Nhũ tương Pickering bằng siêu âm công suất
- Nhũ tương Pickering được ổn định bằng các hạt rắn.
- Nhũ tương Pickering thuyết phục nhờ đặc tính “không chứa chất nhũ hóa” và độ ổn định được cải thiện.
- Siêu âm là công cụ hoàn hảo để tạo nhũ tương Pickering bằng cách trước tiên phân tán các hạt ổn định vào pha nước, sau đó nhũ hóa pha dầu/nước.
Nhũ tương Pickering
Nhũ tương Pickering được ổn định bằng các hạt rắn hấp phụ thay cho chất nhũ hóa hoặc chất hoạt động bề mặt. Vì vậy, nhũ tương Pickering có thể được coi là “không chứa chất nhũ hóa” hoặc “không chứa chất hoạt động bề mặt” vì chúng được ổn định bằng các hạt rắn. Nếu trộn dầu và nước, tạo thành các giọt dầu nhỏ phân tán khắp pha nước, cuối cùng các giọt sẽ hợp nhất để giảm năng lượng trong hệ. Tuy nhiên, nếu thêm các hạt rắn vào hỗn hợp, chúng sẽ bám vào bề mặt phân cách và ngăn các giọt hợp nhất, nhờ đó làm cho nhũ tương ổn định hơn.
Việc tạo nhũ tương không cần chất nhũ hóa đặc biệt đáng quan tâm khi bào chế các sản phẩm mà việc sử dụng chất hoạt động bề mặt gây ảnh hưởng tiêu cực, ví dụ như dược phẩm và mỹ phẩm. Hơn nữa, nhũ tương Pickering có độ ổn định cao hơn so với nhũ tương được ổn định bằng các chất nhũ hóa thông thường. Lớp hạt rắn bao phủ giọt đóng vai trò như một hàng rào cứng ngăn sự hợp nhất. Điều này có nghĩa là ngay cả nhũ tương có nồng độ cao cũng có thể được ổn định hiệu quả dưới dạng nhũ tương Pickering. Các hạt nano rắn được hấp phụ tại bề mặt phân cách dầu–nước nằm một phần trong môi trường nước và một phần trong môi trường dầu, do đó các hạt nano ổn định có thể có tính ưa nước, kỵ nước hoặc lưỡng ái. Hình dạng và kích thước hạt cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của nhũ tương.
Thiết bị phản ứng siêu âm dùng cho nhũ tương
Lực cắt cơ học lớn trong quá trình đồng nhất hóa bằng siêu âm vượt qua hàng rào năng lượng tại các bề mặt phân cách giữa các pha. Hơn nữa, xử lý siêu âm phá vỡ các tập hợp hạt và khối kết tụ của các hạt nano, đồng thời tạo ra nhũ tương có độ đa phân tán cao.
Xử lý siêu âm được sử dụng cho cả hai bước điều chế nhũ tương Pickering:
- phân tán các hạt hấp phụ vào pha nước
- nhũ hóa hỗn hợp o/w
Nhũ tương Pickering với silica
Đầu tiên, bột silica khói ưa nước (như Aerosil® 200 hoặc Aerosil® 380) được phân tán vào nước dưới dạng các khối kết tụ 100nm bằng thiết bị siêu âm.
Ở bước thứ hai, nhũ tương o/w ổn định với hàm lượng dầu 20 wt% và đường kính giọt 2–10nm được điều chế bằng xử lý siêu âm.
Để thu được nhũ tương ổn định, trong suốt của butanol, ethyl acetate, butyl lactate và diethyl adipate trong pha nước, cần có 6% silica. Đối với diisobutyl adipate, cần ít nhất 8% silica để thu được nhũ tương ổn định.
Tất cả các nhũ tương đã điều chế đều cho thấy độ ổn định trong ít nhất 6 tháng.
Trong khi silica chưa biến tính cũng như silica đã được chức năng hóa (SiO2) là một trong những loại hạt được sử dụng phổ biến nhất, các loại hạt khác như
- Fe3O4,
- hydroxyapatite,
- polystyrene đơn phân tán dạng hạt latex,
- cyclodextrin và maltodextrin,
- ống nano halloysite,
- các vi hạt hematit (α-Fe2O3),
- poly(methyl methacrylate) (PMMA),
- các hạt phức hợp chitosan/gelatin-B không tan
cùng nhiều loại hạt rắn khác đã được sử dụng thành công để tạo ra nhũ tương Pickering ổn định.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
Thông tin hữu ích
Nhũ tương Pickering dầu trong nước (o/w)
Nhũ tương Pickering dầu trong nước là nhũ tương trong đó các giọt dầu được phân tán trong nước với nước là pha liên tục. Loại nhũ tương Pickering này thường được ổn định bằng các hạt nano có góc tiếp xúc nhỏ hơn 90º. Nhũ tương Pickering o/w có thể được ổn định, ví dụ bằng cách sử dụng silica khói, các hạt Fe3O4 kích thước nano. Pha dầu của các nhũ tương Pickering này có thể bao gồm, ví dụ, dodecane, octadecenyl succinic anhydride (ODSA), toluene và butyl butyrate, tương ứng trong từng hệ với nước.
Nhũ tương Pickering nước trong dầu (w/o)
Nhũ tương Pickering nước trong dầu chứa các giọt nước làm pha phân tán và dầu làm pha liên tục. Các hạt nano có góc tiếp xúc lớn hơn 90º là những chất ổn định tốt nhất cho các loại nhũ tương này. Nhũ tương Pickering o/w có thể được ổn định bằng cách sử dụng các hạt nano từ tính.
Nhũ tương Pickering phức tạp
Nhũ tương Pickering kép hoặc đa lớp (w/o/w hoặc o/w/o) là các hệ đa phân tán phức tạp, trong đó các giọt rất nhỏ lơ lửng bên trong những giọt lớn hơn, còn các giọt lớn hơn này lại lơ lửng trong một pha liên tục. Đối với nhũ tương Pickering đa lớp, quy trình nhũ hóa hai bước được thực hiện: Với nhũ tương w/o/w, trong bước nhũ hóa đầu tiên, nhũ tương w/o được ổn định bằng các hạt nano kỵ nước; trong bước nhũ hóa thứ hai, các hạt nano ưa nước được sử dụng làm chất ổn định. Nhũ tương đa lớp có thể được tạo thành dưới dạng nước trong dầu trong nước (w/o/w) hoặc dầu trong nước trong dầu (o/w/o).
Nhũ tương w/o/w thường được sử dụng làm tá dược dẫn / chất mang cho nhiều hợp chất hoạt tính ưa nước và dược chất (ví dụ: vitamin, chất chống oxy hóa, enzyme, vắc-xin, hormone), sau đó các chất này được giải phóng từ từ. Vì một số hoạt chất cũng di chuyển từ pha ngoài vào pha trong của nhũ tương đa lớp, các nhũ tương w/o/w như vậy hoạt động hoàn hảo trong việc phân phối hoạt chất theo cơ chế giải phóng chậm / giải phóng kéo dài.
Sự tạo cầu nối giữa các giọt
Một hiện tượng độc đáo xảy ra trong một số hệ nhũ tương Pickering là sự tạo cầu nối giữa các giọt. Các hạt keo nhô ra khỏi bề mặt một giọt có thể đồng thời hấp phụ lên một bề mặt phân cách khác, tạo cầu nối giữa hai giọt. Các cầu nối gồm những lớp đơn hạt keo và các giọt chỉ được ngăn cách bởi một màng mỏng của pha liên tục.