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

Varför ultraljud för nanoemulgering

Ultraljud nanoemulgering är en teknik som använder lågfrekventa, hög effekt ultraljud vågor 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, som erbjuder 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: Ultraljud nanoemulsioner har en hög kinetisk stabilitet på grund av deras 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 emulgering metoder såsom 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 behandlingstid: Ultraljud nanoemulgering är en snabb process som kan slutföras på några minuter, vilket gör den lämplig för storskalig produktion.

Övergripande, ultraljud nanoemulgering erbjuder flera fördelar jämfört med traditionella emulgering metoder, vilket gör det till en överlägsen teknik för olika tillämpningar.
 

Ultraljud bildandet av Nanoemulsions

Ultraljud emulgering orsakas av att koppla vågorna av kraft ultraljud i 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 gränssnittsrörelse. Därigenom blir gränsfasen instabil, så att den dispergerade (interna) fasen så småningom bryts och bildar droppar i den kontinuerliga (externa) fasen.
2. Tillämpningen av lågfrekvent, hög effekt ultraljud genererar kavitation (Kentish et al. 2008). Genom ultraljud kavitation, mikrobubblor eller tomrum bildas i mediet på grund av tryckcyklerna i ultraljudsvågen. Mikrobubblorna / tomrummen växer över flera vågcykler tills de kollapsar våldsamt. Denna bubbelimplosion orsakar lokalt extrema förhållanden som mycket hög skjuvning, flytande strålar och extrema uppvärmnings- och kylningshastigheter. (Suslick 1999).

Dessa extrema krafter bryter primära droppar av dispergerad (intern) fas ner till nanostorleksdropp och blandar dem homogent i den kontinuerliga (externa) fasen.
Läs här mer om effekterna av ultraljud kavitation på emulgering!

Farmaceutiska Nanoemulsioner

Lipidminiemulsioner – Producerad av Ultrasonics – används i stor utsträckning som bärare för farmakologiska agens i farmaceutiska formuleringar. Till exempel kan miniemulsioner fungera som parenteralt läkemedel bärare eller läkemedel leverans enhet till mål vävnaderna. Förutom den höga bio tillgängligheten av de inkapslade aktiva föreningarna, fördelarna med miniemulsioner ligger i deras höga biokompatibilitet, biologisk nedbrytbarhet, stabilitet, och enkel storskalig produktion. På grund av deras strukturella egenskaper, de kan införliva hydrofoba och amfipatiska molekyler. Ultraljud beredda nanoemulsioner har laddats med tokoferoler, vitaminer, curcurmin och många andra farmakologiska ämnen.
Hielschers ultraljudssystem är tillförlitliga emulgeringsmedel för beredning av läkemedelslodade nanoemulsioner. För ultraljud emulgering, Hielscher erbjuder olika tillbehör för att optimera emulgeringsprocessen. Hielschers MultiPhaseCavitator är ett unikt tillägg för ultraljud flödesceller, där den andra fasen injiceras som mycket smal ström direkt i ultraljud hot spot zon av emulgering.

Livsmedels-grade Nanoemulsions

Nanoemulsions erbjuder olika fördelar för formuleringen av livsmedels produkter. Nanoemulsioner visar en god stabilitet för gravitationell separation, flocympning, koalescens, och erbjuder kontrollerad frisättning och/eller absorption av funktionella ingredienser på grund av deras små droplet storlek och stor yta. Dessutom, de erbjuder en hög bio tillgänglighet av aktiva föreningar som är viktigt för leverans av näringsämnen och aktiva substanser. Dessutom, de erbjuder bra formulering egenskaper eftersom de är transparenta eller visuellt genomskinliga och deras submicron-/nano-storlek droppar orsaka en slät och krämig mun känsla. Därmed är produktionen av stabila nano-emulsioner en allnuvarande uppgift för livsmedels industrin, till exempel att formulera vitamin-eller fett syror berikade produkter (t. ex. vitamin C, vitamin E Omega-3, Omega-6, Omega-9 som härrör från utsäde eller fiskolja) eller att producera smaksatta produkter (t. ex. med eteriska oljor).

Nanosized droppfördelning av en ultraljud dispergerad nanoemulsion (lavendelolja-i-vatten emulsion). Emulsion framställdes med ultraljudssonden UP400St.

Kosmetiska Nanoemulsioner

Särskilt vatten-i-olja (W/O) nanoemulsioner erbjuda olika fördelar för inkapsling av bioaktiva hydrofila substans i nanoskala droppar (i enkel eller dubbel emulsioner).
Klicka här för att läsa mer om ytaktiva-fri formulering av kosmetiska emulsioner med ultraljud!

Miniemulsion polymerisation

Ultraljud assisterad miniemulsion polymerisation appliceras på olika processer – från inkapsling av oorganiska partiklar till syntesen av latex partiklar. Tillämpningen av makt ultraljud till kemiska reaktioner såsom polymerisation, syntes etc. kallas sonochemistry.
Klicka här för att läsa mer om sonochemistry, ultraljud syntes av latex och ultraljud nederbörd!

Emulsion stabilisering

Även om vissa nanoemulsioner kan vara hyllstabil utan användning av ytaktiva ämnen eller emulgeringsmedel på grund av den nanoskalade droppstorleken och distributionen, kräver andra nanoemulsioner användning av stabiliserande medel för att erhålla långsiktig stabilitet och optimal produkt Kvalitet. Stabilisering kan åstadkommas genom att lägga till antingen ytaktiva ämnen (tensids) eller fasta partiklar som fungerar som stabilisatorer. Emulsioner, som stabiliseras av fasta partiklar kallas Pickering emulsioner. Laktos, albumin, lecitin, chitosan, cyclodextrin, maltodextrin, stärkelse etc. kan användas som kolloidalstabilisatorer i Pickering emulsioner. Klicka här för att läsa mer om ultraljud genererade Pickering emulsioner!
Ultraljud emulgering kan utföras för alla typer av emulsioner. Om en stabiliserande agent krävs för en specifik emulsion, kan lätt testas i liten skala.
Observera att mängden erforderligt tensider ökar med en minskande droplet-storlek eftersom förhållandet mellan yta och volym (S/V) för sfärer anges av: S/V = 3/R. Till exempel, ju mindre diameter en partikel eller droplet, desto mer yta det har i förhållande till sin volym.

Ultraljud emulgering utrustning

Produktionen av stabila submikron- och nanoemulsioner kräver kraftfull ultraljudsutrustning. Hielscher ultraljud emulgering utrustning levererar mycket höga amplituder (upp till 200μm för industriella ultrasonicators, högre amplituder på begäran) för att generera ett intensivt akustiskt fält.
Men för produktion av stabila nanoemulsioner, Power ultraljudsutrustning ensam är ofta inte tillräckligt. Förutom tillräcklig ultraljud makt, exakt kontroll av processen parametrar, och sofistikerade tillbehör (såsom sonotrodes, flöde cell reaktorer, kylning) är nödvändiga för att få nano-storlek droppar och en homogen spridning av både, den vattenhaltiga och olje fasen till varandra.
Hielscher MultiPhaseCavitator: För att producera överlägsna emulsioner med en mycket smal droppfördelning har Hielscher utvecklat en unik flödescellinsats – 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 av mycket små droppar i nanostorlek och mycket stabila emulsioner.

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på att leverera överlägsna ultraljud system och tillbehör för optimal bearbetning resultat. Vår långsiktiga erfarenhet av ultraljud bearbetning och vårt nära samarbete med våra kunder säkerställer ett framgångs rikt genomförande av Ultrasonics i produktions linjer.
För inledande tester, processutveckling och processoptimering erbjuder vi ett fullt utrustat processlabb och tekniskt center.
Dessutom erbjuder vi djupgående rådgivning, utveckling av anpassade ultraljudssystem och djupgående teknisk service för installation, utbildning och underhåll.