Hielscher Ultrasonics
Vi diskuterar gärna din process.
Ring oss: +49 3328 437-420
Maila oss: info@hielscher.com

Ultraljudsproduktion av stabila nanoemulsioner

  • Nanoemulsioner – även känd som miniemulsioner eller submikronemulsioner – används i ett brett spektrum av applikationer inom kemi, färger, beläggningar, kosmetika, läkemedel och livsmedel.
  • Ultraljudsapparater är kända som en mycket effektiv och pålitlig teknik för produktion av långsiktigt stabila nanoemulsioner.

Varför ultraljud för nanoemulgering

Ultraljud nanoemulgering är en teknik som använder lågfrekventa, högeffekts ultraljudsvågor för att skapa stabila och enhetliga emulsioner av små droppar, vanligtvis i intervallet 10-200 nm. Denna teknik har flera fördelar jämfört med traditionella emulgeringsmetoder, vilket gör den överlägsen i olika applikationer. Några av dessa fördelar är:

  • Enhetlig partikelstorlek: Ultraljud nanoemulgering producerar små och enhetliga droppar, vilket ger bättre stabilitet och biotillgänglighet. Dessa droppar har ett högt förhållande mellan yta och volym, vilket gör dem mer reaktiva och effektiva i olika applikationer.
  • Hög stabilitet: Ultraljudnanoemulsioner har en hög kinetisk stabilitet på grund av sin lilla storlek och enhetlighet, vilket gör dem resistenta mot koalescens, flockning och sedimentering. Denna stabilitet gör dem idealiska för användning i livsmedel, läkemedel, kosmetiska och kemiska applikationer.
  • Minskad energiförbrukning: Ultraljud nanoemulgering kräver lägre energitillförsel än traditionella emulgeringsmetoder som homogenisering eller mikrofluidisering, vilket gör det mer energieffektivt och kostnadseffektivt.
  • Mångsidighet: Ultraljud nanoemulgering kan användas för att emulgera ett brett spektrum av material, inklusive lipider, hydrofila föreningar och vattenolösliga ämnen. Detta gör det till en mångsidig teknik som kan användas i olika applikationer.
    Snabb handläggningstid: Ultraljud nanoemulgering är en snabb process som kan slutföras på några minuter, vilket gör den lämplig för storskalig produktion.

Sammantaget erbjuder ultraljud nanoemulgering flera fördelar jämfört med traditionella emulgeringsmetoder, vilket gör det till en överlägsen teknik för olika applikationer.
 

I den här videon gör vi en nano-emulsion av CBD-rik hampolja i vatten med hjälp av en Hielscher UP400St ultraljudsapparat. Vi mäter sedan nano-emulsionen med hjälp av en NANO-flex DLS. Mätresultaten visar en mycket smal, volymvägd partikelstorleksfördelning i intervallet 9 till 40 nanometer. 95 procent av alla partiklar är under 28 nanometer.

CBD-nanoemulsion - Producera en genomskinlig nano-emulsion med hjälp av en UP400St ultraljudshomogenisator!

Miniatyr av video

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudsberedning av en CBD-nanoemulsion med hjälp av den UP400ST ultraljudssonden.

Ultraljudsberedning av en klar nano-emulsion Använda UP400ST ultraljudsapparat.

Ultraljudsbildning av nanoemulsioner

Ultraljudsemulgering orsakas av att koppla vågorna av kraftultraljud till ett flytande system. Genom att sonikera en vätska, uppstår två mekanismer:

  1. Det akustiska fältet genererar vågor som färdas genom vätskan och orsakar mikroturbulenser och en gränsyterörelse. Därmed blir randfasen instabil, så att den dispergerade (interna) fasen så småningom bryts sönder och bildar droppar i den kontinuerliga (externa) fasen.
  2. Tillämpningen av ultraljud med låg frekvens och hög effekt genererar kavitation (Kentish et al. 2008). Genom ultraljudskavitation bildas mikrobubblor eller hålrum i mediet på grund av ultraljudsvågens tryckcykler. Mikrobubblorna / hålrummen växer över flera vågcykler tills de kollapsar våldsamt. Denna bubbelimplosion orsakar lokalt extrema förhållanden som mycket hög skjuvning, vätskestrålar och extrema uppvärmnings- och kylningshastigheter. (Suslick 1999).

Dessa extrema krafter bryter ner primära droppar av dispergerad (intern) fas till droppar i nanostorlek och blandar dem homogent till den kontinuerliga (externa) fasen.
Här kan du läsa mer om effekterna av ultraljudskavitation på emulgering!

Farmaceutiska nanoemulsioner

Miniemulsioner av lipider – Producerad av Ultrasonics – används i stor utsträckning som bärare av farmakologiska medel i farmaceutiska formuleringar. Till exempel kan miniemulsioner fungera som parenteral läkemedelsbärare eller läkemedelsleveransanordning för att rikta in sig på vävnader. Förutom den höga biotillgängligheten hos de inkapslade aktiva föreningarna, ligger fördelarna med miniemulsioner i deras höga biokompatibilitet, biologiska nedbrytbarhet, stabilitet och lätthet att producera i stor skala. På grund av deras strukturella egenskaper kan de innehålla såväl hydrofoba som amfipatiska molekyler. Ultraljudsframställda nanoemulsioner har laddats med tokoferoler, vitaminer, curcurmin och många andra farmakologiska substanser.
Hielschers ultraljudssystem är pålitliga emulgeringsmedel för framställning av läkemedelslodade nanoemulsioner. För ultraljudsemulgering erbjuder Hielscher olika tillbehör för att optimera emulgeringsprocessen. Hielschers MultiPhaseCavitator är ett unikt tillägg för ultraljudsflödesceller, där den andra fasen injiceras som en mycket smal ström direkt in i ultraljuds hot spot-zonen för emulgering.

Ultraljudsberedning av nanosuspensioner är en effektiv teknik för produktion av farmaceutiska formuleringar med ökad biotillgänglighet.

Ultraljud UP400St för formulering av farmaceutiska nanosuspensioner med ökad biotillgänglighet.

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




 

Ultraljud nano-emulsioner: Den här videon visade den snabba produktionen av en nano-emulsion av olja i vatten. UP200Ht homogeniserar oljan och vattnet på några sekunder.

Ultraljudsemulgering med UP200Ht med S26d14-sond

Miniatyr av video

 

Nanoemulsioner av livsmedelskvalitet

Nanoemulsioner erbjuder olika fördelar för formuleringen av livsmedelsprodukter. Nanoemulsioner visar en god stabilitet mot gravitationsseparation, flockning, koalescens och erbjuder kontrollerad frisättning och/eller absorption av funktionella ingredienser på grund av deras lilla droppstorlek och stora yta. Dessutom erbjuder de en hög biotillgänglighet av aktiva föreningar, vilket är viktigt för leveransen av näringsämnen och aktiva substanser. Dessutom erbjuder de goda formuleringsegenskaper eftersom de är transparenta eller visuellt genomskinliga och deras droppar i submikron-/nanostorlek ger en slät och krämig munkänsla. Därmed är produktionen av stabila nanoemulsioner en allestädes närvarande uppgift för livsmedelsindustrin, t.ex. för att formulera vitamin- eller fettsyraberikade produkter (t.ex. vitamin C, vitamin E, omega-3, omega-6, omega-9 som härrör från växtfrö eller fiskolja) eller för att producera smaksatta produkter (t.ex. med eteriska oljor).

Droppfördelningsmätning av en ultraljudsdispergerad nanoemulsion.

Droppfördelning i nanostorlek av en ultraljudsdispergerad nanoemulsion (lavendelolja-i-vatten-emulsion). Emulsion framställdes med ultraljudssonden UP400St.

Kosmetiska nanoemulsioner

Speciellt vatten-i-olja (W/O) nanoemulsioner erbjuder olika fördelar för inkapsling av bioaktiva hydrofila ämnen i droppar i nanoskala (i enkla eller dubbla emulsioner).
Klicka här för att läsa mer om den ytaktiva fria formuleringen av kosmetiska emulsioner med ultraljud!

Polymerisation med miniemulsion

Ultraljudsassisterad miniemulsionspolymerisation tillämpas på olika processer – från inkapsling av oorganiska partiklar till syntes av latexpartiklar. Tillämpningen av kraftultraljud till kemiska reaktioner såsom polymerisation, syntes etc. är känd som sonokemi.
Klicka här för att läsa mer om Sonokemi, Ultraljud syntes av latex och Ultraljud nederbörd!

Stabilisering av emulsion

Även om vissa nanoemulsioner kan vara lagringsstabila utan användning av några ytaktiva ämnen eller emulgeringsmedel på grund av droppstorleken och fördelningen i nanoskala, kräver andra nanoemulsioner användning av stabiliseringsmedel för att uppnå långsiktig stabilitet och optimal produktkvalitet. Stabilisering kan åstadkommas genom att tillsätta antingen ytaktiva ämnen (tensider) eller fasta partiklar som fungerar som stabilisatorer. Emulsioner, som stabiliseras av fasta partiklar, är kända som Pickering-emulsioner. Laktos, albumin, lecitin, kitosan, cyklodextrin, maltodextrin, stärkelse m.m. kan användas som kolloidala stabilisatorer i Pickering-emulsioner. Klicka här för att lära dig mer om ultraljudsgenererade Pickering-emulsioner!
Ultraljudsemulgering kan utföras för alla typer av emulsioner. Om ett stabiliseringsmedel krävs för en specifik emulsion, kan det enkelt testas i liten skala.
Observera att mängden surfaktant som krävs ökar med en minskande droppstorlek eftersom förhållandet mellan yta, area och volym (S/V) för sfärer ges av: S/V = 3/R. Till exempel, ju mindre diameter en partikel eller droppe har, desto större yta har den i förhållande till sin volym.

Utrustning för ultraljudsemulgering

Produktionen av stabila submikron- och nanoemulsioner kräver kraftfull ultraljudsutrustning. Hielscher ultraljud emulgeringsutrustning levererar mycket höga amplituder (upp till 200 μm för industriella ultraljudsapparater, högre amplituder på begäran) för att generera ett intensivt akustiskt fält.
Men för produktion av stabila nanoemulsioner räcker det ofta inte med enbart ultraljudsutrustning. Förutom tillräcklig ultraljudskraft är exakt kontroll av processparametrarna och sofistikerade tillbehör (såsom sonotroder, flödescellsreaktorer, kylning) nödvändiga för att erhålla droppar i nanostorlek och en homogen dispersion av både vatten- och oljefasen i varandra.
Hielscher MultiPhaseCavitator: För att producera överlägsna emulsioner med en mycket smal droppfördelning har Hielscher utvecklat en unik flödescellsinsats – MultiPhaseCavitator. Med detta speciella flödescellstillägg injiceras den andra fasen av emulsionen kontinuerligt via 48 små kanyler i kavitationszonen. Denna teknik möjliggör tillförlitlig och effektiv produktion, mycket små droppar i nanostorlek och mycket stabila emulsioner.

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på att leverera överlägsna ultraljudssystem och tillbehör för optimala bearbetningsresultat. Vår långa erfarenhet av ultraljudsbearbetning och vårt nära samarbete med våra kunder säkerställer en framgångsrik implementering av ultraljud i produktionslinjer.
För inledande tester, processutveckling och processoptimering erbjuder vi ett fullt utrustat processlabb och tekniskt center.
Dessutom erbjuder vi djupgående rådgivning, utveckling av skräddarsydda ultraljudssystem och djupgående teknisk service för installation, utbildning och underhåll.

Videon visar den mycket effektiva emulgeringen av olja. Ultraljudsprocessorn som används är en Hielscher UP400St ultraljudsapparat, som är idealisk för att förbereda medelstora satser av högkvalitativa emulsioner.

Gör stabila nanoemulsioner med Hielscher Ultrasonics UP400St (400 watt)

Miniatyr av video

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Batchvolym Flöde Rekommenderade enheter
0.5 till 1,5 ml N.A. VialTweeter
1 till 500 ml 10 till 200 ml/min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L/min UIP2000hdT
10 till 100L 2 till 10L/min UIP4000hdT
15 till 150L 3 till 15 l/min UIP6000hdT
N.A. 10 till 100 L/min UIP16000
N.A. Större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsprocessorer, applikationer och pris. Vi diskuterar gärna din process med dig och erbjuder dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera våra integritetspolicy.




Den här videon visar Hielschers ultraljudsprocessor UP400S som förbereder en emulsion av vegetabilisk olja-i-vatten i nanostorlek.

Emulgering av vegetabilisk olja i vatten med UP400S

Miniatyr av video

 



Fakta som är värda att veta

Emulsioner, droppstorlek och ytaktiva ämnen

Emulsioner definieras som två oblandbara vätskor: En av vätskorna – den så kallade dispergerade eller inre fasen – sprids som sfäriska droppar i den andra vätskan, känd som kontinuerlig eller extern fas. De mest framträdande vätskorna som används för att bilda en emulsion är olja och vatten. När oljefasen dispergeras i vatten-/vattenfasen är systemet en olja-i-vatten-emulsion, medan när vatten-/vattenfasen dispergeras i oljefasen är det en vatten-i-olja-emulsion. Emulsioner skiljer sig åt genom sin partikelstorlek respektive termodynamiska stabilitet som makroemulsioner, mikroemulsioner respektive nanoemulsioner.

Nanoemulsioner

Nanoemulsioner är nanopartikeldispersioner, som består av droppar i nanostorlek. De höga skjuvkrafterna vid ultraljud bryter sönder dropparna så att de reduceras till submikron och nanodiameter. I allmänhet leder mindre droppstorlekar till större emulsionsstabilitet. Nanoemulsioner kan särskiljas som O/W (olja-i-vatten), W/O (vatten-i-olja) eller som flera/dubbla emulsioner som W/O/W och O/W/O. Nanoemulsion är transparenta eller till och med genomskinliga (i det synliga spektrumet) beroende på konsistens och droppstorlek. Nanoemulsioner definieras i allmänhet av en droppstorlek mellan 20 och 200 nm. Med en fallande droppstorlek minskar emulsionens benägenhet för koalescens (minskar Ostwald-mognaden).
Nanomaterial och nanoemulsioner kännetecknas av fysikaliska egenskaper som skiljer sig från mikroemulsioner. Partiklar i nanostorlek uppvisar antingen helt olika egenskaper eller så uttrycks deras typiska egenskaper i en mycket extrem form. Det synliga utseendet på nanoemulsioner har ett annat utseende än mikronstora emulsioner eftersom dropparna är för små för att störa de optiska våglängderna i det synliga spektrumet. Därför uppvisar nanoemulsioner mycket liten ljusspridning och verkar transparenta eller optiskt genomskinliga.
Droppstorleken hos en emulsion påverkas av sammansättningen av oljefasen, gränsytans egenskaper och viskositet hos båda, de kontinuerliga och dispergerade faserna, typen av emulgeringsmedel/ytaktivt ämne, skjuvhastighet under emulgering, samt lösligheten av oljefasen i vatten.
Nanoemulsioner används i stor utsträckning i olika tillämpningar såsom läkemedelstillförsel, livsmedel & Drycker, kosmetika, läkemedel och materialvetenskap & syntes.

Ytaktiva ämnen

Emulgeringsmedel är en viktig faktor för att framställa en stabil emulsion / nanoemulsion. Emulgeringsmedel är ytaktiva ämnen som bildar ett skyddande skikt runt droppen och minskar spänningen i gränssnittet, vilket förhindrar att Ostwald mognar, koalescens och krämar.
Typer av ytaktiva ämnen:

  • Småmolekylära ytaktiva ämnen: Nonjoniska emulgeringsmedel som Tween och Span uppvisar låg toxicitet och irritation när de administreras oralt, parenteralt och dermalt och är därför att föredra framför joniska emulgeringsmedel. Tween och Span är de föredragna stabilisatorerna för emulsionsformuleringar inom livsmedels-, läkemedels- och kosmektisk industri.
    Interpoleringar: Tween 20/60/80 är kända som polysorbat 20/60/80 (PEG-20 dehydratiserad sorbieritmonolaurat, PEG-20 dehydratiserad sorbieritmonostearat, polyoxietylensorbitanmonooleat). De är nonjoniska ytaktiva ämnen / emulgeringsmedel som härrör från sorbitol. De löser sig lätt i vatten, etanol, metanol eller etylacetat, men bara lite i mineralolja.
    Spänner över: Span20/40/60/80 är sorbitanfettsyraestrar / sorbitanestrar, som är nonjoniska ytaktiva ämnen med emulgerande, dispergerande och vätande egenskaper. Spännvidder produceras genom uttorkning av sorbitol.
  • Fosfolipider: äggula, soja eller mejerilecitin
  • Amfifila proteiner: Vassleproteinisolat, kaseinat
  • Amfifila polysackarider: gummi arabicum, modifierad stärkelse

Litteratur / Referenser


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer från labb till industriell storlek.

Vi diskuterar gärna din process.

Let's get in contact.