乳液是动力学稳定的多胶体体系,其液滴尺寸从20纳米到几十毫米｡具有纳米级液滴尺寸的乳液(通常在20-200纳米范围内)通常被称为纳米乳液｡纳米乳液是两种不混溶的液体(通常为油,水和表面活性剂)组成,其中一种液体以非常小的液滴形式分散在另一液体中,形成W/0或0/W系统。

本文将介绍通过应用极高的剪切速率和控制乳液的组成，在高压微射流过程中将微液滴破裂至直径小至30纳米，而且可以产生适合商业生产的批量。

微尺度乳剂通常可以在厨房里使用搅拌器、抹刀和搅拌机产生的剪切应力来制作；蛋黄酱是一种常见的食物乳液，油滴滴在水中，由鸡蛋蛋白稳定。然而，由于所施加的剪切应力过低，用这些方法通常无法获得液滴直径小于100nm的纳米级乳液。

我们开发了一个系统的操作步骤，使用高压微射流装置，获得直径小至30nm的水包油纳米乳液。虽然原始纳米乳液有一个峰值单峰尺寸分布，由动态光散射确定，我们使用离心法分离液滴，使其更单分散。一旦分馏，纳米乳液是利用小角度中子散射（SANS）研究可变形液滴浓缩分散结构的一个很好的模型系统。我们将浓缩纳米乳的结构与均匀硬球的浓缩悬浮液的结构进行了对比，并对其结构上的差异提出了一些简单但推测性的解释。

主要实验设备：

高速剪切机（粗乳制备）

NanoGenizer高压微射流均质机（小纳米乳制备）

图 NanoGenizer高压微射流均质机

实验步骤与结果：

硅油（聚二甲基硅氧烷或PDMS）首先分散在离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的水溶液中，使用粗搅拌器产生微尺度液滴。在前列步中，我们创建了一种预混乳液，它具有特定的油粘度、油体积分数和表面活性剂浓度。然后，预混微尺度乳液被用作高压冲击射流微射流设备（Microfluidizer）的输入进料。微射流设备由压力电机带动增压泵增压驱动，产生脉冲拉伸剪切流，峰值剪切速率˙γ过108s−1。我们通常在不到一分钟的时间内处理大约100毫升的体积。由于钢微流控通道中的流动在空间上是不均匀的，我们将处理过的乳液多次将其送回微射流设备，使所有液滴都经历峰值剪切区域。乳化液通过该装置处理的次数为次数N，通过改变压力，我们可以改变峰值剪切速率和破裂液滴的大小。我们用90度的动态光散射（DLS）将大量稀释到φ≈10−5的乳状液的体积加权径向分布p(a)。从中，我们提取出体积平均半径。

图1 不同配方下，粒径与通过次数关系图

我们研究了峰值剪切速率如何对半稀释乳液受强拉伸剪切流影响的液滴尺寸的影响。在图1中，我们展示了从DLS获得的平均油滴半径作为通过数N的函数关系，对于微射流设备的一组不同的处理压力，范围从8000psi-25000psi。预混合乳液的成分在所有情况下都完全相同：φ=0.2，C=116mM，和ηd=10cP。通过驱动微射流压力增加峰值剪切速率，平均液滴半径系统地减小。此外，随着N的增加，平均半径较初减小，但它开始在我们探索的大至N处，饱和到一个常数值。

主要结论：

微流控生产可用于生产半径约为15纳米的水中硅油纳米乳剂。由于微流控装置中的空间不均匀流动，通常需要多次乳液才能使所有液滴经历可高达剪切区域，从而获得更小液滴的更均匀分布。通过稀释和离心，可以独立控制φ和c。此外，离心尺寸分馏可以有效地制备多分散性接近10%以内的纳米乳。经过乳化和分馏后，纳米乳可以在不改变液滴尺寸的情况下改变其组成。因此，我们已经证明了用于科学研究的可变形纳米尺度液滴的可控模型系统是可能的，而不依赖于膨胀的溶促性胶束相。如果油的分子量足够大，可以防止液滴尺寸通过油分子从一个液滴到另一个液滴的扩散传输，纳米级液滴是稳定的、坚固的和寿命长的。可以制造粘度高达1000cP的纳米级油液滴，尽管小至的液滴通常是用低粘度较低的油获得的。因此，纳米乳剂代表了亚稳态液滴分散的极限。我们认为，可以通过极端乳化反应产生半径小于10nm的稳定液滴，尽管我们不期望达到2nm，对应于表面活性剂胶束的半径。探索极端乳化的极限仍然是软凝聚态物理中一个有趣的前沿。

纳米乳在食品领域中的作用：

近年来,人们对食品生物活性成分(如儿茶素､植物留醇､姜黄素､番茄红素､Ω3脂肪酸和胡萝卜素)对健康的促进作用有了越来越多的关注,其抗氧化､抗癌和预防慢性疾病的性质已经在许多研宄中得到证明｡而这些活性成分在研宄过程中的主要难题是它们溶解性差､生物利用度低｡据研宄,纳米乳液由于其具有较小的液滴尺寸和较高的动力学稳定性,可以提高大部分的油溶性植物活性成分的溶解度､稳定性和生物活性。

微流纳米Vic