Ultrahelimõõdud on uuenduslik tehnoloogia, mida kasutatakse edukalt sonokemikaalide jaoks Süntees, Deagglomeration, dispersioon, emulgeerivad, osakeste funktsionaliseerimine ja aktiveerimine. Eriti nanotehnoloogias on ultraheliuuring nanoosakeste materjalide sünteesi ja töötlemise jaoks oluline meetod. Kuna nanotehnoloogia on saavutanud selle väljapaistva teadusliku huvi, kasutatakse nanoosakesi väga paljudes teadus- ja tööstusvaldkondades. Pharma haru on avastanud ka selle paindliku ja muutuva materjali suure potentsiaaliga. Sellest tulenevalt on nanoosakesed kaasatud farmaatsiatööstuse erinevatesse funktsionaalsetesse rakendustesse, sealhulgas:

• ravimi kohaletoimetamine (kandja)
• diagnostilised tooted
• tootepakend
• biomarkeri avastamine

Nanomaterjalid farmaatsias

Eriti on ravimite manustamine nanoosakeste kaudu juba juba tõestatud meetodiks toimeainete, mis on manustatud enne suukaudset või süstimist, manustamiseks. (Bawa 2008) Nano-formuleeritud ravimeid saab doseerida ja pakkuda palju tõhusamalt, kuna uued tehnikad avavad täiesti uued meditsiinilise ravi viisid. See kõrge potentsiaaliga tehnoloogia aitab tarvitada ravimeid, kuumust või muid toimeaineid spetsiifilistele rakkudele, st haigetele rakkudele. Selle otsese ravimpreparaadi abil ravivad ravimeid terved rakud. Üks valdkond, kus nano-formuleeritud ravimid näitavad juba oma paljulubavaid tulemusi, on vähiravi. Vähiravi korral on nanoosakeste suur eelis suur eelis, et ravimimolekulide suured annused saab otseselt tuumorirakkudele maksimaalsete efektide saamiseks, samal ajal minimeerides teiste organite kõrvaltoimeid. (Liu et al 2008.) Selle eelise tulemuseks on nanoosakeste suurus, mille abil osakesed suudavad rakuseinaid ja membraane edasi kanda ja vabastavad ravimi toimeained otse sihtrühmadesse.

Nanomaterjalide töötlemine

Kuna nanomaterjalid on määratletud kui osakesed mõõtmetega alla 100nm, tähendab see seda, et nende ainete tootmine ja töötlemine nõuab suuremaid jõupingutusi.
Nanoosakeste moodustamiseks ja töötlemiseks tuleb aglomeraate purustada ja sidumisjõude tuleb ületada. ultraheli kavitatsioon on tuntud tehnoloogia nanomaterjalide deagglomereerimiseks ja hajutamiseks. Nanomaterjalide ja vormide mitmekesisus avab farmaatsiaalaste uuringute jaoks mitmesuguseid muudatusi. süsinik-nanotorud (CNT-d) on suur sisemine maht, mis võimaldab kapseldada rohkem ravimimolekule ja nende funktsionaliseerimiseks on erinevad sise- ja välispinnad. (Hilder jt, 2008) Sellega on CNT-d võimelised kandma mitmesuguseid molekule, nagu toimeained, DNA, valgud, peptiidid, suunatud rakkudele ligandid jne. CNT-d on peamised nanomaterjalid ja nad on omandanud ühe nanoteaduse ja nanotehnoloogia kõige aktiivsemate valdkondade staatuse. MWCNT koosneb 2-30 kontsentriliste grafiidist kihtidest, mille läbimõõt on vahemikus 10 kuni 50 nm ja pikkus üle 10 um. Teisest küljest on SWCNT palju õhem, läbimõõduga vahemikus 1,0 kuni 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanoosakesed ja nanotorud võivad siseneda rakkudesse ja neid saab täielikult täita. Täpsemalt, tuntud funktsionaalsed süsinik-nanotorud (f-CNT-d) suurendavad lahustuvust ja võimaldavad tõhusat kasvaja sihtimist. Sellega välditakse f-CNT-de, SWNT-de ja MWNT-de kasutamist tsütotoksilisteks (= mürgised rakkudele) ja immuunsüsteemi funktsiooni muutmisele. Näiteks, Ühesisesusega süsinikust nanotorud (SWCNT) saab sünkroheemiliselt valmistada: kõrge puhtusastmega SWCNT-sid saab vedelas lahuses saada kergelt silikoonipulbrist 20 minuti jooksul. toatemperatuuril ja ümbritseva keskkonna rõhul. (Srinivasan 2005)

Joonis 1: SWCNT-de sonokhemia tootmine. Ferrotseeni-ksüleeni segu lahuses on ränidioksiid pulber töödeldud ultraheliga 20 minutit. toatemperatuuril ja ümbritseva keskkonna all. Sünekeeritus annab ränidioksiidpulbri pinnal kõrge puhtusastmega SWCNTS. (Jeong jt, 2004)

Funktsioneerivad süsiniku nanotorud (f-CNT) võivad samuti toimida vaktsineerimissüsteemidena. Põhikontseptsioon on seostada antigeen süsiniku nanotorudega, säilitades samas selle konformatsiooni, seeläbi indutseerides antikeha vastust õige spetsiifilisusega.
Keraamilised nanoosakesed, st tuletatud ränidioksiid, titaanist või alumiiniumoksiidist, on poorse osakeste pind, mis muudab need ideaalseks kandjaks.

Ultraheli süntees ja nanoosakeste sadestumine

Nanoosakesi võib sünteesida või sadestada altpoolt ülespoole. Sonokheemia on üks vanimaid meetodeid, mida kasutatakse nanosize ühendite valmistamiseks. Suslic oma algupärases töös, viimistles Fe (CO) 5 kas puhas vedelikuna või deatsliini lahuses ja saades 10-20 nm suuruse amorfse rauava nanoosakesi. Üldiselt hakkab üleküllastunud segu moodustama tahkeid osakesi kõrgelt kontsentreeritud materjalist. Ultraheli parandab eelkursori segamist ja suurendab massiülekannet osakeste pinnal. See viib väiksemate osakeste suuruse ja kõrgema ühtluseni.

Nanoosakeste ultraheli funktsionaliseerimine

Et saada spetsiifiliste omaduste ja funktsioonidega nanopartikleid, tuleb osakeste pinda muuta. Farmaatsiatööstuses tõhusaks kasutamiseks võib edukalt funktsioneerida mitmesuguseid nanosüsteeme, nagu polümeersed nanoosakesed, liposoomid, dendrimereerid, süsinik-nanotorud, kvantpoordid jms.
Iga osakese täieliku pinna funktsionaliseerimiseks on vaja head dispersiooni meetodit. Hajutatuna ümbritsevad osakesed tavaliselt osakeste pinnale ligunenud molekulide piirikiht. Selleks, et uued funktsionaalsed rühmad jõuaksid osakeste pinnale, tuleb see piir kiht purustada või eemaldada. Ultraheli kavitatsioonist tulenevad vedelikud võivad jõuda kiiruseni kuni 1000 km / h. See stress aitab ületada meelitamise jõudusid ja kannab funktsionaalseid molekule osakeste pinnale. Sonokheimias kasutatakse seda efekti, et parandada dispergeeritud katalüsaatorite toimivust.

Praktiline näide:

PLCNT-de ultraheli funktsionaliseerimine PL-PEG poolt: Zeineldin et al. (2009) näitas, et ultraheliga fosfolipiidpolüetüleenglükooli (PL-PEG) ühekordse seinaga süsiniku nanotorude (SWNT) hajumine seepärast killustab seda, seeläbi sekkudes selle võimet blokeerida rakkude mittespetsiifiline hõivatus. Siiski soodustab mittepurustatud PL-PEG spetsiifiliste rakuväliste rakuväliste seostumiste tegemist kahte erinevatesse vähirakkudes väljendatud retseptorite klassidesse. Ultraheliravi PL-PEG juuresolekul on tavaline meetod, mida kasutatakse süsiniku nanotorude hajutamiseks või funktsionaliseerimiseks ja PEG terviklikkus on oluline, et edendada ligand-funktsionaliseeritud nanotorude spetsiifilist rakuvärskendamist. Kuna killustatus on ultraheliuuringute tõenäoliseks tagajärjeks, mis on tavaliselt laialt levinud, võib see olla mure teatavate rakenduste nagu ravimite kohaletoimetamise pärast.

Joonis 2: SWCNT-de ultraheli dispersioon PL-PEG-ga (Zeineldin jt, 2009)

Ultraheli liposoomide moodustamine

Üheks edukaks ultrahelirakenduseks on liposoomide ja nano-liposoomide valmistamine. Liposoomil põhinevad ravimi ja geeni kohaletoimetamise süsteemid mängivad olulist rolli mitmekesises ravimis, aga ka kosmeetikas ja toitumises. Liposoomid on head kandjad, sest vees lahustuvaid toimeaineid saab paigutada liposoomide vesikeskkonda või, kui aine on rasvlahustuv, lipiidikihis. Liposoome võib moodustada ultraheliuuringute abil. Liposoomide eelvalmistamise alusmaterjaliks on amfiilsed molekulid, mis on saadud või põhinevad bioloogilistel membraani lipiididel. Väikeste unilamellaarsete vesiikulite (maasturite) moodustamiseks töödeldakse lipiidide dispersiooni õrnalt sonikeeritult – nt käsiseadmega ultraheli seadmega UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter või ultraheli reaktor UTR200 – jäävannis. Sellise ultraheliravi kestus kestab ca. 5 - 15 minutit. Teine meetod väikeste unilamellaarsete vesiikulite tootmiseks on mitmekihiliste limaskestade liposoomide ultraheliga töötlemine.
Dinu-Pirvu jt (2010) teatab transosoomide saamise molekulaarsete kosmeetikavahendite abil toatemperatuuril.
Hielscher Ultrasonics pakub erinevaid ultraheli seadmeid, sonotroode ja tarvikuid, mis vastavad kõikide protsesside nõuetele.

Ainete ultraheli kapseldamine liposoomidesse

Liposoomid toimivad toimeainetena kandjatena. Ultraheli on efektiivne vahend liposoomide valmistamiseks ja moodustamiseks toimeainete haardumiseks. Enne kapseldamist moodustavad liposoomid fosfolipiidi polaartalade vahelise pinna-laengu interaktsiooni tõttu kobarad (Míckova jt 2008), lisaks tuleb need avada. Näiteks Zhu et al. (2003) kirjeldavad biotini pulbri kapseldamist liposoomides ultraheliuuringu abil. Kui biotiinipulber lisati vesiikulisuspensioonilahusele, lahust töödeldi ultraheliga ligikaudu. 1 tund. Pärast seda ravi põles biotiin liposoomidesse.

Liposomaalsed emulsioonid

Et parandada niisutavate või vananemisvastaste kreemide, losjoonide, geelide ja muude kosmetsutiliste ravimvormide kasvatamise efekti, lisatakse liposoomseteks dispersioonideks emulgaator, et stabiliseerida suuremaid koguseid lipiide. Kuid uuringud näitasid, et liposoomide võime on üldjuhul piiratud. Emulgaatorite lisamisel ilmneb see toime varem ja täiendavad emulgaatorid põhjustavad fosfatidüülkoliini barjääri afiinsuse nõrgenemist. Nanoosakesed – mis koosneb fosfatidüülkoliini ja lipiididest, on selle probleemi lahendus. Need nanoosakesed on moodustunud õlipihlaga, mis on kaetud fosfatidüülkoliini monokihiga. Nanoosakeste kasutamine võimaldab ravimvorme, mis on võimelised absorbeerima rohkem lipiide ja jääma stabiilseks, nii et täiendavaid emulgaatoreid pole vaja.
Ultraheli on nanoemulsioonide ja nanodispersioonide tootmise tõestatud meetod. Väga intensiivne ultraheli varustab vett, mis on vajalik vedela faasi (hajutatud faasi) hajutamiseks väikeste tilkade jaoks teises faasis (pidev faas). Dispergeeruvas tsoonis tekitavad kavitatsioonimullid implanteerivad ümbritsevas vedelikus intensiivseid šokinlaineid ja põhjustavad suure vedeliku kiiruse vedelate joa kujunemist. Dispergeeritud faasi äsja moodustunud tilgu stabiliseerimiseks koalestsenseerumise korral lisatakse emulsioonile emulgaatorid (pindaktiivsed ained, pindaktiivsed ained) ja stabilisaatorid. Kuna tilkade koaltsents pärast purustamist mõjutab lõpliku tilgakoguse suuruse jaotust, kasutatakse efektiivselt stabiliseerivaid emulgaatoreid, et säilitada lõplik tilgakoguse suuruse jaotus tasemel, mis on võrdne jaotusega vahetult pärast ultraheli hajutatud tsooni piiskade katkemist.

Liposomaalsed dispersioonid

Liposomaalsed dispersioonid, mis põhinevad küllastumata fosfatidüülkloriidil, ei oma stabiilsust oksüdatsiooni korral. Dispersiooni stabiliseerumist saab saavutada antioksüdantidega, näiteks vitamiinide C ja E kompleksiga.
Ortan et al. (2002) saavutasid oma uuringu Anethum graveolensi eeterliku õli ultraheli valmistamise kohta liposoomides häid tulemusi. Pärast ultrahelitöötlust oli liposoomide suurus 70-150 nm ja MLV vahemikus 230-475 nm; need väärtused olid ligikaudu püsivad ka pärast 2 kuud, kuid pärast 12 kuu möödumist, eriti maasturite dispersioonist (vt allpool histogrammi). Eeterliku õli kaotuse ja suuruse jaotumise kohta saadud stabiilsuse mõõtmine näitas ka, et liposoomilises dispersioonis säilib lenduva õli sisaldus. See näitab, et eeterlike õlide kinnijäämine liposoomides suurendas õli stabiilsust.

Joonis 3: Ortan et al. (2009): MLV ja maasturite dispersioonide stabiilsus pärast 1 aasta. Liposoomseid koostisi säilitati temperatuuril 4 ± 1 ° C.

Kliki siia, et lugeda ultraheli liposoomipreparaadi kohta rohkem!

Ultraheliuuringud

Nanoosakeste ultraheli tootmisel on nende ainete töötlemine laiaulatuslik ultraheliuuringute rakendusala. Aglomeraadid tuleb purustada, osakesed tuleb eemaldada ja / või hajutada, pinnad tuleb aktiveerida või funktsionaliseerida ning nano-tilgad tuleb emulgeerida. Kõigi nende töötlemisetappide puhul on ultraheliuuring tõestatud kui oluline meetod. Suure võimsusega ultraheli tekitab intensiivseid efekte. Suure intensiivsusega vedelike sonicating korral põhjustavad vedelas keskkonnas levivad helilained vahelduvaid kõrgsurvelisi (madala rõhu) ja madala rõhu (eraldusvõime) tsüklit, kusjuures sagedus sõltub sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultraheli lained vedelikus väikesed vaakummullid või tühjad ruumid. Kui mullid saavutavad mahtu, milles nad enam energiat neelavad, kerkivad nad kõrgsurvetsükli ajal ägedalt. Seda nähtust nimetatakse kavitatsioon.
Kavitumismullide lõhkamine toob kaasa mikro-turbulentsid ja mikro-reaktiivid kuni 1000 km / h. Suured osakesed alluvad pinnase erosioonile (ümbritseva vedeliku kaudu kavitatsiooni kollaps) või osakeste suuruse vähendamisega (osakeste kokkupõrke tõttu tekkiva lõhustumise või pinnal tekkinud kavitatsioonimullide kokkuvarisemise tõttu). See põhjustab difusiooni, massiülekandeprotsesside ja tahke faasi reaktsioonide järsu kiirenemise, mis muutub kristalliidi suuruse ja struktuuri tõttu. (Suslick 1998)

Ultraheli töötlemise seadmed

Hielscher on kõrgkvaliteetsete ja suure jõudlusega ultraheli protsessorite peamine tarnija laboris ja tööstuses. Seadmed vahemikus alates 50 vatti kuni 16 000 vatti võimaldavad leida õige ultraheli protsessor igale helitugevusele ja igale protsessile. Nende suurepärase töökindluse, töökindluse, töökindluse ja hõlpsa kasutamise tõttu on ultraheliravi nanomaterjalide ettevalmistamiseks ja töötlemiseks hädavajalik. Hielscheri ultraheli seadmed tagavad CIP (puhas kohapeal) ja SIP (steriliseeritavad kohapeal), mis tagavad ohutu ja tõhusa tootmise vastavalt farmaatsiatooteid käsitlevatele standarditele. Kõik spetsiifilised ultraheliprotsessid on kergesti testitud laboris või pink-top skaalal. Nende uuringute tulemused on täiesti reprodutseeritavad, nii et järgmine skaalatugevus on lineaarselt ja seda on lihtne teha ilma täiendavate jõupingutusteta protsessi optimeerimise osas.