NANO-EMULSION(NANO NHŨ TƯƠNG)

Emulsion

Particle size

( μ m)Appearance

Tyndall effect

Reflected

light

Scattering

light

Unstable1 - 10

Nano

emulsion

Thermo

dynamic

stability

(Macro)

emulsion

0.1 - 1

Opaque No No

BluishWeak blue

Weak red

Microemulsion

0.05 - 0.1

0.005 - 0.02

Blue RedTranslucency

Transparency

Solubilizasion No No

Stable

0.02 - 0.05

Stable or un-stable

Classification

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

Transparency

Stable

I.1. Hệ nhũ tương (emulsion)I.1.1. Tổng quan Tính chất và độ bền của hệ nhũ tương

Particle sizes and optical properties

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

CParticle size Appearance

>400nm 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 100-400nm (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 trò 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

Phase Inversion

Temperature

Phase Inversion

Composition

Nhũ hóa bằng năng lượng đầu vào cao

Ultrasonication

Đồng hóa áp suất cao

Microfluidization

1. ULTRASONICATION

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):

• Sự co giãn chất lỏng

Chất lỏng +

ultrasoni

c

• Tạo lỗ hổng (bọt)

Negative

perssure

vượt độ

bền kéo của chất lỏng

• Vỡ bọtKích

thước bọt tăng

dần

Hot

spot

B. PHƯƠ NG PHÁP TẠO HỆ NANO -NHŨ TƯƠNG

Hot-spot

Sự tăng dần kích thước dẫn đến sự bỡ bọt trong lòng chất lỏng dưới tác dụng của ultrasonic

1. ULTRASONICATION

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

1. ULTRASONICATION

Một dạng máy tạo ultrasonic

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.

1. ULTRASONICATION

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

2. MICROFLUIDIZATION

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 thô (tức kích thước các hạt phân tán lớn). Sau đó nhũ tương thô 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

2. MICROFLUIDIZATION

Quá trình xử lý trong Microfluidizer được mô tả theo sơ đồ sau:

2. MICROFLUIDIZATION

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

3. ĐỒNG HÓA ÁP SUẤT CAO

Đồng hóa áp suất cao thực hiện bằng cách cho dòng 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

3. ĐỒNG HÓA ÁP SUẤT CAO

Cấu tạo chính của khoang đồng hóa:

3. ĐỒNG HÓA ÁP SUẤT CAO

Cấu tạo chính của khoang đồng hóa:

(a)

(b)

(c)

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

Mặt đệm vát

cạnh

Mặt đệm cong

3. ĐỒNG HÓA ÁP SUẤT CAO

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 xoáy dòng 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

3. ĐỒNG HÓA ÁP SUẤT CAO

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.

3. ĐỒNG HÓA ÁP SUẤT CAO

Ứng dụng của hệ nano nhũ tương

Mỹ phẩm

Y học

Thực phẩm

Mỹ phẩm

Kem dưỡng ẩmNhũ tương dưỡng

tóc

Nhũ tương làm trắng daSữa săn chắc da Sữa phục hồi cho da

Mỹ phẩm-COENZYME Q10

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

CÔNG NGHỆ “NẨY MẦM” CHO LÀN DA

Y học

The inner core consisting of any

oil

Drug or nutrient molecules within the core

The emulsifier layer surrounding the nano-particle.

MicroFluidics Technology Fair

Y học

Thuốc kháng vi

trùng(Antiambir

al emulsion) Vắc-xin

chất nhờn(mucosal vaccines)

Kỹ thuật cấy ghép

tế bào(cell

culture technology

)

Phòng ngừa bệnh(prophylati

c in bio-terrorism attack)

Y học

Sự thay đổi của nấm Bacillus trong hệ nano nhũ tương

Prepared by Holly R-Fischer, MFA,

For NanoBio: 01/13/2009

ANTI-OXIDANT SYNERGY FORMATION (ASF) STUDIES (IN VIVO)

• Nude Mice• since they lack a fully-functional immune system

• Injection of Cancer Cells• by subcutaneous injection of Mouse or Human Cancer

cells (300,000 cells /ml) • Injection of ASF solution

• once tumors were detected• Measure the tumor diameter

• quantified daily in accordance with the longest diameter

The neuroblastoma in the nude mice

ASF Nano-emulsion

Control (no treatment)

Tumor

No Tumor

Subcut inj Subcut inj Transdermal

- 65% - 63%

- 4%

Subcut Injection vs Topical Delivery of ASF containing-

nanoemulsions on neuroblastoma–induced tumor growth rate

Thực phẩm

Nanoemulsions are stable dispersions which do not agglomerate and which demonstrate antimicrobial activity

Microemulsion versus Nanoemulsion of Soy Protein

Homogenized Nanoemulsified

Gram + Staph Aureus Bacteria

Staph Aureus Control Staph aureus streaked empty nanoemulsion