Hielscher Ultra ääni tekniikka

Ultraääni käsittely Nanohiukkasilla varten Pharmaceuticals

Ultrasound on innovatiivinen teknologia, jota käytetään onnistuneesti sonokemiallisesti Synteesi, deagglomeraatio, hajonta, Emulgointikoe, hiukkasten toiminnallistaminen ja aktivointi. Erityisesti nanoteknologiassa ultraääni on olennainen tekniikka nanokokoisten materiaalien synteesiin ja käsittelyyn. Koska nanoteknologia on saavuttanut tämän merkittävän tieteellisen kiinnostuksen, nanokokoisia hiukkasia hyödynnetään erittäin monilla tieteellisillä ja teollisilla aloilla. Pharma-haara on löytänyt tämän joustavan ja muuttuvan materiaalin suuret mahdollisuudet. Niinpä nanohiukkaset ovat mukana erilaisissa lääketieteellisissä sovelluksissa, kuten:

  • lääkeaineen luovutus (kantaja)
  • diagnostisia tuotteita
  • tuotepakkaukset
  • biomarkkerin löytö

Nanomateriaalien Pharmaceuticals

Erityisesti lääkeaineen antaminen nanohiukkasten kautta on jo osoittautunut menetelmä aktiivisten aineiden, joita on annettu ennen suun kautta tai ruiskeena, toimittamiseen. (Bawa 2008) Nanoformuloidut lääkeaineet voidaan annostella ja toimittaa paljon tehokkaammin, kun uudet tekniikat avaavat täysin uusia lääketieteellisiä hoitomuotoja. Tämä suuri potentiaalinen tekniikka auttaa toimittamaan huumeita, lämpöä tai muita vaikuttavia aineita tiettyihin soluihin eli sairaisiin soluihin. Tällä suoralla lääkekuljetuksella terveellisiä soluja ei ole levinnyt lääkkeiden vaikutuksille. Yksi ala, sillä nanoformuloidut lääkkeet jo osoittavat lupaavia tuloksiaan syöpähoidosta. Syöpähoidossa on nano-kokoisten aineiden suuri etu, että suuria annoksia lääkemolekyylejä voidaan toimittaa suoraan tuumorisoluihin maksimaalisiin vaikutuksiin ja minimoida muiden elinten sivuvaikutukset. (Liu et ai. 2008) Tämä etu johtaa nanokokoon siten, että hiukkaset pystyvät kuljettamaan soluseinämiä ja kalvoja ja vapauttamaan lääkeaineen aktiiviset aineet suoraan kohdennettuihin soluihin.

Nanomateriaalien käsittely

Koska nanomateriaaleja pidetään hiukkasina, joiden ulottuvuus on alle 100 nm, tämä tarkoittaa, että näiden aineiden tuotanto ja käsittely vaativat suurempia ponnisteluja.
Nanohiukkasten muodostamiseksi ja käsittelemiseksi agglomeraatteja on katkaistava ja liimausvoimat on voitettava. Ultraääni kavitaatio on tunnettu tekniikka nanomateriaalien poistamiseksi ja hajottamiseksi. Nanomateriaalien ja muotojen monimuotoisuus avaa lukuisia muutoksia farmaseuttiseen tutkimukseen. hiilinanoputket (CNT: t) on suuri sisäinen tilavuus, joka sallii enemmän lääkeainemolekyylejä kapseloimiseksi ja niillä on erilliset sisä- ja ulkopinnat funktionalisoinnille. (Hilder et al., 2008) Tällä tavoin CNT: t pystyvät kuljettamaan erilaisia ​​molekyylejä, kuten aktiivisia aineita, DNA: ta, proteiineja, peptidejä, kohdistamalla ligandeja jne. Soluihin. CNT: t on tunnustettu pohjimmiltaan nanomateriaaleiksi ja niillä on ollut yksi nanotieteen ja nanoteknologian aktiivisimmista aloista. MWCNT koostuu 2-30 samankeskisestä grafiitikerroksesta, joiden halkaisija on 10 - 50 nm ja pituus yli 10 μm. Toisaalta SWCNT on paljon ohuempi, halkaisija vaihtelee välillä 1,0 - 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanopartikkelit ja nanoputket voivat päästä soluihin ja ne voidaan ottaa kokonaan käyttöön. Erityisesti funktionalisoitujen hiilinanoputkien (f-CNT: t) tiedetään parantavan liukoisuutta ja mahdollistavat tehokkaan kasvainten kohdentamisen. Tällä tavoin f-CNT: t, SWNT: t ja MWNT: t estetään sytotoksiselta (= toksinen soluille) ja muuttamalla immuunijärjestelmän toimintaa. Esimerkiksi, Yksikerroksiset hiilinanoputket (SWCNT) voidaan tuottaa sonokemiallisella tavalla: Korkean puhtauden SWCNT: t voidaan saada nestemäisellä liuoksella sonikoimalla silikajauhetta 20 minuutin ajan. huoneenlämpötilassa ja ympäristön paineessa. (Srinivasan 2005)

Sonokemiallisesti valmistetut yksiosainen hiilinanoputket (SWNT / SWCNT)

Kuva 1: SWCNT: n sonokemiallinen tuotanto. Ferrosseeni-ksyleeni-seoksessa olevaa piidioksidijauhetta on sonikoitu 20 minuutin ajan. huoneenlämpötilassa ja ympäristön paineessa. Sonication tuottaa korkean puhtauden SWCNTS silikauheen pinnalle. (Jeong et ai. 2004)

Funktionaaliset hiilinanoputket (f-CNT) voivat myös toimia rokotteenjakelujärjestelminä. Peruskonsepti on liittää antigeeni hiilinanoputkiin säilyttäen samalla sen konformaatiota, jolloin vasta-ainevaste saadaan aikaan oikealla spesifisyydellä.
Keraamiset nanopartikkelit eli johdetut piidioksidi, titanialla tai alumiinioksidilla, on huokoinen hiukkaspinta, joka tekee niistä ihanteellisen lääkeaineen.

Ultrasonic synteesi ja sademäärät nanopartikkeleista

Nanopartikkeleita voidaan tuottaa alhaalta ylöspäin synteesin tai saostumisen avulla. sonokemian on yksi aikaisimmista tekniikoista, joita käytetään nanosyyttiyhdisteiden valmistamiseen. Kokeile alkuperäisessä työssäsi sonicated Fe (CO) 5 joko siistinä nesteenä tai deaclin-liuoksena ja saatuja 10-20 nm: n kokoisia amorfisia raudan nanopartikkeleita. Yleensä ylikyllästetty seos alkaa muodostaa kiinteitä partikkeleita erittäin tiivistetystä materiaalista. Ultrasonication parantaa esikursoreiden sekoittumista ja lisää massansiirtoa hiukkasen pinnalle. Tämä johtaa pienempään hiukkaskokoon ja suurempaan yhdenmukaisuuteen.

Ultraäänihomogenisaattorit mahdollistavat nano-materiaalien tehokkaan hajotuksen, purkamisen ja funktionalisoinnin.

Kuva. 1: Hielscherin laboratoriolaite UP50H pienien määrien, esim. MWNT: n hajottamiseksi.

Nanohiukkasten ultraäänifunktio

Nano- partikkeleiden saamiseksi erityisillä ominaisuuksilla ja toiminnoilla hiukkasten pinta on muutettava. Erilaisia ​​nanosysteemejä, kuten polymeerisiä nanopartikkeleita, liposomeja, dendrimereitä, hiilinanoputkia, kvanttipisteitä jne., Voidaan onnistuneesti funktionaalisesti käyttää tehokkaasti farmaseuttisiin valmisteisiin.
Jokaisen yksittäisen hiukkasen täydellisen pinnan funktionalisoimiseksi tarvitaan hyvä dispersiomenetelmä. Hajaantuneena, hiukkaset ympäröivät tyypillisesti hiukkasen pinnalle kiinnitettyjen molekyylien rajakerros. Jotta uudet toiminnalliset ryhmät pääsisivät hiukkasen pintaan, tämä rajakerros on hajotettava tai poistettava. Ultraääni kavitaation aiheuttamat nestemäiset suihkut voivat saavuttaa jopa 1000 km / h nopeudet. Tämä jännitys auttaa voittamaan houkuttelevat voimat ja kantaa funktionaaliset molekyylit hiukkasen pinnalle. Sonokemiassa tätä vaikutusta käytetään parantamaan dispergoitujen katalyyttien suorituskykyä.

Käytännön esimerkki:

SWCNT: n ultraäänifunktio PL-PEG: llä: Zeineldin et ai. (2009) osoittivat, että yksiseinämäisten hiilinanoputkien (SWNT) dispersio ultraäänimittauksella fosfolipidipolyetyleeniglykolilla (PL-PEG) pilkkoo sen, mikä häiritsee sen kykyä estää solujen epäspesifinen sisäänotto. Kuitenkin kehittelemätön PL-PEG edistää spesifistä soluvälitteistä kohdennettua SWNT: ää kahdelle eri luokalle reseptoreista, joita syöpäsolut ilmaisivat. Ultraäänikäsittely PL-PEG: n läsnä ollessa on tavanomainen menetelmä hiilinanoputkien dispergoimiseksi tai funktionalisoimiseksi ja PEG: n eheys on tärkeä edistää ligandin funktionaalisten nanoputkien spesifistä solujen käyttöönottoa. Koska fragmentaatio on todennäköinen seuraus ultraäänilaatiosta, tekniikka, jota yleisesti käytetään levittämään SWNT: itä, tämä saattaa olla huolta tietyistä sovelluksista, kuten lääkkeen toimittamisesta.

Ultrasuodatuslaitteisto, kuten ultraäänilaite UP400S, on täydellinen työkalu hajottamiseen ja fragmentointiin SWCNT: iin lääkevalmisteiden valmistamiseksi.

Kuva 2: SWCNT: n ultraäänidispersio PL-PEG: llä (Zeineldin et ai., 2009)

Ultrasuurinen liposomimuodostus

Toinen onnistunut ultraäänitutkimus on liposomien ja nano-liposomien valmistaminen. Liposomipohjaisilla lääke- ja geenijärjestelmillä on merkittävä rooli monissa hoitomuodoissa, mutta myös kosmetiikassa ja ravitsemuksessa. Liposomit ovat hyviä kantajia, koska vesiliukoiset aktiiviset aineet voidaan sijoittaa liposomien vesipitoiseen keskukseen tai, jos aine on rasvaliukoinen, lipidikerrokseen. Liposomeja voidaan muodostaa käyttämällä ultrasonioita. Liposomipreperaation perusmateriaali ovat amfilimolekyylejä, jotka on johdettu tai perustuvat biologisiin kalvolipideihin. Pienten unilamellaaristen vesikkelien (SUV) muodostamiseksi lipididispersio sonikoidaan varovasti – esimerkiksi kädessä pidettävän ultraäänilaitteen kanssa UP50H (50W, 30kHz) VialTweeter tai ultraäänireaktoriin UTR200 – jäähauteessa. Tällaisen ultraäänikäsittelyn kesto kestää n. 5 - 15 minuuttia. Toinen menetelmä pienien unilamellaaristen vesikkelien valmistamiseksi on multi-lamellin vesikkelipliosomeiden sonikointi.
Dinu-Pirvu et ai. (2010) raportoi transferosomien saamisen sonicating MLVs huoneenlämpötilassa.
Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia ​​ultraäänilaitteita, sonotrodeja ja lisävarusteita kaikenlaisten prosessien vaatimusten täyttämiseksi.

Aineiden ultraäänikapselointi liposomeihin

Liposomit toimivat aktiivisten aineiden kantajina. Ultrasound on tehokas väline liposomien valmistamiseksi ja muodostamiseksi aktiivisten aineiden sulkemiseksi. Ennen kapselointia liposomit pyrkivät muodostamaan klusterit johtuen fosfolipidin polaaristen pään (Míckova et al. 2008) pinnan lataus-varauksen vuorovaikutuksesta, ja lisäksi ne on avattava. Esimerkkinä Zhu et ai. (2003) kuvaavat biotiinijauheen kapselointia liposomeissa ultrashoidolla. Kun biotiinijauhe lisättiin vesikkeli-suspensio-liuokseen, liuos on sonikoidut noin. 1 tunti. Tämän hoidon jälkeen biotiini suljettiin liposomeihin.

Liposomaaliset emulsiot

Kosteuttavien tai anti-aging-kremien, -voiteluiden, geelien ja muiden kosmeettisten formulaatioiden kasvatusvaikutuksen lisäämiseksi emulgointiainetta lisätään liposomaalisiin dispersioihin stabiloitavaksi suurempia lipidimääriä. Tutkimukset osoittivat kuitenkin, että liposomien kyky on yleensä rajoitettu. Emulgointiaineita lisäämällä tämä vaikutus ilmenee aiemmin ja ylimääräiset emulgointiaineet aiheuttavat heikkenemisen fosfatidyylikoliinin eston affiniteetilla. nanopartikkelit – jotka koostuvat fosfatidyylikoliinista ja lipideistä - ovat vastaus tähän ongelmaan. Nämä nanopartikkelit on muodostettu öljypisaroilla, jotka on peitetty fosfatidyylikoliinin yksikerroksella. Nanohiukkasten käyttö mahdollistaa formulaatioiden, jotka kykenevät absorboimaan enemmän lipidejä ja pysyvät stabiileina, joten emulgointiaineita ei tarvita.
Ultrasonication on osoittautunut menetelmä nanoemulsioiden ja nanodispersioiden tuottamiseksi. Erittäin voimakas ultraääni tuottaa tarvittavan tehon nestefaasin (dispergoituneen faasin) dispergoimiseksi pienissä pisaroissa toisessa vaiheessa (jatkuva vaihe). Hajotusvyöhykkeessä implantoitavat kavitaatiokuplat aiheuttavat voimakkaita iskuja ympäröivässä nesteessä ja aiheuttavat nestemäisten suihkuttimien muodostumista, joilla on suuri nestevirtaus. Dispersiofaasin äskettäin muodostuneiden pisaroiden stabiloimiseksi yhteenlaskua vastaan ​​emulgointiaineita (pinta-aktiivisia aineita, pinta-aktiivisia aineita) ja stabilisaattoreita lisätään emulsioon. Kun pisaroiden sekoittuminen häiriön jälkeen vaikuttaa lopulliseen pisarakokoon jakautumiseen, emulgointiaineita tehokkaasti stabiloimalla käytetään lopullisen pisarakoon jakautumisen ylläpitämiseen tasolle, joka on yhtä suuri kuin jakautuminen välittömästi ultraäänen dispergointivyöhykkeen pisaroiden hajotuksen jälkeen.

Liposomaaliset dispersiot

Lysosomaaliset dispersiot, jotka perustuvat tyydyttymättömään fosfatidyyliklooriin, eivät ole stabiiliutta hapettumista vastaan. Dispersion stabilointi voidaan saavuttaa antioksidantteilla, kuten vitamiinien C ja E kompleksilla.
Ortan et ai. (2002) saavutettiin tutkimuksessa, joka koski Anethum graveolensin eteerisen öljyn liposomien valmistusta, hyviä tuloksia. Sonication jälkeen liposomien mittasuhde oli välillä 70 - 150 nm ja MLV välillä 230-475 nm; nämä arvot olivat suunnilleen vakioita myös 2 kuukauden kuluttua, mutta 12 kuukauden kuluttua, erityisesti SUV-hajonnassa (ks. jäljempänä olevat histogrammit). Stabiilisuuden mittaus eteerisen öljyn häviämisen ja kokojakauman osalta osoitti myös, että liposomaaliset dispersiot säilyttävät haihtuvan öljyn pitoisuuden. Tämä viittaa siihen, että eteerisen öljyn sulkeutuminen liposomeihin lisäsi öljyn stabiilisuutta.

Ultrakorkeasti valmistetut monilamelliariset vesikkelit (MLV) ja yksittäiset lamelliputket (SUV) osoittavat hyvän stabiilisuuden olennaisen öljyhäviön ja partikkelikokojakauman suhteen.

Kuva 3: Ortan et ai. (2009): MLV- ja SUV-dispersioiden vakaus vuoden kuluttua. Liposomaaliset formulaatiot varastoitiin 4 ± 1 ºC: ssa.

Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja ultrasuorasta liposomivalmistelusta!

ultraääni vaikutukset

Nanohiukkasten ultraäänituotannon ohella näiden aineiden käsittely on laaja ala ultraäänilaitteiden käyttöön. Agglomeraatit on rikki, hiukkaset on detangled ja / tai dispergoitava, pinnat on aktivoitava tai funktionalisoitava ja nano-pisaroita on emulgoitava. Kaikkien näiden käsittelyvaiheiden osalta ultraääni on osoittautunut olennaiseksi menetelmäksi. Suuritehoinen ultraääni tuottaa voimakkaita vaikutuksia. Kun nesteitä sonikoidaan suurilla voimakkuuksilla, nestemäiseen väliaineeseen etenevät ääni-aallot johtavat vuorotellen korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineisia (harvinainen) syklejä, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Alhaisen paineenvaihtelun aikana suuritehoiset ultraääni-aallot muodostavat pieniä alipainekuplia tai tyhjiä nesteitä. Kun kuplat saavuttavat tilavuuden, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa, ne törmäävät voimakkaasti korkeapainesyklin aikana. Tätä ilmiötä kutsutaan kavitaatio.
Kavitaatiokuplien implisointi johtaa mikro-turbulensseihin ja mikro-suihkukoneisiin, jotka ovat jopa 1000 km / h. Suureet hiukkaset ovat alttiina pinnan eroosiolle (kavitaation romahtamisen ympäröivässä nesteessä) tai hiukkaskokovuorossa (johtuen fissiosta partikkelien välisen törmäyksen tai pinnalla muodostettujen kavitaatiokuplien romahtamisen vuoksi). Tämä johtaa diffuusiota, massansiirtoprosesseja ja kiinteän faasin reaktioita nopeaan kiihtyvyyteen kiteytymiskokoon ja rakenteiden muuttuessa. (Suslick 1998)

Ultraäänikäsittelylaitteet

Hielscher on korkealaatuisten ja korkean suorituskyvyn ultraääniprosessoreiden huippu toimittaja laboratorio- ja teollisuuskäyttöön. Laitteet vaihtelevat välillä 50 wattia aikeissa 16000 wattia anna löytää oikea ultraääniprosessori jokaiselle tilavuudelle ja jokaiselle prosessille. Korkean suorituskyvyn, luotettavuuden, kestävyyden ja helppokäyttöisyyden ansiosta ultraäänikäsittely on tärkeä tekniikka nanomateriaalien valmistuksessa ja käsittelyssä. Hielscherin ultraäänilaitteiden CIP (clean-in-place) ja SIP (steriloida-in-place) -laitteilla varustettu laite takaa turvallisen ja tehokkaan valmistuksen lääketurvallisuusstandardien mukaisesti. Kaikki erityiset ultraääniprosessit voidaan helposti testata lab tai penkki-top mittakaavassa. Näiden kokeiden tulokset ovat täysin toistettavissa, joten seuraava asteikko on lineaarisesti ja voidaan helposti tehdä ilman lisäprosesseja prosessin optimointiin.

Sono-synteesi voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana prosessina.

Kuva. 2: Ultraäänivirtausyksikön reaktori mahdollistaa jatkuvan käsittelyn.

Kirjallisuus / Viitteet

  • Bawa, Raj (2008): Nanopartikkelinpohjainen Therapeutics ihmisillä: tutkimus. : Nanoteknologia laki & Liiketoiminta, kesä 2008.
  • Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): Elastiset vesikkelit lääkeaineina ihon läpi. Julkaisussa: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bukarestissa.
  • Hilder, Tamsyn A .; Hill, James M. (2008): Syöpälääkkeen sisplatiinin kapselointi nanoputkiin. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, Soo-Hwan; Ko, Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): Sonokemiallinen reitti yksisilmaisille hiilinanoputkille ympäristön olosuhteissa. Julkaisussa: Journal of American Chemical Society 126/2004; s. 15982-15983.
  • Ko, WEOn BAE; Park, Byoung Eun; Lee, nuori min; Hwang, Sung Ho (2009): fullereenin synteesi [C60]-kullanväriset nanohiukkaset, joissa käytetään ionittömiä pinta-ja spolysorbaattia 80 ja Brij 97. In: lehti keraamisten jalostus tutkimusten Vol. 10, 1/2009; s. 6-10.
  • Liu, Zhuang; Chen, kai; Davis, Corrine; Sherlock, Sarah; Cao, Qizhen; Chen Xiaoyuan; Dai, Hongjie (2008): huumeiden toimitus Hiilinanoputkissa in vivo syövän hoidossa. In: syöpä tutkimus 68; 2008.
  • Mícková, A .; Tománková, K .; Kolárová, H .; Bajgar, R .; Kolár, P .; Sunka, P .; Plencner, M .; Jakubová, R .; Benes, J .; Kolácná, L .; Plánka, A .; Amler, E. (2008): Ultraääni Shock-Wave kontrollointimekanismina liposomien huumeiden jakelujärjestelmälle mahdollisissa käyttökohteissa eläimille, jotka on istutettu eläimille, joilla on Iatrogenic articular cartilage -viat. Julkaisija: Acta Veterianaria Brunensis Voi. 77, 2008; s. 285-280.
  • Nahar, M .; Dutta, T .; Murugesan, S .; Asthana, A .; Mishra, D .; Rajkumar, V .; Tare, M .; Saraf, S .; Jain, NK (2006): Funktionaaliset polymeeriset nanopartikkelit: tehokas ja lupaava väline aktiivisten bioaktiivisten aineiden toimittamiseen. Julkaisussa: Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems, voi. 23, 4/2006; s. 259 - 318.
  • Ortan, Alina; Campeanu, Gh .; Dinu-Pirvu, Cristina; Popescu, Lidia (2009): Tutkimukset Anethum graveolens eteerisen öljyn sulkemisesta liposomeihin. Julkaisussa: Poumanian Biotechnological Letters Vol. 14, 3/2009; s. 4411-4417.
  • Srinivasan, C. (2008): Hiilinanoputket syöpähoidossa. Julkaisussa: Current Science, Vol.93, No.3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005) "SOUND" -menetelmä yksiseinämäisten hiilinanoputkien synteesiä ympäristön olosuhteissa. In: Current Science, s. 8, nro 1, 2005, s. 12-13.
  • Suslick, Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, Voi. 26, 1998, s. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik, Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): Polyetyleeniglykolin eheyden rooli syövän soluissa olevien hiilinanoputkien spesifisessä reseptorikohdistuksessa. Julkaisija: Nano Letters 9/2009; s. 751-757.
  • Zhu, Hai Feng; Li, Jun Bai (2003): Biotinfunktionaalisten liposomien tunnistaminen. Julkaisussa: Chinese Chemicals Letters Vol. 14, 8/2003; s. 832-835.

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.