Hielscher Ultraschalltechnik

Liposomal Verkapselte Bioaktive Moleküle mit Ultraschall

Es ist bekannt, dass Ultraschall bei der Herstellung liposomaler Formulierungen sehr effizient ist. Typische Liposomenformulierungen verkapseln Vitamin C, CBD, Curcumin, Quercitin, Astaxanthin, Peptide und eine Vielzahl anderer bioaktiver Verbindungen mit Ultraschall. Die Ultraschall-Liposomen-Verkapselung ist eine einfache, schnelle und wirksame Technik, die es erlaubt, stabile, hoch belastete Vesikel herzustellen. Ultraschallverkapselte Nährstoffe zeichnen sich durch eine hervorragende Bioverfügbarkeit aus.

Was sind Liposomen und was sind ihre Vorteile?

Liposomen sind Vesikel, die aus einem wässrigen Kern bestehen, der von einer oder mehreren Phospholipid-Doppelschichten umschlossen ist. Da Liposomen einen wässrigen Kern haben, der von einer Lipidschicht und einer hydrophilen Außenhülle umgeben ist, sind Liposomen wasserlöslich und können wasserlösliche und fettlösliche Verbindungen in den jeweiligen Kompartimenten des Vesikels transportieren. Dies macht Liposomen zu einem hochwirksamen Abgabesystem für therapeutisch aktive Moleküle. Liposomen werden durch die Zerstörung biologischer Membranen gebildet, ein Prozess, der durch Ultraschall gefördert und intensiviert wird. Die Struktur eines LiposomsLiposomen bestehen meist aus Phospholipiden, insbesondere Phosphatidylcholin, können aber auch andere Lipide wie z.B. Ei-Phosphatidylethanolamin enthalten, sofern sie mit der Struktur der Lipiddoppelschicht kompatibel sind. Liposomen bilden sich spontan, wenn Phospholipide hydratisiert werden. Im ersten Schritt – die Hydratationsphase – Die Ultraschalltherapie wird zur Nanoemulgierung der Lipide und der wässrigen Phase eingesetzt, um die Bildung hochbelasteter multilamellarer Vesikel (MLVs) zu fördern. Anschliessend kann die Sonifizierung bei Bedarf zur Verkleinerung der Liposomen verwendet werden. Um eine kleinere Vesikelgrösse zu erhalten, wird die Sonikation zur Dispersion und Reduktion der Liposomengrösse auf monodisperse grosse uni-lamellare Vesikel (LUVs) oder kleine uni-lamellare Vesikel (SUVs) angewendet.
Die Ultraschalltechnik der Liposomenbildung und der liposomalen Verkleinerung ist zuverlässig, schnell, effizient, einfach und sicher. Die hergestellten Liposomen weisen eine hohe Beladung mit bioaktiven Substanzen, hohe Stabilität und überlegene Bioverfügbarkeit auf.

Ultrasonication is a fast and reliable technique to produce superior liposomes and nanoliposomes.

UP400St, ein 400 Watt starker Ultraschall-Homogenisator, für die Herstellung von Nano-Liposomen.

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Warum sind Ultraschall-Reinigungsbäder nicht in der Lage, hochwertige Liposomen herzustellen?

Die Herstellung von Liposomen erfordert ein Ultraschallgerät, das genügend Energie liefern kann, um gleichmäßige Partikel in Nanogröße zu erzeugen. Selbstgemachte Liposomen, die mit einem Ultraschall-Schmuckreinigungsgerät hergestellt wurden, sind in der Regel wirkungslos, da die vorbereiteten Liposomen weder die erforderliche Nanogrösse aufweisen noch die bioaktiven Nährstoffe effektiv und langzeitstabil verkapseln. Um qualitativ hochwertige Liposomen herzustellen, ist ein Sonden-Ultraschallgerät die bevorzugte Technologie, da die Sonde (Sonotrode) die intensive akustische Energie, die für die Bildung hochbelasteter, wirksamer Liposomen erforderlich ist, in das Medium übertragen kann. Im Allgemeinen haben Liposomen, die mit einer Ultraschallsonde hergestellt werden, eine Partikelgrößenverteilung von 100-500 nm, was optimal für hohe Beladungen und überlegene Bioverfügbarkeit ist.
Die Verwendung eines Ultraschall-Durchflusszellenreaktors ermöglicht es, die Liposomen in einer sauerstofffreien Umgebung vorzubereiten, um einen oxidativen Abbau zu verhindern.
Sonden-Ultraschallgeräte liefern die erforderliche Energie zur Herstellung von Liposomen, die das sind:

  • hoch belastet
  • in Nano-Größe
  • stabiles
  • monodispers
  • bioverfügbar
  • biokompatibel
  • reproduzierbar

Liposomal verkapselte Moleküle mit Ultraschall

Die untenstehende Liste gibt einen Hinweis darauf, welche Substanzen bereits erfolgreich in Liposomenformulierungen auf dem Weg der Ultraschallpräparation eingekapselt wurden.

  • Antioxidantien wie Glutathion, Vitamin C, methylierte B-Vitamine, Resveratrol, CoQ10 usw.
  • Phenole: Flavonoide wie Fisetin, Quercitin, oligomere Proanthocyanidine (OPC); Saponine wie Astralgalosid; Alkaloide
  • Mineralien wie Magnesiumchelate (z.B. Magnesiumthionat, Magnesiumorotat), Zink, Kupfer usw.
  • Terpene wie Astaxanthin, Limonen, Pinen, Humulen, Linalool, Beta-Caryophyllen, Phytol, Geraniol, Terpinolen usw.
  • Lipide wie die Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA; Dipalmitoyl-Phosphatidylcholin (DPPC) usw.
  • Aminosäuren wie Kreatin, Glycin, 5-HTP (5-Hydroxytryptophan), Phenylalanin, L-Theanin, GABA (Gamma-Aminobuttersäure), Taurin, N-Acetylcystein (NAC), L-Tyrosin usw.
  • Peptide, z.B. Oxytocin, Kollagenpeptide usw.
  • Polysaccharide wie Hyaluronsäure, Pilz-Polisaccharide usw.
  • Cannabinoide wie CBD, CBG, THC
  • Nootropika, intelligente Medikamente und kognitive Verstärker, die neben anderen Molekülen auch die oben genannten Substanzen enthalten können

Die nano-verstärkte liposomale Formulierung bioaktiver Moleküle bietet eine höhere Absorptionsrate, eine bessere Bioverfügbarkeit und könnte es Substanzen ermöglichen, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden.
Alternative Verabreichungssysteme für Arzneimittel auf Lipidbasis sind Nanoemulsionen und kolloidale Träger auf Lipidbasis, wie feste Lipid-Nanopartikel (SLN) und nanostrukturierte Lipidträger (NLC). Sie alle, Nanoemulsionen, SLNs und NLCs, können unter Beschallung zuverlässig gebildet und geladen werden.

Ultraschallprozessor UIP2000hdT (2kW) mit gerührtem Reaktor

Ultraschallhomogenisator UIP2000hdT (2kW) mit kontinuierlich gerührtem Batch-Reaktor

Faktoren, die die Qualität von Liposomen beeinflussen

Ultraschall ist die bevorzugte Technik zur Bildung von Liposomen mit einer hohen Belastung an bioaktiven Verbindungen.Liposome quality is determined by uniformity in particle size and lamellarity, entrapment efficiency (%EE) / encapsulation load, and stability. Preparation method, processing conditions, raw materials, and storage are important factors that contribute to the quality and thereby potency of liposomal formulations. The SEM image left shows the ultrasonically prepared liposomes loaded with DHA and EPA fatty acids using a Hielscher ultrasonicator UP200S (Studie und Bild: Hadian et al. 2014)
Die Ultraschallpräparation von Liposomen ist eine zuverlässige Technik, die eine kleine, gleichmäßige liposomale Partikelgröße mit einer hohen Beladung mit bioaktiven Molekülen ergibt. Die Ultraschall-Prozessparameter (wie Amplitude, Gesamtenergie, Zeit, Pulsation, Temperatur, Druck) sind exakt einstellbar. Als nicht-thermische Verarbeitungstechnik basiert das Arbeitsprinzip der Sonifizierung auf rein mechanischer Scherung. Der Temperaturanstieg in der beschallten Flüssigkeit ist durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu erklären, der besagt, dass jede zugeführte Energie schließlich in Wärme umgewandelt wird. Um eine stabile niedrige Temperatur des liposomalen Mediums aufrechtzuerhalten, bietet Hielscher Ultrasonics ausgeklügelte Kühllösungen wie Eisbäder sowie Reaktoren und Durchflusszellen mit Kühlmänteln an. Die Ergebnisse der Ultraschall-Liposomenproduktion sind reproduzierbar, was für einen standardisierten Prozess und eine gleichbleibend hohe Produktqualität wichtig ist.
Hochwertige Phospholipide mit einem hohen Anteil an Phosphatidylcholin und Phosphatidylethanolamin sorgen für eine stabile Liposomenhülle, die das Austreten von Nährstoffen verhindert. Eine starke Phospholipidhülle schützt die eingekapselten Nährstoffe auch vor oxidativem und thermischem Abbau. Daher ist ein ausgewogenes Verhältnis von Phosopholipiden zur wässrigen Phase und zu den eingekapselten Nährstoffen (bioaktive Moleküle) unerlässlich.

Vorteile der Ultraschall-Liposomenherstellung

  • High Encapsulation / Entrapment Efficiency (%EE)
  • Hohe Bioverfügbarkeit
  • Schnell & effizient
  • Langfristige Stabilität
  • Für Lebensmittel und Pharma
  • sicher & Bedienerfreundlich

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die Liposomenherstellung

Die Systeme von Hielscher Ultrasonics sind zuverlässige Maschinen, die in der Pharma- und Nahrungsergänzungsmittelproduktion eingesetzt werden, um hochwertige Liposomen zu formulieren, die mit Vitaminen, Antioxidantien, Flavonoiden, Peptiden, Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen/Nährstoffen beladen sind. Um den Anforderungen seiner Kunden gerecht zu werden, liefert Hielscher Ultraschallgeräte vom kompakten, handgeführten Labor-Homogenisierer über Tisch-Ultraschallgeräte bis hin zu voll industriellen Ultraschallsystemen für die Herstellung von Liposomenformulierungen in großen Mengen. Die Ultraschall-Liposomenformulierung kann als Batch- oder als kontinuierlicher Inline-Prozess unter Verwendung eines Ultraschall-Durchflussreaktors durchgeführt werden. Eine breite Palette von Ultraschall-Sonotroden (Sonden) und Reaktorbehältern steht zur Verfügung, um ein optimales Setup für Ihre Liposomenproduktion zu gewährleisten. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Die präzise Kontrolle über alle wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungszeit machen den Ultraschallprozess zuverlässig und reproduzierbar. Hielscher Ultrasonics weiß um die Bedeutung einer gleichbleibend hohen Produktqualität und unterstützt Supplement- und Therapeutika-Hersteller bei der Umsetzung von Prozessstandardisierung und GMP (Good Manufacturing Practices) durch intelligente Software und automatische Datenaufzeichnung. Unsere digitalen Ultraschall-Homogenisatoren zeichnen automatisch die Ultraschall-Prozessparameter auf einer eingebauten SD-Karte auf. Digitale Touch-Displays und Browser-Fernbedienung ermöglichen eine kontinuierliche Prozessüberwachung und ermöglichen es, die Prozessparameter bei Bedarf präzise einzustellen. Dies erleichtert die Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle erheblich.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrielle Maßstab.

Literatur / Literaturhinweise