Pickeringove emulzie s výkonovým ultrazvukom

• Pickeringove emulzie sú stabilizované pevnými časticami.
• Pickeringove emulzie presviedčajú svojím charakterom „bez emulgátorov“ a zvýšenou stabilitou.
• Ultrazvuk je dokonalým nástrojom na vytváranie Pickeringových emulzií: najprv disperguje stabilizačné častice do vodnej fázy a následne emulguje olejovú/vodnú fázu.

Pickeringove emulzie

Pickeringove emulzie sú stabilizované adsorbovanými pevnými časticami namiesto emulgátora alebo povrchovo aktívnej látky. Preto možno Pickeringove emulzie považovať za emulzie „bez emulgátorov“ alebo „bez povrchovo aktívnych látok“, keďže sú stabilizované pevnými časticami. Ak sa olej a voda zmiešajú a vytvoria sa malé kvapôčky oleja rozptýlené vo vode, kvapôčky napokon splynú, aby sa znížilo množstvo energie v systéme. Ak sa však do zmesi pridajú pevné častice, naviažu sa na povrch fázového rozhrania a zabránia splynutiu kvapôčok, čím sa zvýši stabilita emulzie.
Tvorba emulzií bez emulgátora je obzvlášť zaujímavá pri formulovaní výrobkov, pri ktorých má používanie povrchovo aktívnych látok negatívne účinky, napr. farmaceutických a kozmetických výrobkov. Pickeringove emulzie navyše vykazujú zvýšenú stabilitu v porovnaní s emulziami stabilizovanými bežnými emulgátormi. Vrstva pevných častíc na kvapôčkach funguje ako tuhá bariéra proti koalescencii. To znamená, že aj vysoko koncentrované emulzie možno účinne stabilizovať ako Pickeringove emulzie. Pevné nanočastice adsorbované na rozhraní olej–voda sú čiastočne ponorené do vodného aj olejového prostredia, takže stabilizačné nanočastice môžu mať hydrofilné, hydrofóbne alebo amfifilné vlastnosti. Stabilitu emulzie ovplyvňujú aj tvar a veľkosť častíc.

Vysoké mechanické šmykové sily pri ultrazvukovej homogenizácii prekonávajú energetickú bariéru medzi fázovými rozhraniami. Sonikácia navyše rozbíja agregáty a aglomeráty nanočastíc a vytvára vysoko polydisperznú emulziu.

Sonikácia sa používa v oboch krokoch prípravy Pickeringovej emulzie:

1. na dispergovanie adsorbovaných častíc do vodnej fázy
2. na emulgovanie zmesi o/w

Pickeringova emulzia s oxidom kremičitým

Najprv sa hydrofilné prášky pyrogénneho oxidu kremičitého (napríklad Aerosil® 200 alebo Aerosil® 380) dispergovali do vody vo forme 100nm aglomerátov pomocou ultrazvukového zariadenia.
V druhom kroku sa sonikáciou pripravili stabilné emulzie o/w s 20 hmotnostnými % oleja a priemerom kvapôčok 2–10nm.
Na získanie stabilných, priehľadných emulzií butanolu, etylacetátu, butyllaktátu a dietyladipátu vo vodnej fáze bolo potrebných 6% oxidu kremičitého. Pri diizobutyladipáte je na získanie stabilnej emulzie potrebných najmenej 8% oxidu kremičitého.
Všetky pripravené emulzie sa ukázali ako stabilné počas najmenej 6 mesiacov.
 

Hoci nefunkcionalizovaný aj funkcionalizovaný oxid kremičitý (SiO₂) patrí medzi najčastejšie používané častice, aj iné častice, ako sú

• Fe₃O₄,
• hydroxyapatit,
• monodisperzné polystyrénové latexové častice,
• cyklodextrín a maltodextrín,
• halloyzitové nanorúrky,
• mikročastice hematitu (α-Fe₂O₃),
• poly(metylmetakrylát) (PMMA),
• nerozpustné častice komplexu chitozánu a želatíny B

sa spolu s mnohými ďalšími pevnými časticami úspešne použili na vytvorenie stabilných Pickeringových emulzií.

Literatúra / Referencie

• 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.