Pickeringové emulzie s výkonovými ultrazvukmi
- Pickeringové emulzie sú stabilizované pevnými časticami.
- Pickeringové emulzie presvedčia svojím charakterom "bez emulgátorov" a zvýšenou stabilitou.
- Ultrazvuk je dokonalým nástrojom na vytváranie Pickeringových emulzií po prvé rozptýlením stabilizačných častíc do vodnej fázy a potom emulgáciou olejovo-vodnej fázy.
Naberacie emulzie
Pickeringové emulzie sú stabilizované adsorbovanými pevnými časticami namiesto emulgátora alebo povrchovo aktívnej látky. Pickeringove emulzie sa preto môžu považovať za "bez emulgátorov" alebo “bez povrchovo aktívnych látok” pretože sú stabilizované pevnými časticami. Ak sa olej a voda zmiešajú a vytvoria sa malé kvapôčky oleja, ktoré sa rozptýlia vo vode, nakoniec sa kvapôčky spoja, aby sa znížilo množstvo energie v systéme. Ak sa však do zmesi pridajú pevné častice, naviažu sa na povrch rozhrania a zabránia zlúčeniu kvapôčok, čím sa emulzia stane stabilnejšou.
Tvorba bez emulgátora je obzvlášť zaujímavá pre formuláciu produktov, na ktoré má použitie povrchovo aktívnych látok negatívne účinky, napr. pre farmaceutické a kozmetické výrobky. Okrem toho Pickeringove emulzie vykazujú zvýšenú stabilitu v porovnaní s emulziami, ktoré sú stabilizované konvenčnými emulgátormi. Kvapôčkový povlak pevných častíc funguje ako pevná bariéra proti koalescencii. To znamená, že aj vysoko koncentrované emulzie môžu byť účinne stabilizované ako Pickeringove emulzie. Pevné nanočastice, ktoré sú adsorbované medzi rozhraním olej-voda, sú čiastočne ponorené do vody a olejového média, takže stabilizačné nanočastice môžu mať hydrofilné, hydrofóbne alebo amfifilné vlastnosti. Tvar častíc a veľkosť častíc tiež ovplyvňujú stabilitu emulzie.
Ultrazvukový reaktor na emulzie
Vysoké mechanické šmykové sily ultrazvukovej homogenizácie prekonávajú energetickú bariéru medzi fázovými rozhraniami. Okrem toho sonikácia rozbíja agregáty a aglomeráty nanočastíc a vytvára vysoko polydisperznú emulziu.
Sonikácia sa používa v oboch krokoch prípravy zberacej emulzie:
- na rozptýlenie adsorbovaných častíc do vodnej fázy
- emulgovať zmes O/W
Pickeringová emulzia s oxidom kremičitým
Spočiatku boli hydrofilné prášky oxidu kremičitého (ako Aerosil® 200 alebo Aerosil® 380) rozptýlené ako 100nm aglomeráty do vody pomocou ultrazvukového zariadenia.
V druhom kroku sa sonikáciou pripravili stabilné emulzie s 20 hmotnostnými % oleja a veľkosťou kvapiek s priemerom 2–10 nm.
Na získanie stabilných, priehľadných emulzií butanolu, etylacetátu, butyllaktátu a dietyladipátu vo vodnej fáze bolo potrebných 6 % oxidu kremičitého. Pre diizobutyladipát je potrebných najmenej 8% oxidu kremičitého na získanie stabilnej emulzie.
Všetky pripravené emulzie sa ukázali ako stabilné najmenej 6 mesiacov.
Zatiaľ čo holý aj funkcionalizovaný oxid kremičitý (SiO2) je jednou z najčastejšie používaných častíc, iných častíc, ako sú
- Fe3O4,
- hydroxyapatit,
- monodisperzný polystyrén Latexové častice,
- cyklodextrín a maltodextrín,
- halloyzitové nanorúrky,
- hematit (α-Fe2O3) mikročastice,
- poly(metylmetakrylát) (PMMA),
- nerozpustné častice komplexu chitosan/želatína-B
okrem mnohých iných pevných častíc boli úspešne použité 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.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Olej vo vode (o/w) Pickeringové emulzie
Emulzia Pickering oleja vo vode sa vzťahuje na emulziu, pri ktorej sú kvapôčky oleja rozptýlené vo vode ako kontinuálna fáza. Tento typ Pickeringových emulzií je vo všeobecnosti stabilizovaný nano časticami, ktorých kontaktný uhol je menší ako 90 °. o/w Pickeringové emulzie je možné stabilizovať napr. použitím dymového oxidu kremičitého, Fe3O4 nanočastice. Olejová fáza týchto Pickeringových emulzií môže pozostávať napr. z dodekánu, oktadeceniljantaru (ODSA), toluénu a butylbutyrátu vo vode.
Voda v oleji (bez o) Pickeringové emulzie
Emulzie Pickering voda v oleji obsahujú kvapôčky vody ako dispergovanú fázu a olej ako kontinuálnu fázu. Nano častice so kontaktným uhlom väčším ako 90 ° sú najlepšími stabilizačnými prostriedkami pre tieto typy emulzií. o/w Pickeringové emulzie je možné stabilizovať použitím magnetických nanočastíc.
Komplexné Pickeringove emulzie
Dvojité alebo viacnásobné Pickeringove emulzie (w/o/w alebo o/w/o) sú zložité polydisperzné systémy, kde sú drobné kvapôčky suspendované vo väčších kvapôčkach, ktoré sú ďalej suspendované v kontinuálnej fáze. Pre viaceré Pickeringove emulzie sa vykonáva dvojstupňový emulgifikačný proces: V prípade emulzie w/o/w sa v prvom kroku emulgácie emulzia w/o stabilizuje hydrofóbnymi nanočasticami; V druhom kroku emulgácie sa ako stabilizátor používajú hydrofilné nanočastice. Viaceré emulzie môžu byť vytvorené ako voda v oleji vo vode (w/o/w) alebo olej vo vode v oleji (o/w/o).
W/O/W emulzie sa často používajú ako nosiče rôznych hydrofilných účinných látok a liečiv (napr. vitamíny, antioxidanty, enzýmy, vakcíny, hormóny), ktoré sa potom pomaly uvoľňujú. Keďže niektoré účinné látky migrujú aj z vonkajšej do vnútornej fázy viacnásobnej emulzie, takéto emulzie bez použitia fungujú perfektne na spomalené uvoľňovanie / predĺžené uvoľňovanie účinných látok.
Premostenie kvapiek
Jedinečným javom vyskytujúcim sa v niektorých Pickeringových emulzných systémoch je kvapôčkové premostenie. Koloidy vyčnievajúce z povrchu kvapôčky sa môžu súčasne adsorbovať na iné rozhranie a premostiť dve kvapôčky. Mostíky pozostávajú z monovrstiev koloidných častíc a kvapôčky sú oddelené iba tenkým filmom kontinuálnej fázy.
