Framställning av handdesinfektionsmedel med industriella ultraljudsblandare

För att framställa handdesinfektionsmedel och desinficerande lösningar krävs en kraftfull blandningsteknik för att få en enhetlig blandning. Ultraljudsblandare och ultraljudsomrörare är den mest tillförlitliga och effektiva blandningstekniken för att blanda och emulgera två eller flera faser så att en homogen, stabil formulering av handdesinfektionsmedel erhålls.

Handdesinfektionsmedel

Handdesinfektionsmedel, även kallat handantiseptikum, handdesinfektionsmedel för ingnidning eller medel för handdesinfektion genom ingnidning, är ett flytande medel som appliceras på händerna för att avlägsna eller inaktivera vanliga patogener som kan orsaka sjukdomar (t.ex. orsakar viruset SARS-CoV-2 sjukdomen COVID-19). Handdesinfektionsmedel finns vanligtvis som vätska, skum, gel eller spray.
Handdesinfektionsmedel kan formuleras med olika ingredienser och sammansättningar. Till exempel kan handdesinfektionsmedel vara antingen alkoholbaserade eller alkoholfria. Alkoholbaserade handdesinfektionsprodukter innehåller normalt mellan 60 och 95% alkohol. De vanligaste alkoholerna är etanol (etylalkohol), isopropanol eller n-propanol. Högkoncentrerad alkohol (dvs. 60% och högre) förstör proteiner. Genom denaturering av proteiner inaktiveras eller dödas många patogener (sjukdomsframkallande mikroorganismer). Alkoholfria handdesinfektionsmedel är en alternativ produkt där desinfektionsmedel, såsom bensalkoniumklorid (BAC), eller antimikrobiella ämnen, såsom triklosan, används som aktiv ingrediens för att inaktivera eller döda mikroorganismer. I både alkoholbaserade och alkoholfria handdesinfektionsmedel kan de aktiva ingredienserna mot patogener torka ut huden genom att förstöra hudens naturliga barriär. Därför innehåller de flesta formuleringar av handdesinfektionsmedel hudvårdande tillsatser såsom mjukgörande ämnen (t.ex. glycerin, oljor) för att återfukta huden. Andra ingredienser såsom förtjockningsmedel, doftämnen, färgämnen etc. kan tillsättas för att ändra handdesinfektionsprodukternas konsistens, lukt och utseende.

Blandning och inblandning med ultraljud vid framställning av handdesinfektionsmedel

Ultraljudsomrörare är den mest effektiva blandningstekniken för att framställa handdesinfektionsmedel (även kallat handantiseptikum, handdesinfektionsmedel för ingnidning eller medel för handdesinfektion genom ingnidning) i form av vätskor, geler, sprayer eller lotioner.
Eftersom ultraljudsblandare skapar höga skjuvkrafter ger de den omrörning som krävs för att blanda ingredienserna till en sammanhängande blandning. Sådan kraftfull och tillförlitlig blandning är nödvändig för att framställa verksamma och tillförlitliga desinfektionsmedel såsom handdesinfektionsmedel och ytdesinfektionsmedel.

Hur fungerar ultraljudsblandning?

Ultraljudsblandare och ultraljudsomrörare skapar akustisk kavitation, vilket ger upphov till mycket intensiva skjuvkrafter. Därför används ultraljudsblandningssystem i stor utsträckning för att emulgera två eller flera vätskor som annars inte är blandbara med varandra och för att dispergera fasta partiklar i vätskor och slurry. Ultraljudsblandning åstadkoms genom att ultraljudsvågor med hög effekt kopplas in i en vätska eller slurry. Ultraljudsvågorna överförs via en högintensiv ultraljudssond till en satstank eller en inline-flödescellsreaktor. Endast ultraljudsapparater av sondtyp kan generera de intensiva kavitationskrafter som krävs för att formulera homogena och långtidsstabila blandningar. Ultraljudssonden vibrerar i vätskan med en mycket hög frekvens (t.ex. 20kHz) och skapar intensiv akustisk kavitation / ultraljudskavitation i vätskan.
I det kavitationsfält som genereras av ultraljudet skapar kavitationsbubblornas kollaps kraftiga skjuvkrafter som bryter sönder droppar, agglomerat och till och med fasta partiklar. Ultraljudskavitation ger också upphov till vätskeströmmar med höga hastigheter på upp till 1000km/h. Vätskestrålarna som uppstår genom kavitation träffar partikelagglomerat, bryter sönder droppar, förbättrar materialtransporten i vätskor och slurry och dispergerar fasta ämnen i hela mediet. I ultraljudets kavitationsfält växlar trycket snabbt och upprepade gånger mellan vakuum och upp till 1000bar. En roterande blandare med 4 blandarblad skulle behöva arbeta vid häpnadsväckande 300 000 RPM för att uppnå samma frekvens av växlande tryckcykler. Konventionella roterande blandare och rotor–statorblandare skapar ingen betydande mängd kavitation på grund av sin begränsade hastighet.

Formuleringar av handdesinfektionsmedel med ultraljudsblandning

Formuleringen av en handdesinfektionsprodukt avgör desinfektionsmedlets effektivitet och spektrum av avdödning av mikroorganismer (dvs. antibakteriell, svampdödande och antiviral effekt samt effekt mot höljeförsedda och nakna virus, inkapslade parasiter etc.)
Eftersom frekvent användning av alkohol och alkoholhaltiga desinfektionsmedel på huden (t.ex. händerna) torkar ut huden, vilket kan leda till inflammation och irritation, innehåller avancerade handdesinfektionsmedel hudvårdande ingredienser, t.ex. aloe vera, glycerin, jojobaolja, nyponolja etc.). Ultraljudets emulgerande effekt blandar de olika faserna av alkohol, tillsatser, oljor och vatten till en stabil och enhetlig handdesinfektionsprodukt.

Framställning av en emulsion med ultraljud (rött vatten / gul olja). Några sekunders ultraljudsbehandling omvandlar de separata vatten-/oljefaserna till en fin emulsion.

Vanliga ingredienser i handdesinfektionsmedel

v65% (eller högre %) alkohol (för att vara effektivt mot ett brett spektrum av virus och bakterier)
• hudvårdande ingredienser såsom oljor, aloe vera, glycerin etc.
• vatten (t.ex. destillerat eller sterilt vatten)
• emulgeringsmedel / ytaktivt ämne
• eventuellt förtjockningsmedel (t.ex. xantangummi), skumbildande medel, doftämne, sporicider (t.ex. väteperoxider för att eliminera bakteriesporer)

Effektiva handdesinfektionsmedel mot COVID-19

Hygien och särskilt handhygien är en viktig faktor för att förhindra spridningen av svår akut respiratorisk sjukdom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), det virus som orsakar sjukdomen COVID-19. Noggrann handtvätt med vatten och tvål rekommenderas när det är möjligt, men handdesinfektionsmedel är ett tillförlitligt alternativ, särskilt när det inte finns möjlighet att tvätta händerna med vatten och tvål.
Världshälsoorganisationen (WHO) rekommenderar två formuleringar av alkoholbaserade desinfektionsmedel som i tester har visat sig vara effektiva mot coronaviruset SARS-CoV-2. Forskare från Tyskland och Schweiz har testat och bekräftat desinfektionsmedelsformuleringarnas effektivitet mot SARS-CoV-2.
Formulering av desinfektionsmedel nr 1:

• etanol – 80% räknat i volym (vol/vol)
• glycerin (även känt som glycerol) – 1,45% vol/vol
• väteperoxid – 0,125% vol/vol

Formulering av desinfektionsmedel nr 2:

• isopropanol (även kallat 2-propanol eller isopropylalkohol) – 75% vol/vol
• glycerin – 1,45% vol/vol
• väteperoxid – 0,125% vol/vol

Båda ovanstående formuleringar för handdesinfektionsmedel inaktiverar viruset tillräckligt efter 30 sekunders exponering vid noggrann applicering. Blandningen av ovanstående formuleringar kan utföras med ett satsvis eller kontinuerligt ultraljudssystem.

Högpresterande ultraljudsapparater

Hielscher Ultrasonics är en tillverkare med lång erfarenhet av ultraljudsapparater med hög effekt för tillämpningar som omfattar blandning och omrörning av olika vätska/vätska- eller vätska/fast ämne-blandningar.
För bearbetning av handdesinfektionsmedel i industriell skala enligt livsmedels- och läkemedelsstandard krävs högpresterande ultraljudsutrustning för att bearbeta stora volymer i en satsvis ultraljudsanläggning eller i ett system med kontinuerlig genomströmning. Hielscher Ultrasonics är en betrodd leverantör med lång erfarenhet av högpresterande ultraljudsutrustning för blandning, som är integrerad i produktionsanläggningar världen över inom livsmedels-, läkemedels-, kosmetik- och kroppsvårdsindustrin.
Hielscher Ultrasonics avancerade ultraljudsapparater kan styras exakt och ger operatören full kontroll över viktiga processparametrar som amplitud, tryck, temperatur och ultraljudsbehandlingstid. Detta möjliggör optimering av ultraljudsbehandlingen så att processen blir så effektiv och ekonomisk som möjligt.
Det omfattande utbudet av tillbehör som sonotroder (sonder), amplitudförstärkare, flödescellsreaktorer och andra tillägg gör det möjligt att konfigurera ultraljudsblandningssystemet specifikt för de ingredienser som bearbetas och den önskade produktionsmängden.

Övervakning av ultraljudsprocessen

Alla Hielschers digitala ultraljudsapparater – från laboratoriestorlek till industriell storlek – är utrustade med intelligent programvara som gör det enkelt att exakt styra, övervaka och justera ultraljudsprocessen. Amplitud, gräns för energitillförsel, pulscykler och ultraljudsbehandlingstid kan förinställas via den användarvänliga programvaran. Menyn är lättillgänglig via pekskärmen i färg och intuitiv att använda. Fjärrstyrning via webbläsare gör det möjligt för operatören att styra och övervaka ultraljudssystemet på distans.
Alla viktiga data från ultraljudsprocessen (som amplitud, temperatur, tryck, nettoenergi, total energi, tid och datum) lagras automatiskt på ett integrerat SD-kort. Den automatiska dataloggningen är mycket uppskattad inom livsmedels- och läkemedelsindustrin eftersom den gör det möjligt för livsmedelstillverkaren att granska bearbetningsförhållandena för varje ultraljudsbehandlat parti. Detta möjliggör standardisering av processen, produktion med genomgående hög kvalitet och införande av god tillverkningssed (GMP).

Ultraljudsapparater för industriellt bruk

Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, sju dagar i veckan. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt, sju dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: