Ultraääniemulgointilaitteiden vaikuttavat tekijät ja edut emulsion valmistamiseksi

Emulsio on kahden sekoittumattoman nesteen dispersio, joista toinen dispergoidaan toiseen hienojen pisaroiden tai hiukkasten muodossa, muodostaen sekoitetun nesteen. Prosessia, jossa yksi sekoittumaton neste dispergoidaan toiseen sekoittumattomaan nesteeseen, kutsutaan emulgaatioksi. Emulsioiden muodostuminen edellyttää tarvittavaa nesteemulgointiprosessia, joka käyttää mekaanista leikkausta suurten pisaroiden dispergoituneen faasin hajottamiseksi jatkuvassa vaiheessa.

voide

Ultraääniemulgointi on tekninen emulgointikeino, eli työkalun päähän levitetään korkeataajuista tärinää ultraäänianturin kautta niin, että kaksi sekoittumatonta nestettä sekoitetaan emulsion muodostamiseksi. Perinteisiin emulgointitekniikoihin eli tavalliseen mekaaniseen sekoittamiseen verrattuna sonikaatio voi tuottaa pienempiä pisaroita, ja phakoemulsifaatio vaatii tyypillisesti pienempiä määriä pinta-aktiivisten aineiden määrää stabiilin emulsion aikaansaamiseksi kuin muut tekniikat.

01

Ultraääniemulgointiin vaikuttavat tekijät

Erilaisia tekijöitä, jotka vaikuttavat sonikaatioon ja ohjaavat sitä, ovat ultraääniteho, aika, sonikaatiotaajuus ja emulsiolämpötila.

äänen taajuus

Taajuus 20-40 kHz tuottaa parhaan emulgoinnin, eli alemmilla taajuuksilla leikkausvoimalla on suurempi vaikutus emulgointiin. Kun ultraäänitaajuus kasvaa, kuplien laajenemiseen ja romahtamiseen tarvittava aika vähenee, mikä vähentää leikkausastetta. Suuremmilla taajuuksilla kavitaatiokynnys nousee ja sonikaatioprosessi on vähemmän tehokas, koska kavitaation aloittamiseen tarvitaan enemmän tehoa. Ultraääniemulgointilaitteet voidaan valita 20 - 40 kHz: n taajuudesta, ja erilaiset taajuustyökalun päät voidaan valita tietyn sovelluksen mukaan.

Ultraääni teho

Ultraääniteho on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka ohjaavat emulsion emulgoinnin tehokkuutta. Ultraäänitehon kasvaessa dispergoituneen faasin pisaran koko pienenee. Kuitenkin, kun tehonsyöttö on yli 200 W, pienemmät emulsiopisarat aggregoituvat suuremmiksi pisaroiksi. Tämä johtuu kavitaatiokuplien suuresta määrästä, erittäin suuresta energiatiheydestä, lisääntyneestä pisarapitoisuudesta ja pisaroiden välisistä suurista törmäyksistä näissä olosuhteissa. Siksi on erittäin tärkeää määrittää optimaalinen teho phakoemulsifioinnin aikana. Kun homogenointiaika kasvaa, myös pienten pisaroiden syntyminen kasvaa. Samalla energiatiheydellä kahta emulgointitekniikkaa voidaan verrata niiden tehokkuuden tutkimiseen stabiilin emulsion muodostumisessa.

Liuoksen lämpötila

Phakoemulsifioinnin aikana liuoksen lämpötilan maltillinen nousu johtaa liuoksen interfacial-jännityksen ja viskositeetin vähenemiseen, mikä helpottaa sekoittamista ja lisää kavitaatiokuplien määrää. Nämä suuntaukset ovat erittäin hyödyllisiä koko emulgointiprosessissa. Lämpötilan jatkuva nousu emulgointiin voi kuitenkin olla myös haitallista: kavitaatioytimien määrä kasvaa lämpötilan noustessa, ja myös kuplien sisällä oleva ilmanpaine kasvaa, mikä johtaa iskun aallon heikentymiseen ja suuren määrän kuplien syntymiseen. Tämä vähentää suurinta painetta, joka saavutetaan, kun kupla luhistuu. Kuplien lisääntyneen haihtumisen vuoksi kuplien romahtaminen muuttuu vähemmän väkivaltaiseksi, mikä johtaa leikkausvoimien vähenemiseen ja emulgointitehokkuuteen.

Sonikaatioaika

Yleensä fakoemulsimulointiajan kasvu johtaa dispergoituneiden faasipisaroita suuren vähenemiseen. Ajan myötä myös ultraäänienergian määrä liuoksessa kasvoi, mikä johti rikkoutuneiden pisaroiden määrän kasvuun ja emulsiopisaroita kokojen pienenemiseen. Tietyn käsittelyajan eli optimaalisen käsittelyajan ylittyessä pienemmät pisarat sulautuvat suurempiin pisaroihin, koska pisaratarasteiden esiintyvyys ja pisaroiden väliset törmäykset ovat yleisiä.

02

Ultraääniemulgoinnin edut

Toisin kuin perinteiset emulgointitekniikat ja -laitteet, phacoemulsificationin edut ovat ilmeisiä.

Paranna emulgointivaikutusta

Dispergoituneen faasin pisaran koosta riippuen emulsiot voidaan luokitella mikroemulsioiksi (10–100 nm), nanoemulsioiksi (100–1000 nm) ja makroemulsioiksi (0,5–100 μm). Ultraääni on tehokas menetelmä dispersioiden ja emulsioiden hiukkaskoon pienentämiseksi. Ultraääniemulgointilaitteet voivat saada emulsioita, joiden hiukkaskoko on pieni (vain 0,2–2 μm) ja kapea pisaran kokojakauma (0,1–10 μm), ja emulgointiaineiden käyttö voi myös lisätä emulsion pitoisuutta 30–70%.

Parannettu emulsion stabiilisuus

Pohjimmiltaan emulsiot ovat kinetisesti epästabiileja, eivät muodostu spontaanisti ja eroavat niiden ainesosiin, jos niiden stabiilisuus ei ole hallinnassa. Siksi dispersoitujen faasin vasta muodostuneiden pisaroiden vakauttamiseksi yhdistystä vastaan emulsioon lisätään emulgointiaineita ja stabilointiaineita. Phakoemulsification vaatii vain vähän tai ei lainkaan emulgointiainetta stabiilien emulsioiden saamiseksi. Sonikoinnin jälkeen emulsio voi pysyä stabiilina useita kuukausia tai yli puoli vuotta.

Hallitse emulsion tyyppiä

Tietyissä olosuhteissa sekä "vesi öljyssä" että "öljy vedessä" -tyyppisiä emulsioita voidaan tuottaa ultraäänitekniikoilla. Perinteinen emulgointimenetelmä voi hallita emulsion ominaisuuksia vain lisäämällä emulgointiaineen, eikä emulsion tyyppiä voida muuttaa pelkästään mekaanisin menetelmin. Ultraääniemulgointilaitteet tekevät emulgointiprosessista helpompaa ja joustavampaa.

Alhainen virrankulutus

Ultraääniemulgoinnin virrankulutus on pienempi, ja saman emulsiotilavuuden valmistukseen tarvittava virrankulutus on pienempi kuin korkeapaine homogenisaattorin. Emulsion valmistamiseksi, jonka kapasiteetti on 4,55 m3 / h ja pisarat, joiden koko on 1 μm, kuten ultraääniemulgointitekniikkaa, tarvitaan vain 57 HP: n käyttövoima käyttöpaineella 10.514.1kg / cm2, mutta korkeapaine homogenisaattori on 70.3351.6kg. 4050 HP: n käyttövoimaa tarvitaan kuitenkin käyttöpaineella / cm2, joten fakoemulsointitekniikan käyttö voi vähentää paljon energiankulutusta.

Paranna emulgoinnin tehokkuutta

Ultraääniemulgointi voi tuottaa emulsioita, joita ei voida tuottaa tavallisilla emulgointimenetelmillä. Kun energiatiheys kasvaa, pisaran koko pienenee. Sopivilla energiatiheystasoilla phakoemulsification-teknologia voi saavuttaa keskimääräiset pisarakoot, jotka ovat alle 1 μm. Ultraääni tekee koko emulgointiprosessista nopeamman ja tuottaa puhtaampaa emulsiota.