Ултразвучна производња стабилних наноемулзија

• Наноемулзије – такође познате као миниемулзије или субмикронске емулзије – се користе у широком спектру примена у хемији, бојама, премазима, козметици, фармацији и храни.
• Ултрасоникатори су познати као високоефикасна и поуздана техника за производњу дуготрајно стабилних наноемулзија.

Зашто ултразвук за наноемулзификацију

Ултразвучна наноемулзификација је техника која користи ултразвучне таласе ниске фреквенције, велике снаге за стварање стабилних и уједначених емулзија ситних капљица, обично у опсегу од 10-200 нм. Ова техника има неколико предности у односу на традиционалне методе емулгирања, које је чине супериорном у различитим применама. Неке од ових предности су:

• Уједначена величина честица: Ултразвучна наноемулзификација производи мале и уједначене капљице, које нуде бољу стабилност и биодоступност. Ове капљице имају висок однос површине и запремине, што их чини реактивнијим и ефикаснијим у различитим применама.
• Висока стабилност: Ултразвучне наноемулзије имају високу кинетичку стабилност због своје мале величине и униформности, што их чини отпорним на коалесценцију, флокулацију и седиментацију. Ова стабилност их чини идеалним за употребу у прехрамбеној, фармацеутској, козметичкој и хемијској примени.
• Смањена потрошња енергије: Ултразвучна наноемулзификација захтева мањи унос енергије од традиционалних метода емулговања као што су хомогенизација или микрофлуидизација, што је чини енергетски ефикаснијом и исплативијом.
• Свестраност: Ултразвучна наноемулзификација се може користити за емулговање широког спектра материјала, укључујући липиде, хидрофилна једињења и супстанце нерастворљиве у води. То га чини разноврсном техником која се може користити у различитим апликацијама.
  Брзо време обраде: Ултразвучна наноемулзификација је брз процес који се може завршити за неколико минута, што га чини погодним за производњу великих размера.

Све у свему, ултразвучна наноемулзификација нуди неколико предности у односу на традиционалне методе емулгирања, што је чини супериорном техником за различите примене.
 

Ултразвучно формирање наноемулзија

Ултразвучна емулзификација је узрокована спајањем таласа ултразвука снаге у течни систем. Соникацијом течности јављају се два механизма:

1. Акустичко поље генерише таласе који путују кроз течност и изазивају микротурбуленције и померање међуфаза. При томе, гранична фаза постаје нестабилна, тако да се дисперзована (унутрашња) фаза на крају ломи и формира капљице у континуираној (спољној) фази.
2. Примена нискофреквентног ултразвука велике снаге ствара кавитацију (Кентисх ет ал. 2008). Ултразвучном кавитацијом, микромехурићи или шупљине се формирају у медијуму услед циклуса притиска ултразвучног таласа. Микромехурићи / празнине расту током неколико таласних циклуса док се не сруше насилно. Ова имплозија мехурића изазива локално екстремне услове као што су веома велики смицање, млазови течности и екстремне брзине грејања и хлађења. (Суслицк 1999).

Ове екстремне силе разбијају примарне капљице дисперговане (унутрашње) фазе до нановеличине капљице и хомогено их мешају у континуалну (спољну) фазу.
Прочитајте овде више о ефектима ултразвучне кавитације на емулзификацију!

Фармацеутске наноемулзије

Липидне миниемулзије – произведен ултразвуком – се широко примењују као носачи за фармаколошке агенсе у фармацеутским формулацијама. На пример, миниемулзије могу деловати као парентерални носач лека или уређај за испоруку лека у циљна ткива. Поред високе биодоступности инкапсулираних активних једињења, предности миниемулзија леже у њиховој високој биокомпатибилности, биоразградивости, стабилности и лакоћи производње великих размера. Због својих структурних особина, могу да инкорпорирају хидрофобне као и амфипатске молекуле. Ултразвучно припремљене наноемулзије напуњене су токоферолима, витаминима, куркурмином и многим другим фармаколошким супстанцама.
Хиелсцхер-ови ултразвучни системи су поуздани емулгатори за припрему наноемулзија са лековима. За ултразвучну емулзификацију, Хиелсцхер нуди различите додатке за оптимизацију процеса емулгирања. Хиелсцхерс МултиПхасеЦавитатор је јединствени додатак за ултразвучне проточне ћелије, где се друга фаза убризгава као веома уски млаз директно у ултразвучну врућу зону емулговања.

Наноемулзије за храну

Наноемулзије нуде различите предности за формулацију прехрамбених производа. Наноемулзије показују добру стабилност на гравитационо одвајање, флокулацију, коалесценцију и нуде контролисано ослобађање и/или апсорпцију функционалних састојака због њихове мале величине капљица и велике површине. Поред тога, нуде високу биорасположивост активних једињења што је важно за испоруку хранљивих материја и активних супстанци. Штавише, они нуде добра својства формулације јер су провидни или визуелно провидни, а њихове капљице субмикронске/нано величине стварају глатки и кремасти осећај у устима. Стога је производња стабилних нано-емулзија свеприсутан задатак за прехрамбену индустрију, нпр. формулисање производа обогаћених витаминима или масним киселинама (нпр. витамин Ц, витамин Е омега-3, омега-6, омега-9 добијени из семена биљака или рибљег уља) или за производњу ароматизованих производа (нпр. са есенцијалним уљима).

Дистрибуција капљица нано величине ултразвучно дисперговане наноемулзије (емулзија уља лаванде у води). Емулзија је припремљена са ултразвучном сондом УП400Ст.

Козметичке наноемулзије

Наноемулзије вода-у-уљу (В/О) посебно нуде различите предности за инкапсулацију биоактивне хидрофилне супстанце у капљице наноразмера (у појединачним или двоструким емулзијама).
Кликните овде да прочитате више о формулацији козметичких емулзија без сурфактаната са ултразвуком!

Миниемулзиона полимеризација

Ултразвучно потпомогнута миниемулзиона полимеризација се примењује у различитим процесима – од инкапсулације неорганских честица до синтезе честица латекса. Примена снажног ултразвука на хемијске реакције као што су полимеризација, синтеза итд. познате су као сонохемија.
Кликните овде да прочитате више о Соноцхемистри, ултразвучна синтеза латекса и ултразвучне падавине!

стабилизација емулзије

Иако неке наноемулзије могу бити стабилне на полици без употребе било каквих сурфактаната или емулгатора због величине и дистрибуције капљица у нано скали, друге наноемулзије захтевају употребу стабилизујућих агенаса да би се добила дугорочна стабилност и оптималан квалитет производа. Стабилизација се може постићи додавањем сурфактаната (тензида) или чврстих честица које делују као стабилизатори. Емулзије, које су стабилизоване чврстим честицама, познате су као Пицкерингове емулзије. Лактоза, албумин, лецитин, хитозан, циклодекстрин, малтодекстрин, скроб итд. могу се користити као колоидни стабилизатори у Пикеринговим емулзијама. Кликните овде да сазнате више о ултразвучно генерисаним Пицкеринг емулзијама!
Ултразвучна емулзификација се може извести за све врсте емулзија. Ако је средство за стабилизацију потребно за одређену емулзију, може се лако тестирати у малом обиму.
Имајте на уму да се количина потребног сурфактанта повећава са смањењем величине капљице пошто је однос површине и запремине (С/В) за сфере дат са: С/В = 3/Р. На пример, што је мањи пречник честице или капљице, то има већу површину у односу на своју запремину.

Опрема за ултразвучну емулзију

Производња стабилних субмикронских и нано-емулзија захтева моћну ултразвучну опрему. Хиелсцхер ултразвучна опрема за емулзију испоручује веома високе амплитуде (до 200 µм за индустријске ултрасоникаторе, веће амплитуде на захтев) за генерисање интензивног акустичног поља.
Међутим, за производњу стабилних наноемулзија, сама ултразвучна опрема често није довољна. Поред довољне ултразвучне снаге, неопходна је прецизна контрола параметара процеса и софистицирани додаци (као што су сонотроде, реактори са проточним ћелијама, хлађење) да би се добиле капљице нано величине и хомогена дисперзија оба, водене и уљне фазе једна у другу.
Хиелсцхер МултиПхасеЦавитатор: Да би произвео врхунске емулзије са веома уском дистрибуцијом капљица, Хиелсцхер је развио јединствени уметак проточне ћелије – тхе МултиПхасеЦавитатор. Са овим посебним додатком за проточне ћелије, друга фаза емулзије се континуирано убризгава преко 48 малих канила у зону кавитације. Ова технологија омогућава поуздану и ефикасну производњу веома малих капљица нано величине и високо стабилних емулзија.

Хиелсцхер Ултрасоницс је специјализован за снабдевање врхунских ултразвучних система и прибора за оптималне резултате обраде. Наше дугогодишње искуство у ултразвучној обради и блиска сарадња са нашим клијентима осигуравају успешну имплементацију ултразвука у производне линије.
За почетна испитивања, развој процеса и оптимизацију процеса нудимо потпуно опремљену процесну лабораторију и технички центар.
Осим тога, нудимо детаљне консултације, развој прилагођених ултразвучних система и темељне техничке услуге за инсталацију, обуку и одржавање.