Una miniemulsión (también conocida como nanoemulsión ) es un tipo particular de emulsión . Una miniemulsión se obtiene mediante la ultrasonicación de una mezcla que comprende dos fases líquidas inmiscibles (por ejemplo, aceite y agua), uno o más surfactantes y, posiblemente, uno o más co-surfactantes (ejemplos típicos son hexadecano o alcohol cetílico). Por lo general, tienen nanogotas con una distribución de tamaño uniforme (20-500 nm) y también se conocen como emulsiones de grano submicrónico, mini y ultrafino. [1]
Cómo preparar una miniemulsión
Selección de ingredientes: El primer paso para crear una nanoemulsión es seleccionar los ingredientes, que incluyen el aceite, el agua y el agente emulsionante. El tipo y las proporciones de estos ingredientes afectarán la estabilidad y las propiedades de la emulsión final. [3]
Preparación de las fases oleosa y acuosa: Las fases oleosa y acuosa se preparan por separado, y en este paso se añaden los ingredientes deseados, como surfactantes o agentes aromatizantes.
Mezcla de aceite y emulsionante con agitador: A continuación, las fases de aceite y agua se mezclan en presencia de un agente emulsionante, normalmente utilizando un dispositivo de mezcla de alto cizallamiento como un homogeneizador o un homogeneizador de alta presión. [4]
Envejecimiento y estabilización: La emulsión normalmente se envejece a temperatura ambiente para permitir que las gotas se estabilicen, después de lo cual se puede enfriar o calentar según sea necesario. [4]
Optimización y caracterización: El tamaño de las gotas y la estabilidad se optimizan ajustando los ingredientes y los parámetros del proceso, como la temperatura, el pH y las condiciones de mezcla. La nanoemulsión también se esteriliza mediante filtración con 0,22 μm. Varios métodos, como DLS, TEM y SEM, pueden caracterizar las propiedades de la nanoemulsión final. [5]
Analizando la calidad del calibrador de partículas
Miniemulsión : emulsión en la que las partículas de la fase dispersa tienen diámetros en el intervalo de aproximadamente 50 nm a 1 μm.
Nota 1 : Las miniemulsiones generalmente se estabilizan contra la degradación por difusión (maduración de Ostwald (ref. [6] )) mediante un compuesto insoluble en la fase continua .
Nota 2 : La fase dispersa contiene estabilizadores mixtos, por ejemplo, un surfactante iónico, como dodecil sulfato de sodio ( n -dodecil sulfato de sodio) y un alcohol de cadena alifática corta ("co-surfactante") para la estabilidad coloidal, o un compuesto insoluble en agua, como un hidrocarburo ("co-estabilizador" frecuentemente e incorrectamente llamado "co-surfactante") que limita la degradación por difusión. Las mini-emulsiones suelen ser estables durante al menos varios días. [7]
Polimerización en miniemulsión : polimerización de una miniemulsión de monómero en la que toda la polimerización ocurre dentro de partículas de monómero preexistentes sin la formación de nuevas partículas. [8]
Métodos de preparación de nanoemulsiones/miniemulsiones
Existen dos tipos generales de métodos para preparar miniemulsiones:
Métodos de alta energía - Para los métodos de alta energía, el cizallamiento se realiza generalmente mediante exposición a ultrasonidos de alta potencia [9] [10] [11] de la mezcla o con un homogeneizador de alta presión , que son procesos de alto cizallamiento.
Métodos de bajo consumo energético: para los métodos de bajo consumo energético, la emulsión de agua en aceite se prepara generalmente y luego se transforma en una miniemulsión de aceite en agua modificando la composición o la temperatura. La emulsión de agua en aceite se diluye gota a gota con agua hasta un punto de inversión o se enfría gradualmente hasta una temperatura de inversión de fase . El punto de inversión de la emulsión y la temperatura de inversión de fase provocan una disminución significativa de la tensión interfacial entre dos líquidos, lo que genera gotitas de aceite muy pequeñas dispersas en el agua. [12]
Las miniemulsiones son cinéticamente estables pero termodinámicamente inestables. [13] El aceite y el agua son incompatibles por naturaleza, y la interfaz entre ellos no es favorecida. Por lo tanto, dada una cantidad de tiempo suficiente, el aceite y el agua en miniemulsiones se separan nuevamente. Varios mecanismos como la separación gravitacional, la floculación , la coalescencia y la maduración de Ostwald dan como resultado inestabilidad. [14] En un sistema de miniemulsión ideal, la coalescencia y la maduración de Ostwald se suprimen gracias a la presencia del surfactante y el co-surfactante. [9] Con la adición de surfactantes , se obtienen gotas estables , que típicamente tienen un tamaño entre 50 y 500 nm. [15] [16]
Instrumentos necesarios en nanoemulsiones
Filtro estéril
Un filtro estéril es un dispositivo utilizado para eliminar microorganismos y otros contaminantes de un líquido o gas, volviéndolo estéril. [17] [18] Los filtros estériles se utilizan comúnmente en las industrias médica, farmacéutica y biotecnológica para garantizar que los productos elaborados estén libres de bacterias y otros organismos dañinos.
Existen diferentes tipos de filtros que incluyen:
Filtros de membrana : estos filtros utilizan una membrana porosa para bloquear físicamente los microorganismos y otras partículas. [19] Están disponibles en diferentes tamaños de poro y materiales, como acetato de celulosa, polipropileno y nailon, para adaptarse a diferentes aplicaciones. [ cita requerida ]
Filtros de profundidad : Estos filtros utilizan una matriz de fibras, perlas o polvos para atrapar partículas y microorganismos. [20] Algunos ejemplos de filtros de profundidad incluyen celulosa, fibra de vidrio y tierra de diatomeas. [ cita requerida ]
Filtros adsorbentes: Estos filtros utilizan materiales adsorbentes, como carbón activado o resinas o perlas especializadas, para eliminar ciertos tipos de contaminantes mediante adsorción química. [21] [22] [23]
Nanogenizador
Un nanogenizador, también conocido como homogeneizador de alta presión o microfluidizador, es un dispositivo que se utiliza para crear pequeñas gotas o partículas mediante la aplicación de alta presión a una mezcla líquida. [24] Estos dispositivos se pueden utilizar para producir nanoemulsiones, así como otros tipos de emulsiones y suspensiones. [25] Funcionan haciendo pasar la mezcla a través de un pequeño orificio a alta presión, lo que hace que el líquido se corte y se rompa en pequeñas gotas o partículas. El tamaño de las gotas o partículas se puede controlar ajustando la presión y el diseño del orificio. [26]
Medidor de tamaño de nanopartículas
Un medidor de tamaño de nanopartículas , también conocido como analizador de nanopartículas, es un dispositivo utilizado para medir el tamaño, la distribución del tamaño y la concentración de nanopartículas en una muestra. [27] [28] El tamaño de las nanopartículas suele estar en el rango de 1 a 100 nanómetros (nm), y son mucho más pequeñas que las partículas que se pueden medir con analizadores de tamaño de partículas convencionales . [29]
Aplicaciones
Las miniemulsiones tienen una amplia aplicación en la síntesis de nanomateriales y en las industrias farmacéutica y alimentaria. [30] [31] Por ejemplo, los procesos basados en miniemulsiones están, por tanto, especialmente adaptados para la generación de nanomateriales . Existe una diferencia fundamental entre la polimerización en emulsión tradicional y una polimerización en miniemulsión. La formación de partículas en la primera es una mezcla de nucleación micelar y homogénea , mientras que las partículas formadas mediante miniemulsión se forman principalmente mediante nucleación de gotitas. En la industria farmacéutica, las gotitas de aceite actúan como pequeños contenedores que transportan fármacos insolubles en agua, y el agua proporciona un entorno suave que es compatible con el cuerpo humano. [32] [33] Además, las nanoemulsiones que transportan fármacos permiten que estos cristalicen en un tamaño controlado con una buena tasa de disolución. [34] [35] Por último, en la industria alimentaria, las miniemulsiones no solo pueden cargarse con nutrientes insolubles en agua, como el betacaroteno y la curcumina , sino que también mejoran la digestibilidad de los nutrientes. [12] Las miniemulsiones también se utilizan en la creación de bebidas y alimentos con infusión de cannabinoides. Se ha demostrado que la emulsión de cannabinoides aumenta la biodisponibilidad y el tiempo de digestión. [36]
Referencias
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