مقدمه
نانو امولسیون‌ها نوعی سیستم کلوئیدی هستند که از قطرات مایع در ابعاد نانو معمولاً بین ۲۰ تا ۲۰۰ نانومتر در فاز مایع دیگر تشکیل شده‌اند. این ساختارها معمولاً شامل یک فاز روغنی و یک فاز آبی هستند که به وسیله‌ی سورفکتانت‌ها یا مواد فعال سطحی پایدار شده‌اند. فرآیند تولید نانو امولسیون با هدف ایجاد قطراتی بسیار ریز و یکنواخت انجام می‌شود تا خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوبی برای کاربردهای مختلف صنعتی ایجاد گردد. این فرآیند در صنایع مختلفی از جمله داروسازی، مواد غذایی، لوازم آرایشی و بهداشتی و حتی کشاورزی اهمیت زیادی یافته است. با توجه به اندازه کوچک قطرات و سطح تماس بسیار بالا بین فازهای مختلف در نانو امولسیون‌ها، ویژگی‌هایی همچون جذب بهتر، پایداری بیشتر و افزایش زیست‌دسترس‌پذیری به‌دست می‌آید که این خواص موجب شده نانو امولسیون‌ها جایگاه ویژه‌ای در فناوری نانو و فرمولاسیون محصولات پیچیده پیدا کنند.
یکی از جنبه‌های مهم در تولید نانو امولسیون، انتخاب مناسب اجزا و روش تولید است. بسته به ماهیت ماده‌ای که قرار است در امولسیون قرار گیرد انتخاب نوع روغن، آب، سورفکتانت و گاهی کو-سورفکتانت انجام می‌شود. برای مثال در فرمولاسیون‌های دارویی، روغن‌های زیست‌سازگار و سورفکتانت‌هایی با سمیت پایین به کار می‌روند. در حالی که در صنعت غذا، تأییدیه‌های ایمنی بیشتری مورد نیاز است و باید از ترکیباتی استفاده شود که مجوزهای بین‌المللی را دارا باشند. این دقت در انتخاب اجزا در کیفیت نهایی نانو امولسیون و همچنین در قابلیت استفاده‌ی آن در مصارف مختلف نقش اساسی دارد. بسیاری از پژوهش‌ها در زمینه نانو امولسیون‌ها بر این تمرکز دارند که چگونه با حداقل مقدار سورفکتانت و انرژی به بیشترین پایداری و ریزترین اندازه ذرات دست یافت.
روش‌های مختلفی برای تولید نانو امولسیون وجود دارد که بسته به انرژی مصرفی و شرایط عملیاتی به دو دسته کلی روش‌های با انرژی بالا و روش‌های با انرژی پایین تقسیم می‌شوند. در روش‌های با انرژی بالا، از دستگاه‌هایی نظیر هموژنایزرهای فشار بالا، میکسرهای برش بالا و فراصوت استفاده می‌شود تا قطرات بزرگ‌تر شکسته شده و به اندازه‌های نانومتری برسند. در مقابل روش‌های انرژی پایین بر پایه خواص ترمودینامیکی اجزا و استفاده از شرایط خاص دما یا غلظت برای تشکیل خودبه‌خودی نانوامولسیون عمل می‌کنند. هر یک از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب بین آن‌ها بسته به هدف نهایی، مقیاس تولید و محدودیت‌های اقتصادی و فنی انجام می‌شود.
در طول فرآیند تولید نانو امولسیون، کنترل شرایطی مانند دما، فشار، زمان هم‌زدن و سرعت اعمال نیرو بسیار مهم است. این عوامل بر اندازه نهایی قطرات، یکنواختی سیستم و پایداری در برابر عوامل محیطی تأثیرگذار هستند. به‌عنوان مثال، در فرآیند هموژن‌سازی با فشار بالا، مایع از یک نازل بسیار باریک با فشار زیاد عبور داده می‌شود که موجب شکسته شدن قطرات و ایجاد ذراتی با اندازه یکنواخت می‌شود. در این فرآیند افزایش تعداد پاس‌ها از دستگاه نیز می‌تواند به کاهش بیشتر اندازه قطرات کمک کند. با این حال استفاده بیش از حد از انرژی ممکن است منجر به تخریب سورفکتانت یا گرم شدن بیش از حد سیستم شود که می‌تواند پایداری نهایی را تحت تأثیر قرار دهد.
پایداری نانو امولسیون یکی از عوامل کلیدی در موفقیت کاربرد آن است. قطرات کوچکتر تمایل بیشتری به پایداری دارند، زیرا انرژی سطحی کمتری نسبت به قطرات بزرگ‌تر دارند. با این وجود هنوز هم عواملی مانند کواگولاسیون، فلوکولاسیون، ترکیب قطرات و رسوب‌گذاری می‌توانند موجب ناپایداری سیستم شوند. برای مقابله با این مشکلات، استفاده از ترکیب مناسبی از سورفکتانت و در مواردی کو-سورفکتانت و همچنین تنظیم دقیق pH، یونیک بودن محیط، و افزودن پایدارکننده‌های اضافی ممکن است ضرورت داشته باشد. تحقیقات زیادی در حال حاضر در جهت بهبود فرمولاسیون‌هایی هستند که بتوانند بدون نیاز به سورفکتانت‌های سنگین، پایداری بلندمدت نانو امولسیون‌ها را تضمین کنند.
از نظر صنعتی تولید نانو امولسیون در مقیاس بزرگ چالش‌هایی دارد که مهم‌ترین آن‌ها حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی در طول زمان و در حجم زیاد است. مقیاس‌پذیری فرایند یکی از دغدغه‌های مهندسی در این زمینه است. دستگاه‌هایی که در مقیاس آزمایشگاهی کارایی خوبی دارند، الزاماً در مقیاس صنعتی عملکرد مشابهی ندارند. برای رفع این مسئله توسعه فناوری‌های میکروفلویدیک، استفاده از میکروکانال‌ها و طراحی خاص سیستم‌های پیوسته در دست بررسی است. به‌طور کلی آینده تولید نانو امولسیون وابسته به توسعه روش‌های نوین، کاهش مصرف انرژی، و افزایش کارایی مواد اولیه است.
تعریف نانو امولسیون
نانو امولسیون یک سیستم پراکندگی کلوئیدی است که از دو مایع غیرقابل امتزاج معمولاً آب و روغن تشکیل می‌شود و اندازه قطرات فاز پراکنده آن در محدوده نانومتری، یعنی معمولاً بین ۲۰ تا ۲۰۰ نانومتر قرار دارد. این ساختار با کمک سورفکتانت‌ها یا مواد فعال سطحی پایدار می‌شود که در سطح مشترک دو فاز قرار گرفته و از ادغام دوباره قطرات جلوگیری می‌کنند. برخلاف امولسیون‌های معمولی که اندازه قطرات آن‌ها در حد میکرون است، نانو امولسیون‌ها به دلیل اندازه بسیار ریز قطرات، خواص فیزیکی، نوری و بیولوژیکی متمایزی دارند که باعث جذابیت آن‌ها در کاربردهای علمی و صنعتی مختلف شده است. یکی از ویژگی‌های شاخص نانو امولسیون‌ها شفاف بودن یا نیمه‌شفاف بودن آن‌ها است که به دلیل پراکندگی ضعیف نور توسط ذرات ریز ایجاد می‌شود. این ویژگی باعث شده در فرمولاسیون‌هایی مانند داروهای تزریقی یا محصولات آرایشی که نیاز به ظاهری شفاف دارند مورد استفاده قرار گیرند.
از دیدگاه ترمودینامیکی نانو امولسیون‌ها سیستم‌هایی ناپایدار هستند اما از نظر کینتیکی می‌توانند پایداری بالایی داشته باشند. این بدان معناست که با گذشت زمان تمایل دارند که تجزیه شوند اما در عمل می‌توانند برای مدت طولانی بدون تغییر باقی بمانند، به شرط آنکه شرایط محیطی و ترکیب مناسب رعایت شود. تفاوت اساسی نانو امولسیون با میکرو امولسیون در همین پایداری ترمودینامیکی است، میکرو امولسیون‌ها به طور ترمودینامیکی پایدار هستند ولی نیاز به مقادیر زیادی سورفکتانت دارند و ساختار آن‌ها متفاوت است. در مقابل، نانو امولسیون‌ها با استفاده از انرژی مکانیکی یا شرایط خاص دما و فشار تولید می‌شوند و می‌توانند با سورفکتانت کمتر نیز تشکیل شوند.
کاربردهای نانو امولسیون‌ها به دلیل ویژگی‌هایی چون سطح تماس بالا، قابلیت حمل ترکیبات آب‌گریز، قابلیت جذب بالاتر در بدن و پایداری نسبی در شرایط مختلف محیطی، در زمینه‌هایی چون دارورسانی، واکسن‌ها، تولید مواد غذایی غنی‌شده، فرمولاسیون محصولات آرایشی و بهداشتی و حتی در صنعت کشاورزی برای رساندن آفت‌کش‌ها یا کودهای نانو گسترش یافته است. از آنجایی که اندازه کوچک قطرات موجب افزایش چشمگیر سطح بین فازی می‌شود، این ساختار می‌تواند انتقال جرم، پخش شدن در محلول و حتی واکنش‌پذیری برخی مواد فعال را افزایش دهد. همچنین این سیستم می‌تواند طعم، بو و ظاهر محصولات غذایی یا آرایشی را بهبود دهد و در عین حال پایداری بیشتری در برابر نور، حرارت و اکسیژن ایجاد کند. در بسیاری از فرمولاسیون‌های نوین، نانو امولسیون به عنوان بستری برای حمل ترکیبات حساس مانند ویتامین‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها یا ترکیبات فعال دارویی به کار می‌رود.
در مجموع نانو امولسیون به عنوان یکی از پرکاربردترین فناوری‌های نوین در زمینه سیستم‌های پخش مایع در مایع، ترکیبی از علم نانو، شیمی فیزیک و فرمولاسیون صنعتی است که امکان طراحی ساختارهای بسیار کارآمد با خواص مهندسی‌شده را فراهم می‌کند. توسعه این سیستم‌ها همچنان ادامه دارد و افق‌های گسترده‌ای برای استفاده از آن‌ها در محصولات نوآورانه در پیش است.
همچنین بخوانید :
معرفی انواع پمپ و میکسر های هموژنایزر
روش های تولید نانو امولسیون
روش‌های تولید نانو امولسیون را می‌توان به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم کرد: روش‌های با انرژی بالا و روش‌های با انرژی پایین. این دسته‌بندی بر اساس میزان انرژی خارجی مورد نیاز برای تشکیل ذرات نانو و پایداری آن‌ها در فاز پراکنده انجام می‌شود. روش‌های با انرژی بالا از دستگاه‌ها و تکنولوژی‌هایی استفاده می‌کنند که با اعمال نیروهای مکانیکی شدید، قطرات بزرگ را به اندازه‌های نانومتری خرد می‌کنند. در مقابل روش‌های با انرژی پایین متکی بر تغییرات ترمودینامیکی و شیمیایی سیستم هستند که باعث تشکیل خودبه‌خودی نانو امولسیون بدون نیاز به اعمال انرژی زیاد می‌شود. انتخاب روش مناسب بسته به نوع ماده، هدف کاربرد، مقیاس تولید و خواص نهایی مورد انتظار صورت می‌گیرد.
در میان روش‌های با انرژی بالا استفاده از هموژنایزرهای فشار بالا یکی از رایج‌ترین تکنیک‌هاست. در این روش امولسیون اولیه با فشار بسیار زیاد از نازل باریکی عبور داده می‌شود. این عبور باعث ایجاد برش، کشش و برخوردهای شدید بین مولکول‌ها شده و قطرات بزرگ‌تر شکسته شده و به اندازه‌های کوچکتر و یکنواخت‌تری می‌رسند. این روش به دلیل عملکرد مکانیکی قدرتمند خود می‌تواند قطراتی با اندازه بسیار پایین و توزیع اندازه یکنواخت ایجاد کند. تعداد پاس‌هایی که ماده از دستگاه عبور داده می‌شود، تأثیر مستقیمی بر اندازه نهایی قطرات دارد. با این حال افزایش بیش از حد فشار یا تعداد پاس‌ها ممکن است باعث تخریب حرارتی ترکیبات حساس شود و در نتیجه باید بهینه‌سازی دقیقی انجام شود.
یکی دیگر از روش‌های متداول در دسته انرژی بالا استفاده از میکسرهای برش بالا یا هموژنایزرهای مکانیکی است. این دستگاه‌ها دارای پره‌هایی با سرعت دوران بسیار زیاد هستند که با ایجاد تنش‌های برشی بالا در فازهای مخلوط، باعث شکستن قطرات فاز پراکنده به اندازه‌های کوچکتر می‌شوند. هرچند این روش ممکن است نسبت به هموژنایزر فشار بالا از نظر کاهش اندازه قطرات کارایی کمتری داشته باشد، اما به دلیل هزینه کمتر و سادگی تجهیزات، در مقیاس‌های آزمایشگاهی یا نیمه‌صنعتی بسیار کاربرد دارد. مدت زمان هم زدن، سرعت دوران و نسبت فازهای روغن و آب از جمله عوامل مهم در عملکرد این روش هستند که باید به‌دقت کنترل شوند.
روش فراصوت نیز در دسته روش‌های با انرژی بالا قرار دارد که با استفاده از امواج صوتی فرکانس بالا و ایجاد پدیده کاویتاسیون، باعث شکستن قطرات می‌شود. در این روش، حباب‌های میکروسکوپی در اثر امواج صوتی در مایع تشکیل و سپس متلاشی می‌شوند که انرژی زیادی آزاد می‌کند. این انرژی می‌تواند قطرات روغنی را خرد کرده و به نانو سایز برساند. مزیت این روش در سادگی، انعطاف‌پذیری و توانایی تولید نانو امولسیون‌هایی با اندازه بسیار ریز است. با این حال یکی از محدودیت‌های آن توان پایین برای تولید در مقیاس بزرگ است، زیرا دستگاه‌های فراصوت برای تولید انبوه نیاز به طراحی صنعتی خاص دارند.
در مقابل، روش‌های انرژی پایین مانند روش رقیق‌سازی فاز، روش وارونگی فاز و روش خودآرایی تحت شرایط خاص دما یا غلظت، از طریق بهره‌گیری از ویژگی‌های ترمودینامیکی اجزای سیستم عمل می‌کنند. در این تکنیک‌ها، نانو امولسیون بدون نیاز به تجهیزات پیچیده و صرف انرژی زیاد با تغییر شرایط خاص مانند دما یا افزودن آب به مخلوط روغن و سورفکتانت به‌تدریج تشکیل می‌شود. این روش‌ها اغلب در فرمولاسیون محصولات حساس به حرارت یا در مواردی که حفظ خواص زیستی ترکیبات فعال اهمیت دارد ترجیح داده می‌شوند. با وجود مزایای آن‌ها محدودیت‌هایی نیز وجود دارد از جمله حساسیت زیاد به شرایط محیطی و دشواری در مقیاس‌پذیری به حجم بالا.
در نهایت انتخاب روش تولید نانو امولسیون باید بر پایه نیاز نهایی، خصوصیات ترکیبات، پایداری مورد نظر و محدودیت‌های اقتصادی صورت گیرد. بسیاری از فرمولاسیون‌های صنعتی از ترکیب دو یا چند روش برای بهینه‌سازی نتیجه استفاده می‌کنند. پیشرفت فناوری و شناخت دقیق‌تر از رفتار سیستم‌های نانو، امکان توسعه روش‌های ترکیبی و بهره‌ورتر را در آینده فراهم خواهد کرد.
انواع محصولات هموژنایزر
تماس با کارشناسان
اجزای تشکیل دهنده در تولید نانو امولسیون
در تولید نانو امولسیون انتخاب اجزای سازنده یکی از مهم‌ترین مراحل است که مستقیماً بر پایداری، اندازه ذرات، کارایی و ویژگی‌های نهایی محصول تأثیر می‌گذارد. این اجزا شامل سه بخش اصلی هستند: فاز روغنی، فاز آبی و سورفکتانت یا امولسیفایر. بسته به کاربرد خاص، ممکن است اجزای کمکی مانند کوسورفکتانت‌ها، پایدارکننده‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و ترکیبات فعال زیستی نیز به فرمولاسیون افزوده شوند. نسبت و نوع این اجزا باید با دقت تنظیم شود تا ساختار نهایی نانو امولسیون پایدار، ایمن و کاربردی باشد.
فاز روغنی یکی از اجزای اصلی نانو امولسیون است که به‌عنوان محلول حامل برای ترکیبات غیرقطبی یا چربی‌دوست عمل می‌کند. انتخاب روغن مناسب بستگی به نوع کاربرد دارد. برای مثال در محصولات دارویی یا خوراکی، روغن‌های خوراکی مانند روغن نارگیل، روغن ذرت، روغن دانه انگور یا روغن‌های مصنوعی زیست‌سازگار مانند روغن MCT (تری‌گلیسریدهای زنجیره متوسط) به کار می‌روند. این روغن‌ها باید از نظر سمیت، پایداری و واکنش‌پذیری با سایر اجزا بررسی شده و تأیید شوند. خواص فیزیکی مانند ویسکوزیته، نقطه ذوب و میزان حلالیت ماده فعال در فاز روغنی نیز در انتخاب نوع روغن اهمیت بالایی دارد.
فاز آبی بخش دیگر این سیستم دو فازی است که معمولاً شامل آب مقطر یا آب دیونیزه می‌شود. در برخی موارد، از محلول‌های آبی با pH خاص یا حاوی نمک‌های خاص برای تنظیم خصوصیات یونی و پایداری ذرات استفاده می‌شود. فاز آبی می‌تواند حامل ترکیبات آبدوست نیز باشد، مانند ویتامین‌های محلول در آب، پپتیدها یا سایر مواد فعال زیستی. در طراحی فرمولاسیون، نسبت میان فاز روغنی و فاز آبی می‌تواند تعیین‌کننده نوع امولسیون باشد. در نانو امولسیون‌های روغن در آب (O/W)، فاز روغنی به صورت ذرات پراکنده در محیط آبی قرار می‌گیرد، در حالی که در نوع آب در روغن (W/O)، فاز آبی در داخل روغن پراکنده می‌شود.
سورفکتانت‌ها نقش کلیدی در پایدارسازی نانو امولسیون ایفا می‌کنند. این مواد با کاهش کشش سطحی بین فاز روغنی و فاز آبی، از ادغام مجدد قطرات جلوگیری می‌کنند. سورفکتانت‌ها معمولاً دارای یک بخش آبدوست و یک بخش آب‌گریز هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد در سطح مشترک دو فاز قرار گیرند. انتخاب نوع سورفکتانت به عواملی چون سمیت، زیست‌تجزیه‌پذیری، قابلیت تنظیم HLB (تعادل آب‌دوستی و چربی‌دوستی) و سازگاری با ترکیبات دیگر وابسته است. سورفکتانت‌های غیر یونی مانند توئین 80، لورئل گلوکوزید و لکتین‌ها در بسیاری از نانو امولسیون‌های دارویی و غذایی به دلیل ملایمت و ایمنی بالا استفاده می‌شوند.
در برخی موارد برای بهبود عملکرد سورفکتانت از کو-سورفکتانت نیز استفاده می‌شود. این ترکیبات که اغلب از نوع الکل‌های کوتاه‌زنجیر یا اسیدهای چرب هستند، در کنار سورفکتانت اصلی باعث کاهش بیشتر کشش بین سطحی و تسهیل تشکیل نانو امولسیون می‌شوند. همچنین، افزودنی‌هایی مانند آنتی‌اکسیدان‌ها برای جلوگیری از اکسیداسیون روغن و پلیمرها یا پروتئین‌ها به‌عنوان پایدارکننده مکانیکی، می‌توانند در فرمولاسیون گنجانده شوند. طراحی دقیق ترکیب این اجزا به کمک مدل‌های تئوری و آزمون‌های تجربی امکان تولید نانو امولسیون‌هایی با عملکرد بالا و پایداری طولانی‌مدت را فراهم می‌کند.
میکسر هموژنایزر برش بالا
میکسر هموژنایزر برش بالا یکی از تجهیزات مهمی در فرایند تولید نانو امولسیون‌ها محسوب می‌شود که وظیفه اصلی آن، ایجاد نیروهای برشی شدید برای شکستن قطرات بزرگ‌تر و تبدیل آن‌ها به ذرات ریز در محدوده نانومتری است. این دستگاه‌ها با استفاده از تیغه‌ها یا روتورهای با سرعت چرخش بالا، تنش‌های مکانیکی قوی و یکنواختی در محیط مایع ایجاد می‌کنند که موجب پراکندگی مؤثر فاز روغنی در فاز آبی یا بالعکس می‌گردد. به دلیل سادگی عملکرد، هزینه کمتر نسبت به هموژنایزرهای فشار بالا و توانایی تولید ذرات نسبتاً ریز، این تجهیزات به‌ویژه در مقیاس آزمایشگاهی و تولیدات کوچک تا متوسط بسیار پرکاربرد هستند.
مکانیسم عملکرد این میکسرها بر پایه اعمال نیروی برش شدید در محل تماس روتور و استاتور است. روتور (پره یا تیغه متحرک) با سرعت بسیار بالا درون استاتور (قسمت ثابت با شکاف‌هایی مشخص) می‌چرخد. در اثر این حرکت چرخشی سریع، سیال با شدت به داخل ناحیه بین روتور و استاتور کشیده می‌شود و در معرض نیروهای برشی، نیروهای کاویتاسیون و توربولانس شدید قرار می‌گیرد. این نیروها باعث خرد شدن قطرات درشت به قطرات بسیار ریز می‌شوند و در صورت وجود سورفکتانت کافی در سیستم، از بازگشت قطرات به حالت اولیه جلوگیری می‌شود. این فرایند می‌تواند چندین بار تکرار شود تا ذرات به اندازه مطلوب و توزیع یکنواختی دست یابند.
یکی از مزایای اصلی میکسر هموژنایزر برش بالا، کنترل‌پذیری بالا در پارامترهای فرایند است. سرعت چرخش، مدت زمان اختلاط، دما و حجم فازهای ورودی از جمله عواملی هستند که می‌توان آن‌ها را به‌راحتی تنظیم و بهینه‌سازی کرد. این امکان به اپراتور اجازه می‌دهد تا در شرایط مختلف، نانو امولسیون‌هایی با ویژگی‌های خاص تولید کند. برای مثال با افزایش سرعت چرخش یا زمان فرایند، اندازه ذرات کاهش یافته و پایداری سیستم افزایش می‌یابد، البته تا حدی که به ترکیبات آسیب نرسد یا گرمای تولید شده منجر به تخریب حرارتی مواد حساس نشود.
میکسرهای برش بالا در صنایع مختلفی مانند داروسازی، آرایشی و بهداشتی، غذایی و شیمیایی کاربرد دارند. در صنایع دارویی از این دستگاه‌ها برای فرموله کردن داروهای با قابلیت جذب بالا استفاده می‌شود؛ در حالی که در صنایع غذایی برای ساخت سس‌ها، نوشیدنی‌های حاوی روغن‌های امولسیون‌شده و مکمل‌های غذایی کاربرد دارد. همچنین در محصولات آرایشی مانند کرم‌ها و لوسیون‌ها نیز جهت دستیابی به بافت یکنواخت و ظاهری لطیف، استفاده از این تجهیزات ضروری است.
در نهایت با وجود این‌که میکسرهای برش بالا به تنهایی توانایی تولید نانو امولسیون با اندازه قطرات بسیار ریز کمتر از 100 نانومتر را در برخی موارد ندارند اما به‌عنوان مرحله پیش‌فرآیندی یا اولیه بسیار مؤثر عمل می‌کنند. ترکیب این دستگاه‌ها با دیگر فناوری‌ها مانند هموژنایزر فشار بالا یا فراصوت، می‌تواند به فرمولاسیون‌هایی با کیفیت بالا و عملکرد بهینه منجر شود. انتخاب صحیح نوع میکسر، طراحی مناسب روتور و استاتور و تعیین شرایط عملیاتی دقیق، کلید موفقیت در استفاده از این روش در تولید نانو امولسیون پایدار و کارآمد است.
همچنین بخوانید :
دستگاه هموژنایزر چیست ؟
میکسر هموژنایزر فشار بالادر تولید نانو امولسیون
میکسر هموژنایزر فشار بالا یکی از مؤثرترین و پرکاربردترین تجهیزات برای تولید نانو امولسیون‌ها به شمار می‌رود. این دستگاه با اعمال فشارهای بسیار بالا معمولاً در بازه ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ بار یا حتی بیشتر می‌تواند قطرات فاز پراکنده را به اندازه‌های نانومتری خرد کند. فرایند در این دستگاه به‌گونه‌ای است که مخلوط اولیه‌ای از روغن، آب و سورفکتانت با فشار بسیار بالا از یک دریچه یا نازل باریک عبور داده می‌شود. عبور سریع مایع از این ناحیه، موجب ایجاد نیروی برشی قوی، کاویتاسیون و برخورد شدید ذرات به یکدیگر می‌شود که همه این نیروها در کنار هم، قطرات درشت را به ذرات ریزتر با توزیع اندازه‌ای یکنواخت تبدیل می‌کنند. این ویژگی باعث شده که این روش برای تولید نانو امولسیون‌هایی با اندازه ذرات کمتر از 100 نانومتر بسیار مناسب و رایج باشد.
یکی از مهم‌ترین مزایای هموژنایزرهای فشار بالا، توانایی آن‌ها در دستیابی به نانو امولسیون‌هایی با اندازه ذرات یکنواخت و پایداری بالا است. اندازه ذرات کوچکتر منجر به سطح تماس بیشتر میان فازهای روغن و آب می‌شود که این امر به بهبود پایداری فیزیکی سیستم، افزایش زیست‌فراهمی ترکیبات فعال، و بهبود خواص حسی محصولات کمک می‌کند. این موضوع به‌ویژه در صنایع دارویی، غذایی، و آرایشی اهمیت بالایی دارد؛ زیرا در این صنایع، جذب سریع، طعم و ظاهر یکنواخت و عملکرد مؤثر ترکیبات فعال، همگی وابسته به ساختار دقیق نانو امولسیون هستند.
فرایند کار با هموژنایزر فشار بالا معمولاً شامل عبور مکرر امولسیون اولیه از دستگاه است. این کار موجب کاهش تدریجی اندازه قطرات و افزایش یکنواختی آن‌ها می‌شود. بسته به نوع فرمولاسیون، ممکن است ۳ تا ۱۰ پاس یا بیشتر مورد نیاز باشد تا به اندازه ذرات مطلوب دست یابیم. با این حال، باید توجه داشت که عبورهای بیش از حد یا فشارهای بسیار بالا می‌توانند منجر به تخریب ترکیبات حساس به دما یا فشار مانند پروتئین‌ها، ویتامین‌ها یا داروهای زیست‌فعال شوند. از این رو، تعیین شرایط بهینه فرآیند با در نظر گرفتن خواص مواد اولیه ضروری است.
از لحاظ کاربرد این نوع هموژنایزرها در مقیاس صنعتی برای تولید محصولات غذایی مانند شیرهای غنی‌شده، سس‌ها، و نوشیدنی‌های امولسیونی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در داروسازی نیز از آن‌ها برای تولید سامانه‌های دارورسانی نانو مانند نانو امولسیون‌های تزریقی، قطره‌های چشمی و فرمولاسیون‌های پوستی بهره گرفته می‌شود. همچنین در صنعت آرایشی، نقش مهمی در تولید کرم‌ها، سرم‌ها و لوسیون‌هایی با بافت لطیف و جذب بالا ایفا می‌کنند.
در مجموع هموژنایزر فشار بالا ابزاری حیاتی برای تولید نانو امولسیون‌های پیشرفته است که با ایجاد شرایط شدید مکانیکی، امکان دستیابی به ذرات بسیار ریز، پایدار و کارآمد را فراهم می‌آورد. با پیشرفت فناوری طراحی این دستگاه‌ها نیز بهبود یافته و امکان کنترل دقیق‌تر پارامترهایی مانند دما، فشار و نرخ جریان فراهم شده است تا بتوان فرایند تولید را با دقت و کیفیت بیشتری مدیریت کرد.
نتیجه گیری
نانو امولسیون‌ها به‌عنوان سامانه‌های پیشرفته در فرمولاسیون‌های دارویی، غذایی، آرایشی و صنعتی جایگاه ویژه‌ای یافته‌اند. ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها از جمله اندازه ذرات در مقیاس نانو، پایداری فیزیکی بالا، بهبود زیست‌فراهمی مواد فعال و ظاهر یکنواخت این ساختارها را به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای حساس و تخصصی تبدیل کرده است. برای دستیابی به نانو امولسیون‌های کارآمد، شناخت دقیق اجزای تشکیل‌دهنده از جمله نوع فاز روغنی، فاز آبی، سورفکتانت‌ها و افزودنی‌های کمکی نقش مهمی دارد و هر کدام از این اجزا باید متناسب با هدف نهایی انتخاب شوند.
از طرف دیگر روش‌های تولید نانو امولسیون نیز باید به‌گونه‌ای انتخاب شوند که ضمن حفظ ویژگی‌های ماده فعال، بازدهی و پایداری سامانه را تضمین کنند. در این میان استفاده از میکسرهای برش بالا و هموژنایزرهای فشار بالا به‌عنوان تکنولوژی‌های موثر برای دستیابی به اندازه ذرات بسیار ریز و توزیع یکنواخت، در بسیاری از فرایندهای صنعتی و آزمایشگاهی رایج است. میکسرهای برش بالا با ایجاد نیروهای مکانیکی شدید و کاربردی آسان برای مراحل پیش‌فرآیندی مناسب‌اند، در حالی که هموژنایزرهای فشار بالا توانایی تولید نانو امولسیون‌های بسیار پایدار با عملکرد دقیق را دارا هستند و در مقیاس صنعتی نیز به‌خوبی قابل اجرا می‌باشند.
در نهایت تولید موفق یک نانو امولسیون نیازمند درک جامع از ترکیب اجزا، انتخاب تکنیک مناسب تولید، و کنترل دقیق شرایط فرایند است. تنها از طریق یکپارچه‌سازی دانش علمی، تجربه عملی و فناوری مناسب می‌توان به نانو امولسیون‌هایی دست یافت که پاسخگوی نیازهای صنعتی، درمانی و مصرفی مدرن باشند. روند رو به رشد تحقیقات در این حوزه نیز نویدبخش کاربردهای گسترده‌تر و راهکارهای نوآورانه‌تری در آینده خواهد بود.
برای دریافت مشاوره کافیست با کارشناسان ما در ارتباط باشید
یا با شماره های زیر تماس حاصل فرمایید
02833857
arkanfelez.feizi@gmail.com