هموژنایزر اولتراسونیک
همگن‌ساز فراصوتی (به انگلیسی: Ultrasonic Homogenizer) یا هموژنایزر اولتراسونیک دستگاهی به منظور تبدیل یک جریان الکتریکی به یک ارتعاش مکانیکی است که سبب همگن‌شدن محلول می‌شود. این دستگاه با ایجاد امواج شدید فشاری در یک محیط مایع کار می‌کند. امواج فشاری باعث جریان در مایع‌شده و تحت شرایط مناسب موجب پدیده کاویتاسیون گفته می‌شود. انفجار حباب‌ها تولید موج ضربه‌ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی می‌کند. نیروی برشی حاصل از انفجار حباب و همچنین از جریان‌های اغتشاشی ناشی از ارتعاش صوتی برای همگن‌سازی و تخریب سلول استفاده می‌شود.
اجزای دستگاه
- کنترلر: سبب تولید یک جریان متناوب الکتریکی با فرکانس ۲۰ کیلو هرتز و توان قابل تنظیم می‌گردد که وظیفه کنترل ورودی و نمایش پارامترهای قابل مشاهده و مدیریت فرایند را نیز دارد.
- مبدل فراصوت: جریان متناوب تولیدشده توسط کنترلر در این قسمت سبب ارتعاش مکانیکی قطعه پیزوالکتریک دستگاه‌شده که در نهایت سبب ارتعاش تیپ می‌گردد.
- هورن: موج مکانیکی تولیدشده در قطعه پیزوالکتریک به تیپ دستگاه انتقال یافته، تشدیدشده و در نهایت به محیط واکنش منتقل می‌گردد.
کاربردها
از جمله کاربردهای متنوع این دستگاه می‌توان به دیسپرس کردن نانوذرات در مایعات، تولید امولسیون و سوسپانسیون پایدار، شکاندن مولکول‌های پلیمری سنگین، فرآوری پروتئینها و دی‌ان‌ای، عصاره‌گیری و غیره اشاره کرد. به دلیل گستردگی کاربردهای امواج فراصوتی در علم شیمی، امروزه شاخه‌های جدیدی جدیدی موسوم به سونوشیمی و سونوالکتروشیمی به کاربرد فراصوت در شاخه شیمی می‌پردازند. در جدول زیر، کاربردهای این دستگاه در تعدادی از حوزه‌های علمی و صنعتی لیست‌شده‌است.
- محصولات آرایشی و بهداشتی و کرم‌های تولیدشده با همگن‌ساز فراصوتی
محصولات مراقبت از پوست مانند کرم‌ها، لوسیون‌ها، مرطوب‌کننده‌ها، موم‌ها و پمادها به‌طور کلی بر اساس امولسیون‌های ثابت در اندازه میکرو و نانو ساخته می‌شوند. فراصوتی در امولسیون نیروهای برشی بالایی ایجاد می‌کند و به عنوان یک روش ترکیبی قوی و قابل اعتماد برای محصولات مراقبت از پوست و آرایش کاملاً ثابت‌شده‌است.
- امولسیون‌سازی با فراصوت (همگن‌ساز فراصوتی) در اندازه‌های زیر میکرون و نانو در لوازم آرایشی [۱]
همگن‌ساز فراصوتی یک روش تأییدشده برای تولید امولسیون‌های زیر میکرون و نانو برای مراقبت از پوست و محصولات آرایشی است. فراصوت با فرکانس پایین و دامنه بالا روش پردازش برتری است که به راحتی می‌تواند جایگزین همگن‌ساز فشار قوی یا مخلوط کن با برش زیاد (high shear mixer) شود. هنگامی که مایعات یا دوغاب‌ها توسط فراصوت (التراسوند) با قدرت بالا فرآوری می‌شوند، نیروهای برشی شدیدی ایجاد می‌شود، که انرژی لازم را برای تولید زیر میکرون یا نانو امولسیون‌های پایدار و شفاف می‌رساند. حفره‌سازی صوتی (فراصوت) باعث ایجاد حباب‌های خلأ با شدت و عدم تقارن می‌شود، که متعاقباً منجر به ایجاد شرایط بحرانی نقطه‌ای مانند فشار بسیار زیاد و اختلاف دما و همچنین جت‌های مایع می‌شود. این شرایط بحرانی، قطرات را مختل کرده و ذرات جامد را به مقیاس زیر میکرومتر/ نانومتر تقسیم می‌کند. امولسیون‌های اندازه میکرو و نانو این مزیت را دارند که سطح بسیار بالایی را ارائه می‌دهند و باعث بهبود نفوذ در پوست و رساندن مواد زیست فعال به لایه‌های پوست می‌شود. علاوه بر این، نانو امولسیون‌ها در مقایسه با امولسیون‌های ماکرو پایدار هستند و رسوب، لخته شدن یا انعقاد که با امواج ماکرو ایجاد می‌شود را نشان نمی‌دهند.
با استفاده از دستگاه‌های فراصوت (التراسوند)، فرآیندهای امولسیون را می‌توان به راحتی در مقیاس کوچک آزمایش کرد و سپس به صورت خطی به سطح تولید رساند. این امر توسعه فرمولاسیون‌های جدید یا بهینه‌سازی محصولات موجود را تسهیل می‌کند.
مزایای استفاده از نانو امولسیون‌های زیبایی توسط فراصوت:
- افزایش میزان جذب
- کاهش نوسانات جذب
- فراهمی زیستی بهبود یافته مولکول‌های چربی دوست
- ثبات طولانی مدت
- محافظت در برابر اکسیداسیون و هیدرولیز
به‌طور کلی، پراکندگی فراصوتی مولکول‌های زیست فعال، محصولات پیشرفته مراقبت از پوست با مواد مؤثری مانند آنتی‌اکسیدان‌ها، ویتامین‌ها و سایر مولکول‌های زیست فعال غنی‌شده‌اند که باعث تغذیه پوست یا انجام برخی از کارهای پوستی می‌شوند. مواد فعال زیستی مورد استفاده معمول شامل ویتامین‌هایی مانند ویتامین C و ویتامین E , CoQ10، ریوراترول، اسید فرولیک، اسید هیالورونیک و همچنین انواع پپتیدها و لیپیدها است. برای اطمینان از استفاده یکنواخت و انتقال کنترل‌شده مواد آرایشی، مواد فعال زیستی باید به صورت همگن و با توزیع یکنواخت در سراسر محصول مراقبت از پوست پخش شوند. همگن‌سازهای فراصوتی ذرات جامد را به‌طور مساوی و با اندازه ذرات یکنواخت با فرمول مراقبت از پوست پخش می‌کنند. درنتیجه، اختلاط و پراکندگی فراصوت نه تنها باعث ایجاد یک کرم یکنواخت و صاف می‌شود، بلکه از مولکول‌های فعال در برابر اکسیداسیون و هیدرولیز محافظت می‌کند زیرا مواد زیست فعال در فاز روغن نانو امولسیون O / W محصورشده و در معرض آب و هوا قرار ندارند. بسته به فرمولاسیون (امولسیون آب در روغن یا روغن در آب)، مولکول‌های زیست فعال چربی دوست و آب دوست به ترتیب از فرمولاسیون به نانو امولسیون یا لیپوزوم بهره می‌برند.
مزایای ترکیب با فراصوت
- اندازه زیر میکرون/نانو
- مخلوط همگن
- روند سریع
- فرایند غیرحرارتی
- نتایج قابل تکرار
- دقیقاً قابل کنترل
- مقیاس‌گذاری خطی آسان و ایمن
مخلوط‌کننده‌های فراصوتی با عملکرد بالا برای فرمولاسیون‌های آرایشی، فرمولاسیون محصولات مراقبت از پوست مانند کرم‌ها، لوسیون‌ها، مرطوب‌کننده‌ها، پمادها و محصولات پوستی برای کاربردهای موضعی/پوستی، به یک فناوری اختلاط قابل اعتماد و قوی برای جلوگیری از جداسازی فاز، کرم زدگی و لخته شدن مواد موجود در محصول مراقبت از پوست نیاز دارد.
همگن‌سازهای فراصوتی نیروهای مخلوط کننده با برش بالا ایجاد می‌کنند که قطرات را به اندازه زیر میکرون / نانو تبدیل می‌کنند و ذرات را از هم جدا می‌کنند و به هم می‌زنند. مخلوط یکنواخت سایز متوسط / نانو یک فرمول پایدار طولانی مدت با نفوذ عمیق پوست، میزان جذب بالا و تحویل مولکول‌های فعال فراهم می‌کند
۲. عصاره‌گیری به کمک همگن‌ساز فراصوتی: فراصوت، ساختار سلول را می‌شکند و ترکیبات زیست فعال را آزاد می‌کند – درنتیجه منجر به بازده بالاتر و سرعت استخراج سریعتر می‌شود.
گیاهان، ادویه‌ها و سایر مواد گیاهی سرشار از مواد فیتو شیمیایی هستند که به عنوان اجزای ارزشمند برای محصولات دارویی و غذایی به‌شمار می‌روند. به عنوان یک فرایند غیر حرارتی، فراصوت یک روش استخراج ملایم است که از تخریب گرمایی عصاره جلوگیری می‌کند. ۲استخراج کورکومین زردچوبه به کمک التراسونیک همگن‌ساز:[۲]
کورکومین یک فیتوشیمیایی دارویی و غذایی است که در ریزومهای زردچوبه (به انگلیسی: Curcuma longa) وجود دارد. کورکومینِ زردچوبه که منشأ رنگ زرد این ادویه هم هست، همچنین خاصیت آنتی‌اکسیدانی، ضدویروسی، ضدقارچ و حتی ضدسرطان نیز دارد. کورکومین، در تسکین علائم افسردگی مانند خلق و خوی پایین و اضطراب نقش دارد. برای عملکرد بالای استخراج، فراصوت کارآمدترین روش است. استخراج به کمک فراصوت، منجر به ایجاد کیفیت بالا، عملکرد بالا در زمان پردازش کوتاه می‌شود.
۳. لاستیک تقویت‌شده با کربن بلک با استفاده از همگن‌ساز التراسونیک
کربن بلک یکی از مهم‌ترین مواد پرکننده در لاستیک‌ها، برای مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر کشش در برابر مواد لاستیکی است. ذرات کربن بلک به شدت مستعد تشکیل سنگدانه‌هایی هستند که به سختی قابل پخش هستند. از کربن بلک معمولاً در رنگ‌ها، لعاب‌ها، جوهرهای چاپ، رنگ‌های نایلونی و پلاستیکی، مخلوط‌های لاتکس، مخلوط‌های مومی، پوشش عکس‌ها و … استفاده می‌شود. پخش (دیسپرس) با همگن‌ساز التراسونیک اجازه می‌دهد تا از کلوخه شدن جلوگیری شود و ترکیب یکنواخت با پخش (دیسپرس) بسیار زیاد ذرات، صورت گیرد.[۳]
۴. کاربرد همگن‌ساز فراصوتی (تابش فراصوت) در تولید واکسن
همگن‌ساز فراصوتی (تابش فراصوت) روشی اثبات‌شده برای از بین بردن یا غیرفعال کردن ویروسها، باکتریها و مخمرهاست. فراصوت (تابش فراصوت) برای تخریب سلولها، مثلاً سلولهای ویروسی یا باکتریال و آزادسازی ماده درون سلولی، مثلاً پروتئینها، DNA و RNA، آنزیمها و مواد فعال‌زیستی (به انگلیسی: bio-actives) مناسب است. در تولید واکسن، دیسپرس توسط فراصوت و تراکم زدایی را می‌توان در مراحل مختلفی به کار برد تا به سوسپانسیونی همگن دست یافت. برای تولید واکسن به کمک فراصوت (تابش فراصوت)، باید زیر واحد پروتئینی غیرفعال، ضعیف‌شده باشند. در واکسن‌های کونژوگه، بایستی سلولها غیرفعال، لیز یا کشته‌شده استفاده شوند. می‌توان سلولها و میکروبها را با دوز و شدت مناسب سونیکیشن (تابش فراصوت) در راستای هدف فرایند تغییر داد.
در این موارد از امواج فراصوت (تابش فراصوت) می‌توان استفاده کرد:
- تجزیه و شکست سلولها
- غیرفعال‌سازی سلولهای ویروسی و باکتریایی
- آزادسازی ماده درون سلولی مثل پروتئینها و آنتی‌ژنها
- تحریک فعالیت باکتریایی
- تهیه حاملهای نانویی دارو
- فعال یا غیرفعال‌سازی آنزیمها
- تهیه نانو-امولوسیون‌ها و دبل امولوسیون‌ها
جستارهای وابسته
منابع
https://www.fapan.ir/محصولات-آرایشی-بهداشتی-و-کرم‌های-تولید-شده-با-امولسیون-سازی-فراصوت