امولسیون سامانه‌ای ناهمگن و متشکل از دو مایع غیرقابل امتزاج است که یکی از آنها در دیگری به‌صورت قطره‌هایی پراکنده شده است. امولسیون‌هایی با اندازه قطرات در حدود نانومتری و به‌طور معمول در محدوده ۲۰ تا ۲۰۰ نانومتر را نانوامولسیون می‌نامند. نانوامولسیون‌ها سامانه‌های غیرتعادلی هستند که به‌صورت خود‌به‌خودی تشکیل نمی‌شوند و اعمال انرژی برای تولید آنها مورد نیاز است. به‌واسطه ویژگی اندازه، نانوامولسیون‌ها با چشم غیرمسلح به‌صورت شفاف یا نیمه‌شفاف قابل مشاهده‌اند و پایداری بالایی دارند. ساختار و ویژگی‌های منحصربه‌فرد نانوامولسیون‌ها در مقایسه با امولسیون‌های معمولی مزیت‌هایی را برای کاربرد آنها در بسیاری از صنایع، ازجمله صنایع غذایی، ایجاد کرده است. از کاربردهای سامانه‌های نانوامولسیونی در صنایع غذایی می‌توان به نقش آنها در ریزپوشینه‌دار کردن (انکپسوله کردن) و کنترل رهایش ترکیبات فراسودمند مانند انواع رنگ‌ها، اسانس‌ها، ویتامین‌ها و غیره اشاره کرد. در مقاله حاضر سعی شد ضمن توصیف نانوامولسیون‌ها، مروری اجمالی بر روش‌های تولید، مزایا، و برخی از کاربردهای نانوامولسیون‌ها در صنایع غذایی ارائه شود.
سازوکارهای مربوط به پایداری امولسیون‌ها
اصولاً یکی از مولفه های مهم در ارزیابی امولسیون ها پایداری است؛ میزان پایداری هر سامانه امولسیونی بستگی زیادی به نوع و مقدار عوامل امولسیون کننده، میزان نیروهای بینابینی عمل کننده در سطح قطرات فاز پراکنده، اندازه قطرات فاز پراکنده، گرانروی فاز پیوسته، و اختلاف چگالی فازهای پراکنده و پیوسته دارد.
علاوه بر عوامل یادشده، به طورکلی چهار مکانیسم با عناوین پایداری الکترواستاتیکی، پایداری فضایی، پایداری به وسیله ذرات جامد، و پایداری از طریق افزایش گرانروی -در ایجاد پایداری و ثبات امولسیون ها حائز اهمیت هستند.
سازوکارهای مربوط به ناپایداری امولسیون‌ها
دریک سامانه امولسیونی یا کلوئیدی دائماً ذرات فاز پراکنده نسبت به یکدیگر در حال حرکت و جنب و جوش هستند. معمولاً در حین این حرکات قطرات با یکدیگر برخورد می کنند؛ پس از آن ممکن است قطرات از یکدیگر جدا شوند (امولسیون پایدار)، یا با حفظ یک لایه نازک در حد فاصل به یکدیگر بچسبند، و یا ممکن است قطرات به هم چسبیده با هم یکی شوند و یک قطره واحد بزرگ تر را تشکیل دهند. اصولاً وقوع چنین پدیده هایی (به هم چسبیدن قطرات یا فلوکولاسیون) موجب تسریع سقوط قطرات به ته امولسیون یا تسریع در جمع شدن قطرات یکی شده در سطح فوقانی امولسیون (خامه ای شدن) می گردد. در ضمن وقوع هر دو حالت موجب عدم ثبات و پایداری و در نهایت شکسته شدن امولسیون خواهد شد. به این ترتیب ناپایداری امولسیون ها ممکن است در نتیجه تاثیر یک یا تعداد بیشتری از سازوکارهای شناخته شده –یعنی به هم چسبیدن قطرات فاز پراکنده، یکی شدن قطرات به هم چسبیده، تغییر در تراکم قطرات فاز پراکنده، انتشار مولکولی، و برگشت فاز اتفاق بیفتد.
البته اصلی ترین سازوکار ناپایداری در نانوامولسیون ها پدیده انتشار مولکولی است. این پدیده در اثر اختلاف زیاد بین چگالی و اندازه قطرات (بسپاشیدگی) موجود در فاز پراکنده به وجود می آید، به این معنی که قطرات با اندازه کوچک در هنگام مجاور شدن با قطرات بزرگ تر به داخل قطره بزرگ تر کشیده و جذب قطره بزرگ می شوند. نیروی محرک برای انجام این فرایند از اختلاف در پتانسیل شیمیایی بین قطرات با اندازه های مختلف به وجود می آید.
کوچک بودن اندازه ذرات نانوامولسیون ها موجب پایداری آن ها در برابر پدیده های تشکیل رسوب یاخامه ای شدن می شود، زیرا حرکت براونی و به تبع آن نرخ انتشار بیشتر از سرعت پدیده های تشکیل رسوب یا خامه ای شدن بر اثر نیروی وزن قطرات است.
نانوامولسیون ها دردرمان سرطان وتحویل هدفمند داروها
تحویل دارو به تومورهای جامد یکی از مهمترین چالش ها دردرمان سرطان است.استفاده از داروهای شیمی درمانی درآزمایشات بالینی نشان داده که این داروها به علت سینتیک های دارویی،تحویل کم وتجمع محدود درسلول هدف تخریب می شوند.بنابراین نیاز به سیستم هایی است تابا کپسول دارکردن این داروها ازآنها علیه شکسته شدن متابولیکی ،PHیادمایی محافظت گردد .نانوامولسیون ها نه تنها ازترکیبات دارویی محافظت می کنند بلکه تحویل داخل سلولی دارورابه وسیله پیش بردن وتسهیل کردن انتقال دارو درعرض غشای پلاسمایی بهبود می بخشند.یکی دیگر ازدلایلی که ازنانوامولسیون ها به عنوان سیستم تحویل دارویی استفاده می شود توانایی آن ها درحل کردن ترکیبات فعال غیرقطبی است.این سیستم های تحویل دارویی برای کاهش سمیت دارو،بهبودکارایی وحذف تجویزهای پیش درمان گسترش یافته اند.نانو امولسیون ها ازلحاظ سینتیکی ،پایداری بالایی نسبت به میکرو امولسیون ها دارند بنابراین وسایل مناسبی برای تحویل داروهستند.
نانوامولسیون‌ها در درمان بیماری‌های دیگر
سیستم های نانوامولسیونی علاوه بر اینکه در داروهای ضدسرطان به کار می روند در فرمولاسیون داروهای دیگر مانند داروهایی که به صورت تماسی بر روی پوست استفاده می شود نیز کاربرد دارند.
دیکلوفناک یک داروی تماسی است که برای درمان زخم بافت های نرم ، رگ به رگ شدن و دررفتگی به کار می رود. به علاوه این دارو برای درمان استئوآرتریت نیز استفاده می شود.
در فناوری نانوامولسیون یک داروی تماسی در یک سیستم پایدار با اندازه ذرات 100 تا 200 نانومتر به دام می افتد که نیازی به حلال موثر ندارد. این ذرات به طور یکنواخت در یک فاز آبی پخش می شوند.
ویژگی نفوذ پوستی نانوامولسیون بدون حلال و تحریک کم در پوست، آن را یک نانو وسیله تماسی جدید به عنوان کاندید پیشنهادی برای تحویل موثر انتقال پوستی داروهای چربی دوست نموده است.
واکسن‌هایی بر پایه نانوامولسیون‌ها
تلاش های زیادی برای توسعه واکسن های موکوسی جدید بوده اما گسترش این واکسن ها به دلیل فقدان ادجوانت موثر و بی خطر مختل شده است. اولین بار تقریباً به طور ابتکاری نانوامولسیون ها به عنوان مواد میکروب کش به وسیله‌ی انستیتوعلوم زیستی و پزشکی فناوری نانومیشیگان، کشف شدند و برای تحریک ایمنی سیستمیک و موکوسی به کار رفتند. این یافته های غیر مترقبه منجر به تحقیقاتی در بهینه سازی نانوامولسیون ها به عنوان ادجوانت واکسن های موکوسی گردید. ادجوانت ها عامل های ایمونولوژیکی هستند که با آنتی ژن ها به ترکیب واکسن افزوده می شوند تا باعث آغاز فعالیت تحریکی و افزایش پاسخ های ایمنی به آنتی ژن شوند. واکسن ایده ال واکسنی است که بتوانند به یک نقطه تنها تحویل داده شود و ایمنی وابسته به سلول و هومورال را نه فقط در محل تزریق بلکه در تمام بدن ایجاد کند.
واکسن های موکوسی به طور بالقوه دارای این ویژگی هستند و دارای مزیت های زیادی نسبت به روش پرنترال هستند. تزریق واکسن های موکوسی به طور معمول آسان بوده و اغلب نیاز به سرنگ نیست، بنابراین بهبود پذیرش بوسیله افراد، کاهش بالقوه هزینه و افزایش ایمنی واکسیناسیون از مزیت های آن است. به نظر می رسد که ساختار نانوامولسیون نقش حیاتی در عملکرد واکسن های موکوسی بازی می کند و به آن ها اجازه می دهد تا در غلظت های مفید درمانی بدون تحریک یا تخریب بافت برای سطوح احشایی، پوست وموکوس به کار روند.
نانوامولسیون ها به آسانی به پوست واپیدرم نفوذ می کنند و برای بافت التهاب آور نیستند و غیرسمی هستند.
از مهمترین مزیت های نانوامولسیون ها برای استفاده به عنوان ادجوانت واکسن های موکوسی می توان به این موارد اشاره کرد:
اولاً اینکه این سیستم ها پروفایل ایمنی بالایی دارند؛ ثانیاً به شدت در طول زمان و همچنین در برابر گرما پایدار هستند. راه تزریق این واکسن ها از طریق اسپری کردن درموکوس بینی است بنابراین نیاز به سرنگ ندارند و به دنبال تحریک به وسیله اسپری بینی به طور شیمیایی یا فیزیکی تغییر نمی کنند و قدرتشان حفظ می شود.