Пикерингове емулзије помоћу ултразвука велике снаге

• Пикерингове емулзије се стабилизују чврстим честицама.
• Пикерингове емулзије се истичу тиме што су „без емулгатора“ и имају повећану стабилност.
• Ултразвук је савршен алат за добијање Пикерингових емулзија, при чему се најпре стабилизујуће честице диспергују у воденој фази, а затим се емулгује фаза уље/вода.

Пикерингове емулзије

Пикерингове емулзије се стабилизују адсорбованим чврстим честицама уместо емулгатором или површински активном материјом. Стога се Пикерингове емулзије могу сматрати емулзијама „без емулгатора“ или „без површински активних материја“, јер се стабилизују чврстим честицама. Ако се уље и вода помешају, па се формирају мале капљице уља и диспергују у води, капљице ће се временом спојити како би се смањила количина енергије у систему. Међутим, ако се смеши додају чврсте честице, оне ће се везати за међуфазну површину и спречити спајање капљица, чиме емулзија постаје стабилнија.
Формирање без емулгатора посебно је занимљиво за формулацију производа код којих употреба површински активних материја има негативне ефекте, нпр. фармацеутских и козметичких производа. Поред тога, Пикерингове емулзије показују повећану стабилност у поређењу са емулзијама које се стабилизују конвенционалним емулгаторима. Омотач капљица од чврстих честица делује као крута баријера против коалесценције. То значи да се чак и висококонцентроване емулзије могу ефикасно стабилизовати као Пикерингове емулзије. Чврсте наночестице, адсорбоване на међуфазној површини уље–вода, делимично су уроњене у водену и уљну средину, тако да стабилизујуће наночестице могу имати хидрофилна, хидрофобна или амфифилна својства. Облик и величина честица такође утичу на стабилност емулзије.

Велике механичке силе смицања при ултразвучној хомогенизацији савладавају енергетску баријеру између међуфазних површина. Поред тога, соникација разбија агрегате и агломерате наночестица и ствара високополидисперзну емулзију.

Соникација се користи у оба корака припреме Пикерингове емулзије:

1. за дисперговање адсорбованих честица у воденој фази
2. за емулговање смеше уља у води (o/w)

Пикерингова емулзија са силицијум-диоксидом

Најпре су хидрофилни прахови пирогеног силицијум-диоксида (као што су Aerosil® 200 или Aerosil® 380) дисперговани у води у облику агломерата величине 100nm помоћу ултразвучног уређаја.
У другом кораку, соникацијом су припремљене стабилне емулзије уља у води (o/w) са 20 wt% уља и капљицама пречника 2–10nm.
За добијање стабилних, провидних емулзија бутанола, етил-ацетата, бутил-лактата и диетил-адипата у воденој фази било је потребно 6% силицијум-диоксида. За диизобутил-адипат потребно је најмање 8% силицијум-диоксида да би се добила стабилна емулзија.
Све припремљене емулзије показале су стабилност током најмање 6 месеци.
 

Иако и нефункционализовани и функционализовани силицијум-диоксид (SiO₂) спадају међу најчешће коришћене честице, друге честице као што су

• Fe₃O₄,
• хидроксиапатит,
• монодисперзне полистиренске честице латекса,
• циклодекстрин и малтодекстрин,
• халојзитне наноцеви,
• микрочестице хематита (α-Fe₂O₃),
• поли(метил-метакрилат) (PMMA),
• честице нерастворљивог комплекса хитозан/желатин-B

међу многим другим чврстим честицама, успешно су коришћене за добијање стабилних Пикерингових емулзија.

Литература / Референце

• 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.