Ультразвукове виробництво стабільних наноемульсій

• Наноемульсії – Також відомі як мініемульсії або субмікронні емульсії – використовуються в широкому спектрі застосувань в хімії, фарбах, покриттях, косметиці, фармацевтиці та харчовій промисловості.
• Ультразвукові апарати відомі як високоефективна та надійна техніка для виробництва довготривалих стабільних наноемульсій.

Чому ультразвук для наноемульгування

Ультразвукова наноемульгація – це метод, який використовує низькочастотні ультразвукові хвилі високої потужності для створення стабільних і однорідних емульсій крихітних крапель, як правило, в діапазоні 10-200 нм. Ця техніка має ряд переваг перед традиційними методами емульгування, які роблять її кращою в різних сферах застосування. Ось деякі з цих переваг:

• Рівномірний розмір частинок: Ультразвукова наноемульгування виробляє дрібні та однорідні краплі, які забезпечують кращу стабільність та біодоступність. Ці краплі мають високе співвідношення площі поверхні до об'єму, що робить їх більш реактивними та ефективними в різних сферах застосування.
• Висока стабільність: Ультразвукові наноемульсії мають високу кінетичну стабільність завдяки малим розмірам та однорідності, що робить їх стійкими до коалесценції, флокуляції та седиментації. Ця стабільність робить їх ідеальними для використання в харчовій, фармацевтичній, косметичній та хімічній сферах.
• Знижене споживання енергії: Ультразвукова наноемульгування вимагає менших витрат енергії, ніж традиційні методи емульгування, такі як гомогенізація або мікрофлюїдизація, що робить її більш енергоефективною та економічно вигідною.
• Універсальність: Ультразвукова наноемульгування може бути використана для емульгування широкого спектру матеріалів, включаючи ліпіди, гідрофільні сполуки та нерозчинні у воді речовини. Це робить його універсальною технікою, яку можна використовувати в різних сферах застосування.
  Швидкий час обробки: Ультразвукова наноемульгування – це швидкий процес, який можна завершити за лічені хвилини, що робить його придатним для великомасштабного виробництва.

Загалом ультразвукова наноемульгування має кілька переваг перед традиційними методами емульгування, що робить її чудовою технікою для різних застосувань.
 

Ультразвукове формування наноемульсій

Ультразвукова емульгування викликається з'єднанням хвиль силового ультразвуку в рідинну систему. При ультразвуковому ефекті рідини відбуваються два механізми:

1. Акустичне поле генерує хвилі, які проходять через рідину і викликають мікротурбулентності і міжфазний рух. При цьому гранична фаза стає нестійкою, так що дисперсна (внутрішня) фаза в кінцевому підсумку розривається і утворює краплі в суцільній (зовнішньої) фазі.
2. Застосування низькочастотних, потужних ультразвуків породжує кавітацію (Kentish та ін., 2008). За допомогою ультразвукової кавітації в середовищі утворюються мікропухирці або порожнечі внаслідок циклів тиску ультразвукової хвилі. Мікропухирці / порожнечі ростуть протягом декількох хвильових циклів, поки не зруйнуються насильницьким шляхом. Цей вибух бульбашки спричиняє локально екстремальні умови, такі як дуже високий зсув, струмені рідини та екстремальні швидкості нагрівання та охолодження. (Suslick, 1999).

Ці екстремальні сили розбивають первинні краплі дисперсної (внутрішньої) фази до нанорозмірних крапель і однорідно змішують їх у безперервну (зовнішню) фазу.
Детальніше про вплив ультразвукової кавітації на емульгування читайте тут!

Фармацевтичні наноемульсії

Мініемульсії ліпідів – Виробляється методом ультразвуку – широко застосовуються в якості носія для фармакологічних засобів у фармацевтичних рецептурах. Наприклад, мініемульсії можуть діяти як парентеральний носій ліків або пристрій для доставки ліків до цільових тканин. Крім високої біодоступності інкапсульованих активних сполук, переваги мініемульсій полягають у їх високій біосумісності, здатності до біологічного розкладання, стабільності та простоті великомасштабного виробництва. Завдяки своїм структурним властивостям вони можуть включати як гідрофобні, так і амфіпатичні молекули. Ультразвуково приготовані наноемульсії насичені токоферолами, вітамінами, куркурміном та багатьма іншими фармакологічними речовинами.
Ультразвукові системи Hielscher є надійними емульгаторами для приготування медикаментозних наноемульсій. Для ультразвукової емульгування компанія Hielscher пропонує різні аксесуари для оптимізації процесу емульгування. Hielschers MultiPhaseCavitator - це унікальне доповнення для ультразвукових проточних клітин, де друга фаза вводиться у вигляді дуже вузького потоку безпосередньо в зону ультразвукової гарячої точки емульгування.

Харчові наноемульсії

Наноемульсії мають різні переваги для рецептури харчових продуктів. Наноемульсії демонструють хорошу стабільність до гравітаційного розділення, флокуляції, коалесценції та забезпечують контрольоване вивільнення та/або поглинання функціональних інгредієнтів завдяки малому розміру крапель та великій площі поверхні. Крім того, вони забезпечують високу біодоступність активних сполук, що важливо для доставки поживних речовин і активних речовин. Крім того, вони мають хороші властивості формули, оскільки вони прозорі або візуально прозорі, а їх краплі субмікронного/нанорозміру викликають гладке та кремове відчуття в роті. Таким чином, виробництво стабільних наноемульсій є всюдисущим завданням для харчової промисловості, наприклад, для створення продуктів, збагачених вітамінами або жирними кислотами (наприклад, вітамін С, вітамін Емега-3, омега-6, омега-9, отримані з насіння рослин або риб'ячого жиру) або для виробництва ароматизованих продуктів (наприклад, з ефірними оліями).

Нанорозмірний крапельний розподіл ультразвуково дисперсної наноемульсії (емульсія лавандового масла у воді). Була приготовлена емульсія з ультразвуковим зондом UP400St.

Косметичні наноемульсії

Зокрема, наноемульсії типу «вода в олії» (W/O) пропонують різноманітні переваги для інкапсуляції біоактивної гідрофільної речовини в нанорозмірні краплі (в одиночних або подвійних емульсіях).
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про рецептуру косметичних емульсій без поверхнево-активних речовин з ультразвуком!

мініемульсійна полімеризація

Мініемульсійна полімеризація за допомогою ультразвуку застосовується до різних процесів – від інкапсуляції неорганічних частинок до синтезу частинок латексу. Застосування потужного ультразвуку до хімічних реакцій, таких як полімеризація, синтез тощо, відоме як сонохімія.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про Сонохімія, Ультразвуковий синтез латексу і ультразвукові опади!

стабілізація емульсії

Хоча деякі наноемульсії можуть бути стабільними при зберіганні без використання будь-яких поверхнево-активних речовин або емульгаторів завдяки наномасштабному розміру крапель та розподілу, інші наноемульсії вимагають використання стабілізуючих агентів для отримання довгострокової стабільності та оптимальної якості продукту. Стабілізація може бути досягнута шляхом додавання або поверхнево-активних речовин (тензидів), або твердих частинок, які діють як стабілізатори. Емульсії, які стабілізуються твердими частинками, відомі як емульсії Пікерінга. Лактоза, альбумін, лецитин, хітозан, циклодекстрин, мальтодекстрин, крохмаль та ін. можуть бути використані в якості колоїдних стабілізаторів в емульсіях Пікерінга. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукові емульсії Пікерінга!
Ультразвукова емульгування може проводитися для всіх видів емульсій. Якщо для конкретної емульсії необхідний стабілізуючий агент, його можна легко перевірити в невеликих масштабах.
Зверніть увагу, що кількість необхідної поверхнево-активної речовини збільшується зі зменшенням розміру крапель, оскільки відношення площі поверхні до об'єму (S/V) для сфер задається формулою: S/V = 3/R. Наприклад, чим менший діаметр частинки або краплі, тим більшу площу поверхні вона має щодо свого об'єму.

Устаткування для ультразвукової емульгування

Для виробництва стабільних субмікронних і наноемульсій потрібне потужне ультразвукове обладнання. Устаткування для ультразвукової емульгації Hielscher видає дуже високі амплітуди (до 200 мкм для промислових ультразвуків, більш високі амплітуди за запитом) для створення інтенсивного акустичного поля.
Однак для виробництва стабільних наноемульсій одного лише енергетичного ультразвукового обладнання часто недостатньо. Крім достатньої ультразвукової потужності, точний контроль параметрів процесу та складні аксесуари (такі як сонотроди, реактори з проточними елементами, охолодження) необхідні для отримання нанорозмірних крапель та однорідної дисперсії як водної, так і масляної фази один в одного.
Багатофазний кавітатор Hielscher: Для того, щоб виробляти чудові емульсії з дуже вузьким розподілом крапель, компанія Hielscher розробила унікальну вставку з проточною камерою – багатофазний кавітатор. За допомогою цієї спеціальної надбудови проточної комірки друга фаза емульсії безперервно вводиться через 48 маленьких канюль у зону кавітації. Ця технологія дозволяє забезпечити надійне та ефективне виробництво дуже дрібних нанорозмірних крапель та високостабільних емульсій.

Hielscher Ultrasonics спеціалізується на постачанні високоякісних ультразвукових систем та аксесуарів для оптимальних результатів обробки. Наш багаторічний досвід в ультразвуковій обробці і тісна співпраця з нашими клієнтами забезпечує успішне впровадження ультразвуку у виробничі лінії.
Для початкових випробувань, розробки процесу та оптимізації процесів ми пропонуємо повністю обладнану технологічну лабораторію та технічний центр.
Крім того, ми пропонуємо глибокі консультації, розробку індивідуальних ультразвукових систем та глибокий технічний сервіс для встановлення, навчання та обслуговування.