低周波プローブ超音波処理装置は、安定したナノエマルションを作成するための重要な高エネルギー駆動装置として機能します。
通常20 kHzで動作するこの装置は、機械的振動を利用して強力な音響キャビテーションを生成します。これらの強力な力は、油相と水相間の強い界面張力を克服し、液滴をナノメートルスケールまで物理的に粉砕し、再合体を防ぐために必要です。
コアテイクアウェイ 標準的な混合では流体を混合できますが、低周波超音波処理の破壊的な力だけが、分子レベルで油水界面を引き裂くことができます。液滴の合体を効果的に阻害し、多分散指数（PDI）を低減することにより、このプロセスは一時的な混合物を動的に安定したナノエマルションに変換します。
液滴サイズの縮小メカニズム
強力なキャビテーションの生成
プローブの主な機能は、機械的振動を流体に直接伝達することです。これにより、音響キャビテーションとして知られる現象が発生します。
このプロセス中に、微細な気泡が形成され、激しく崩壊します。この崩壊は非常に高い局所エネルギーを放出し、これが粒子サイズの縮小の主な原動力となります。
界面張力の克服
ナノエマルションを作成するには、油と水の間の自然な抵抗を破壊する必要があります。
プローブによって生成される「破壊的な力」は、油水界面を引き裂きます。この物理的ストレスはエマルション液滴を大幅に圧縮し、通常は148 nm程度のサイズまで縮小します。
安定性と均一性の向上
液滴合体の阻害
エマルションの主な故障点の一つは合体であり、小さな液滴がより大きな液滴に合体して分離を引き起こします。
2段階乳化プロセスでは、超音波処理はナノエマルション液滴とミセルの間の接触を効果的に低減します。この分離により、液滴が再結合するのを防ぎ、製剤の構造的完全性を確保します。
多分散指数（PDI）の低減
均一性は安定性の鍵です。低周波プローブは粒子を小さくするだけでなく、一貫性も持たせます。
均一なせん断力を適用することにより、処理装置は多分散指数（PDI）を大幅に低減します。PDIが低いほど、粒子サイズ分布が狭いことを示し、これは強化された長期的な動的安定性に直接相関します。
ナノメートルサイジングの機能的利点
表面積の増加
液滴サイズが小さくなるにつれて、分散相の比表面積は指数関数的に増加します。
この増加した表面積は、生物学的標的との相互作用にとって重要です。超微細な粒子サイズは、損傷した組織（皮膚など）への有効成分（アトルバスタチンなど）の浸透効率を向上させます。
トレードオフの理解
破壊的力の管理
「破壊的な力」という言葉は正確です。関与するエネルギーは強烈です。
界面張力を打破するために必要ですが、この高エネルギーは、慎重に制御しないと、敏感な有効医薬品成分（API）を損傷する可能性があります。小さな粒子サイズの必要性と、貨物の化学的安定性とのバランスを取る必要があります。
発熱
機械的振動とキャビテーションの崩壊は、かなりの熱を発生させます。
適切な温度制御（冷却ジャケットやパルス動作など）がない場合、20 kHzプローブによって生成される熱は、エマルションまたはその中の薬物を分解する可能性があり、相転移の利点を相殺します。
目標に合った適切な選択
超音波処理プロセスを最適化する際には、パラメータを特定の終点に合わせます。
- 長期保存が主な焦点の場合：合体を防ぎ、動的安定性を確保するために、低い多分散指数（PDI）を達成することを優先します。
- バイオアベイラビリティが主な焦点の場合：表面積と皮膚浸透効率を最大化するために、粒子サイズを148 nmの範囲まで縮小することに焦点を当てます。
低周波プローブは単なるミキサーではなく、機械的エネルギーを優れた物理的安定性と生物学的性能と交換する高精度ツールです。
概要表：
| 特徴 | 機械的アクション | ナノエマルションへの影響 |
|---|---|---|
| 周波数（20 kHz） | 強力な音響キャビテーション | 液滴をナノメートルスケール（約148 nm）まで粉砕 |
| 界面張力 | 高エネルギーの破壊的力 | 相転移のために油水抵抗を克服 |
| PDI制御 | 均一なせん断力 | 長期安定性のために多分散指数を低減 |
| 表面積 | 粒子サイズ縮小 | 有効成分の浸透効率を向上 |
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参考文献
- Omar Sarheed, Markus Drechsler. Formation of stable nanoemulsions by ultrasound-assisted two-step emulsification process for topical drug delivery: Effect of oil phase composition and surfactant concentration and loratadine as ripening inhibitor. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.118952
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