Nano Ölçekli Emülsiyonlar: Nanoemülsiyonlar

Emülsiyon, birbirine karışmayan iki faz içeren ve en az üç bileşenden oluşan bir sistemdir: su fazı, yağ fazı ve yüzey aktif madde fazı. Yüzey aktif maddenin doğası, emülsiyonun dış fazını (sürekli fazı) belirler. Yani yağda çözünen bir yüzey aktif madde kullanımında, sürekli faz yağdır. Suda çözünür bir yüzey aktif madde kullanıldığında ise, sürekli faz sudur. Bu sebeple, yağ fazı sürekli su fazına dağıldığında O/W emülsiyonu ve su fazı sürekli yağ fazı içine dağıldığında W/O emülsiyonu olarak adlandırılır (Şekil 1.). Emülsiyonlar, damlacık boyutlarına ve kararlılıklarına göre kaba emülsiyonlar, mikroemülsiyonlar ve nanoemülsiyonlar olarak sınıflandırılır. Nanoemülsiyonlar, tek bir faz oluşturmak için yüzey aktif maddeler ve yardımcı yüzey aktif maddeler ile birlikte iki karışmayan sıvıdan oluşan koloidal dağılımı olarak tanımlanan (su içinde yağ (O/W), yağ içinde su (W/O), termodinamik olarak kararsız, dispersiyon sistemleridir. Nanoemülsiyon, 10~200 nm arasında değişen çaplara sahip damlacıklar içerir ve her damlacık, emülgatör moleküllerinden oluşan koruyucu bir kaplamaya sahiptir. Bu sistemlere olan ilgi son yıllarda hızla bir şekilde ilerlemiştir ve ilaç, biyoteknoloji, gıda ve kozmetik dahil olmak üzere çeşitli alanlarda yeni araştırma konuları için fırsatlar sunmuştur.

Nanoemülsiyon terimi günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır, fakat bazı makalelerde mini emülsiyon, ultra ince emülsiyonlar veya mikron altı emülsiyonlar olarak da anılmaktadır ancak mikroemülsiyon ile karıştırılmamalıdır. Nanoemülsiyonlar, mikroemülsiyonlarla aynı damlacık boyutu aralığına sahip olmasına rağmen, yapısal yönleri ve uzun vadeli termodinamik stabilitesi bakımından farklılıklar göstermektedirler. Mikroemülsiyonlar ile karşılaştırıldığında, nanoemülsiyonun hazırlanması için daha az miktarda sürfaktan gerekir. Nanoemülsiyonlardaki partikül boyutunun küçültülmesi, stabilitesi ve reolojik özellikleri açısından önemli kılmaktadır.

Nanoemülsiyonlar, küçük damlacık boyutlarına sahip (10 ila 100 nm arasında değişir, ancak bazı çalışmalar 20 ila 200 nm olarak bildirmiştir) oldukları için tortulaşmaya veya kremleşmeye karşı kararlı haldedirler. Bu çok küçük damlacıklar, nanoemülsiyonları geleneksel emülsiyonlara göre birleşmeye, partikül toplanmasına ve yerçekimi ayrımına karşı daha dirençli hale getirir. Nanoemülsiyon damlacıklarının boyutunun küçültülmesi, spesifik yüzey alanlarını artırır ve böylece antioksidanlar ve antimikrobiyaller gibi biyoaktif maddelere erişimi geliştirir. Ek olarak, optik olarak şeffaf ve termodinamik olarak kararsızdırlar.

Nanoemilsüyonun Bileşenleri

Nanoemülsiyon sistemlerinin bileşenlerinde yağlar, lipitler, yüzey aktif maddeler, suda çözünür yardımcı çözücüler ve su bulunur. Nanoemülsiyonların formülasyonunda, yağ fazı açilgliseroller (tri-, di- veya mono-) gibi trigliseritleri, mineral yağları, bitkisel yağları, serbest yağ asitlerini (FFA) vb. içerebilir. Nanoemülsiyon oluşumu için ultra düşük negatif arayüzey gerilimi gereklidir. Bu amaç doğrultusunda, bir yüzey aktif madde ile birlikte yardımcı yüzey aktif maddeler veya yardımcı çözücüler kullanılır. Genellikli bu işlemde (nanoemülsiyon sistemlerinin formülasyonunda) yardımcı yüzey aktif maddeler veya yardımcı çözücüler; polietilen glikol, propilen glikol, etanol, transkutol-P (dietilen glikol monoetil eter), etilen glikol, gliserin ve propanoldür.  

Bir nanoemülsiyonun sulu fazını polar çözücü ve yardımcı çözücü oluşturur. Genel olarak kullanılan polar çözücü su iken yardımcı çözücü olarak da karbonhidratlar, protein, alkol ve polioller kullanılabilir.  Sulu faz ve yağ fazı, Ostwald olgunlaşması (zamanla ortalama damlacık boyutunun artması), flokülasyon, birleşme ve yerçekimsel ayrışma nedeniyle bozulabilir. Bu durum, nanoemülsiyona bir dengeleyici ajanın eklenmesi ile önlenebilir.

Nanoemülsiyon Türleri

Nanoemülsiyonlar, bileşenlerine ve iç fazların göreli dağılımına göre iki fazlı ve çoklu nanoemülsiyonlar olarak kategorize edilebilir. Bifazik olanlar iki fazdan oluşur, yani yağ içinde su (W/O) veya yağ içinde su (O/W), çoklu nanoemülsiyonlar su içinde yağ (W/O/W) gibi daha karmaşık sistemlerdir (Şekil 2).

Nanoemülsiyonların Avantajları

• Doğası gereği toksik değildir ve tahriş edici değildirler.
• Lipozomlar ve veziküllerin ikamesi olarak kullanılabilmektedir.
• Lipofilik ilacın çözünmesine yardımcı olur.
• Köpükler, kremler, sıvılar ve spreyler gibi çeşitli formülasyonlarda formüle edilebilir.
• İlacın biyoyararlanımını artırır.
• Kolay hazırlanma yöntemlerine sahiptir.
• Nanoemülsiyonlar, stratum corneum (boynuzsu ölü hücrelerden oluşan koyucu tabakası) boyunca daha iyi penetrasyon ve dermise daha derin difüzyon nedeniyle, özellikle dermal veya transdermal uygulama yolları için kanser tedavisinde çok yönlü bir potansiyele sahiptir.

Nanoemülsiyon Uygulamaları

Nanoemülsiyonlar, gıda endüstrisinde nutrasötikler (gıdalarda bulunan temel besin değerine ek olarak tıbbi veya sağlık yararları sağlayan bir gıda bileşiği olarak tanımlanmaktadır), renklendirici, aroma maddeleri ve antimikrobiyallerin verilmesi için potansiyel uygulamalara sahiptir. Aktif bileşenlerin nanoemülsiyon formülasyonları, gıdaların kalitesini, fonksiyonel özelliklerini, besin değerini ve raf ömrünü artırmak için biyolojik olarak da kullanılmaktadır. Uzun vadeli stabiliteleri, hazırlanma kolaylıkları ve ilaç moleküllerinin yüksek çözünürlüğü, onları bir ilaç verme aracı olarak kullanılma potansiyeli yüksektir.

Nanoemülsiyonlar, mesane kanseri için sisplatin ve gemsitabinin kombinasyonu ve Ehrlich asit karsinomu tedavisi için doksorubisin/simvastatin yüklü nanoemülsiyonlar kemoterapi için yaygın olarak uygulanabilmektedir.

Referanslar:

1. Mason, T. G., Wilking, J. N., Meleson, K., Chang, C. B., & Graves, S. M. (2006). Nanoemulsions: formation, structure, and physical properties. Journal of Physics: condensed matter, 18(41), R635.
2. Moghassemi, S., Dadashzadeh, A., Azevedo, R. B., & Amorim, C. A. (2022). Nanoemulsion applications in photodynamic therapy. Journal of Controlled Release, 351, 164-173.
3. Singh, Y., Meher, J. G., Raval, K., Khan, F. A., Chaurasia, M., Jain, N. K., & Chourasia, M. K. (2017). Nanoemulsion: Concepts, development and applications in drug delivery. Journal of controlled release, 252, 28-49.
4. Gurpreet, K., & Singh, S. K. (2018). Review of nanoemulsion formulation and characterization techniques. Indian Journal of Pharmaceutical Sciences, 80(5), 781-789.
5. Jaiswal, M., Dudhe, R., & Sharma, P. K. (2015). Nanoemulsion: an advanced mode of drug delivery system. 3 Biotech, 5, 123-127.
6. Bouchemal, K., Briançon, S., Perrier, E. ve Fessi, H. (2004). Nanoemulsion formulation using self-emulsification: solvent, oil and surfactant optimization. International pharmacy journal, 280 (1-2), 241-251.
7. Khan, A. W., Kotta, S., Ansari, S. H., Sharma, R. K., & Ali, J. (2012). Potentials and challenges in self-nanoemulsifying drug delivery systems. Expert opinion on drug delivery, 9(10), 1305-1317.
8. Kumar, M., Bishnoi, R. S., Shukla, A. K., & Jain, C. P. (2019). Techniques for formulation of nanoemulsion drug delivery system: a review. Preventive nutrition and food science, 24(3), 225.
9. Yukuyama, M. N., Ghisleni, D. D. M., Pinto, T. D. J. A., & Bou‐Chacra, N. A. (2016). Nanoemulsion: process selection and application in cosmetics–a review. International journal of cosmetic science, 38(1), 13-24.
10. Sharma, K., Babaei, A., Oberoi, K., Aayush, K., Sharma, R., & Sharma, S. (2022). Essential oil nanoemulsion edible coating in food industry: A review. Food and Bioprocess Technology, 15(11), 2375-2395.
11. Jesser, E., Lorenzetti, A. S., Yeguerman, C., Murray, A. P., Domini, C., & Werdin-González, J. O. (2020). Ultrasound assisted formation of essential oil nanoemulsions: Emerging alternative for Culex pipiens pipiens Say (Diptera: Culicidae) and Plodia interpunctella Hübner (Lepidoptera: Pyralidae) management. Ultrasonics sonochemistry, 61, 104832.
12. Ghazy, OA, Fouad, MT, Saleh, HH, Kholif, AE ve Morsy, TA (2021). Ultrasound assisted preparation of anise extract nanoemulsion and its bioactivity against different pathogenic bacteria. food chemistry,
13. Komaiko, J. S., & McClements, D. J. (2016). Formation of food‐grade nanoemulsions using low‐energy preparation methods: A review of available methods. Comprehensive reviews in food science and food safety, 15(2), 331-352.
14. Sigward, E., Mignet, N., Rat, P., Dutot, M., Muhamed, S., Guigner, J. M., … & Crauste-Manciet, S. (2013). Formulation and cytotoxicity evaluation of new self-emulsifying multiple W/O/W nanoemulsions. International journal of nanomedicine, 611-625.
15. Moghassemi, S., Dadashzadeh, A., Azevedo, R. B., & Amorim, C. A. (2022). Nanoemulsion applications in photodynamic therapy. Journal of Controlled Release, 351, 164-173.
16. Chen, T. Y., Tsai, M. J., Chang, L. C., & Wu, P. C. (2020). Co-delivery of cisplatin and gemcitabine via viscous nanoemulsion for potential synergistic intravesical chemotherapy. Pharmaceutics, 12(10), 949.
17. Alkreathy, H. M., Alkhatib, M. H., Al Musaddi, S. A., Balamash, K. S. A., Osman, N. N., & Ahmad, A. (2019). Enhanced antitumour activity of doxorubicin and simvastatin combination loaded nanoemulsion treatment against a Swiss albino mouse model of Ehrlich ascites carcinoma. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology, 46(5), 496-505.

Kapak Görsel: https://www.flickr.com/photos/130905671@N06/