太空化學家：宇航員們的星際“調酒師”

納米乳液是一種特定的納米結構，由液滴（即分散相）分 散在另一種液體（即連續相）中。典型的納米乳液是油包水（O/ W）納米乳液和水包油（W/O）納米乳液。

 特征尺寸：與傳統乳液相比，納米乳液的平均液滴直徑要小得多，通常 定義為200納米以下。納米乳液具有光學透明或輕微渾濁的特性，不太容易受到由重力引起的不穩定機制的影響。

應用優勢：O/W納米乳液在制藥和食品研究中備受關 注，可以分別包裹疏水活性藥物成分或疏水營養保健品和香精劑。這些化合物通常對環境條件很敏感，而納米結構封裝可以保護生物活性分子免受過早降解，促進生物利用度。

高能量乳化技術：納米乳液通過高能量乳化技術如高壓閥門均質器及超聲波均質器等制備。這些技術依賴強大的機械力以誘導液滴分散至油相中。這些方法不僅能耗高，還會在過程中釋放大量熱量，可能對溫度敏感的封裝分子造成損害。

圖2. 自發乳化的過程：一旦油相和水相接觸，表面活性劑會移動到界面，并通過快速擴散形成液滴。

自發乳化（SE）：是表面活性劑由油相因親水性特性自發遷移至油水界面處的現象。低能量乳化技術利用這一自然機制及乳液相轉變等分子間作用，實現乳液穩定形成，避免了高溫損害，保護了活性成分（如圖2）。

傳統方法需高濃度合成表面活性劑或依賴強大的機械力，限制了在食領域的應用。作者聚焦無溶劑自發乳化，并建議與連續流微流體技術結合，以提升乳化效率。

連續自發乳化：

•  通過連續流探索微小尺度流體，其通道直徑介于幾十微米至幾毫米，此時毛細力和表面張力顯著，實現流體精確控制。該技術擴大界面面積，促進傳質，并增強相內對流，加速界面更新。

•  連續流自發乳化，能生成尺寸均勻的液滴，增強了乳液的穩定性。盡管微流體形成的液滴直徑下限通常在幾微米，但其自發乳化能力在理想條件下能顯著超越傳統方法，輕松制備出超細液滴。

作者采用與以往文獻相同的油、乳化劑和水相建立作乳液模型系統。

• 油相組分：超濾制藥級中鏈甘油三酸酯（MCT）

• 乳化劑：非離子表面活性劑Tween 80（Polysorbate 80）

• 水相：高度稀釋的磷酸鹽緩沖液（5 mm；pH 7.4，25 °C）

• 油相的制備：SOR（surfactant-to oil ratio）是指 Tween 80 和 MCT 質量比

• 油相密度測量

• 油相粘度測量

• 大流體乳化研究（滴定管）

• 單接觸微流體乳化研究：通過使用內徑為0.5毫米的T型混合器混合極性相和非極性相進行

• 多接觸微流體乳化研究：使用康寧低流量反應器混 粒度分析

實驗完成后，作者立即使用靜態光散射儀進行了平均粒徑（d32）和粒徑分布測定，以避免由于顆粒聚集引起的結果失真。

本研究旨在開發穩定的納米乳液飲料模型系統，通過三元相圖分析確定了油-水-表面活性劑的最佳組合（圖4）。

圖4. Tween 80，中鏈甘油三酸酯（MCT）和5 mmol磷酸鹽緩沖液（水相）組成的系統的三元相圖。1）“同時混合": 所有組分同時混合，2）“水表面活性劑預混合": 在添加MCT之前混合Tween 80和磷酸鹽緩沖液，3）“油表面活性劑預混合": 在添加水相之前混合Tween 80和MCT。

研究顯示：

• 在低表面活性劑濃度和大量水相濃度的組合范圍內，作者找到了一個穩定的三組分組合（圖4c）：即10 wt%的中鏈甘油三酯（MCT）、20 wt%的Tween 80（表面活性劑與油的比例為2.0）和70 wt%的磷酸鹽緩沖液。

• 這一組合不僅穩定，而且不與凝膠形成區域接壤，為后續的深入研究提供了理想的起點。該組合將被視為進一步研究的最高表面活性劑濃度基礎，旨在通過優化表面活性劑與油的比例，進一步降低表面活性劑的用量，提高乳液的經濟性和環保性。

作者詳細考察了油相（MCT）的密度和粘度，以設定工藝參數，確保其在設備操作范圍內。油相密度和粘度隨Tween 80濃度增加而增加，高粘度影響準確進料。實驗確定了在20-50°C下油-表面活性劑混合物的粘度變化，發現所有混合物在50°C時粘度低于設備限制，但考慮設備溫度限制，選定40°C為操作溫度。

通過粘度分析，確定了微流體實驗中可考慮的最高SOR為1.5，以避免設備損壞。此外，提出了微流體實驗建議，強調連續流動乳化過程的優勢，可能通過分步添加油相降低表面活性劑濃度，促進自發乳化，進而為接下來的自發乳化和微流體混合評估實驗奠定基礎。

作者對比了自發乳化和傳統乳化在宏觀流體與微流體混合器中的表現（圖7）。

圖7 a）Sauter直徑與表面活性劑-油比例相關（CE：傳統乳化，SE：自發乳化）。b）使用傳統乳化制備的宏觀流體乳液的粒徑分布。c）使用自發乳化制備的宏觀流體乳液的粒徑分布。

• 宏觀流體實驗中，自發乳化在低表面活性劑濃度下即能形成納米級液滴，顯著優于傳統乳化。

• 單接觸微流體混合器雖能縮短過程時間，但乳液粒徑較大。

• 多接觸微流體混合器在自發乳化條件下，顯著降低了液滴尺寸，達到納米級，且粒徑分布更窄，表現出更高的穩定性。特別是在SOR為0.5時，自發乳化結合多接觸微流體混合器制備的乳液粒徑最小，僅為94納米，相比宏觀流體和單接觸微流體分別減小了64%和42%。

• 多接觸微流體裝置大幅縮短了處理時間，對于實現宇航空間飲料分配器具有競爭潛力，為制備高效、穩定的納米乳液提供了新思路。

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