Ультразвуковое производство стабильных наноэмульсий

• Наноэмульсии – также известны как минэмульсии или субмикронные эмульсии – используются в широком спектре применений в химии, красках, покрытиях, косметике, фармацевтике и пищевой промышленности.
• Ультразвуковые аппараты известны как высокоэффективный и надежный метод производства долговременных стабильных наноэмульсий.

Почему ультразвук для наноэмульгирования

Ультразвуковая наноэмульгация — это метод, в котором используются низкочастотные ультразвуковые волны высокой мощности для создания стабильных и однородных эмульсий крошечных капель, обычно в диапазоне 10-200 нм. Этот метод имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами эмульгирования, что делает его превосходным в различных приложениях. Вот некоторые из этих преимуществ:

• Равномерный размер частиц: Ультразвуковая наноэмульгация позволяет получать мелкие и однородные капли, которые обеспечивают лучшую стабильность и биодоступность. Эти капли имеют большое отношение площади поверхности к объему, что делает их более реактивными и эффективными в различных приложениях.
• Высокая стабильность: Ультразвуковые наноэмульсии обладают высокой кинетической стабильностью благодаря малому размеру и однородности, что делает их устойчивыми к коалесценции, флокуляции и осаждению. Эта стабильность делает их идеальными для использования в пищевой, фармацевтической, косметической и химической промышленности.
• Снижение энергопотребления: Ультразвуковая наноэмульгация требует меньших затрат энергии, чем традиционные методы эмульгирования, такие как гомогенизация или микрофлюидизация, что делает ее более энергоэффективной и экономичной.
• Многосторонность: Ультразвуковая наноэмульгация может быть использована для эмульгирования широкого спектра материалов, включая липиды, гидрофильные соединения и нерастворимые в воде вещества. Это делает его универсальной техникой, которую можно использовать в различных приложениях.
  Быстрое время обработки: Ультразвуковая наноэмульгация — это быстрый процесс, который может быть завершен за считанные минуты, что делает его пригодным для крупномасштабного производства.

В целом, ультразвуковая наноэмульгация имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами эмульгирования, что делает ее превосходным методом для различных применений.
 

Ультразвуковое формование наноэмульсий

Ультразвуковая эмульгация возникает в результате сопряжения волн мощного ультразвука в жидкостную систему. При ультразвуковой обработке жидкости происходит два механизма:

1. Акустическое поле генерирует волны, которые распространяются через жидкость и вызывают микротурбулентность и межфазное движение. В результате пограничная фаза становится неустойчивой, так что дисперсная (внутренняя) фаза со временем прерывается и образует капли в непрерывной (внешней) фазе.
2. Применение низкочастотного ультразвука высокой мощности генерирует кавитацию (Кентиш и др. 2008). При ультразвуковой кавитации в среде образуются микропузырьки или пустоты из-за циклов давления ультразвуковой волны. Микропузырьки/пустоты растут в течение нескольких волновых циклов, пока не схлопнутся с силой. Эта пузырьковая имплозия вызывает локально экстремальные условия, такие как очень высокий сдвиг, струи жидкости и экстремальные скорости нагрева и охлаждения. (Суслик, 1999).

Эти экстремальные силы разбивают первичные капли дисперсной (внутренней) фазы на наноразмер и однородно смешивают их в непрерывную (внешнюю) фазу.
Узнайте больше о влиянии ультразвуковой кавитации на эмульгирование!

Фармацевтические наноэмульсии

Липидные минэмульсии – производится компанией Ultrasonics – широко применяются в качестве носителя для фармакологических средств в фармацевтических формах. Например, минэмульсии могут действовать как парентеральный переносчик лекарственного средства или устройство для доставки лекарственного средства к тканям-мишеням. Помимо высокой биодоступности инкапсулированных активных соединений, преимущества миниэмульсий заключаются в их высокой биосовместимости, биоразлагаемости, стабильности и простоте крупносерийного производства. Благодаря своим структурным свойствам они могут включать в себя как гидрофобные, так и амфипатические молекулы. Ультразвук приготовленных наноэмульсий насыщен токоферолами, витаминами, куркурмином и многими другими фармакологическими веществами.
Ультразвуковые системы Hielscher являются надежными эмульгаторами для приготовления наноэмульсий с лекарственным покрытием. Для ультразвуковой эмульгации Hielscher предлагает различные аксессуары для оптимизации процесса эмульгирования. Hielschers MultiPhaseCavitator - это уникальное дополнение для ультразвуковых проточных ячеек, где вторая фаза впрыскивается очень узким потоком непосредственно в зону ультразвуковой горячей точки эмульгирования.

Пищевые наноэмульсии

Наноэмульсии обладают различными преимуществами для разработки рецептур пищевых продуктов. Наноэмульсии демонстрируют хорошую устойчивость к гравитационному разделению, флокуляции, коалесценции, а также обеспечивают контролируемое высвобождение и/или поглощение функциональных ингредиентов благодаря их малому размеру капель и большой площади поверхности. Кроме того, они обеспечивают высокую биодоступность активных соединений, что важно для доставки питательных и активных веществ. Кроме того, они обладают хорошими рецептурными свойствами, поскольку они прозрачны или визуально полупрозрачны, а их капли субмикронного / наноразмера создают гладкое и кремовое ощущение во рту. Таким образом, производство стабильных наноэмульсий является постоянной задачей для пищевой промышленности, например, для разработки продуктов, обогащенных витаминами или жирными кислотами (например, витамин С, витамин Е омега-3, омега-6, омега-9, полученные из семян растений или рыбьего масла) или для производства ароматизированных продуктов (например, с эфирными маслами).

Наноразмерное распределение капель ультразвуковой дисперсной наноэмульсии (лавандовой эмульсии «масло в воде»). Была приготовлена эмульсия с ультразвуковым датчиком UP400St.

Косметические наноэмульсии

В частности, наноэмульсии типа «вода в масле» (W/O) обладают различными преимуществами для инкапсуляции биоактивного гидрофильного вещества в наноразмерные капли (в одинарных или двойных эмульсиях).
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о рецептуре косметических эмульсий без поверхностно-активных веществ с ультразвуком!

Минэмульсионная полимеризация

Ультразвуковая минэмульсионная полимеризация применяется в различных процессах – от инкапсуляции неорганических частиц до синтеза частиц латекса. Применение мощного ультразвука в химических реакциях, таких как полимеризация, синтез и т.д., известно как сонохимия.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о Сонохимия, Ультразвуковой синтез латекса и Ультразвуковые осадки!

Эмульсионная стабилизация

Хотя некоторые наноэмульсии могут быть устойчивыми при хранении без использования каких-либо поверхностно-активных веществ или эмульгаторов из-за размера и распределения наноразмерных капель, другие наноэмульсии требуют использования стабилизирующих агентов для получения долгосрочной стабильности и оптимального качества продукта. Стабилизация может быть достигнута путем добавления либо поверхностно-активных веществ (тензидов), либо твердых частиц, которые действуют как стабилизаторы. Эмульсии, стабилизируемые твердыми частицами, известны как эмульсии Пикеринга. Лактоза, альбумин, лецитин, хитозан, циклодекстрин, мальтодекстрин, крахмал и др. могут быть использованы в качестве коллоидных стабилизаторов в эмульсиях Пикеринга. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об эмульсиях Пикерингинга, генерируемых ультразвуком!
Ультразвуковая эмульгация может быть выполнена для всех типов эмульсий. Если для конкретной эмульсии требуется стабилизирующий агент, его можно легко протестировать в небольших масштабах.
Обратите внимание, что количество необходимого поверхностно-активного вещества увеличивается с уменьшением размера капель, поскольку отношение площади поверхности к объему (S/V) для сфер определяется как: S/V = 3/R. Например, чем меньше диаметр частицы или капли, тем большую площадь поверхности она имеет по отношению к своему объему.

Оборудование для ультразвуковой эмульгирования

Для производства стабильных субмикронных и наноэмульсий требуется мощное ультразвуковое оборудование. Оборудование для ультразвуковой эмульгирования Hielscher обеспечивает очень высокие амплитуды (до 200 мкм для промышленных ультразвуковых аппаратов, более высокие амплитуды по запросу) для создания интенсивного акустического поля.
Однако для производства стабильных наноэмульсий одного мощного ультразвукового оборудования часто бывает недостаточно. Помимо достаточной ультразвуковой мощности, точного контроля параметров процесса и сложных аксессуаров (таких как сонотроды, проточные реакторы, охлаждение) необходимы для получения наноразмерных капель и однородной диспергации как водной, так и масляной фазы друг в друга.
Многофазный кавитатор Hielscher: Для производства превосходных эмульсий с очень узким распределением капель компания Hielscher разработала уникальную вставку с проточной ячейкой – многофазный кавитатор. С помощью этой специальной добавки проточной ячейки вторая фаза эмульсии непрерывно вводится через 48 маленьких канюль в зону кавитации. Эта технология позволяет надежно и эффективно получать очень мелкие наноразмерные капли и высокостабильные эмульсии.

Компания Hielscher Ultrasonics специализируется на поставке превосходных ультразвуковых систем и аксессуаров для достижения оптимальных результатов обработки. Наш многолетний опыт в ультразвуковой обработке и тесное сотрудничество с нашими клиентами обеспечивают успешное внедрение ультразвука в производственные линии.
Для проведения первоначальных испытаний, разработки и оптимизации процессов мы предлагаем полностью оборудованную технологическую лабораторию и технический центр.
Кроме того, мы предлагаем всесторонние консультации, разработку индивидуальных ультразвуковых систем и глубокое техническое обслуживание по установке, обучению и техническому обслуживанию.