NANO-EMULSION

(NANO NHŨ TƯƠNG)

TS. LÊ THỊ HỒNG NHAN

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 Red

Translucency

Transparency

Solubilizasion No No

Stable

0.02 - 0.05

Stable or

unstable

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 effectPha 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 hóatự động

Phase Inversion

Temperature

Phase Inversion

Composition

Nhũ hóa bằng năng lượng đầu

vào cao

Ultrasonication

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):

Sự co giãn chất lỏng

Chất lỏng+

ultrasonic

Tạo lỗ hổng (bọt)

Negative perssure vượt độ bền kéo của chất

lỏng

Vỡ bọt

Kích thước

bọt tăng dần

Hot

spo

t

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

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

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.

1.2. 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 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

Quá trình xử lý trong Microfluidizer được mô 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 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

Cấu tạo chính của khoang đồng hóa:

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

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

homogenize.mov

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 Nhũ tương dưỡng tóc

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

Thuốc kháng vi trùng

(Antiambiral emulsion)

Vắc-xin chất nhờn

(mucosal vaccines)

Kỹ thuật cấy ghép tế bào

(cell culture technology)

Chất tẩy uế không độc hại

(non-toxic disinfectant cleaners)

Phòng ngừa bệnh

(prophylatic in bio-terrorism attack)

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