatie, coalescentie en bieden gecontroleerde afgifte en / of absorptie van functionele ingrediënten vanwege hun kleine druppeltjesgrootte en grote oppervlakte. Bovendien bieden ze een hoge biologische beschikbaarheid van actieve verbindingen die belangrijk is voor de levering van voedingsstoffen en actieve stoffen. Bovendien bieden ze goede formuleringseigenschappen, omdat ze transparant of visueel doorschijnend zijn en hun submicron- / nano-formaat druppeltjes een glad en romig mondgevoel veroorzaken. Daardoor is de productie van stabiele nano-emulsies een alomtegenwoordige taak voor de voedingsindustrie, bijvoorbeeld om vitamine- of vetzuurversterkte producten te formuleren (bijv. Vitamine C, vitamine E-omega-3, omega-6, omega-9 afgeleid van plantaardig zaad of visolie) of om gearomatiseerde producten te produceren (bijvoorbeeld met etherische oliën).
cosmetische nano-emulsies
Bijzonder water-in-olie (W / O) nano-emulsies bieden verschillende voordelen voor het inkapselen van biologisch actieve hydrofiele stof op nanoschaal druppeltjes (in enkele of dubbele emulsies).
Klik hier voor meer informatie over de oppervlakte-actieve stof-vrije formulering van cosmetische emulsies met ultrasoon lezen!
mini-emulsiepolymerisatie
Ultrasoon bijgestaan mini-emulsiepolymerisatie wordt toegepast op diverse processen – het inkapselen van anorganische deeltjes aan de synthese van latexdeeltjes. Het van vermogen ultrageluid om chemische reacties zoals polymerisatie, synthese etc. zijn bekend als sonochemistry.
Klik hier om meer te lezen over sonochemistry, de ultrasone synthese van latex en de ultrasone neerslag!
ultrasone emulgator UIP1500hdT (1500W)
stabilisatie van de emulsie
Hoewel sommige nano-emulsies door de nanoschaal van de druppelgrootte en -verdeling stabiel op de plank kunnen liggen zonder het gebruik van oppervlakteactieve stoffen of emulgatoren, vereisen andere nano-emulsies het gebruik van stabilisatoren om stabiliteit op lange termijn en optimale productkwaliteit te verkrijgen. Stabilisatie kan worden bereikt door het toevoegen van oppervlakte-actieve stoffen (tensiden) of vaste deeltjes die als stabilisatoren fungeren. Emulsies, die gestabiliseerd worden door vaste deeltjes, worden Pickering emulsies genoemd. Lactose, albumine, lecithine, chitosan, cyclodextrine, maltodextrine, maltodextrine, zetmeel enz. kunnen worden gebruikt als colloïdale stabilisatoren in Pickering emulsies. Klik hier voor meer informatie over ultrasoon gegenereerd Pickering emulsies leren!
Ultrasone emulsificatie kan worden uitgevoerd voor alle soorten emulsies. Als een stabiliserend middel is nodig om een bepaalde emulsie kan gemakkelijk worden getest in kleinschalige.
Let op de hoeveelheid benodigde surfactant toe met afnemende druppelgrootte aangezien het oppervlaktegebied tot volume verhouding (S / V) van bollen wordt gegeven door: S / V = 3 / R. Bijvoorbeeld, hoe kleiner de diameter van een deeltje of druppel, hoe meer oppervlaktegebied heeft ten opzichte van zijn volume.
Ultrasone Emulgeren Equipment
De productie van stabiele submicron en nano-emulsies vereist krachtige ultrasone apparatuur. Hielscher ultrasone emulsificatie apparatuur levert zeer hoge amplitudes (tot 200 pm voor industriële ultrasonicatorsHogere amplitudes op aanvraag) een intense akoestische veld opwekken.
Echter, voor de productie van stabiele nano-emulsies, power ultrasone apparatuur alleen is vaak niet voldoende. Naast voldoende ultrasoon vermogen, nauwkeurige regeling van de procesparameters en precisie-onderdelen (zoals sonotrodes, stroomcel reactoren koelen) nodig om nano-sized druppels en een homogene dispersie van zowel de waterige en oliefase in elkaar te verkrijgen.
Om superieure emulsies, Hielscher's krachtige ultrasone processors te produceren in combinatie met de MultiPhaseCavitator geeft u de optimale hardware.
Hielscher Ultrasonics gespecialiseerd in het leveren van superieure ultrasone systemen en accessoires optimale verwerkingsresultaten. Onze jarenlange ervaring in ultrasone verwerking en onze nauwe samenwerking met onze klanten zorgt voor de succesvolle implementatie van ultrasoon in productielijnen.
Voor de eerste tests, procesontwikkeling en procesoptimalisatie, bieden wij een volledig uitgeruste proces lab en technisch centrum.
Daarnaast bieden wij een diepgaande Overleg plegen, de ontwikkeling van aangepaste ultrasone systemen en diepgaand technische service voor de installatie, training en onderhoud.
Literatuur / Referenties
- Kentish, S .; Wooster, T .; Ashokkumar, M .; Simons, L. (2008): Het gebruik van ultrasoon voor nanoemulsion voorbereiding. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9 (2): 170-175.
- Suslick, K.S. (1999): toepassing van ultrageluid om Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295-326.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
emulsies
Emulsies worden gedefinieerd als twee onmengbare vloeistoffen: Eén van de vloeistoffen – de zogenaamde gedispergeerde of interne fase – wordt gedispergeerd als bolvormige druppeltjes in de andere vloeistof, zogenaamde continue of externe fase. De belangrijkste gebruikte vloeistoffen vormen van een emulsie in olie en water. Wanneer de oliefase gedispergeerd in het water / waterige fase, het systeem een olie-in-wateremulsie, terwijl als het water / waterige fase wordt gedispergeerd in de oliefase is een water-in-olie-emulsie. Emulsies onderscheiden respectievelijk hun deeltjesgrootte en thermodynamische stabiliteit macro-emulsies, nano-emulsies en resp.
nano-emulsies
Nanoemulsies zijn nanodeeltjesvormige dispersies, die bestaan uit druppels van nano-formaat. De hoge afschuifkrachten van het krachtige ultrasone geluid breken de druppels zodat ze worden gereduceerd tot submicron en nanodiameter. Over het algemeen leiden kleinere druppelgrootten tot een grotere emulsiestabiliteit. Nanoemulsies kunnen worden onderscheiden als O / W (olie-in-water), W / O (water-in-olie) of als meervoudige / dubbele emulsies zoals W / O / W en O / W / O. Nanoemulsie is transparant of zelfs doorschijnend (in het zichtbare spectrum) afhankelijk van de consistentie en druppelgrootte. Nanoemulsies worden in het algemeen gedefinieerd door een druppelgrootte tussen 20 en 200 nm. Met een afnemende druppelgrootte neemt de neiging van de emulsie voor coalescentie af (afnemende Ostwald-rijping).
Nanomaterialen en nano-emulsies worden gekenmerkt door fysische eigenschappen die verschillen van micro-emulsies. Nano-sized deeltjes vertonen geheel andere eigenschappen of hun typische eigenschappen worden uitgedrukt in een zeer extreme vorm. Het zichtbare uiterlijk van nanoemulsies heeft een ander uiterlijk dan micron-sized emulsies, omdat de druppeltjes te klein zijn om te interfereren met de optische golflengten van het zichtbare spectrum. Daarom vertonen nanoemulsies zeer weinig lichtverstrooiing en lijken ze transparant of optisch doorschijnend.
De druppelgrootte van de emulsie wordt beïnvloed door de samenstelling van de oliefase, de grensvlakeigenschappen en de viscositeit van zowel de continue en gedispergeerde fase, het type emulgator / oppervlakte-afschuifsnelheid tijdens emulgeren, alsook de oplosbaarheid van de oliefase in water.
Nano-emulsies worden op grote schaal gebruikt in diverse toepassingen zoals geneesmiddelafgifte, voedsel & dranken, cosmetica, geneesmiddelen, en materiaalkunde & synthese.
Oppervlakteactieve stoffen
Emulgatoren zijn een essentiële factor om een stabiele emulsie / nano-emulsie te bereiden. Emulgatoren zijn oppervlakte-actieve stoffen die een beschermende laag over de druppelvorm en vermindering van de grensvlakspanning, waardoor voorkomen Ostwald rijping, coalescentie en afromen.
Soorten oppervlakteactieve stoffen:
- Klein molecuul oppervlakteactieve stoffen: Niet-ionische emulgator zoals Tween en Span vertonen een lage toxiciteit en irritatie bij orale toediening, parenteraal en dermaal en hebben derhalve de voorkeur boven ionogene emulgatoren. Tween en Span zijn de geprefereerde stabilisatoren voor emulsieformuleringen in de voedings-, farmaceutische en cosmectic industrie.
tweens: Tween 20/60/80 staan bekend als polysorbaat 20/60/80 (PEG-20 gedehydrateerd sorbierite lauraat, PEG-20 gedehydrateerd sorbierite monostearaat, polyoxyethyleen sorbitan monooleaat). Het niet-ionische oppervlakte-/ emulgators afgeleid van sorbitol. Zij lost gemakkelijk op in water, ethanol, methanol of ethylacetaat, maar slechts een beetje in minerale olie.
Spannen: Span20 / 40/60/80 zijn sorbitanvetzuuresters / sorbitanesters, waarin niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen met emulgerende, dispergerende en bevochtigende eigenschappen. Span oppervlakteactieve stoffen worden bereid door de dehydratatie van sorbitol. - Fosfolipiden: eigeel, soja of zuivel lecithine
- Amfifiele eiwit: wei-eiwit isolaat, caseïnaat
- Amfifiele polysacchariden: Arabische gom, gemodificeerd zetmeel