Pickering emulzije z močjo ultrazvočne moči
- Pickering emulzije so stabilizirane s trdnimi delci.
- Pickering emulsions convince by their “emulsifier-free” character and their enhanced stability.
- Ultrasonic je odlično orodje za ustvarjanje Pickeringovih emulzij, tako da najprej razpršite stabilizacijske delce v vodno fazo in nato emulgirajo fazo olje? voda.
Pickering emulzije
Pickering emulsions are stabilized by adsorbed solid particles instead of an emulsifier or surfactant. Thereby, Pickering emulsions can be considered as “emulsifier-free” ali “brez površinsko aktivnih snovi” ker so stabilizirani s trdnimi delci. Če se olje in voda zmešata in se oblikujejo majhne kapljice olja, ki se razpršijo po vodi, se kapljice sčasoma združijo, da zmanjšajo količino energije v sistemu. Če pa se mešanici dodajo trdni delci, se vežejo na površino vmesnika in preprečijo združevanje kapljic, zaradi česar je emulzija bolj stabilna.
Nastajanje brez emulgatorja je še posebej zanimivo za formulacijo izdelkov, za katere ima uporaba površinsko aktivnih snovi negativne učinke, npr. za farmacevtske in kozmetične izdelke. Poleg tega Pickeringove emulzije kažejo večjo stabilnost v primerjavi z emulzijami, ki jih stabilizirajo običajni emulgatorji. Kapljicska prevleka trdnih delcev deluje kot trdna ovira proti koalescenci. To pomeni, da se lahko tudi visoko koncentrirane emulzije učinkovito stabilizirajo kot Pickeringove emulzije. Trdni nanodelci, ki so adsorbirani med vmesnikom olje-voda, so delno potopljeni v vodo in oljni medij, tako da imajo lahko stabilizacijski nanodelci hidrofilne, hidrofobne ali amfifilne lastnosti. Oblika delcev in velikost delcev vplivata tudi na stabilnost emulzije.
Ultrazvočni reaktor za emulzije
Visoke mehanske strižne sile ultrazvočne homogenizacije premagajo energijsko pregrado med faznimi vmesniki. Poleg tega ultrazvočna razbijanje razbije agregate in aglomerate nanodelcev in ustvari visoko polidisperzno emulzijo.
Sonication se uporablja za oba koraka priprave emulzije za nabiranje:
- za razpršitev adsorbiranih delcev v vodno fazo
- za emulgiranje mešanice O/W
Pickering emulzija s silicijevim dioksidom
Sprva so bili hidrofilni prahi silicijevega dinja (kot sta Aerosil® 200 ali Aerosil® 380) razpršeni kot 100nm aglomerati v vodo z uporabo ultrazvočne naprave.
V drugem koraku so bile s ultrazvočnim razbijanjem pripravljene stabilne emulzije z 20 mas. % olja in velikostjo kapljic premera 2–10 nm.
Za pridobitev stabilnih, prozornih emulzij butanola, etil acetata, butil laktata in dietil adipata v vodni fazi je bilo potrebnih 6% silicijevega dioksida. Za diizobutil adipat je potrebnih vsaj 8% silicijevega dioksida, da se dobi stabilna emulzija.
Vse pripravljene emulzije so se izkazale za stabilne vsaj 6 mesecev.
Medtem ko je gol in funkcionaliziran silicijev dioksid (SiO2) je eden najpogosteje uporabljenih delcev, drugi delci, kot so
- Fe3O4,
- hidroksiapatit,
- monodisperzni polistiren Delci lateksa,
- ciklodekstrin in maltodekstrin,
- kalozite nanocevke,
- hematit (α-Fe2O3) mikrodelci,
- poli(metil metakrilat) (PMMA),
- netopni delci kompleksa hitozan/želatina-B
med mnogimi drugimi trdnimi delci so bili uspešno uporabljeni za ustvarjanje stabilnih Pickeringovih emulzij.
Literatura? Reference
- 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.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Olje v vodi (o/m) Pickering emulzije
Emulzija olje v vodi se nanaša na emulzijo, pri kateri se kapljice olja razpršijo v vodi kot neprekinjena faza. Ta vrsta Pickeringovih emulzij je na splošno stabilizirana z nano delci, katerih kontaktni kot je manjši od 90 °. o? w Pickeringove emulzije se lahko stabilizirajo npr. z uporabo dimljenega silicijevega dioksida, Fe3O4 nano delci. Oljna faza teh Pickeringovih emulzij je lahko na primer sestavljena iz dodekana, oktadecenil jantarnega hidrida (ODSA), toluena in butil butirata v vodi.
Voda v olju (w/o) Pickering emulzije
Pickeringove emulzije voda v olju vsebujejo kapljice vode kot dispergirano fazo in olje kot neprekinjeno fazo. Nano delci s kontaktnim kotom večjim od 90 ° so najboljša stabilizacijska sredstva za te vrste emulzij. o? w Pickeringove emulzije se lahko stabilizirajo z uporabo magnetnih nano delcev.
Kompleksne Pickeringove emulzije
Dvojne ali večkratne Pickeringove emulzije (w/o/w ali o/w/o) so kompleksni polidisperzni sistemi, kjer so drobne kapljice suspendirane v večjih kapljicah, ki so nadalje suspendirane v neprekinjeni fazi. Za več Pickeringovih emulzij se izvede dvostopenjski postopek emulgiranja: Za w/o/w emulzijo se v prvem koraku emulgiranja w/o emulzija stabilizira s hidrofobnimi nanodelci; V drugem koraku emulgiranja se kot stabilizator uporabljajo hidrofilni nanodelci. Več emulzij lahko nastane kot voda v olju v vodi (w? o? w) ali olje v vodi v olju (o? w? o).
W/O/W emulzije se pogosto uporabljajo kot nosilci? nosilci za različne hidrofilne aktivne spojine in zdravila (npr. vitamine, antioksidante, encime, cepiva, hormone), ki se nato počasi sproščajo. Ker nekatere aktivne snovi migrirajo tudi iz zunanje v notranjo fazo večkratne emulzije, takšne emulzije brez sproščanja odlično delujejo za upočasnjeno sproščanje? podaljšano sproščanje aktivnih snovi.
Premostitev kapljic
Edinstven pojav, ki se pojavlja v nekaterih Pickeringovih emulzijskih sistemih, je premostitev kapljic. Koloidi, ki štrlijo iz površine kapljic, se lahko istočasno adsorbirajo na drug vmesnik in premostijo dve kapljici. Mostovi so sestavljeni iz monoplasti koloidnih delcev, kapljice pa so ločene le s tankim filmom zvezne faze.
