Kararlı Nanoemülsiyonların Ultrasonik Üretimi
- Nanoemülsiyonlar – Miniemülsiyonlar veya mikron altı emülsiyonlar olarak da bilinir – kimya, boya, kaplama, kozmetik, ilaç ve gıdada çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.
- Ultrasonikatörler, uzun süreli kararlı nanoemülsiyonların üretimi için oldukça verimli ve güvenilir bir teknik olarak bilinir.
Neden Nanoemülsifikasyon için Ultrasonik
Ultrasonik nanoemülsifikasyon, tipik olarak 10-200 nm aralığında küçük damlacıkların kararlı ve düzgün emülsiyonlarını oluşturmak için düşük frekanslı, yüksek güçlü ultrason dalgalarını kullanan bir tekniktir. Bu tekniğin, geleneksel emülsifikasyon yöntemlerine göre çeşitli avantajları vardır ve bu da onu çeşitli uygulamalarda üstün kılar. Bu avantajlardan bazıları şunlardır:
- Tek tip parçacık boyutu: Ultrasonik nanoemülsifikasyon, daha iyi stabilite ve biyoyararlanım sunan küçük ve düzgün damlacıklar üretir. Bu damlacıklar yüksek bir yüzey alanı/hacim oranına sahiptir, bu da onları çeşitli uygulamalarda daha reaktif ve etkili hale getirir.
- Yüksek stabilite: Ultrasonik nanoemülsiyonlar, küçük boyutları ve homojenlikleri nedeniyle yüksek kinetik stabiliteye sahiptir, bu da onları birleşmeye, topaklanmaya ve çökelmeye karşı dirençli kılar. Bu stabilite onları gıda, ilaç, kozmetik ve kimyasal uygulamalarda kullanım için ideal hale getirir.
- Azaltılmış enerji tüketimi: Ultrasonik nanoemülsifikasyon, homojenizasyon veya mikroakışkanlaştırma gibi geleneksel emülsifikasyon yöntemlerinden daha düşük enerji girişi gerektirir, bu da onu daha enerji verimli ve uygun maliyetli hale getirir.
- Çok yönlü -lük: Ultrasonik nanoemülsifikasyon, lipitler, hidrofilik bileşikler ve suda çözünmeyen maddeler dahil olmak üzere çok çeşitli malzemeleri emülsifiye etmek için kullanılabilir. Bu, onu çeşitli uygulamalarda kullanılabilecek çok yönlü bir teknik haline getirir.
Hızlı işlem süresi: Ultrasonik nanoemülsifikasyon, dakikalar içinde tamamlanabilen hızlı bir işlemdir ve bu da onu büyük ölçekli üretim için uygun hale getirir.
Genel olarak, ultrasonik nanoemülsifikasyon, geleneksel emülsifikasyon yöntemlerine göre çeşitli avantajlar sunar ve bu da onu çeşitli uygulamalar için üstün bir teknik haline getirir.
Berrak bir nano emülsiyonun ultrasonik hazırlanması UP400ST ultrasonicator'ı kullanarak.
Nanoemülsiyonların Ultrasonik Oluşumu
Ultrasonik emülsifikasyon, güç ultrason dalgalarının sıvı bir sisteme bağlanmasıyla oluşur. Bir sıvıyı sonikleştirerek, iki mekanizma meydana gelir:
- Akustik alan, sıvının içinden geçen ve mikro türbülanslara ve arayüzey hareketine neden olan dalgalar üretir. Böylece, sınır fazı kararsız hale gelir, böylece dağınık (iç) faz sonunda kırılır ve sürekli (dış) fazda damlacıklar oluşturur.
- Düşük frekanslı, yüksek güçlü ultrasoniklerin uygulanması kavitasyona neden olur (Kentish ve ark. 2008). Ultrasonik kavitasyon ile, ultrason dalgasının basınç döngüleri nedeniyle ortamda mikro kabarcıklar veya boşluklar oluşur. Mikro kabarcıklar? boşluklar, şiddetli bir şekilde çökene kadar birkaç dalga döngüsü boyunca büyür. Bu kabarcık patlaması, çok yüksek kesme, sıvı jetleri ve aşırı ısıtma ve soğutma hızları gibi yerel olarak aşırı koşullara neden olur. (Suslick 1999).
Bu aşırı kuvvetler, dağınık (iç) fazın birincil damlacıklarını nano boyutlu damlacıklara kadar parçalar ve bunları homojen bir şekilde sürekli (harici) faza karıştırır.
Ultrasonik kavitasyonun emülsifikasyon üzerindeki etkileri hakkında daha fazla bilgi edinin!
Farmasötik Nanoemülsiyonlar
Lipid miniemülsiyonları – Ultrasonik tarafından üretilmiştir – farmasötik formülasyonlarda farmakolojik ajanlar için taşıyıcı olarak yaygın olarak uygulanır. Örneğin, miniemülsiyonlar parenteral ilaç taşıyıcı veya hedef dokulara ilaç verme cihazı olarak işlev görebilir. Kapsüllenmiş aktif bileşiklerin yüksek biyoyararlanımının yanı sıra, miniemülsiyonların avantajları, yüksek biyouyumlulukları, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri, stabiliteleri ve büyük ölçekli üretim kolaylıklarında yatmaktadır. Yapısal özellikleri nedeniyle, amfipatik moleküllerin yanı sıra hidrofobik molekülleri de içerebilirler. Ultrasonik olarak hazırlanan nanoemülsiyonlar tokoferoller, vitaminler, curcurmin ve diğer birçok farmakolojik madde ile yüklenmiştir.
Hielscher'ın ultrasonik sistemleri, ilaç içeren nanoemülsiyonların hazırlanması için güvenilir emülgatörlerdir. Ultrasonik emülsifikasyon için, Hielscher emülsifiye etme işlemini optimize etmek için çeşitli aksesuarlar sunar. Hielschers MultiPhaseCavitator, ultrasonik akış hücreleri için benzersiz bir eklentidir, burada ikinci faz çok dar bir akış olarak doğrudan ultrasonik sıcak nokta emülsifikasyon bölgesine enjekte edilir.
ultrasonikatör UP400St Artan biyoyararlanıma sahip farmasötik nanosüspansiyonların formülasyonu için.
Gıda Sınıfı Nanoemülsiyonlar
Nanoemülsiyonlar, gıda ürünlerinin formülasyonu için çeşitli faydalar sunar. Nanoemülsiyonlar, yerçekimi ayrımına, flokülasyona, birleşmeye karşı iyi bir stabilite gösterir ve küçük damlacık boyutları ve geniş yüzey alanları nedeniyle fonksiyonel bileşenlerin kontrollü salınımını ve? veya emilimini sağlar. Ek olarak, besinlerin ve aktif maddelerin verilmesi için önemli olan aktif bileşiklerin yüksek biyoyararlanımını sunarlar. Ayrıca, şeffaf veya görsel olarak yarı saydam olduklarından ve mikron altı? nano boyutlu damlacıkları pürüzsüz ve kremsi bir ağız hissine neden olduklarından iyi formülasyon özellikleri sunarlar. Bu nedenle, kararlı nano emülsiyonların üretimi, örneğin vitamin veya yağ asidi takviyeli ürünler (örneğin C vitamini, E vitamini omega-3, omega-6, bitki tohumu veya balık yağından elde edilen omega-9) formüle etmek veya aromalı ürünler (örneğin uçucu yağlarla) üretmek için gıda endüstrisi için her yerde mevcut bir görevdir.
Ultrasonik olarak dağılmış bir nanoemülsiyonun (lavanta su içinde yağ emülsiyonu) nano boyutlu damlacık dağılımı. Emülsiyon hazırlandı ultrasonik prob UP400St ile.
Kozmetik Nanoemülsiyonlar
Özellikle yağda su (W/O) nanoemülsiyonları, biyoaktif hidrofilik maddenin nano ölçekli damlacıklara (tek veya çift emülsiyonlarda) kapsüllenmesi için çeşitli faydalar sunar.
Ultrasonik ile kozmetik emülsiyonların yüzey aktif madde içermeyen formülasyonu hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!
Miniemülsiyon polimerizasyonu
Ultrasonik destekli miniemülsiyon polimerizasyonu çeşitli işlemlere uygulanır – inorganik parçacıkların kapsüllenmesinden lateks parçacıklarının sentezine kadar. Güç ultrasonunun polimerizasyon, sentez vb. gibi kimyasal reaksiyonlara uygulanması sonokimya olarak bilinir.
Hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın Sono-kimya, Lateksin ultrasonik sentezi ve ultrasonik çökeltme!
emülsiyon stabilizasyonu
Bazı nanoemülsiyonlar, nano ölçekli damlacık boyutu ve dağılımı nedeniyle herhangi bir yüzey aktif madde veya emülgatör kullanılmadan rafa stabil hale getirilebilse de, diğer nanoemülsiyonlar, uzun vadeli stabilite ve optimum ürün kalitesi elde etmek için stabilize edici ajanların kullanılmasını gerektirir. Stabilizasyon, stabilizatör görevi gören yüzey aktif maddeler (tensidler) veya katı parçacıklar eklenerek gerçekleştirilebilir. Katı parçacıklar tarafından stabilize edilen emülsiyonlar, Pickering emülsiyonları olarak bilinir. Pickering emülsiyonlarında kolloidal stabilizatör olarak laktoz, albümin, lesitin, kitosan, siklodekstrin, maltodekstrin, nişasta vb. kullanılabilir. Ultrasonik olarak üretilen Pickering emülsiyonları hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Ultrasonik emülsifikasyon her türlü emülsiyon için yapılabilir. Belirli bir emülsiyon için stabilize edici bir ajan gerekiyorsa, küçük ölçekte kolayca test edilebilir.
Küreler için yüzey alanı-hacim oranı (S/V) şu şekilde verildiğinden, gerekli yüzey aktif madde miktarının damlacık boyutu azaldıkça arttığını lütfen unutmayın: S/V = 3/R. Örneğin, bir parçacığın veya damlacığın çapı ne kadar küçükse, hacmine göre o kadar fazla yüzey alanına sahiptir.
Ultrasonik Emülsifikasyon Ekipmanları
Kararlı mikron altı ve nano emülsiyonların üretimi, güçlü ultrasonik ekipman gerektirir. Hielscher ultrasonik emülsifikasyon ekipmanı, yoğun bir akustik alan oluşturmak için çok yüksek genlikler (endüstriyel ultrasonicators için 200μm'ye kadar, istek üzerine daha yüksek genlikler) sunar.
Bununla birlikte, kararlı nanoemülsiyonların üretimi için, güç ultrason ekipmanı tek başına genellikle yeterli değildir. Yeterli ultrasonik gücün yanı sıra, proses parametrelerinin hassas kontrolü ve nano boyutlu damlacıklar ve hem sulu hem de yağ fazının birbirine homojen bir şekilde dağılması için karmaşık aksesuarlar (sonotrodlar, akış hücresi reaktörleri, soğutma gibi) gereklidir.
Hielscher MultiPhaseCavitator: Çok dar bir damlacık dağılımına sahip üstün emülsiyonlar üretmek için, Hielscher benzersiz bir akış hücresi eki geliştirmiştir – Çok Fazlı Kavitatör. Bu özel akış hücresi eklentisi ile emülsiyonun ikinci aşaması 48 küçük kanül aracılığıyla sürekli olarak kavitasyon bölgesine enjekte edilir. Bu teknoloji, çok küçük nano boyutlu damlacıkların ve son derece kararlı emülsiyonların güvenilir ve etkili bir şekilde üretilmesine olanak tanır.
Hielscher Ultrasonics, optimum işleme sonuçları için üstün ultrasonik sistemler ve aksesuarlar tedarik etme konusunda uzmanlaşmıştır. Ultrasonik işleme konusundaki uzun vadeli deneyimimiz ve müşterilerimizle olan yakın işbirliğimiz, ultrasoniklerin üretim hatlarına başarılı bir şekilde uygulanmasını sağlar.
İlk testler, süreç geliştirme ve süreç optimizasyonu için tam donanımlı bir süreç laboratuvarı ve teknik merkez sunuyoruz.
Ayrıca, derinlemesine danışmanlık, özelleştirilmiş ultrasonik sistemlerin geliştirilmesi ve kurulum, eğitim ve bakım için derin teknik servis sunuyoruz.
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 0,5 - 1,5 mL | n.a. | VialTweeter | 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ila 150L | 3 ila 15L/dk | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin!? Bize Sor!
Caution: Video "duration" is missing
Bilmeye Değer Gerçekler
Emülsiyonlar, Damlacık Boyutu ve Yüzey Aktif Maddeler
Emülsiyonlar, birbirine karışmayan iki sıvı olarak tanımlanır: Sıvılardan biri – Sözde dağınık veya iç faz – sürekli veya harici faz olarak bilinen diğer sıvı içinde küresel damlacıklar halinde dağılır. Bir emülsiyon oluşturmak için kullanılan en belirgin sıvılar yağ ve sudur. Yağ fazı su/sulu fazda dağıldığında, sistem bir su içinde yağ emülsiyonu iken, su/sulu faz yağ fazında dağıldığında, bir yağ içinde su emülsiyonudur. Emülsiyonlar, sırasıyla partikül boyutları ve termodinamik kararlılıkları ile sırasıyla makroemülsiyonlar, mikroemülsiyonlar ve nanoemülsiyonlar olarak ayırt edilir.
Nanoemülsiyonlar
Nanoemülsiyonlar, nano boyutlu damlacıklardan oluşan nanopartikül dispersiyonlardır. Güç ultrasonunun yüksek kesme kuvvetleri, damlacıkları mikron altı ve nano çapa indirgenecek şekilde parçalar. Genel olarak, daha küçük damlacık boyutları daha fazla emülsiyon stabilitesine yol açar. Nanoemülsiyonlar, O / W (su içinde yağ), W / O (yağ içinde su) veya W / O / W ve O / W / O gibi çoklu / çift emülsiyonlar olarak ayırt edilebilir. Nanoemülsiyon, tutarlılığa ve damlacık boyutuna bağlı olarak şeffaf veya hatta yarı saydamdır (görünür spektrumda). Nanoemülsiyonlar genellikle 20 ila 200nm arasında bir damlacık boyutu ile tanımlanır. Azalan bir damlacık boyutu ile, emülsiyonun birleşme eğilimi azalır (Ostwald olgunlaşması azalır).
Nanomalzemeler ve nanoemülsiyonlar, mikroemülsiyonlardan farklı fiziksel özelliklerle karakterize edilir. Nano boyutlu parçacıklar ya tamamen farklı özellikler gösterir ya da tipik özellikleri çok aşırı bir biçimde ifade edilir. Nanoemülsiyonların görünür görünümü, mikron boyutlu emülsiyonlardan farklı bir görünüme sahiptir, çünkü damlacıklar görünür spektrumun optik dalga boylarına müdahale edemeyecek kadar küçüktür. Bu nedenle, nanoemülsiyonlar çok az ışık saçılımı sergiler ve şeffaf veya optik olarak yarı saydam görünürler.
Bir emülsiyonun damlacık boyutu, yağ fazının bileşiminden, her ikisinin arayüzey özelliklerinden ve viskozitesinden, sürekli ve dağılmış fazlardan, emülgatör/yüzey aktif madde tipinden, emülsifikasyon sırasındaki kesme hızından ve ayrıca yağ fazının sudaki çözünürlüğünden etkilenir.
Nanoemülsiyonlar, ilaç dağıtımı, gıda gibi çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. & İçecek, kozmetik, ilaç ve malzeme bilimi & sentez.
yüzey aktif maddeler
Emülgatörler, stabil bir emülsiyon? nanoemülsiyon hazırlamak için önemli bir faktördür. Emülgatörler, damlacık etrafında koruyucu bir tabaka oluşturan ve arayüzey gerilimini azaltan, böylece Ostwald'ın olgunlaşmasını, birleşmesini ve kremalaşmasını önleyen yüzey aktif maddelerdir.
Yüzey aktif madde türleri:
- Küçük moleküllü yüzey aktif maddeler: Tween ve Span gibi iyonik olmayan emülgatör, oral, parenteral ve dermal olarak uygulandığında düşük toksisite ve tahriş gösterir ve bu nedenle iyonik emülgatörlere göre tercih edilir. Tween ve Span, gıda, ilaç ve kozmetik endüstrisinde emülsiyon formülasyonları için tercih edilen stabilizatörlerdir.
Aralar: Tween 20/60/80, polisorbat 20/60/80 (PEG-20 susuz sorbierit monolaurat, PEG-20 dehidre sorbierite monostearat, polioksietilen sorbitan monooleat) olarak bilinir. Sorbitolden türetilen noniyonik yüzey aktif maddeler? emülgatörlerdir. Suda, etanolde, metanolde veya etil asetatta kolayca çözünürler, ancak mineral yağda çok az çözünürler.
Yayılan: Span20/40/60/80, emülsifiye edici, dağıtıcı ve ıslatma özelliklerine sahip iyonik olmayan yüzey aktif maddeler olan sorbitan yağ asidi esterleri? sorbitan esterleridir. Span yüzey aktif maddeleri, sorbitolün dehidrasyonu ile üretilir. - Fosfolipitler: yumurta sarısı, soya veya süt lesitini
- Amfifilik proteinler: Peynir altı suyu proteini izolatı, kazeinat
- Amfifilik polisakkaritler: arap zamkı, modifiye nişastalar
Literatür? Referanslar
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Kentish, S.; Wooster, T.; Ashokkumar, M.; Simons, L. (2008): The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9(2):170-175.
- Suslick, K.S. (1999): Application of Ultrasound to Materials Chemistry. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. 29: 295–326.
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.