Chuyen de nanoemulsion

NANO-EMULSION
(NANO NHŨ TƯƠNG)
TS. LÊ THỊ HỒNG NHAN


I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)
I.1.1. Tổng quan

Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương
Tyndall effect

Classification

Particle size

Appearance

( μ m)

(Macro)
Emulsion

Thermo

Reflected

Scattering

dynamic

light

light

stability

Unstable

1 - 10

Opaque

No

No

0.1 - 1

Bluish

Weak
blue

Weak
red

Blue

Red

emulsion

Nano
emulsion

0.05 - 0.1

Translucency

Microemulsion
0.02 - 0.05

Stable or
unstable

Transparency
Transparency

Stable
Stable

No
- 0.02
Particle0.005sizes
and optical Noproperties

Solubilizasion

Source : Yukagaku, Abe, 41, p117(1992)

The Tyndall effect is light scattering by particles in a colloid or particles, in that the
intensity of the scattered light depends on the fourth power of the frequency,

so blue light is scattered more strongly than red light


Microemulsion:
•Sức căng bề mặt ~ 0

•Dịch trong suốt
•Độ nhớt thấp

Đặc điểm phân biệt cơ bản giữa microemulsion và các
nhũ khác:
-Kích thước giọt
-Mức độ đục
-Độ bền động học


I.2. Phân loại

Giới thiệu
Type of emulsion

Particle size

Macroemulsion (B) >400nm (0,4

Nanoemulsion(A)

100 – 400nm

Microemulsion(C)

<100nm

)

m

C
Particle size
>400nm

Appearance
White

100 – 400

Blue White

< 100

Translucent

< 50nm

Transparent


I.3. Nhũ Nano (nanoemulsion – miniemulsion – finely dispersed emulsion
sub-micronemulsion (SME)- utrafine emulsion)

 Hệ nhũ nano: kích thước phần tử phân tán (droplet) từ 100400nm (20 – 500nm), có màu hơi xanh nhạt.
 Tính chất hệ nhũ nano phụ thuộc vào thành phân pha, điều kiện
cân bằng nhiệt động pha và phương pháp tạo hệ nhũ.
 Phương pháp tạo hệ nhũ nano: sử dụng phương pháp đồng
hóa dưới áp suất cao.

 Độ bền: thêm chất HĐBM, nồng độ khoảng 1-3%.

Ouzo effect

Pha phân tán tự nó có vai trị là chất HĐBM, phân tán
dưới kích thước nano trong pha liên tục tạo hệ nhũ
nano.


PHƯƠ NG PHÁP TẠO HỆ NANO -NHŨ TƯƠNG

Nhũ hóa
bằng NL thấp
(Low Energy)

Nhũ hóa
tự động

Nhũ hóa
bằng năng
lượng đầu
vào cao

Phase

Inversion
Temperature

Ultrasonicatio
n

Phase
Inversion
Composition

Đồng hóa áp
suất cao

Microfluidization


1.1. Tác động của sóng siêu âm trong dung dịch lỏng

Sóng siêu âm là sóng dọc, có chiều dài sóng khoảng 10 -10-3cm
 không đủ năng lượng để tương tác vào liên kết hóa học
Khi chiếu xạ siêu âm trong môi trường lỏng lại sinh ra năng
lượng lớn do hiện tượng vật lý cavitation (hiện tượng khí thực):

Chất lỏng Sự co
giãn
+
chất
ultrasonic lỏng

Negative

perssure
vượt độ
bền kéo
của chất
lỏng

Tạo lỗ
hổng
(bọt)

Kích
thước
bọt tăng
dần

Vỡ
bọt

Hot
spo
t


B. PHƯƠ NG PHÁP TẠO HỆ NANO -NHŨ TƯƠNG
Sự tăng dần kích thước dẫn đến sự bỡ bọt trong lịng chất
lỏng dưới tác dụng của ultrasonic

Hotspot

Hot-spot có to ~ 5000oC, p ~1000atm, thời gian sống ngắn

hơn 1microsecond, tốc độ gia nhiệt-làm lạnh >10tỉ oC/giây
(do trong môi trường xung quanh là lỏng lạnh nên sự gia nhiệt
nhanh chóng được dập tắt, nên nó tồn tại trong thời gian
ngắn.)


Nhũ tương hóa bằng sóng siêu âm

Cavitation là hiện tượng chủ đạo trong quá trình tạo nano nhũ
tương bằng ultrasonic nhờ vào hot-spot. Sự phá vỡ các bọt tạo ra
những sóng cực mạnh lan tỏa trong dung dịch  phá vỡ các phân
tán lỏng thành các vi hạt hình thành nên hệ nhũ tương.

Một dạng máy tạo ultrasonic


1.2. Nhũ tương hóa bằng sóng siêu âm

Cơ chế hình thành hệ nhũ tương bằng siêu âm gồm hai bước:
Bước đầu tiên: sóng siêu âm tác động của vào bề mặt phân
chia pha giữa pha liên tục và pha phân tán, giúp phân tán các
giọt vào pha liên tục.
Bước thứ hai: dước tác động của hiện tượng cavitation tạo
nên các hiệu ứng mạnh mẽ của sóng làm phá vỡ các giọt phân
tán lỏng thành những vi giọt có kích thước rất nhỏ. Hình thành
nên hệ nano nhũ tương


Từ hơn hai thập kỉ qua, các nhà nghiên cứu và sản xuất
dược phẩm đã sử dụng hệ thống xử lý cao Microfluidizer® để

tạo các dung dịch phân tán đồng nhất với kích thước hạt phân
tán cỡ nano.
Ban đầu, hai dung dịch (thường là pha nước và pha dầu –
một là pha phân tán và một là pha liên tục) có thể được trộn
với nhau và được xử lý để tạo ra dung dịch nhũ tương thơ (tức
kích thước các hạt phân tán lớn). Sau đó nhũ tương thơ sẽ
được đưa vào hệ thống xử lý cao Microfluidizer để tiếp tục xử
lý nhằm thu được hệ nano-nhũ tương đồng nhất và ổn định


Q trình xử lý trong Microfluidizer được mơ tả theo sơ
đồ sau:


Bơm áp suất cao
(1.500 - 40.000psi)
đẩy sp vào buồng
tương tác
(v>400m/s)

Sp va chạm trong
các vi kênh cực
nhỏ  phá vỡ
các hạt phân tán
thành vi hạt

Sp được làm lạnh
 hệ nano-nhũ
tương

Đồng hóa áp suất cao thực hiện bằng cách
cho dịng phân tán đi qua một kênh hoặc lỗ rất hẹp
dưới tác động của áp suất rất cao nhằm phá vỡ các
hạt có kích thước lớn thành vi hạt.

Hệ thống đồng hóa áp cao gồm ba khu vực
chính:
 Bơm áp suất cao
 Khoang đồng hóa
 Khoang trao đổi nhiệt


Cấu tạo chính của khoang đồng hóa:


Cấu tạo chính của khoang đồng hóa:
Mặt đệm
vát cạnh

(a)
(b)
(c)
(a) Van (valve)
(b) Vòng đệm (impact ring)
(c) Mặt đệm cố định (seat)

Mặt đệm
cong

Đồng hóa áp suất cao được thực hiện theo các bước như sau:

Bơm áp suất cao
đẩy dòng sp với
tốc độc cực lớn
đến khoang đồng
hóa.

- Lực xốy dịng chảy
cao và sự chuyển động
hỗn độn
- Sự va chạm mạnh
vào van và vòng đệm
 phá vỡ size hạt

Đưa sp đồng hóa
vào khoang trao
đổi nhiệt để hạ to
 chuẩn bị cho
cycle tiếp theo



Như vậy, để đạt được hiệu quả đồng hóa cao, ta thường xem xét
các số liệu sau:
 Áp suất
 Nhiệt độ
 Thiết kế của mặt đệm (seat) và vòng đệm
 Lưu lượng

 Số cycle.
Các máy đồng hóa áp cao có thể đạt dung lượng từ 55 –
4.500 lít tùy theo qui mô.
Bơm cao áp dùng một piston chạy bằng môtơ trong một
hình trụ bằng thép có thể nâng áp lên đến 40.000 psi.
Quá trình này sinh ra lượng nhiệt đáng kể nên các piston
và xi-lanh phải được làm mát bằng nước.


Mỹ phẩm

Y học
Thực phẩm


Kem dưỡng ẩm

Sữa săn chắc da

Nhũ tương dưỡng tóc

Sữa phục hồi cho da

Nhũ tương làm trắng da




Phân bố nhiều trong cơ thể người và có trong tự nhiên



Là yếu tố kết hợp (cofactor) của ít nhất 3 enzyme tại ti thể của mỗi tế bào để tạo
ra ATP (adenosin triphosphat) cho năng lượng



Là chất chống oxy hóa





The inner core
consisting of any
oil



Drug or nutrient
molecules within
the core



The emulsifier
layer surrounding
the nano-particle.

MicroFluidics Technology Fair