Ultrasonic Pengolahan Nano Partikel untuk Farmasi

Sonikator tipe probe memainkan peran penting dalam penelitian dan manufaktur farmasi dengan menyediakan sarana yang kuat dan terkontrol untuk mencapai pengurangan ukuran partikel, gangguan sel, dan homogenisasi. Sonic menggunakan gelombang ultrasonik untuk menghasilkan kavitasi, menghasilkan pembentukan dan runtuhnya gelembung mikroskopis. Fenomena ini menghasilkan gaya geser dan gelombang kejut yang intens, secara efektif memecah partikel atau mengganggu sel.

Berikut adalah beberapa aspek kunci dari penggunaan sonicator tipe probe dalam aplikasi farmasi:

• Pengurangan Ukuran Partikel: Sonikator probe digunakan untuk mengurangi ukuran partikel bahan farmasi aktif (API) atau senyawa lainnya. Ukuran partikel yang kecil dan seragam sangat penting untuk meningkatkan ketersediaan hayati, laju pembubaran, dan kemanjuran keseluruhan formulasi farmasi.
• Gangguan Sel: Dalam penelitian biofarmasi, sonicator probe digunakan untuk gangguan sel untuk melepaskan komponen intraseluler. Ini sangat penting untuk ekstraksi protein, enzim, dan biomolekul lainnya dari sel mikroba atau sel mamalia yang dikultur.
• Homogenisasi: Homogenisasi formulasi farmasi sangat penting untuk memastikan distribusi bahan yang seragam. Sonikator probe membantu mencapai homogenitas dengan memecah aglomerat dan menyebarkan komponen secara merata.
• Pembentukan Nanoemulsi dan Liposom: Sonikasi digunakan untuk membuat nanoemulsi dan liposom yang stabil dalam formulasi farmasi. Sistem pengiriman skala nano ini digunakan untuk pengiriman obat untuk meningkatkan kelarutan dan ketersediaan hayati.
• Kontrol Kualitas dan Optimasi Proses: Sonikasi adalah alat yang berharga untuk kontrol kualitas dalam manufaktur farmasi. Ini membantu dalam mengoptimalkan proses dengan memastikan distribusi ukuran partikel yang konsisten dan homogenitas, berkontribusi pada reproduktifitas batch-to-batch.
• Formulasi dan Pengembangan Obat: Selama formulasi dan pengembangan obat, sonicator probe digunakan untuk menyiapkan suspensi stabil, emulsi, atau dispersi. Ini sangat penting untuk merancang produk farmasi dengan sifat fisik dan kimia yang diinginkan.

Nanomaterials dalam Farmasi

Teknologi ultrasonik memainkan peran penting dalam persiapan, pemrosesan, dan fungsionalisasi nanomaterial dalam penelitian dan manufaktur farmasi. Efek intens dari ultrasound berdaya tinggi, termasuk kavitasi akustik, berkontribusi untuk memecah aglomerat, menyebarkan partikel, dan mengemulsi tetesan nano. Sonikator berkinerja tinggi Hielscher memberikan solusi yang andal dan efisien untuk standar farmasi, memastikan produksi yang aman dan memfasilitasi peningkatan skala tanpa upaya pengoptimalan tambahan.

Pengolahan Nanomaterials

Nanomaterial, terutama nanopartikel, telah merevolusi pengiriman obat dalam farmasi, menawarkan metode yang terbukti untuk memberikan agen aktif secara oral atau melalui injeksi. Teknologi ini meningkatkan efisiensi dosis dan pengiriman obat, membuka jalan baru untuk perawatan medis. Kemampuan untuk mengirimkan obat, panas, atau zat aktif lainnya langsung ke sel-sel tertentu, terutama sel-sel yang sakit, menandai kemajuan yang signifikan.

Dalam terapi kanker, obat yang diformulasikan nano telah menunjukkan hasil yang menjanjikan, memanfaatkan keunggulan partikel berukuran nano untuk memberikan dosis obat tinggi langsung ke sel tumor, memaksimalkan efek terapeutik sambil meminimalkan efek samping pada organ lain. Ukuran skala nano memungkinkan partikel-partikel ini melewati dinding dan membran sel, melepaskan agen aktif tepat pada sel yang ditargetkan.

Memproses nanomaterial, yang didefinisikan sebagai partikel dengan dimensi kurang dari 100nm, menghadirkan tantangan yang menuntut upaya yang lebih tinggi. Kavitasi ultrasonik muncul sebagai teknologi yang mapan untuk mendeaglomerasi dan menyebarkan nanomaterial. Tabung Nano Karbon (CNT), terutama Nanotube Karbon Berdinding Multi (MWCNT) dan Nanotube Karbon Berdinding Tunggal (SWCNT), menampilkan sifat unik, menawarkan volume bagian dalam yang besar untuk merangkum molekul obat dan permukaan yang berbeda untuk fungsionalisasi.
 

Produksi sonokimia SWCNT. Bubuk silika dalam larutan campuran ferrosen-xilena telah disonikasi selama 20 menit pada suhu kamar dan di bawah tekanan sekitar. Sonikasi menghasilkan SWCNTS dengan kemurnian tinggi pada permukaan bubuk silika. (Jeong dkk. 2004)

Tabung Nano Karbon Fungsional (f-CNTs) memainkan peran penting dalam meningkatkan kelarutan, memungkinkan penargetan tumor yang efisien, dan menghindari sitotoksisitas. Teknik ultrasonik memfasilitasi produksi dan fungsionalisasi mereka, seperti metode sonokimia untuk SWCNT dengan kemurnian tinggi. Selain itu, f-CNT dapat berfungsi sebagai sistem pengiriman vaksin, menghubungkan antigen ke tabung nano karbon untuk menginduksi respons antibodi spesifik.
Nanopartikel keramik yang berasal dari silika, titania, atau alumina menghadirkan permukaan berpori, menjadikannya pembawa obat yang ideal. Sintesis ultrasonik dan pengendapan nanopartikel, memanfaatkan sonokimia, memberikan pendekatan bottom-up untuk menyiapkan senyawa ukuran nano. Proses ini meningkatkan perpindahan massa, menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dan keseragaman yang lebih tinggi

Sintesis Ultrasonik dan Pengendapan Nanopartikel

Ultrasonication memainkan peran penting dalam fungsionalisasi nanopartikel. Teknik ini secara efisien memecah lapisan batas di sekitar partikel, memungkinkan gugus fungsi baru mencapai permukaan partikel. Misalnya, fungsionalisasi ultrasonik Nanotube Karbon Berdinding Tunggal (SWCNT) dengan fragmen PL-PEG mengganggu penyerapan sel nonspesifik sambil mempromosikan penyerapan seluler spesifik untuk aplikasi yang ditargetkan.

Untuk mendapatkan nanopartikel dengan karakteristik dan fungsi tertentu, permukaan partikel harus dimodifikasi. Berbagai nanosystem seperti nanopartikel polimer, liposom, dendrimer, nanotube karbon, titik kuantum dll dapat berhasil difungsikan untuk penggunaan yang efisien di farmasi.

Contoh Praktis Fungsi Partikel Ultrasonik:

Fungsi Ultrasonik SWCNTs oleh PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) menunjukkan bahwa dispersi nanotube karbon berdinding tunggal (SWNTs) dengan ultrasonikasi dengan fragmen fosfolipid-polietilen glikol (PL-PEG) itu, sehingga mengganggu kemampuannya untuk memblokir serapan nonspesifik oleh sel. Namun, PL-PEG yang tidak terfragmentasi mempromosikan serapan seluler spesifik dari SWNT yang ditargetkan ke dua kelas reseptor yang berbeda yang diungkapkan oleh sel kanker. Perlakuan ultrasonik dengan adanya PL-PEG adalah metode umum yang digunakan untuk menyebarkan atau memfungsikan nanotube karbon dan integritas PEG penting untuk mendorong serapan seluler spesifik dari ligan fungsional nanotube. Karena fragmentasi adalah konsekuensi dari ultrasonication, teknik yang biasa digunakan untuk menyebarkan SWNTs, ini mungkin menjadi perhatian untuk aplikasi tertentu seperti pengiriman obat.
 

Dispersi ultrasonik SWCNT dengan PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Formasi Liposome Ultrasonik

Aplikasi ultrasound lain yang sukses adalah persiapan liposom dan nano-liposom. Sistem pengiriman obat dan gen berbasis liposom memainkan peran penting dalam berbagai terapi, tetapi juga dalam kosmetik dan nutrisi. Liposom adalah pembawa yang baik, karena agen aktif yang larut dalam air dapat ditempatkan ke dalam pusat berair liposom atau, jika agen tersebut larut dalam lemak, di lapisan lipid. Liposom dapat dibentuk dengan menggunakan ultrasonik. Bahan dasar untuk persiapan liposom adalah molekul amfilik yang berasal atau didasarkan pada lipid membran biologis. Untuk pembentukan vesikel unilamellar kecil (SUV), dispersi lipid disonikasi dengan lembut – misalnya dengan ultrasonicator genggam UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter atau klakson cangkir ultrasonik. Durasi perawatan ultrasonik semacam itu berlangsung sekitar 5 – 15 menit. Metode lain untuk menghasilkan vesikel unilamellar kecil adalah sonikasi liposom vesikel multi-lamela.
Mahendar-Pirvu et al. (2010) laporan mendapatkan transferosomes oleh sonicating MLVs pada suhu kamar.
Hielscher Ultrasonics menawarkan berbagai perangkat ultrasonik, sonotrodes dan aksesoris untuk memenuhi persyaratan dari semua jenis proses.
Baca lebih lanjut tentang ekstrak lidah buaya yang diekstraksi dan dienkapsulasi secara ultrasonik!

Ultrasonik Enkapsulasi Agen ke Liposom

Liposom bekerja sebagai pembawa untuk agen aktif. Ultrasound adalah alat yang efektif untuk mempersiapkan dan membentuk liposom untuk menjebak agen aktif. Sebelum enkapsulasi, liposom cenderung membentuk gugus karena interaksi pengisian muatan permukaan kepala kutub fosfolipid (Míckova et al 2008. 2008), selanjutnya harus dibuka. Sebagai contoh, Zhu dkk. (2003) menjelaskan enkapsulasi bubuk biotin dalam liposom dengan ultrasonication. Saat bubuk biotin ditambahkan ke dalam larutan suspensi vesikula, solusinya telah disonikasi untuk kira-kira. 1 jam. Setelah perawatan ini, biotin terperangkap dalam liposom.

Emulsi Liposomal

Untuk meningkatkan efek pemeliharaan pelembab atau pelangsing anti penuaan, lotion, gel dan formulasi cosmeceutical lainnya, pengemulsi ditambahkan ke dispersi liposom untuk menstabilkan jumlah lipid dalam jumlah yang lebih tinggi. Namun penyelidikan telah menunjukkan bahwa kemampuan liposom pada umumnya terbatas. Dengan penambahan pengemulsi, efek ini akan muncul lebih awal dan pengemulsi tambahan menyebabkan pelemahan pada afinitas penghalang fosfatidilkolin. Nanopartikel – terdiri dari fosfatidilkolin dan lipid - adalah jawaban untuk masalah ini. Nanopartikel ini dibentuk oleh tetesan minyak yang ditutupi oleh monolayer fosfatidilkolin. Penggunaan nanopartikel memungkinkan formulasi yang mampu menyerap lebih banyak lipid dan tetap stabil, sehingga pengemulsi tambahan tidak diperlukan.
Ultrasonikasi adalah metode yang telah terbukti untuk memproduksi nanoemulsi dan nanodispersi. Ultrasound yang sangat intensif memasok daya yang diperlukan untuk menyebarkan fase cair (fase terdispersi) dalam tetesan kecil dalam fase kedua (fase kontinyu). Di zona pendispersi, gelembung es yang meledak menyebabkan gelombang kejut intensif di sekitar cairan dan menghasilkan pembentukan pancaran cairan dengan kecepatan cairan tinggi. Untuk menstabilkan tetesan fase dispersi yang baru terbentuk melawan koalesensi, pengemulsi (zat aktif permukaan, surfaktan) dan zat penstabil ditambahkan ke emulsi. Sebagai penggabungan tetesan setelah gangguan mempengaruhi distribusi ukuran tetesan terakhir, pengubah emulsifier yang efisien digunakan untuk mempertahankan distribusi ukuran tetesan terakhir pada tingkat yang sama dengan distribusi segera setelah gangguan tetesan di zona pendispersi ultrasonik.

Dispersi Liposomal

Dispersi liposomal, yang didasarkan pada fosfatidilklorin tak jenuh, kurang stabil terhadap oksidasi. Stabilisasi dispersi dapat dicapai dengan antioksidan, seperti oleh kompleks vitamin C dan E.
Ortan dkk. (2002) dicapai dalam penelitian mereka mengenai persiapan ultrasonik minyak esensial Anethum graveolens dalam liposomes hasil yang baik. Setelah sonikasi, dimensi liposom antara 70-150 nm, dan untuk MLV antara 230-475 nm; Nilai ini kira-kira konstan juga setelah 2 bulan, namun setelah 12 bulan, terutama pada dispersi SUV (lihat histogram di bawah). Pengukuran stabilitas, mengenai kehilangan esensi minyak dan distribusi ukuran, juga menunjukkan bahwa dispersi liposom mempertahankan kandungan esensi minyak. Ini menunjukkan bahwa jeratan minyak esensial di liposom meningkatkan stabilitas minyak.
 

Stabilitas dispersi MLV dan SUV setelah 1 tahun. Formulasi liposom disimpan pada suhu 4±1 ºC.
(Studi dan grafik: ©Ortan et al., 2009):

 
Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang persiapan liposom sebuah ultrasonik!

Sonicator Kinerja Tinggi untuk Penelitian dan Manufaktur Farmasi

Hielscher Ultrasonics adalah pemasok teratas sonicator berkualitas tinggi dan berkinerja tinggi untuk penelitian dan pembuatan obat-obatan. Perangkat dalam kisaran dari 50 watt hingga 16.000 watt memungkinkan untuk menemukan prosesor ultrasonik yang tepat untuk setiap volume dan setiap proses. Dengan kinerja tinggi, keandalan, kekokohan, dan pengoperasian yang mudah, perawatan ultrasonik merupakan teknik penting untuk persiapan dan pemrosesan nanomaterial. Dilengkapi dengan CIP (clean-in-place) dan SIP (sterilize-in-place), sonicators Hielscher menjamin produksi yang aman dan efisien sesuai dengan standar farmasi. Semua proses ultrasonik spesifik dapat dengan mudah diuji di laboratorium atau skala bench-top. Hasil dari uji coba ini sepenuhnya dapat direproduksi, sehingga peningkatan skala berikut bersifat linier dan dapat dengan mudah dilakukan tanpa upaya tambahan terkait optimasi proses.

Hielscher Sonicators: Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Ultrasonicators Hielscher terkenal dengan kualitas dan standar desainnya yang tertinggi. Ketahanan dan pengoperasian yang mudah memungkinkan integrasi ultrasonicator kami ke dalam fasilitas industri. Kondisi kasar dan lingkungan yang menuntut mudah ditangani oleh ultrasonicator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan penekanan khusus pada ultrasonicators berkinerja tinggi yang menampilkan teknologi canggih dan keramahan pengguna. Tentu saja, ultrasonicators Hielscher sesuai dengan CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA dan RoHs.

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Literatur / Referensi