GRE Answer: A

De acuerdo a la metodología descrita en el capítulo anterior, se prepararon sistemas con un contenido de 70% de aceite, 10% de surfactante y 20% de agua (70:10:20). Los surfactantes utilizados fueron: 1) Span®80 (S80), 2) Span®20 (S20), 3) Mezcla de Span®20/Tween®80 (S20/T80), 4) Mezcla de Span®80/Tween®80 (S20/T80)

a) Sistema con Span®80 (S80).  

El sistema donde fue utilizado S80, con HLB de 4.3, presentó una rápida separación de fases tanto a 25°C como en aquel en que se elevó la temperatura a 70°C. Ésta formulación no permitió formar una nano-emulsión inclusive con la aplicación de ultrasonido. Después de someter las muestras a ultrasonido y dejarlas reposar, en poco tiempo (alrededor de 20 minutos), éstas se separaron en fases. La gran cantidad de fase inferior de aspecto lechoso es un indicio de que estas muestras tienen demasiada fase acuosa. Esto se puede explicar por el bajo HLB del surfactante utilizado (S80, HLB 4.3); éste surfactante es demasiado hidrófobo y solamente puede incorporar cantidades muy pequeñas de agua a la nano-emulsión.

b) Sistema formado con Span®20 (S20)

Este sistema formado con S20, que presenta un HLB de 8.0, formó un emulsión con apariencia lechosa que fue inestable al ser preparada tanto a 25ºC como a 70 ºC. Posteriormente se aplicó ultrasonido a este sistema sin obtener nano-emulsión. El aspecto de esta muestra sonicada fue lechoso.

c) Sistema con Span®20/Tween®80 (S20/T80)  

Este sistema formado con una mezcla de S20/T80 en una relación 62:38 con un HLB de 11.09, formó una emulsión que tiene la característica de un aspecto menos lechoso que los otros sistemas preparados, lo que se interpreta como indicio de que al aplicar ultrasonido podría formarse una nano-emulsión. No obstante, al aplicar ultrasonido solo se apreció una ligera disminución del aspecto lechoso lo que se interpreta como una reducción del tamaño de gota aunque sin llegar a ser una nano-emulsión.

d) 4) Sistema con Span®80/Tween®80 (S80/T80)  

Este sistema fue preparado con una mezcla de surfactantes S80/T80 en una relación 70:30 y un HLB de 7.5. A temperatura de 25ºC presentó inestabilidad. Con calentamiento a 70° C se obtuvo una emulsión estable de apariencia lechosa. (Ver Fig. IV.1)

  Figura IV.1 Sistema con S80/T80 a la izquierda se observa la mezcla de aceite con el surfactante.

La preparación fue sometida a ultrasonido. La apariencia cambió de lechosa a translúcida azulosa, lo que se interpreta como característica de una nano- emulsión. (Ver Fig. IV.2)

Se procedió a preparar nuevamente este sistema para comprobar la reproducibilidad, siendo los resultados positivos. Se obtuvo nuevamente un cambio en las propiedades ópticas al ser sometida al ultrasonido (Ver Fig. IV.3).

Figura IV.2 A la izquierda la muestra del sistema S80/T80 solo con agitación magnética. A la derecha después de aplicar ultrasonido

Figura IV.3 Sistema con mezcla de surfactantes S80/T80 preparado para comprobar reproducibilidad (Muestras a las que se aplicó ultrasonido.

Tamaño de gota.

Se efectuó medición de tamaño de gota de las dos preparaciones con apariencia translucida mediante dispersión dinámica de la luz (DLS) en un equipo 3D LS Spectrometer, a θ = 60°, 90° y 120° (ángulo de dispersión), con una longitud de onda del láser de 632.8 nm. Se efectuaron mediciones de dos muestras: 1) Muestra denominada 1B, obtenida de la preparación del sistema formulado con una mezcla de surfactantes S80/T80 en relación 70:30. 2) Muestra denominada 2B, obtenida de la preparación efectuada para comprobar reproducibilidad del sistema anteriormente mencionado. Los resultados de la medición se encuentran en la tabla IV.1.

Los datos de DLS fueron analizados con el método de cumulantes por el software del equipo, 3D LS spectrometer v6.3. A continuación se muestran los correlogramas.

Grafica  IV.1    Función  de  correlación  de  la   muestra  1B  medida  a  un  ángulo  de  θ  de   60°.  

Grafica  IV.2    Función  de  correlación  de  la   muestra  1B  medida  a  un  ángulo  de  θ  de   90°.  

Se puede observar que los correlogramas que presentan menos ruido en su línea base son aquellos a 90º y 120º, por tanto se consideran los ángulos más adecuados para realizar los análisis. En la tabla IV.1 se encuentra el tamaño de radio hidrodinámico encontrado y la desviación estándar. Puede observarse que en promedio se tiene un radio hidrodinámico de 14.83 nm para la muestra 1B con una polidispersidad de 34.89% de variación con respecto a la media. Para la muestra 2B se tiene en promedio un radio de 11.99 nm con una variación de

Grafica  IV.3  Función  de  correlación  de  la   muestra  1B  medida  a  un  ángulo  de  θ  de   120°  

Grafica  IV.4  Función  de  correlación  de   la  muestra  2B  medida    a  un  ángulo  de   θ  de  60°  

Grafica  IV.5  Función  de  correlación  de  la   muestra  2B  medida  a  un  ángulo  de  θ   de90°      

Grafica  IV.6  Función  de  correlación  de  la   muestra  2B  medida  a  un  ángulo  de  θ  de   120°.  

gota de ambas muestras en función del ángulo de dispersión. En las gráficas IV.8 a IV.11 se ilustran las distribuciones de tamaño obtenidas en función del ángulo de dispersión para las muestras 1B y 2B.

Tabla IV.1 Tamaño de gota

    _dispersión  Ángulo  de   _{Radio  (nm)   Desv.  Std}   1B   60   15.5   7.15         16.3   9.31       90   12.64   5.62         13.73   3.33       120   14.79   2.13         14.43   3.51    2B   60   13.4   7.28         12.67   10.71                                90     10.33   3.76         11.12   2.7                              120   11.25   3.44           10.96   6.17  

Gráfica   IV.7   Tamaño   de   gota   obtenido   en   función   del   ángulo   de   dispersión   para   las   muestras  de  la  nano-­‐emulsión  preparada  con  la  mezcla  de  surfactantes  S80/T80  (70:30)   1B  y  2B  

Grafica  IV.8  Distribución  de  tamaño  de  gota  en  función  de  la   intensidad  de  la  muestra  1B  a  un  ángulo  de  dispersión  de  60  º    

-­‐0.005   0   0.005   0.01   0.015   0.02   0.025   1   10   100   1000   10000   Re l.   In te ns ity   Rdio,  nm   1B 60 º

Grafica  IV.9  Distribución  de  tamaño  de  gota  en  función  de  la   intensidad  de  la  muestra  1B  a  un  ángulo  de  dispersión  de  90  º    

-­‐0.005   0   0.005   0.01   0.015   0.02   0.025   1   10   100   1000   10000   Re l.   In te ns ity   Radio,  nm   1B 90 º -­‐0.01   0   0.01   0.02   0.03   0.04   1   10   100   1000   10000   Re l.   In te ns ity   Radio,  nm   1B 120 º

Gráfica  IV.11  Distribución  de  tamaño  de  gota  en  función  de  la   intensidad  de  la  muestra  2B  a  un  ángulo  de  dispersión  de  60  º       -­‐0.005   0   0.005   0.01   0.015   0.02   0.025   0.03   1   10   100   1000   10000   Re l.   In te ns ity   Radio,  nm   2B 60 º

Gráfica   IV.12   Distribución   de   tamaño   de   gota   en   función   de   la   intensidad  de  la  muestra  2B  a  90 º  de  ángulo  de  dispersión  

-­‐0.01   0   0.01   0.02   0.03   0.04   0.05   1   10   100   1000   10000   Re l.   In te ns ity   Radio,  nm   2B 90 º -­‐0.01   0   0.01   0.02   0.03   0.04   0.05   0.06   1   10   100   1000   10000   Re l.   In te ns ity   Radio,  nm   2B  120  º  

  Estabilidad.

Los sistemas preparados fueron observados en el transcurso del tiempo con la finalidad de apreciar si existen cambios como separación de fases, sedimentación, cremado, floculación. La preparación efectuada con esta formulación presentó muy buena estabilidad. A los 8 meses seguía aun estable, esto puede apreciarse en la Figura IV.4. Sin embargo, este mismo sistema que no fue sometido a ultrasonido sí presentó inestabilidad a los 20 días: ligera separación de fase oleosa y así como escasa sedimentación.

Como resultado de este estudio exploratorio de la sub Etapa 1.1, se concluye que el sistema donde se utilizan los surfactantes S20 y S80 de forma aislada no forman nano-emulsiones ya que estos surfactantes son muy hidrófobos y no permiten incorporar la fase acuosa en gotas pequeñas ya que la cabeza polar de estos surfactantes es muy pequeña.

Se comprueba también que aplicar energía por ultrasonido no es suficiente para formar una nano-emulsión; es necesario que la composición de la formulación sea adecuada.

Figura IV.4 Estabilidad de nano-emulsión a los 8 meses. Muestra 1B,

Así mismo, se concluye que 20% de fase acuosa es demasiado alta para formar nano-emulsiones, por lo que para las siguientes etapas se decide experimentar para definir la proporción idónea de fase acuosa.

El sistema más adecuado es aquel en donde se utilizó la mezcla de surfactantes S80/T80 en relación 70:30 debido no solo a que el HLB de la mezcla es de 7.5, sino también por la sinergia entre ambos surfactantes que tienen cadenas hidrofobas de la misma longitud. El S80 es un surfactante lipofílico, lo que de acuerdo a la ley de Brancroft es lo que se requiere para formar una emulsión tipo W/O, el T80 es un surfactante no iónico hidrofílico que agregándolo en cantidades pequeñas para no elevar mas allá de 8 el HLB, coadyuvará a incorporar más cantidad de agua. Además, esta formulación presenta una alta estabilidad cinética debida posiblemente a la sinergia entre ambos surfactantes para disminuir la maduración de Ostwald coincidiendo con lo reportado por Izquierdo y colaboradores (Izquierdo et al. 2005), quienes formaron nano- emulsiones tipo O/W con isohexadecano como fase oleosa y una mezcla de surfactantes de polioxietileno éter 4-lauril / polioxietileno éter 6-lauril, reportan que utilizar mezclas de surfactantes no iónicos con misma longitud de cadena hidrófoba siendo el segundo surfactante con mayor grado de etoxilación se incrementará la estabilidad.

Calentar directamente en la parrilla sin utilizar un baño de agua con control adecuado de temperatura así como experimentar en un sistema abierto, provoca evaporación de agua de tal modo que la concentración de la fase acuosa queda indefinida en la formulación final por lo que para los experimentos subsecuentes se procede a experimentar utilizando un baño de agua con control de temperatura y en un sistema cerrado.

4.1.2. Barrido en sistema cerrado.  

Los anteriores experimentos fueron efectuados en sistema abierto lo que ocasionó pérdida del agua quedando indefinida la concentración de la misma en el sistema. Se procedió a repetir los experimentos en un sistema cerrado y en un baño de agua con temperatura controlada. Las observaciones encontradas se expresan enseguida.

a) Sistema formulado con Span®80 (S80).  

Se efectuó un barrido de la apariencia del sistema en diferentes concentraciones de fase acuosa. Esta formulación no permite la formación de una nano-emulsión, el aspecto de la misma es lechoso aun después de aplicar ultrasonido. Este formulación es inestable, presenta sedimentación en pocas horas. La apariencia observada en el barrido se encuentra en la tabla IV.2.

Tabla IV.2 Sistema formulado con S80 ml agua adicionada Apariencia

Concentración de agua % 0.2 Claro-translúcido 0.99 0.4 Translúcido-semilechoso 1.96 0.8 Turbio-semilechoso 3.84 1.0 Semilechoso 4.76 1.2 Lechoso 5.66     b) Sistema formulado con S20.

Al efectuar esta experimentación se encontraron las observaciones indicadas en la tabla III.3. Esta formulación no permitió la formación de una nano-emulsión, su aspecto fue lechoso tanto antes como después de aplicar el tratamiento de ultrasonido. Este sistema es inestable, con el paso del tiempo presenta sedimentación (a las pocas horas).