هموژنایزر اولتراسونیک (به انگلیسی: Ultrasonic Homogenizer) وسیله ای برای تبدیل جریان الکتریکی به ارتعاش مکانیکی است که باعث همگن شدن محلول می شود. این دستگاه با ایجاد امواج فشار قوی در یک محیط مایع کار می کند. امواج فشار باعث ایجاد جریان در مایع می شود و در شرایط مناسب به این پدیده کاویتاسیون می گویند. ترکیدن حباب ها یک موج ضربه ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی ایجاد می کند. نیروی برشی ناشی از انفجار حباب و همچنین جریان های آشفته ناشی از ارتعاش صوتی برای همگن سازی و اختلال در سلول استفاده می شود.
اجزای دستگاه هموژنایزر اولتراسونیک
کنترلر: یک جریان الکتریکی متناوب با فرکانس 20 کیلوهرتز و توان قابل تنظیم تولید می کند که وظیفه کنترل ورودی و نمایش پارامترهای قابل مشاهده و کنترل فرآیند را نیز دارد.
مبدل اولتراسونیک: جریان متناوب تولید شده توسط کنترلر در این قسمت باعث لرزش مکانیکی قسمت پیزوالکتریک دستگاه می شود که در نهایت باعث لرزش نوک آن می شود.
شاخ: موج مکانیکی تولید شده در قسمت پیزوالکتریک به نوع دستگاه منتقل شده، تقویت شده و در نهایت به محیط واکنش منتقل می شود.
برنامه های کاربردی
از جمله کاربردهای مختلف این دستگاه می توان به پراکندگی نانوذرات در مایعات، تولید امولسیون و سوسپانسیون پایدار، شکستن مولکول های پلیمری سنگین، پردازش پروتئین ها و DNA، استخراج و … اشاره کرد که با توجه به کاربرد وسیع امواج فراصوت در شیمی، امروزه استفاده از اولتراسونیک در زمینه شیمی با شاخه های جدیدی سروکار دارد که به آنها سونوشیمی و سونوالکتروشیمی می گویند. در جدول زیر کاربردهای این دستگاه در تعدادی از زمینه های علمی و صنعتی آورده شده است.
محصولات آرایشی و کرم های تولید شده با هموژنایزر اولتراسونیک
محصولات مراقبت از پوست مانند کرم ها، لوسیون ها، مرطوب کننده ها، موم ها و پمادها عموما بر پایه امولسیون های پایدار در اندازه های میکرو و نانو هستند. اولتراسونیک نیروهای برشی بالایی را در امولسیون ایجاد می کند و خود را به عنوان یک روش اختلاط قوی و قابل اعتماد برای محصولات مراقبت از پوست و آرایش ثابت کرده است.
امولسیون سازی با فراصوت (هموژنایزر اولتراسونیک) در لوازم آرایشی
هموژنایزر اولتراسونیک یک روش اثبات شده برای تولید امولسیون های زیر میکرون و نانو برای محصولات مراقبت از پوست و آرایشی است. فراصوت با فرکانس پایین و دامنه بالا یک روش پردازش برتر است که به راحتی می تواند جایگزین هموژنایزر فشار بالا یا میکسر برش بالا شود. هنگامی که مایعات یا دوغاب ها با فراصوت (اولتراسوند) با قدرت بالا پردازش می شوند، نیروهای برشی شدید ایجاد می شود که انرژی لازم برای تولید زیر میکرون یا نانوامولسیون های پایدار و شفاف را فراهم می کند. کاویتاسیون آکوستیک (اولتراسونیک) حباب‌های خلاء با شدت و عدم تقارن ایجاد می‌کند که متعاقباً منجر به نقاط بحرانی مانند اختلاف فشار و دما بسیار بالا و همچنین جت‌های مایع می‌شود.این حالت بحرانی قطرات را مختل می کند و ذرات جامد را به مقیاس های زیر میکرومتری/نانومتری تقسیم می کند. امولسیون های میکرو و نانو این مزیت را دارند که سطح بسیار زیادی را فراهم می کنند که باعث بهبود نفوذ از طریق پوست و رساندن مواد زیست فعال به لایه های پوست می شود. علاوه بر این، نانوامولسیون‌ها در مقایسه با ماکروامولسیون‌ها پایدار هستند و رسوب، لخته‌سازی یا انعقاد را که در امواج مایکروویو اتفاق می‌افتد نشان نمی‌دهند.
با استفاده از دستگاه‌های فراصوت (اولتراسوند)، فرآیندهای امولسیونی را می‌توان به راحتی در مقیاس کوچک آزمایش کرد و سپس به صورت خطی تا سطح تولید افزایش داد. این امر توسعه فرمول های جدید یا بهینه سازی محصولات موجود را تسهیل می کند.
مزایای استفاده از امولسیون نانو زیبایی اولتراسونیک:
افزایش جذب
کاهش نوسانات جذب
فراهمی زیستی بهبود یافته مولکول های چربی دوست
ثبات دراز مدت
محافظت در برابر اکسیداسیون و هیدرولیز
به طور کلی، پراکندگی اولتراسونیک از مولکول های زیست فعال، محصولات مراقبت از پوست پیشرفته با مواد موثری مانند آنتی اکسیدان ها، ویتامین ها و سایر مولکول های زیست فعال که پوست را تغذیه می کنند یا روی پوست اثر می گذارند، غنی شده است. مواد فعال زیستی رایج شامل ویتامین هایی مانند ویتامین C و ویتامین E، CoQ10، رووراترول، اسید فرولیک، اسید هیالورونیک و همچنین پپتیدها و لیپیدهای مختلف می باشد. به منظور اطمینان از کاربرد یکنواخت و انتقال کنترل شده مواد آرایشی، مواد زیست فعال باید به طور همگن و یکنواخت در سراسر محصول مراقبت از پوست توزیع شوند. هموژنایزرهای اولتراسونیک ذرات جامد با اندازه یکنواخت را با فرمول مراقبت از پوست به طور مساوی پراکنده می کنند. در نتیجه، مخلوط کردن و پراکندگی فراصوت نه تنها یک کرم یکنواخت و صاف ایجاد می کند، بلکه از مولکول های فعال در برابر اکسیداسیون و هیدرولیز محافظت می کند، زیرا مواد فعال زیستی در فاز روغن نانوامولسیون O/W کپسوله شده و در معرض شرایط آب و هوایی قرار دارند. ندارندبسته به فرمولاسیون (امولسیون آب در روغن یا امولسیون روغن در آب)، از مولکول های فعال زیست فعال چربی دوست و آبدوست در فرمولاسیون نانوامولسیون ها یا لیپوزوم ها استفاده می شود.
مزایای ترکیب با اولتراسونیک
اندازه زیر میکرون/نانو
مخلوط همگن
فرآیند سریع
فرآیند غیر حرارتی
نتایج قابل تکرار
دقیقا قابل کنترل
مقیاس بندی خطی ساده و
بی خطر
میکسرهای اولتراسونیک با کارایی بالا برای فرمولاسیون های آرایشی، فرمولاسیون محصولات مراقبت از پوست مانند کرم ها، لوسیون ها، مرطوب کننده ها، پمادها و محصولات موضعی/پوستی، تا تکنولوژی اختلاط قابل اعتماد و قوی برای جلوگیری از جداسازی فاز، کرم ها و انعقاد مواد لازم برای محصولات مراقبت از پوست .
هموژنایزرهای اولتراسونیک نیروهای اختلاط بالایی ایجاد می کنند که قطرات را به اندازه های زیر میکرونی/نانو تبدیل می کند و ذرات را جدا و مخلوط می کند. یک ترکیب یکنواخت از اندازه متوسط/نانو فرمولی ماندگار با نفوذ عمیق پوست، سرعت جذب بالا و تحویل مولکول‌های فعال را فراهم می‌کند.
استخراج با هموژنایزر اولتراسونیک: فراصوت ساختار سلولی را تجزیه می‌کند و ترکیبات فعال زیستی را آزاد می‌کند – که منجر به بازده بالاتر و سرعت استخراج سریع‌تر می‌شود.
گیاهان، ادویه ها و سایر مواد گیاهی سرشار از فیتوکمیکال ها هستند که اجزای ارزشمندی برای محصولات دارویی و غذایی محسوب می شوند. به عنوان یک فرآیند غیر حرارتی، فراصوت یک روش استخراج ملایم است که از تخریب حرارتی عصاره جلوگیری می کند.
استخراج کورکومین زردچوبه با کمک هموژنایزر التراسونیک:
کورکومین یک فیتوکمیکال دارویی و غذایی است که در ریزوم های گیاه Curcuma longa یافت می شود. زردچوبه کورکومین که منبع رنگ زرد این ادویه است، دارای خواص آنتی اکسیدانی، ضد ویروسی، ضد قارچی و حتی ضد سرطانی نیز می باشد.کورکومین در کاهش علائم افسردگی مانند خلق و خوی ضعیف و اضطراب نقش دارد. برای راندمان استخراج بالا، فراصوت کارآمدترین روش است. استخراج با کمک اولتراسونیک منجر به کیفیت بالا و عملکرد بالا در زمان پردازش کوتاه می شود.
لاستیک تقویت شده با کربن سیاه با استفاده از هموژنایزر التراسونیک
کربن سیاه یکی از مهمترین مواد برای پر کردن لاستیک ها، مقاومت در برابر سایش و استحکام کششی مواد لاستیکی است. ذرات دوده بسیار مستعد تشکیل سنگدانه هایی هستند که پراکندگی آنها دشوار است. کربن سیاه معمولاً در رنگ‌ها، لعاب‌ها، جوهرهای چاپ، جوهرهای نایلونی و پلاستیکی، مخلوط‌های لاتکس، مخلوط‌های موم، پوشش‌های عکس و غیره استفاده می‌شود. اسپری کردن با هموژنایزر التراسونیک امکان جلوگیری از کلوخه شدن و مخلوط شدن یکنواخت با پراکندگی ذرات بسیار زیاد را فراهم می‌کند. ]
کاربرد هموژنایزر اولتراسونیک (تابش فراصوت) در تولید واکسن
هموژنایزر اولتراسونیک (تابش فراصوت) یک روش اثبات شده برای کشتن یا غیرفعال کردن ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها است. اولتراسونیک (تابش فراصوت) برای از بین بردن سلول ها، به عنوان مثال سلول های ویروسی یا باکتریایی و آزادسازی مواد درون سلولی، به عنوان مثال پروتئین ها، DNA و RNA، آنزیم ها و مواد فعال زیستی مناسب است. در تولید واکسن، پراکندگی با استفاده از اولتراسونیک و decondensation را می توان در مراحل مختلف برای دستیابی به یک سوسپانسیون همگن استفاده کرد. برای تولید واکسن با کمک اولتراسونیک (تابش فراصوت)، زیر واحدهای پروتئین غیرفعال باید ضعیف شوند. سلول های غیرفعال، لیز شده یا کشته شده باید در واکسن های مزدوج استفاده شوند. سلول ها و میکروب ها را می توان با دوز و شدت مناسب فراصوت (تابش فراصوت) مطابق با هدف فرآیند تغییر داد.در این موارد می توان از امواج اولتراسونیک (تابش فراصوت) استفاده کرد:
تجزیه سلولی
غیر فعال سازی سلول های ویروسی و باکتریایی
آزادسازی مواد درون سلولی مانند پروتئین ها و آنتی ژن ها
تحریک فعالیت باکتری
تهیه نانوحامل دارویی
فعال یا غیر فعال شدن آنزیم
تهیه نانوامولسیون ها و امولسیون های مضاعف.
