Emulsii Pickering cu ultrasunete de putere
- Emulsiile Pickering sunt stabilizate de particule solide.
- Emulsiile Pickering convving prin caracterul lor „fără emulgator” și prin stabilitatea lor îmbunătățită.
- Ultrasunetele sunt instrumentul perfect pentru a crea emulsii Pickering, în primul rând prin dispersarea particulelor stabilizatoare în faza apoasă și, în al doilea rând, prin emulsionarea fazei ulei/apă.
Emulsii Pickering
Emulsiile Pickering sunt stabilizate de particule solide adsorbite în locul unui emulgator sau surfactant. Astfel, emulsiile Pickering pot fi considerate „fără emulgator” sau „fără surfactant”, deoarece sunt stabilizate de particule solide. Dacă uleiul și apa sunt amestecate, iar picături mici de ulei se formează și se dispersează în apă, în cele din urmă picăturile vor suferi coalescență pentru a reduce cantitatea de energie din sistem. Totuși, dacă în amestec se adaugă particule solide, acestea se vor lega de suprafața interfeței și vor împiedica coalescența picăturilor, făcând astfel emulsia mai stabilă.
Formarea fără emulgator este deosebit de interesantă pentru formularea produselor în cazul cărora utilizarea surfactanților are efecte negative, de ex. pentru produsele farmaceutice și cosmetice. În plus, emulsiile Pickering prezintă o stabilitate îmbunătățită în comparație cu emulsiile stabilizate de emulgatori convenționali. Învelișul de particule solide al picăturilor funcționează ca o barieră rigidă împotriva coalescenței. Aceasta înseamnă că până și emulsiile foarte concentrate pot fi stabilizate eficient ca emulsii Pickering. Nanoparticulele solide, care sunt adsorbite la interfața ulei–apă, sunt parțial imersate în mediul apos și în cel uleios, astfel încât nanoparticulele stabilizatoare pot avea proprietăți hidrofile, hidrofobe sau amfifile. Forma și dimensiunea particulelor influențează, de asemenea, stabilitatea emulsiei.
Reactor cu ultrasunete pentru emulsii
Forțele mecanice de forfecare ridicate ale omogenizării cu ultrasunete depășesc bariera energetică dintre interfețele fazelor. În plus, sonicarea descompune agregatele și aglomeratele de nanoparticule și creează o emulsie puternic polidispersă.
Sonicarea este utilizată pentru ambele etape ale preparării unei emulsii Pickering:
- pentru a dispersa în faza apoasă particulele adsorbite
- pentru a emulsiona amestecul o/w
Emulsie Pickering cu silice
Mai întâi, pulberi hidrofile de silice pirogenă (cum ar fi Aerosil® 200 sau Aerosil® 380) au fost dispersate în apă sub formă de aglomerate de 100nm, folosind un dispozitiv cu ultrasunete.
În a doua etapă, prin sonicare au fost preparate emulsii o/w stabile cu 20 wt% ulei și picături cu diametrul de 2–10nm.
Pentru a obține emulsii stabile și transparente de butanol, acetat de etil, lactat de butil și adipat de dietil în faza apoasă, a fost necesar un conținut de 6% silice. Pentru adipatul de diizobutil sunt necesare cel puțin 8% silice pentru a obține o emulsie stabilă.
Toate emulsiile preparate s-au dovedit stabile timp de cel puțin 6 luni.
Deși silicea nemodificată, precum și cea funcționalizată (SiO2) este una dintre particulele cele mai frecvent utilizate, alte particule precum
- Fe3O4,
- hidroxiapatită,
- polistiren monodispers sub formă de particule de latex,
- ciclodextrină și maltodextrină,
- nanotuburi de haloizit,
- microparticule de hematit (α-Fe2O3),
- poli(metacrilat de metil) (PMMA),
- particule complexe insolubile de chitosan/gelatină-B
printre multe alte particule solide au fost utilizate cu succes pentru a crea emulsii Pickering stabile.
Literatură / Referințe
- Xu, Yayuan; Song, Jiangfeng; Dai, Zhuqing; Niu, Liying; Dajing, Li; Wu, Caie (2022): Study on physicochemical characteristics of lutein nanoemulsions stabilized by chickpea protein isolate-stevioside complex. Journal of the Science of Food and Agriculture 102; 2022. 1872-1882.
- Xiao-Yan Wang and Marie-Claude Heuzey (2016): Chitosan-Based Conventional and Pickering Emulsions with Long-Term Stability. Langmuir 32, 4; 2016. 929–936.
- Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.
Informații care merită cunoscute
Emulsii Pickering ulei-în-apă (o/w)
Emulsia Pickering ulei-în-apă se referă la o emulsie în care picăturile de ulei sunt dispersate în apă ca fază continuă. Acest tip de emulsii Pickering este în general stabilizat de nanoparticule al căror unghi de contact este mai mic de 90º. Emulsiile Pickering o/w pot fi stabilizate, de ex., prin utilizarea de silice pirogenă, Fe3O4 sub formă de nanoparticule. Faza uleioasă a acestor emulsii Pickering poate consta, de ex., în dodecan, anhidridă octadecenil succinică (ODSA), toluen și, respectiv, butirat de butil în apă.
Emulsii Pickering apă-în-ulei (w/o)
Emulsiile Pickering apă-în-ulei conțin picături de apă ca fază dispersată și ulei ca fază continuă. Nanoparticulele cu unghi de contact mai mare de 90º sunt cei mai buni agenți de stabilizare pentru aceste tipuri de emulsii. Emulsiile Pickering o/w pot fi stabilizate prin utilizarea nanoparticulelor magnetice.
Emulsii Pickering complexe
Emulsiile Pickering duble sau multiple (w/o/w sau o/w/o) sunt sisteme polidisperse complexe în care picături foarte mici sunt suspendate în interiorul unor picături mai mari, care sunt, la rândul lor, suspendate într-o fază continuă. Pentru emulsiile Pickering multiple se realizează un proces de emulsionare în două etape: pentru o emulsie w/o/w, în prima etapă de emulsionare, emulsia w/o este stabilizată de nanoparticule hidrofobe; în a doua etapă de emulsionare, ca stabilizator se folosesc nanoparticule hidrofile. Emulsiile multiple pot fi formate ca apă-în-ulei-în-apă (w/o/w) sau ulei-în-apă-în-ulei (o/w/o).
Emulsiile w/o/w sunt utilizate frecvent ca vehicule / purtători pentru diverși compuși activi hidrofili și medicamente (de ex. vitamine, antioxidanți, enzime, vaccinuri, hormoni), care sunt apoi eliberați lent. Deoarece unele substanțe active migrează și din faza exterioară în faza interioară a unei emulsii multiple, astfel de emulsii w/o/w sunt perfect adecvate pentru eliberarea întârziată / eliberarea susținută a substanțelor active.
Formarea de punți între picături
Un fenomen unic care apare în unele sisteme de emulsii Pickering este formarea de punți între picături. Coloizii care ies din suprafața unei picături se pot adsorbi simultan la o altă interfață, formând o punte între două picături. Punțile constau din monostraturi de particule coloidale, iar picăturile sunt separate doar de un film subțire de fază continuă.