Güç Ultrasoniği ile Pickering Emülsiyonları
- Pickering emülsiyonları katı parçacıklarla stabilize edilir.
- Pickering emülsiyonları, “emülgatör içermeyen” yapıları ve artırılmış kararlılıklarıyla öne çıkar.
- Ultrason, önce stabilize edici parçacıkları su fazına disperse ederek ve ardından yağ/su fazını emülsifiye ederek Pickering emülsiyonları oluşturmak için mükemmel bir araçtır.
Pickering Emülsiyonları
Pickering emülsiyonları, bir emülgatör veya yüzey aktif madde yerine adsorbe olmuş katı parçacıklarla stabilize edilir. Dolayısıyla Pickering emülsiyonları, katı parçacıklarla stabilize edildikleri için “emülgatör içermeyen” veya “yüzey aktif madde içermeyen” emülsiyonlar olarak kabul edilebilir. Yağ ve su karıştırılıp küçük yağ damlacıkları oluşturularak suyun tamamına dağıtılırsa, damlacıklar sonunda sistemdeki enerji miktarını azaltmak üzere birleşir. Ancak karışıma katı parçacıklar eklenirse, bunlar ara yüzeyin yüzeyine bağlanarak damlacıkların birleşmesini önler ve böylece emülsiyonun daha kararlı olmasını sağlar.
Emülgatör kullanılmadan oluşum, yüzey aktif madde kullanımının olumsuz etkilerinin olduğu ürünlerin, örneğin farmasötik ve kozmetik ürünlerin formülasyonu açısından özellikle ilgi çekicidir. Ayrıca Pickering emülsiyonları, geleneksel emülgatörlerle stabilize edilen emülsiyonlara kıyasla artırılmış kararlılık gösterir. Damlacıkların katı parçacıklardan oluşan kaplaması, birleşmeye karşı rijit bir bariyer işlevi görür. Bu, yüksek konsantrasyonlu emülsiyonların bile Pickering emülsiyonları olarak etkin biçimde stabilize edilebileceği anlamına gelir. Yağ–su ara yüzeyinde adsorbe olmuş katı nanoparçacıklar, kısmen su ve yağ ortamına gömülür; böylece stabilize edici nanoparçacıklar hidrofilik, hidrofobik veya amfifilik özelliklere sahip olabilir. Parçacık şekli ve parçacık boyutu da emülsiyonun kararlılığını etkiler.
Emülsiyonlar için ultrasonik reaktör
Ultrasonik homojenizasyonun yüksek mekanik kesme kuvvetleri, faz ara yüzeyleri arasındaki enerji bariyerini aşar. Ayrıca sonikasyon, nanoparçacıkların agregatlarını ve aglomeratlarını parçalar ve yüksek derecede polidispers bir emülsiyon oluşturur.
Sonikasyon, bir Pickering emülsiyonunun hazırlanmasının her iki aşamasında da kullanılır:
- adsorbe olmuş parçacıkları su fazına disperse etmek için
- o/w karışımını emülsifiye etmek için
Silika ile Pickering Emülsiyonu
İlk olarak hidrofilik pirojenik silika tozları (Aerosil® 200 veya Aerosil® 380 gibi), ultrasonik bir cihaz kullanılarak 100nm aglomeratlar halinde suya disperse edildi.
İkinci aşamada, 20 wt% yağ içeren ve damlacık çapı 2–10nm olan kararlı o/w emülsiyonları sonikasyonla hazırlandı.
Sulu fazda bütanol, etil asetat, bütil laktat ve dietil adipatın kararlı, şeffaf emülsiyonlarını elde etmek için %6 silika gerekti. Diizobütil adipat için kararlı bir emülsiyon elde etmek üzere en az %8 silika gerekir.
Hazırlanan tüm emülsiyonların en az 6 ay boyunca kararlı olduğu gösterilmiştir.
Hem yüzeyi modifiye edilmemiş hem de fonksiyonelleştirilmiş silika (SiO2) en yaygın kullanılan parçacıklardan biri olmakla birlikte, şu diğer parçacıklar da
- Fe3O4,
- hidroksiapatit,
- monodispers polistiren lateks parçacıkları,
- siklodekstrin ve maltodekstrin,
- halloysit nanotüpleri,
- hematit (α-Fe2O3) mikropartikülleri,
- poli(metil metakrilat) (PMMA),
- çözünmeyen kitosan/jelatin-B kompleks parçacıkları
diğer birçok katı parçacığın yanı sıra kararlı Pickering emülsiyonları oluşturmak için başarıyla kullanılmıştır.
Literatür / Kaynaklar
- 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.
Bilinmesi Gereken Bilgiler
Su içinde yağ (o/w) Pickering emülsiyonları
Su içinde yağ Pickering emülsiyonu, yağ damlacıklarının sürekli faz olan su içinde dağıldığı bir emülsiyonu ifade eder. Bu tür Pickering emülsiyonları genellikle temas açısı 90º’den küçük olan nanoparçacıklarla stabilize edilir. o/w Pickering emülsiyonları, örneğin pirojenik silika ve Fe3O4 nanoparçacıkları kullanılarak stabilize edilebilir. Bu Pickering emülsiyonlarının yağ fazı, örneğin sırasıyla su içindeki dodekan, oktadesenil süksinik anhidrit (ODSA), toluen ve bütil bütirattan oluşabilir.
Yağ içinde su (w/o) Pickering emülsiyonları
Yağ içinde su Pickering emülsiyonları, dağılmış faz olarak su damlacıkları ve sürekli faz olarak yağ içerir. Temas açısı 90º’den büyük olan nanoparçacıklar, bu tür emülsiyonlar için en iyi stabilize edici ajanlardır. o/w Pickering emülsiyonları, manyetik nanoparçacıklar kullanılarak stabilize edilebilir.
Karmaşık Pickering emülsiyonları
Çift veya çoklu Pickering emülsiyonları (w/o/w veya o/w/o), küçük damlacıkların daha büyük damlacıklar içinde süspanse olduğu ve bu daha büyük damlacıkların da sürekli bir faz içinde süspanse olduğu karmaşık polidispers sistemlerdir. Çoklu Pickering emülsiyonları için iki aşamalı bir emülsifikasyon işlemi gerçekleştirilir: Bir w/o/w emülsiyonu için ilk emülsifikasyon aşamasında w/o emülsiyonu hidrofobik nanoparçacıklarla stabilize edilir; ikinci emülsifikasyon aşamasında ise stabilize edici olarak hidrofilik nanoparçacıklar kullanılır. Çoklu emülsiyonlar, su içinde yağ içinde su (w/o/w) veya yağ içinde su içinde yağ (o/w/o) biçiminde oluşturulabilir.
w/o/w emülsiyonları, daha sonra yavaşça salınan çeşitli hidrofilik aktif bileşikler ve ilaçlar (örneğin vitaminler, antioksidanlar, enzimler, aşılar, hormonlar) için sıklıkla taşıyıcı ortamlar / taşıyıcılar olarak kullanılır. Bazı aktif maddeler çoklu bir emülsiyonun dış fazından iç fazına da göç ettiğinden, bu tür w/o/w emülsiyonları aktif maddelerin geciktirilmiş salım / sürekli salım yoluyla verilmesi için mükemmel biçimde işlev görür.
Damlacıklar Arasında Köprü Oluşumu
Bazı Pickering emülsiyon sistemlerinde ortaya çıkan benzersiz bir olgu, damlacıklar arasında köprü oluşumudur. Bir damlacığın yüzeyinden dışarı uzanan kolloidler, aynı anda başka bir ara yüzeye adsorbe olarak iki damlacık arasında köprü oluşturabilir. Köprüler, kolloidal parçacıkların tek katmanlarından oluşur ve damlacıklar yalnızca sürekli fazın ince bir filmiyle birbirinden ayrılır.