Naturalna Mikroemulsja
Pierwsza praca na temat mikroemulsji ukazała się w 1943 r. (Hoar), ale to Schulman i współpracownicy jako pierwsi zaproponowali termin „mikroemulsja” w 1959 r. Od tego czasu terminem mikroemulsje określa się układy wieloskładnikowe zawierające związki niepolarne, składniki wodne, mieszanina środków powierzchniowo czynnych i kosurfaktantów. Pojęcie nanonauki zostało po raz pierwszy sformułowane przez fizyka Richarda Feynmana w 1959 roku (Feynman, R. 1960) w wystąpieniu pt. postawił hipotezę, że w przyszłości można było budować różnego rodzaju urządzenia, działając bezpośrednio na położenie atomów w materii. Nanocząsteczki występują w przyrodzie, a ludzie są narażeni na ich działanie każdego dnia. Nanocząstki (NP) to agregaty atomowe lub molekularne o średnicy od 1 do 100 nm w co najmniej jednym wymiarze, o szczególnych właściwościach chemiczno-fizycznych, które umożliwiają ich wykorzystanie w różnych dziedzinach zastosowań, takich jak żywność, ochrona środowiska, medycyna itp.
Stanowią podstawowe narzędzia medycyny i biologii, ponieważ mogą być wykorzystywane do zastosowań biomedycznych (od diagnozy, przez terapię, po teranostykę). Jednak opracowanie NP o skuteczności terapeutycznej wymaga dogłębnej wiedzy na temat ich interakcji z komórkami, zarówno w celu poprawy efektywności ich wykorzystania, jak i zmniejszenia ich toksyczności.
Pierwsze badania wskazujące, że kwasy tłuszczowe są niezbędne do wzrostu zarówno ludzi, jak i zwierząt, zostały po raz pierwszy wprowadzone do nauki o żywieniu w 1929 roku przez Burr .
W ostatniej dekadzie znacznie wzrosło zainteresowanie systemami dostarczania leków w sektorze technologii farmaceutycznej i kosmetycznej. Szczególnie duże zainteresowanie wzbudziły Mikroemulsje jako „system dostarczania leków”.
Stosowanie mikroemulsji jest korzystne nie tylko ze względu na niski koszt i łatwość przygotowania, ale również poprawę biodostępności. Zwiększone wchłanianie składników aktywnych lub leków do stosowania miejscowego przypisuje się zwiększonej penetracji przez skórę przez nośnik. Nasycone i nienasycone kwasy tłuszczowe, stosowane jako faza olejowa, są często stosowane jako stymulatory penetracji skóry. Najpopularniejszym wzmacniaczem jest kwas oleinowy.
Mikroemulsja w sektorze farmaceutycznym.
Zwiększona absorpcja leku, modulacja kinetyki uwalniania leku i zmniejszona toksyczność to główne zalety procesu dostarczania leku. Łatwość formowania, niezwykła stabilność niezależna od środowiska, doskonała zdolność solubilizacji przemawiają na korzyść mikroemulsji i mogą być lepszą propozycją niż inne układy zemulgowane. Faza rozproszona, lipofilowa lub hydrofilowa (O/W lub W/O), może działać jako potencjalny rezerwuar lipofilowych lub hydrofilowych leków, które można podzielić na fazę rozproszoną i ciągłą.
Mikroemulsje są 100 razy mniejsze od liposomów, mają większy potencjał penetracji, są bardziej odporne na sebum i substancje tłuszczowe wytwarzane w wyniku metabolizmu komórkowego, mają znacznie wyższe stężenie składników aktywnych, aby zapobiegać, rozwiązywać i precyzyjnie leczyć.
Mikroemulsje do pielęgnacji ciała nadają się do „wnikania” i spełniania swojej specyficznej funkcji, ponieważ skóra i ciało zawsze iw każdym przypadku potrzebują nawilżenia (woda i/lub płyny) oraz naturalnych odżywczych substancji tłuszczowych (oleje roślinne).Czas zmienić nasz punkt widzenia na nasze relacje ze światem nieskończenie małych i wykorzystać środki udostępnione przez Matkę Naturę, aby osiągnąć prawdziwy fizyczny, psychiczny i duchowy dobrostan!
"Jedynym ograniczeniem w stosowaniu Naturalnej Mikroemulsji jest ludzka wyobraźnia!”
Emulsje i mikroemulsje
znajdują zastosowanie niemal w każdym aspekcie życia codziennego. Ich przetwarzanie i rozwój obejmuje wiele gałęzi przemysłu: chemikalia, powłoki, żywność, kosmetyki, kleje, płyny przemysłowe, farmaceutyki, ropę naftową i gaz. Emulsje i mikroemulsje można scharakteryzować przy użyciu szerokiej gamy technik analitycznych.
Niektóre przykłady typowych emulsji to:
– Mleko to emulsja tłuszczu mlecznego w roztworze wodnym, zawierająca wiele różnych białek, laktozę i sole. W surowym mleku
tłuszcz występuje w postaci komórek tłuszczowych mleka, które są otoczone błoną. Kiedy mleko jest homogenizowane w fabryce,
globulki rozpadają się, a tłuszcz jest rozpraszany na mniejsze kropelki, które są również stabilizowane przez białka.
– Margaryna to emulsja kropelek wody w tłuszczu, stabilizowana przez upakowanie igiełkowatych kryształków tłuszczu wewnątrz
ciągłej fazy tłuszczowej.
– Krem to skoncentrowana emulsja tłuszczu mlecznego w fazie wodnej; stężenie zależy od rodzaju kremu.
– Lody to bardzo złożony produkt; zawiera między innymi kropelki tłuszczu mlecznego, ale zawiera również kryształki cukru, kryształki
lodu i pęcherzyki powietrza.
– Żółtko jajka jest emulsją tłuszczu jaja (i cholesterolu) w roztworze wodnym, stabilizowaną mieszaniną fosfolipidów.
– Artykuły spożywcze. Sosy sałatkowe, sosy i inne sosy, ubite polewy deserowe, masło orzechowe i lody to także przykłady emulsji
różnych jadalnych tłuszczów i olejów. Oprócz wpływu na fizyczną postać produktów spożywczych, emulsje wpływają na smak,
ponieważ zemulgowane oleje pokrywają język, nadając „odczucie w ustach”.
Emulsje i mikroemulsje
Emulsje to rozproszone, czyli heterogeniczne układy składające się z dwóch faz ciekłych, które nie mieszają się ze sobą. Wyróżniamy emulsje olej w wodzie (O/W, olej/woda) oraz woda w oleju (W/O, woda/olej). W pierwszym typie olej reprezentuje fazę rozproszoną (lub nieciągłą lub wewnętrzną), a woda fazę rozproszoną (ciągłą lub zewnętrzną); w przypadku emulsji typu W/O sytuacja jest odwrotna. Szczególne znaczenie mają emulsje wielokrotne (W/O/W i O/W/O), układy polidyspersyjne, w których w przypadku układu W/O/W mikrokrople wody są zatrzymywane w kropelkach oleju, a te ostatnie są zdyspergowany w środowisku wodnym, w systemie O/W/O sytuacja jest odwrotna. Z teoretycznego punktu widzenia emulsje wielokrotne można uznać za układy pęcherzykowe, w których możliwe jest zamknięcie składników aktywnych w fazie najbardziej wewnętrznej. Zalet tej enkapsulacji jest wiele i sprawiają, że system transportowy jest interesujący z naukowego punktu widzenia ze względu na dużą zdolność przenoszenia interesujących cząsteczek. W sektorze kosmetycznym odkryto następujące właściwości: wysoka zdolność kapsułkowania, ochrona delikatnych substancji oraz możliwość przenoszenia niekompatybilnych substancji w jednym systemie.
Mikroemulsje są optycznie przezroczyste i stabilne termodynamicznie, ponieważ napięcie międzyfazowe dąży do wartości bliskich zeru, dzięki obecności krótkołańcuchowego alkoholu (kosurfaktantu) oprócz środka powierzchniowo czynnego.
Mikroemulsje w porównaniu z emulsjami charakteryzują się większą stabilnością termodynamiczną. Emulsje są nieprzezroczyste, natomiast mikroemulsje są przezroczyste, ponieważ kropelki fazy rozproszonej, mające rozmiar koloidalny od 1 nm do 1 µm, nie pozwalają na załamanie światła. Kolejną istotną różnicą jest to, że emulsje wymagają dużej ilości energii w przeciwieństwie do mikroemulsji, które tworzą się samorzutnie.
Do ustabilizowania Mikroemulsji i Emulsji potrzebny jest emulgator, czyli substancja zdolna do mieszania wody z olejem.
Emulgatory to naturalne lub sztuczne substancje chemiczne zbudowane z cząsteczek o hydrofilowej głowie i hydrofobowym ogonie zwane surfaktantami. Rozważmy na przykład rolę mydła, które działa jako emulgator w emulsji typu olej w wodzie: po dodaniu mydła do emulsji hydrofobowy ogon ma tendencję do wiązania się z olejem, podczas gdy hydrofilowy ogon wiąże się z cząsteczkami wody, tworząc struktury zwane micelami. W ten sposób olej jest stabilnie rozproszony w wodzie i nie ma już tendencji do tworzenia oddzielnej warstwy.
Hydrofilowy i hydrofobowy, dwa terminy chemiczne ściśle związane z emulsjami i mechanizmem działania emulgatorów.
Hydrofilowy: produkt, który ma tendencję do łączenia się z wodą, a następnie rozpuszczania się w tym związku. Przykłady: sól (chlorek sodu), cukier (sacharoza). Cząsteczka lub część cząsteczki, która ma powinowactwo do wody, jest również nazywana hydrofilową. Przykład: Lecytyna zawiera składnik rozpuszczalny w wodzie. Produkt hydrofilowy jest lipofobowy, czyli niepodobny do tłuszczów.
Hydrofobowy: produkt, który nie ma powinowactwa do wody i dlatego jest nierozpuszczalny w wodzie. Przykłady: tłuszcze, oleje. Cząsteczka lub część cząsteczki, która nie ma powinowactwa do wody, jest również nazywana hydrofobową. Przykład: Lecytyna zawiera składnik nierozpuszczalny w wodzie. Produkt hydrofobowy jest lipofilowy, czyli podobny do tłuszczów.
Emulgatory to substancje o „podwójnym powinowactwie hydrofilowo-lipofilowym”, które mają właściwość zmniejszania napięcia międzyfazowego i wytwarzania trwałych mechanicznie filmów międzyfazowych. Początkowa niewielka ilość emulgatora powstaje na granicy faz. Gdy emulgator jest dodawany do układu, tworzy się równowaga między „micelami emulgatora” a solubilizowanym emulgatorem. Gdy układ jest nasycony emulgatorem, tj. przy C.m.c. (krytyczne stężenie miceli), tworzenie miceli staje się dominujące. Przy wyborze emulgatora ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że materiał wytwarzający najniższe CMC ma tendencję do tworzenia bardziej stabilnej emulsji. Ponadto emulgator, który wytwarza najmniejsze micele, ma tendencję do wytwarzania najmniejszych zemulgowanych cząstek i najbardziej stabilnych emulsji. Główne czynniki wpływające na wartości c.m.c. są one związane zarówno ze strukturą chemiczną środka powierzchniowo czynnego, jak iz charakterem rozpuszczalnika oraz innymi parametrami, takimi jak ciśnienie, temperatura, siła jonowa roztworu, pH.
Mikroemulsje
Podstawową różnicą między normalną Emulsją a Mikroemulsją jest wielkość cząstek i stabilność. Pierwszy to „stabilny kinetycznie”, a drugi „stabilny termodynamicznie”.
Na stabilność Mikroemulsji może wpływać dodatek soli, innych dodatków, temperatura lub ciśnienie. Wiek normalnych emulsji zależy od koalescencji kropel i dojrzewania Ostwalda (przechodzenia materiału z małych kropelek do większych), spontanicznych procesów prowadzących do spadku energii swobodnej dyspersji (układ jest samoistnie termodynamicznie niestabilny).
Stabilność termodynamiczna Mikroemulsji została zaproponowana przez Ruckensteina i Chi [2], biorąc pod uwagę, że energia swobodna tworzenia obejmuje granicę międzyfazową energii swobodnej, oddziaływanie energetyczne między kropelkami oraz entropię rozpraszania. Wykazano, że energia interakcji między kropelkami jest pomijalna, a energia swobodna formowania może być zerowa lub ujemna, nawet jeśli napięcie jest rzędu 10-2/10-3 mN/m.
Mikroemulsje można wytwarzać przez kontrolowane dodawanie pomniejszych alkoholi (butanolu, pentanolu i heksanolu) do emulsji mleka w celu wytworzenia przezroczystych roztworów zawierających zarówno dyspersje woda w oleju (W/O), jak i olej w wodzie (O/W) w nanometrycznych lub koloidalnych dyspersjach. dyspersje (~ 100 nm).
Zastosowania mikroemulsji
W ciągu ostatnich dwóch dekad nastąpiła rewolucja w stosowaniu układów mikroemulsji w różnych procesach chemicznych i przemysłowych. Poniżej przedstawiono krótką listę możliwych zastosowań, aby pokazać ich znaczenie i potencjał:
– Mikroemulsje w odzysku węglowodorów
Około 20% ropy, której inaczej nie dałoby się odzyskać w podłożu, można uzyskać w procesie EOR (ulepszone odzyskiwanie ropy). Ropa pozostaje uwięziona w zbiorniku z powodu wysokiego napięcia powierzchniowego (około 20-25 mN/m) pomiędzy ropą naftową a fazą wodną obecną w zbiorniku. Jeśli napięcie międzyfazowe można zmniejszyć do około 10-3 mN/m, można zmobilizować znaczną część pozostałości oleju w porowatej przegrodzie, w której jest on uwięziony. W przypadku układu międzyfazowego o niskiej lepkości układ ten jest również korzystny. W procesie zalewania surfaktant-polimer preparat środka powierzchniowo czynnego wtryskuje się do porów zbiornika zawierającego olej. Po zmieszaniu z olejem w zbiorniku i obecną cieczą, środek powierzchniowo czynny wytwarza mikroemulsję in situ pomiędzy nadmiarem oleju i nadmiarem cieczy, która rozprzestrzenia się w zbiorniku oleju.
– Mikroemulsje jako paliwa
Jedną z bezpośrednich zalet paliw opartych na mikroemulsjach jest obecność wody w stabilnej mikroemulsji i są one z powodzeniem stosowane do ograniczania tworzenia się sadzy. Gdy woda odparowuje podczas spalania, spowoduje to obniżenie wytwarzanego ciepła i temperatury spalania. Bezpośrednią konsekwencją będzie spadek emisji gazów takich jak tlenki azotu (NOx) i tlenek węgla (CO). Różnorodne mikroemulsje są projektowane jako układy zasilające, złożone z 1-butanol, olej napędowy i woda.
– Mikroemulsje, takie jak smary, oleje chłodząco-smarujące i inhibitory korozji
Obecność surfaktantów w mikroemulsji powoduje zahamowanie korozji, a wzrost zawartości wody w stosunku do czystego oleju prowadzi do zwiększenia pojemności cieplnej. Z jednej strony środki korozyjne nie mogą reagować z powierzchnią metalu ze względu na rozpuszczanie w mikroemulsji, az drugiej strony powierzchnia metalu jest chroniona przed adsorpcją hydrofobowego filmu środka powierzchniowo czynnego. Jednak solubilizacja jest selektywna, aw niektórych przypadkach inne mechanizmy mogą odgrywać rolę w zapobieganiu korozji. W mikroemulsjach woda o znacznie wyższym przewodnictwie cieplnym nadaje większą pojemność cieplną
samemu układowi.
– Mikroemulsje jako powłoki i wykończenia tekstyliów
Ze względu na swoją stabilność i mały rozmiar kropel mikroemulsje są idealne tam, gdzie oczekiwana jest stabilność i jednorodność gotowego produktu. Preparaty żywiczne wykorzystujące mikroemulsje charakteryzowały się wyższą odpornością w mechanizmie zgarniania, lepszą intensywnością barwy oraz większą odpornością na plamienie niż preparaty emulsyjne.
– Mikroemulsje w detergentach
Ze względu na swoje charakterystyczne właściwości, mikroemulsje są obiecującymi systemami do celów detergencyjnych, obok tradycyjnie stosowanych rozpuszczalników organicznych, ponieważ mogą rozpuszczać związki polarne (np. sól, pigmenty, białka) i niepolarne składniki gleby (np. tłuszcz, olej). Mają niskie napięcie międzyfazowe (pomiędzy fazą wodną i olejową) i mogą tworzyć się spontanicznie, gdy składniki zostaną połączone.
– Mikroemulsje w kosmetykach
W wielu zastosowaniach kosmetycznych są szeroko stosowane jako produkty do pielęgnacji skóry, gdzie woda jest fazą ciągłą. Uważa się, że formuła mikroemulsji spowoduje szybsze wchłanianie w skórę. Koszt, bezpieczeństwo i dobór składników (środków powierzchniowo czynnych i olejów roślinnych) są kluczowymi czynnikami przy formułowaniu mikroemulsji.
– Mikroemulsje w produktach agrochemicznych
Większość agrochemikaliów jest nierozpuszczalna w wodzie i ulega dezaktywacji w wodzie. Formuła mikroemulsji O/W jest bardzo korzystna. Kropelka o znacznie mniejszych wymiarach niż mikroemulsja prowadzi do większej przenikalności, do znacznie większej powierzchni kontaktu substancji czynnej z leczoną powierzchnią oraz do znacznie bardziej równomiernego rozprowadzenia podczas aplikacji. Nieskończona stabilność mikroemulsji i ogólnie wysokie stężenie środków powierzchniowo czynnych są niezbędne dla korzystnego preparatu.
– Mikroemulsje w żywności
Niektóre pokarmy zawierają naturalne mikroemulsje. Mikroemulsje jako stan funkcjonalny lipidów są zatem stosowane w przygotowywaniu żywności. Naturalne mikroemulsje powstają w jelicie podczas trawienia i wchłaniania tłuszczów. Możliwość wytwarzania mikroemulsji i wykorzystania ich jako narzędzi w produktach spożywczych jest jednak zaniedbanym obszarem w technologii żywności. Główne zastosowanie pozostaje jednak jako system do powlekania owoców oraz jako system ochrony witamin i innych mikrozwiązków spożywczych.
– Mikroemulsja w sektorze farmaceutycznym
Zwiększona absorpcja leku, modulacja kinetyki uwalniania leku i zmniejszona toksyczność to główne zalety procesu dostarczania leku. Łatwość formowania, niezwykła stabilność niezależna od środowiska, doskonała zdolność solubilizacji przemawiają na korzyść mikroemulsji i mogą być lepszą propozycją niż inne układy zemulgowane. Faza rozproszona, lipofilowa lub hydrofilowa (O/W lub W/O), może działać jako potencjalny rezerwuar leków lipofilowych lub hydrofilowych, które można podzielić między fazę rozproszoną i fazę ciągłą.
– Mikroemulsje w remediacji i detoksykacji środowiska
Badania wykazały, że mikroemulsje są bardzo skuteczne w rekultywacji środowiska. Podczas konwencjonalnego przemywania gleby zanieczyszczenia organiczne są odrywane od gleby w postaci cząstek dzięki wkładowi energii mechanicznej. Powoduje to wzrost adsorpcji drobnoziarnistych zanieczyszczeń, które następnie muszą zostać zdeponowane lub spalone. Mycie wodą w obecności środków powierzchniowo czynnych może być inną techniką, w której proces rozpuszczania jest zaangażowany w mechanizm prania. Mikroemulsja potęguje zalety stężonego roztworu surfaktantu, sprzyjając obniżeniu napięcia międzyfazowego i zwiększeniu zwilżalności gleby oraz doskonale sprawdza się jako rozpuszczalnik polarnych i niepolarnych substancji organicznych.
– Synteza przegród mikroporowatych (technika mikroemulsji żelowej)
Żele mikroemulsyjne są ważną alternatywą dla żelujących mikroemulsji z kolagenem lub lecytynami. Media te mogą być przydatne w filtracji mikroporowatych struktur polimerowych oraz w zastosowaniach sorpcyjnych. Mikroemulsje niewodne wykorzystano również do przygotowania żeli w celu oceny wpływu polarności ośrodka na właściwości finalnego żelu.
– Mikroemulsje w zastosowaniach analitycznych
Zastosowania mikroemulsji zostały rozszerzone na obszar technik analitycznych, tj. chromatografia, spektroskopia fotojonizacji wzbudzonego lasera, charakterystyka hydrofobowości substancji rozpuszczonej mikroemulsji w chromatografii elektrokinetycznej (MEEKC). Mikroemulsje są w stanie udoskonalić techniki spektroskopowe analizy i działania środków solubilizacji, przesunięcia widmowego reagentów i wzmocnienia intensywności środka.
– Mikroemulsje jako płynne membrany
Dwie ciecze umieszczone w ciekłym ośrodku lub porowatym układzie nośnym tworzą płynną membranę. Transport materiałów przez fazę pośrednią (membranę) zależy od drogi (kompleksowania lub pułapkowania z czynnikami) przenoszenia substancji rozpuszczonej z jednego miejsca, zwanego fazą „źródłową” (S) do drugiego, zwanego „fazą odbiorczą” (R ). Mikroemulsje Winsor I (O/W) i Winsor II (W/O) mogą być stosowane jako płynne membrany, które mogą ułatwiać przenoszenie substancji rozpuszczonych poprzez wychwytywanie w „mikrokropelkach” w celu właściwej absorpcji i późniejszego uwolnienia.
– Mikroemulsje w sektorze biotechnologii
Mikroemulsje mają przewagę nad innymi wielofazowymi układami równowagowymi ze względu na jednoczesną solubilizację polarnych
i niepolarnych reagentów w tym samym roztworze, przesunięcie pozycji równowagi reakcji i separację produktów.
„Przedstawiony materiał nie stanowi porady lekarskiej, ma charakter wyłącznie informacyjny i zgodnie z obowiązującymi przepisami prawa, nie może być traktowany jako specjalistyczna porada lekarska, forma diagnozy lub zalecenia terapeutycznego, ponadto nie może być podstawą jakichkolwiek roszczeń . Autor oświadcza, że nie gwarantuje przydatności materiału do określonego celu lub zastosowania oraz nie ponosi odpowiedzialności za jakiekolwiek szkody wynikające z użytkowania lub niemożności wykorzystania materiału. Użytkownik, kierując się wyłącznie informacjami uzyskanymi za pośrednictwem materiału, działa na własne odpowiedzialności.”