Ultrazvuk je inovativna tehnologija koja se uspješno koristi za Sonochemical sinteza, sprečavanju grupisanja malih čestica, disperzija, Emulgiranje, Funkcionalizacija i aktiviranje čestica. Posebno u nanotehnologiji, na ultrasonication je bitan tehnika za potrebe sinteze i obrade materijala nano-veličine. Od nanotehnologiji je stekao ovog izuzetnog naučnog interesa, nano-veličine čestice se koriste u izuzetno mnogih naučnih i industrijskim područjima. Ogranka Pharma je otkrila veliki potencijal ovog fleksibilnog i varijabilnih materijala, previše. Shodno tome, nanočestice su uključene u različite funkcionalne aplikacije u farmaceutskoj industriji, to su:

• isporuke droge (nosač)
• dijagnostičkih proizvoda
• pakovanje proizvoda
• biomarkera otkriće

Nanomaterijala u Pharmaceuticals

Naročito, isporuka lekova putem nanodelaca je već dokazana metoda za davanje aktivnih sredstava koja su davana prije oralne ili injekcijom. (Bawa 2008) Nano-formulisani lekovi mogu biti dozirani i isporučeni mnogo efikasniji jer nove tehnike otvaraju potpuno nove načine liječenja. Ova tehnologija sa visokim potencijalom pomaže u davanje lekova, toplote ili drugih aktivnih supstanci specifičnim ćelijama, odnosno bolesnim ćelijama. Ovim direktnim isporukom lekova, zdrave ćelije nisu uzbuđene efektima droge. Jedno polje, u tim nano-formulisanim lekovima već pokazuju svoje obećavajuće rezultate je terapija karcinoma. U terapiji karcinoma velika je prednost nano veličine supstanci da visoke doze molekula lekova mogu biti isporučene direktno u tumorske ćelije radi maksimalnih efekata dok se smanjuju neželjeni efekti na druge organe. (Liu et al.2008) Ova prednost rezultira u nano veličini tako što čestice mogu da prenose ćelijske zidove i membrane i aktiviraju aktivne lekove lekova direktno u ciljanim ćelijama.

obrada Nanomaterijali

Kao nanomaterijala su definirani kao čestica dimenzija manje od 100Nm to znači da je proizvodnja i prerada ovih supstanci potrebna veća napore.
Da se formira i za obradu nanočestice, aglomerata moraju biti slomljen i vezivanje snage moraju se prevazići. Ultrazvučna kavitacija je dobro poznata tehnologija za deagglomerate i raziđu nanomaterijala. Raznolikost nanomaterijala i oblika otvara višestruke promjene za farmaceutska istraživanja. nanocijevi (CNTs) imaju veliku unutrašnju zapreminu koja dozvoljava da se više enkulatnih lekova ugrađuju i imaju različite unutrašnje i spoljašnje površine za funkcionalizaciju. (Hilder et al., 2008). Na taj način, CNT su sposobni da prenose različite molekule kao što su aktivni agensi, DNK, proteini, peptidi, ciljani ligandi itd. U ćelije. CNT su prepoznati kao najistaknutiji nanomaterijali i stekli status jedne od najaktivnijih oblasti nanoscience i nanotehnologije. MWCNT se sastoji od 2-30 koncentričnih grafitnih slojeva, prečnika od 10 do 50 nm i dužine preko 10 μm. Sa druge strane, SWCNT je mnogo tanji, sa prečnikom od 1.0 do 1.4 nm. (Srinivasan 2008) Nanodelci, kao i nanocevi mogu da uđu u ćelije i mogu ih u potpunosti preuzeti. Poznato je da su posebno funtionalized Carbon Nanotubes (f-CNTs) povećali rastvorljivost i omogućili efikasan ciljanje na tumor. Na taj način, f-CNT, SWNT i MWNT su sprečeni da budu citotoksični (= toksični za ćelije) i mijenjaju imunološki sistem. Na primjer, Jednim zidom nanocijevi (SWCNTs) visoke čistoće može proizvesti na Sonochemical način: visoke čistoće SWCNTs mogu se dobiti u tečnom rješenje sonikatora silika prašak za 20 min. na sobnoj temperaturi i ambijentalnog tlaka. (Srinivasan 2005)

Slika 1: Sonochemical proizvodnja SWCNTs. Silika prah u rastvoru ferocen-ksilen mješavina je sonicated za 20 min. na sobnoj temperaturi i pod ambijentalnim pritiskom. Sonication proizvodi visoke čistoće SWCNTS na površini silika praha. (Jeong et al. 2004)

Funkcionalizovana nanocijevi (f-CNT) također može djelovati kao sistema za vakcine. Osnovni koncept je povezati antigen nanocijevi zadržavajući svoju konformaciju, a time i izazivanja odgovora antitijela sa pravom specifičnost.
Keramičke nanočestice, i.e. izvedeni iz silicijum-dioksid, Titania ili glinice, imaju poroznu površinu čestice koja ih čini idealnim nosač droga čini.

Ultrazvučni Sinteza i količina padavina nanočestica

Nanočestice može biti generiran bottom-up sintezom ili padavina. Sonohemiju je jedan od prvih tehnika koje se koriste za pripremu nano jedinjenja. Suslick u svom originalnom radu, sonicated Fe (CO) 5 bilo kao uredan tečnost ili u deaclin rješenje i dobio 10-20nm veličinu amorfne nanočestice željeza. Generalno, prezasićenih mješavina počinje formiranje čvrstih čestica iz visoko koncentriranim materijala. Ultrasonication poboljšava miješanje pre-kursora i povećava mase transfera na površini čestice. To dovodi do manjih veličina čestica i viši uniformnosti.

Ultrazvučno Funksionalizacija nanočestica

Za dobijanje nanočestica sa specifičnim karakteristikama i funkcijama, površina čestica mora biti modifikovana. Različiti nanosistemi poput polimernih nanočestica, lipozoma, dendrimera, ugljeničnih nanoceva, kvantnih tačaka itd. Mogu biti uspešno funkcionalni za efikasnu upotrebu u farmaceutici.
Kako bi se u funkciju cijeloj površini svakog pojedinca čestice, dobar metod disperzija je potrebno. Kada se razišli, čestice su obično okruženi graničnog sloja molekula privlači na površinu čestica. Kako bi za nove funkcionalne grupe da se na površinu čestica, ovaj granični sloj treba da bude razbijena ili ukloniti. Tečnost avioni rezultat ultrazvučna kavitacija može dostići brzinu do 1000km / h. Ovaj stres pomaže da se prevaziđu privlačenje snage i nosi funkcionalne molekule na površinu čestica. U sonochemistry, ovaj efekat se koristi za poboljšanje performansi razišli katalizatora.

Primjer iz prakse:

Ultrazvučna funkcionalizacija SWCNT-ova od strane PL-PEG: Zeineldin i sar. (2009) je pokazao da se disperzija jednokolodnih ugljeničnih nanocubaca (SWNTs) ultrasonizacijom sa fosfolipidnim polietilenglikolom (PL-PEG) fragmentira, čime se ometa njegova sposobnost blokiranja nespecifičnog uzimanja ćelija. Međutim, nefragmentirani PL-PEG promovira specifično mobilno uzimanje ciljanih SWNT-ova u dve različite klase receptora izraženih iz ćelija karcinoma. Ultrazvučni tretman u prisustvu PL-PEG-a je uobičajena metoda koja se koristi za disperziju ili funkcionalizaciju ugljeničnih nanocubaca, a integritet PEG-a je važan za promovisanje specifičnog celularnog uzimanja ligand-funkcionalnih nanocuka. Pošto je fragmentacija verovatna posledica ultrasonikacije, tehnika koja se obično koristi za disfunkciju SWNT-ova, to je možda zabrinutost za određene aplikacije kao što je isporuka lekova.

Slika 2:. Ultrazvučno raspršivanje SWCNTs sa PL-PEG (Zeineldin et al 2009).

Ultrazvučni Liposomi Formiranje

Još jedna uspešna primena ultrazvuka je priprema liposoma i nano-liposoma. Sistemi za isporuku lekova i gena na bazi liposoma igraju značajnu ulogu u mnogobrojnim terapijama, ali iu kozmetici i ishrani. Liposomi su dobri nosači, jer aktivni agensi rastvorljivi u vodi mogu biti smešteni u vodeni centar lipozoma ili, ako je sredstvo rastvorljivo u mašini, u lipidnom sloju. Liposomi se mogu formirati upotrebom ultrazvuka. Osnovni materijal za pretvaranje lipozoma su amfilni molekuli koji se dobijaju ili se zasnivaju na lipidima biološke membrane. Za formiranje malih unilamelarnih vezikula (SUV), lipidna disperzija se nežno usijala – na primjer sa ručnim ultrazvučnog uređaja UP50H (50W, 30kHz), u VialTweeter ili ultrazvučni reaktor UTR200 – u ledenu kupku. Trajanje takvog ultrazvučnih tretman traje cca. 5-15 minuta. Drugi metod za proizvodnju malih unilamellar vezikule je sonication multi-lamelarne vezikule liposoma.
Dinu-Pirvu et al. (2010) izvještava dobijanje transferosomes od upotrebe sonikatora MLVs na sobnoj temperaturi.
Hielscher Ultrasonics nudi različite ultrazvučni uređaji, sonotrodes i pribor za ispunjavanje zahtjeva svih vrsta procesa.

Ultrazvučno inkapsulacija agenata u liposoma

Liposoma radi kao nosača za aktivna sredstva. Ultrazvuk je efikasno sredstvo za pripremu i formiranje liposoma za uklještenja aktivna sredstva. Pred inkapsulacija je liposoma imaju tendenciju da formiraju klastere zbog površinu punjenja zadužen interakcija fosfolipida polarne glave (Míckova et al. 2008), nadalje moraju biti otvorene. Na primjer, Zhu et al. (2003) opisuju enkapsulaciju biotina praška u liposoma po ultrasonication. Kao biotin prahu je dodan u vezikule suspenzija rješenje, rješenje je sonicated za cca. 1 sat. Nakon ovog tretmana, biotin je zarobljena u liposoma.

Liposomal emulzije

Da biste poboljšali negovanje efekt hidratantnih ili anti-aging kreme, losioni, gelovi i druge cosmeceutical formulacije, emulgator dodaju se liposomal disperzija za stabilizaciju veće količine lipida. Ali je istraga pokazala da je sposobnost liposoma je obično ograničena. Uz dodatak emulgatora, ovaj efekt će se pojaviti ranije i dodatni emulgatori izazvati slabljenje na barijeru afinitet fosfatidilkolin. nanočestice – sastavljen od fosfatidilkolin i lipida - su odgovor na ovaj problem. Ove nanočestice se formiraju od strane kapi ulje koje je pokriven monolayer od fosfatidilkolin. Upotreba nanočestica omogućava formulacije koje su u stanju da apsorbuju više lipida i ostaju stabilni, tako da nisu potrebne dodatne emulgatora.
Ultrasonikacija je dokazana metoda za proizvodnju nanoemulzija i nanodispersija. Visoko intenzivan ultrazvuk snabdeva snagu koja je potrebna za disperziju tečne faze (disperzivna faza) u malim kapljicama u drugoj fazi (kontinuirana faza). U zoni raspršivanja implodiranje kavitacionih mehurića uzrokuje intenzivne udarne talase u okolnoj tečnosti i rezultira stvaranjem tečnih mlazova visoke tečnosti. U cilju stabilizacije novoformiranih kapljica disperzne faze protiv koalescencije, emulziji (površinski aktivne supstance, surfaktanti) i stabilizatori dodaju se u emulziju. Kako koalescencija kapljica nakon poremećaja utiče na konačnu distribuciju veličine kapljice, efikasno stabilizujuće emulgere koriste se za održavanje konačne distribucije veličine kapljice na nivou koji je jednak raspodeli odmah nakon prekida kapljice u zoni ultrazvučne disperzije.

Liposomal disperzije

Liposomal disperzije, koji se zasnivaju na nezasićenih phosphatidylchlorine, nedostatak stabilnosti protiv oksidacije. Stabilizaciju disperzije može se postići antioksidansima, kao što je kompleks vitamina C i E.
Ortan et al. (2002) ostvario je u svojoj studiji u vezi ultrazvučni pripreme Anethum graveolens eteričnog ulja u liposoma dobre rezultate. Nakon sonication, dimenzija liposoma su između 70-150 nm, a za MLV između 230-475 nm; ove vrijednosti su približno konstantnom i nakon 2 mjeseca, ali inceased nakon 12 mjeseci, posebno u SUV disperzije (vidi histograma ispod). Mjerenje stabilnosti, što se tiče bitnih gubitak ulja i distribucije veličine, također je pokazala da liposomal disperzije održava sadržaja isparljivih ulja. Ovo ukazuje na to da je zarobljavanjem esencijalno ulje u liposoma povećava stabilnost ulja.

Slika 3:. Ortan et al. (2009): Stabilnost MLV i SUV disperzije nakon 1 godine. Liposomal formulacije su pohranjeni na 4 ± 1 ° C.

Kliknite ovdje za više informacija o pripremi ultrazvučnom liposome!

Ultrazvučni Effects

Pored ultrazvučne proizvodnje nanodelaca, obrada ovih supstanci je široko polje za primenu ultrasonikacije. Aglomerate moraju biti slomljene, čestice moraju biti detanglirane i / ili raspršene, površine moraju biti aktivirane ili funkcionalizovane, a nano-kapljice moraju biti emulgirane. Za sve ove korake obrade ultrazvuk je dokazana esencijalna metoda. Ultrazvuk visoke snage generiše intenzivne efekte. Kada soniciraju tečnosti u visokim intenzitetima, zvučni talasi koji se propagiraju u tečnim medijima rezultiraju izmenama ciklusa visokog pritiska (kompresije) i niskog pritiska (retka dejstva), sa stopama u zavisnosti od frekvencije. Tokom ciklusa niskog pritiska ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju male vakuumske mjehuriće ili praznine u tečnosti. Kada mehurići postignu jačinu zvuka na kojoj više ne mogu da apsorbuju energiju, srušavaju se tokom ciklusa visokog pritiska. Ovaj fenomen se naziva kavitacija.
Implozija rezultata kavitacije mjehurića u mikro-turbulencija i mikro-mlazove do 1000km / h. Velike čestice su predmet na površinu erozije (preko kavitaciju kolaps u okolnim tekućine) ili smanjenje veličine čestica (zbog fisije kroz inter-čestica sudara ili kolaps kavitacije mjehurića formira na površini). To dovodi do oštrog ubrzanje difuzije, masa-transfer procesa i čvrste faze reakcije zbog kristalita veličina i struktura menja. (Suslick 1998)

Ultrazvučni procesne opreme

Hielscher je vrhunski dobavljač visoke kvalitete i visoke ultrazvučne procesora performanse za laboratorijske i industrijske primjene. Uređaja u rasponu od 50 W do 16.000 vati omogućiti da pronađete pravu ultrazvučnog procesor za svaki volumen i svaki proces. Svojim visoke performanse, pouzdanost, robusnost i jednostavno rukovanje, ultrazvučni tretman je bitan tehnika za pripremu i preradu nanomaterijala. Opremljen sa CIP (čista-in-mjesto) i SIP (sterilizirati-in-place), Hielscher je ultrazvučni uređaji garantuju sigurnu i efikasnu proizvodnju u skladu sa farmaceutskim standardima. Sve specifične ultrazvučnog procesi mogu se lako testirati u laboratoriju ili klupa-top razini. Rezultati ovih studija su potpuno ponovljive, tako da sljedećoj skali-up je linearno i može se lako donijeti bez dodatne napore u vezi optimizacije procesa.