Producția cu ultrasunete de nanoemulsii stabile

• Nanoemulsii – De asemenea, cunoscut sub numele de miniemulsii sau emulsii submicronice – sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații în chimie, vopsele, acoperiri, cosmetice, farmaceutice și alimentare.
• Ultrasonicators sunt cunoscute ca o tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru producerea de nanoemulsii stabile pe termen lung.

De ce ultrasunete pentru nanoemulsionare

Nanoemulsionarea cu ultrasunete este o tehnică care utilizează frecvențe joase, unde cu ultrasunete de mare putere pentru a crea emulsii stabile și uniforme de picături mici, de obicei în intervalul 10-200 nm. Această tehnică are mai multe avantaje față de metodele tradiționale de emulsionare, ceea ce o face superioară în diverse aplicații. Unele dintre aceste avantaje sunt:

• Dimensiunea uniformă a particulelor: Nanoemulsionarea cu ultrasunete produce picături mici și uniforme, care oferă o mai bună stabilitate și biodisponibilitate. Aceste picături au un raport mare suprafață-volum, făcându-le mai reactive și mai eficiente în diverse aplicații.
• Stabilitate ridicată: Nanoemulsiile cu ultrasunete au o stabilitate cinetică ridicată datorită dimensiunilor mici și uniformității, ceea ce le face rezistente la coalescență, floculare și sedimentare. Această stabilitate le face ideale pentru utilizarea în aplicații alimentare, farmaceutice, cosmetice și chimice.
• Consum redus de energie: Nanoemulsionarea cu ultrasunete necesită un aport mai mic de energie decât metodele tradiționale de emulsionare, ar fi omogenizarea sau microfluidizarea, făcându-l mai eficient din punct de vedere energetic și rentabil.
• Versatilitate: Nanoemulsionarea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a emulsiona o gamă largă de materiale, inclusiv lipide, compuși hidrofili și substanțe insolubile în apă. Acest lucru îl face o tehnică versatilă care poate fi utilizată în diverse aplicații.
  Timp de procesare rapid: Nanoemulsionarea cu ultrasunete este un proces rapid care poate fi finalizat în câteva minute, făcându-l potrivit pentru producția pe scară largă.

În general, nanoemulsionarea cu ultrasunete oferă mai multe avantaje față de metodele tradiționale de emulsionare, făcându-l o tehnică superioară pentru diverse aplicații.
 

Formarea cu ultrasunete de nanoemulsii

Emulsionarea cu ultrasunete este cauzată de cuplarea undelor de ultrasunete de putere într-un sistem lichid. Prin sonicarea unui lichid, apar două mecanisme:

1. Câmpul acustic generează unde care călătoresc prin lichid și provoacă microturbulențe și o mișcare interfacială. Astfel, faza limită devine instabilă, astfel încât faza dispersată (internă) se rupe în cele din urmă și formează picături în faza continuă (externă).
2. Aplicarea de joasă frecvență, ultrasunete de mare putere generează cavitație (Kentish și colab., 2008). Prin cavitație cu ultrasunete, microbulele sau golurile se formează în mediu datorită ciclurilor de presiune ale undei cu ultrasunete. Microbulele / golurile cresc pe parcursul mai multor cicluri de undă până când se prăbușesc violent. Această implozie cu bule provoacă condiții locale extreme, cum ar fi forfecare foarte mare, jeturi de lichid și rate extreme de încălzire și răcire. (Suslick 1999).

Aceste forțe extreme sparg picăturile primare ale fazei dispersate (interne) până la picături de dimensiuni nanometrice și le amestecă omogen în faza continuă (externă).
Citiți aici mai multe despre efectele cavitației cu ultrasunete asupra emulsionării!

Nanoemulsii farmaceutice

Miniemulsii lipidice – produs de ultrasunete – sunt aplicate pe scară largă ca purtător pentru agenții farmacologici în formulările farmaceutice. De exemplu, miniemulsiile pot acționa ca purtător parenteral de droguri sau dispozitiv de livrare a medicamentelor pentru țesuturile țintă. Pe lângă biodisponibilitatea ridicată a compușilor activi încapsulați, avantajele miniemulsiilor constau în biocompatibilitatea lor ridicată, biodegradabilitatea, stabilitatea și ușurința producției pe scară largă. Datorită proprietăților lor structurale, ele pot încorpora molecule hidrofobe și amfipatice. Ultrasonically preparate nanoemulsii au fost încărcate cu tocoferoli, vitamine, curcurmin și multe alte substanțe farmacologice.
Sistemele cu ultrasunete Hielscher sunt emulgatori fiabili pentru prepararea nanoemulsiilor cu medicamente. Pentru emulsionarea cu ultrasunete, Hielscher oferă diverse accesorii pentru a optimiza procesul de emulsionare. Hielschers MultiPhaseCavitator este un add-on unic pentru celulele de flux cu ultrasunete, în cazul în care a doua fază este injectat ca flux foarte îngust direct în zona cu ultrasunete hot spot de emulsionare.

Nanoemulsii de calitate alimentară

Nanoemulsiile oferă diverse beneficii pentru formularea produselor alimentare. Nanoemulsiile prezintă o bună stabilitate la separarea gravitațională, floculare, coalescență și oferă eliberare controlată și / sau absorbție a ingredientelor funcționale datorită dimensiunii mici a picăturilor și suprafeței mari. În plus, acestea oferă o biodisponibilitate ridicată a compușilor activi, care este importantă pentru livrarea nutrienților și a substanțelor active. În plus, ele oferă proprietăți bune de formulare, deoarece sunt transparente sau translucide vizual, iar picăturile lor de dimensiuni submicronice / nano provoacă o senzație de gură netedă și cremoasă. Astfel, producția de nanoemulsii stabile este o sarcină omniprezentă pentru industria alimentară, de exemplu pentru a formula produse fortificate cu vitamine sau acizi grași (de exemplu, vitamina C, vitamina E omega-3, omega-6, omega-9 derivate din semințe de plante sau ulei de pește) sau pentru a produce produse aromatizate (de exemplu, cu uleiuri esențiale).

Distribuția picăturilor de dimensiuni nanometrice a unei nanoemulsii dispersate ultrasonically (emulsie ulei de lavandă-în-apă). Emulsia a fost preparată cu sonda ultrasonică UP400St.

Nanoemulsii cosmetice

În special nanoemulsiile apă-în-ulei (W / O) oferă diverse beneficii pentru încapsularea substanței hidrofile bioactive în picături nanometrice (în emulsii simple sau duble).
Click aici pentru a citi mai multe despre formularea fără surfactant de emulsii cosmetice cu ultrasunete!

Polimerizarea miniemulsiei

Polimerizarea miniemulsiei asistată ultrasonically se aplică diferitelor procese – de la încapsularea particulelor anorganice până la sinteza particulelor de latex. Aplicarea ultrasunetelor de putere la reacțiile chimice, cum ar fi polimerizarea, sinteza etc., este cunoscută sub numele de sonochimie.
Click aici pentru a citi mai multe despre Sonochimie, Sinteza cu ultrasunete a latexului și Precipitații cu ultrasunete!

stabilizarea emulsiei

Deși unele nanoemulsii pot fi stabile la raft fără utilizarea agenților tensioactivi sau emulgatori datorită dimensiunii și distribuției picăturilor nano-scalate, alte nanoemulsii necesită utilizarea agenților de stabilizare pentru a obține stabilitate pe termen lung și o calitate optimă a produsului. Stabilizarea poate fi realizată prin adăugarea fie de agenți tensioactivi (tenide), fie de particule solide care acționează ca stabilizatori. Emulsiile, care sunt stabilizate de particule solide, sunt cunoscute sub numele de emulsii Pickering. Lactoza, albumina, lecitina, chitosanul, ciclodextrina, maltodextrina, amidonul etc. pot fi utilizate ca stabilizatori coloidali în emulsiile Pickering. Click aici pentru a afla mai multe despre emulsii Pickering generate ultrasonically!
Emulsionarea cu ultrasunete poate fi efectuată pentru toate tipurile de emulsii. Dacă este necesar un agent de stabilizare pentru o emulsie specifică, poate fi testat cu ușurință la scară mică.
Rețineți că cantitatea de agent tensioactiv necesară crește odată cu scăderea dimensiunii picăturilor, deoarece raportul suprafață-volum (S/V) pentru sfere este dat de: S/V = 3/R. De exemplu, cu cât diametrul unei particule sau picături este mai mic, cu atât are o suprafață mai mare în raport cu volumul său.

Echipamente de emulsionare cu ultrasunete

Producția de submicroni și nano-emulsii stabile necesită echipamente ultrasonice puternice. Hielscher echipamente de emulsionare cu ultrasunete oferă amplitudini foarte mari (până la 200μm pentru ultrasonicators industriale, amplitudini mai mari la cerere) pentru a genera un câmp acustic intens.
Cu toate acestea, pentru producerea de nanoemulsii stabile, echipamentul cu ultrasunete de putere singur nu este adesea suficient. Pe lângă suficientă putere cu ultrasunete, controlul precis al parametrilor procesului, și accesorii sofisticate (ar fi sonotrodes, reactoare cu celule de flux, răcire) sunt necesare pentru a obține picături de dimensiuni nano și o dispersie omogenă a ambelor, faza apoasă și ulei unul în celălalt.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Pentru a produce emulsii superioare cu o distribuție foarte îngustă a picăturilor, Hielscher a dezvoltat o inserție unică de celule de flux – MultiPhaseCavitator. Cu acest supliment special de celule de flux, a doua fază a emulsiei este injectată continuu prin 48 de canule mici în zona de cavitație. Această tehnologie permite producția fiabilă și eficientă, picături foarte mici de dimensiuni nanometrice și emulsii foarte stabile.

Hielscher Ultrasonics este specializată în furnizarea de sisteme cu ultrasunete superioare și accesorii pentru rezultate optime de procesare. Experiența noastră pe termen lung în prelucrarea cu ultrasunete și cooperarea strânsă cu clienții noștri asigură implementarea cu succes a ultrasunetelor în liniile de producție.
Pentru testele inițiale, dezvoltarea proceselor și optimizarea proceselor, oferim un laborator de proces complet echipat și un centru tehnic.
În plus, oferim consultanță aprofundată, dezvoltarea de sisteme cu ultrasunete personalizate și servicii tehnice profunde pentru instalare, instruire și întreținere.