Produktion af hånddesinfektionsmidler med industrielle ultralydsblandere

Til fremstilling af hånddesinfektionsmidler og desinfektionsopløsninger kræves en kraftig blandingsteknologi for at opnå en ensartet blanding. Ultralydsblandere og ultralydsomrørere er den mest pålidelige og effektive blandingsteknologi til blanding og emulgering af to eller flere faser for at opnå en homogen, stabil formulering af hånddesinfektionsmiddel.

Hånddesinfektionsmidler

Hånddesinfektionsmiddel, også kendt under alternative betegnelser som håndantiseptikum eller middel til hånddesinfektion ved indgnidning, er et flydende middel, der påføres hænderne for at fjerne eller inaktivere almindelige patogener, som kan forårsage sygdomme (f.eks. forårsager SARS-CoV-2-virus sygdommen COVID-19). Hånddesinfektionsmidler fås typisk som væske, skum, gel eller spray.
Hånddesinfektionsmidler kan formuleres med forskellige ingredienser og sammensætninger. For eksempel kan hånddesinfektionsmidler være enten alkoholbaserede eller alkoholfrie. Alkoholbaserede hånddesinfektionsprodukter indeholder normalt mellem 60 og 95% alkohol. De mest anvendte alkoholer er ethanol (ethylalkohol), isopropanol eller n-propanol. Højkoncentreret alkohol (dvs. 60% og derover) ødelægger proteiner. Ved denaturering af proteiner inaktiveres eller dræbes mange patogener (sygdomsfremkaldende mikroorganismer). Alkoholfrie hånddesinfektionsmidler er et alternativt produkt, hvor desinfektionsmidler såsom benzalkoniumchlorid (BAC) eller antimikrobielle midler såsom triclosan anvendes som aktiv ingrediens til at inaktivere eller dræbe mikroorganismer. I både alkoholbaserede og alkoholfrie hånddesinfektionsmidler kan de aktive ingredienser mod patogener udtørre huden ved at ødelægge den naturlige hudbarriere. Derfor indeholder de fleste formuleringer af hånddesinfektionsmidler hudplejende tilsætningsstoffer såsom blødgørende midler (f.eks. glycerin og olier) for at genoprette hudens fugtighed. Andre ingredienser såsom fortykningsmidler, duftstoffer, farvestoffer osv. kan tilsættes for at ændre hånddesinfektionsprodukternes konsistens, lugt og udseende.

Blanding af hånddesinfektionsmidler med ultralyd

Ultralydsomrørere er den mest effektive blandingsteknologi til fremstilling af hånddesinfektionsmidler (også kendt som håndantiseptika eller midler til hånddesinfektion ved indgnidning) i form af væsker, geler, sprays eller lotioner.
Da ultralydsblandere skaber høje forskydningskræfter, giver de den nødvendige omrøring til at blande ingredienserne til en sammenhængende blanding. En sådan kraftig og pålidelig blanding er nødvendig for at fremstille virksomme og pålidelige desinfektionsmidler såsom hånddesinfektionsmidler samt midler til overfladedesinfektion.

Hvordan fungerer blanding med ultralyd?

Ultralydsblandere og ultralydsomrørere skaber akustisk kavitation, som resulterer i meget intense forskydningskræfter. Derfor anvendes ultralydsblandesystemer i vid udstrækning til at emulgere to eller flere væsker, som ellers ikke er blandbare, og til at dispergere faste partikler i væsker og opslæmninger. Blanding med ultralyd opnås ved at koble ultralydsbølger med høj effekt ind i en væske eller opslæmning. Ultralydsbølgerne overføres via en ultralydssonde med høj intensitet til en batchtank eller en inline-flowcellereaktor. Kun ultralydsapparater af sondetypen kan generere de intense kavitationskræfter, som kræves til formulering af homogene blandinger med langvarig stabilitet. Ultralydssonden vibrerer i væsken ved en meget høj frekvens (f.eks. 20kHz) og skaber intens akustisk kavitation / ultralydskavitation i væsken.
I det ultralydsgenererede kavitationsfelt skaber kavitationsboblernes kollaps kraftige forskydningskræfter, som bryder dråber, agglomerater og endda faste partikler op. Ultralydskavitation producerer også væskestrømme med høj hastighed på op til 1000km/h. Væskestrålerne fra kavitationen rammer partikelagglomerater, bryder dråber op, forbedrer stoftransporten i væsker og opslæmninger og dispergerer faste stoffer i hele mediet. I ultralydskavitationsfeltet skifter trykket hurtigt og gentagne gange mellem vakuum og op til 1000bar. En roterende blander med 4 blandeblade ville skulle arbejde ved svimlende 300.000 RPM for at opnå den samme frekvens af skiftende trykcyklusser. Konventionelle roterende blandere og rotor-stator-blandere skaber ingen væsentlig mængde kavitation på grund af deres begrænsede hastighed.

Formuleringer af hånddesinfektionsmidler med ultralydsblanding

Formuleringen af et hånddesinfektionsprodukt bestemmer desinfektionsmidlets effektivitet og spektrum af mikroorganismer, det kan dræbe (dvs. antibakteriel, svampedræbende og antiviral virkning, effektivitet mod kappebærende og nøgne virus, indkapslede parasitter osv.)
Da hyppig brug af alkohol og alkoholholdige desinfektionsmidler på huden (f.eks. hænderne) udtørrer huden, hvilket kan resultere i inflammation og irritation, indeholder avancerede hånddesinfektionsmidler hudplejende ingredienser, f.eks. aloe vera, glycerin, jojobaolie, hybenolie osv.). Ultralydens emulgerende effekt blander de forskellige faser af alkohol, tilsætningsstoffer, olier og vand til et stabilt og ensartet hånddesinfektionsprodukt.

Fremstilling af en emulsion med ultralyd (rødt vand / gul olie). Få sekunders sonikering omdanner de adskilte vand-/oliefaser til en fin emulsion.

Almindelige ingredienser i hånddesinfektionsmidler

v65% (eller højere %) alkohol (for at være effektiv mod en bred vifte af virus og bakterier)
• hudplejende ingredienser såsom olier, aloe vera, glycerin osv.
• vand (f.eks. destilleret eller sterilt vand)
• emulgator / overfladeaktivt stof
• eventuelt fortykningsmiddel (f.eks. xanthangummi), skummidler, duftstof, sporedræbende midler (f.eks. hydrogenperoxider til at eliminere bakteriesporer)

Effektive hånddesinfektionsmidler mod COVID-19

Hygiejne og især håndhygiejne er en vigtig faktor for at forhindre spredningen af coronavirus 2, der forårsager svært akut respiratorisk syndrom (SARS-CoV-2), det virus, der forårsager sygdommen COVID-19. Selvom grundig håndvask med vand og sæbe anbefales, når det er muligt, er hånddesinfektionsmidler et pålideligt alternativ, især når håndvask med vand og sæbe ikke er mulig.
Verdenssundhedsorganisationen (WHO) anbefaler to formuleringer af alkoholbaserede desinfektionsmidler, som er blevet testet og fundet effektive mod coronavirus SARS-CoV-2. Forskere fra Tyskland og Schweiz har testet og bekræftet desinfektionsmiddelformuleringernes effektivitet mod SARS-CoV-2.
Desinfektionsmiddelformulering nr. 1:

• ethanol – 80% efter volumen (vol/vol)
• glycerin (også kendt som glycerol) – 1,45% vol/vol
• hydrogenperoxid – 0,125% vol/vol

Desinfektionsmiddelformulering nr. 2:

• isopropanol (også kendt som 2-propanol eller isopropylalkohol) – 75% vol/vol
• glycerin – 1,45% vol/vol
• hydrogenperoxid – 0,125% vol/vol

Begge ovenstående formuleringer af hånddesinfektionsmidler inaktiverer virusset tilstrækkeligt efter 30 sekunders eksponering, når de påføres grundigt. Blandingen af ovenstående formuleringer kan udføres med et ultralydsbaseret batch- eller inline-system.

Højtydende ultralydsapparater

Hielscher Ultrasonics er en producent med mange års erfaring inden for ultralydsapparater med høj effekt til anvendelser, der omfatter blanding og omrøring af forskellige væske-/væske- eller væske-/faststofblandinger.
Til behandling af hånddesinfektionsmidler på industrielt niveau efter fødevare- og farmaceutiske standarder kræves højtydende ultralydsudstyr til at behandle store volumener i en ultralydsbaseret batchopstilling eller i et kontinuerligt gennemstrømningssystem. Hielscher Ultrasonics er en betroet leverandør med mange års erfaring inden for højtydende ultralydsblandeudstyr, som er integreret i produktionsanlæg over hele verden inden for fødevareindustrien, den farmaceutiske industri, kosmetikindustrien og industrien for personlig pleje.
Hielscher Ultrasonics’ avancerede ultralydsapparater kan styres præcist og giver operatøren fuld kontrol over de vigtige procesparametre såsom amplitude, tryk, temperatur og sonikeringstid. Dette muliggør optimering af sonikeringsprocessen, så processen bliver mest effektiv og økonomisk.
Det omfattende udvalg af tilbehør såsom sonotroder (sonder), boosterhorn, flowcellereaktorer og yderligere tilbehør gør det muligt at konfigurere ultralydsblandesystemet specifikt til de ingredienser, der behandles, og det ønskede output.

Overvågning af ultralydsprocessen

Alle Hielschers digitale ultralydsapparater – fra laboratoriestørrelse til industriel størrelse – er udstyret med intelligent software, som gør det nemt at styre, overvåge og gennemgå ultralydsprocessen præcist. Amplitude, grænse for energitilførsel, pulscyklusser og sonikeringstid kan indstilles på forhånd via den brugervenlige software. Menuen er let tilgængelig via en touchskærm i farver og er intuitiv at betjene. Fjernstyring via browser gør det muligt for operatøren at betjene og overvåge ultralydssystemet på afstand.
Alle vigtige ultralydsprocesdata (såsom amplitude, temperatur, tryk, nettoenergi, samlet energi, tid og dato) gemmes automatisk på et integreret SD-kort. Den automatiske datalogning værdsættes højt i fødevareindustrien og den farmaceutiske industri, da den gør det muligt for fødevareproducenten at gennemgå behandlingsbetingelserne for ethvert sonikeret parti. Dette muliggør processtandardisering, produktion af vedvarende høj kvalitet og implementering af god fremstillingspraksis (GMP).

Ultralydsapparater til industriel brug

Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan nemt opretholdes kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør 24/7-drift ved høj belastning og i krævende miljøer.
Tabellen nedenfor giver en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: