Teknologi ultrasound Hielscher

Ultrasonic Pengolahan Nano Partikel untuk Farmasi

Ultrasound adalah teknologi inovatif yang berhasil digunakan untuk sonochemical Sintesis, deagglomeration, Dispersi, Emulsifying, functionalization dan pengaktifan partikel. Khususnya dalam nanoteknologi, ultrasonikasi adalah teknik penting untuk sintesis dan pengolahan bahan nano. Karena nanoteknologi ini telah memperoleh minat ilmiah yang besar, partikel berukuran nano digunakan luar biasa di berbagai bidang ilmiah dan industri. Cabang farmasi juga telah menemukan potensi material fleksibel dan bervariasi. Akibatnya, nanopartikel terlibat dalam berbagai aplikasi fungsional di industri farmasi, hal ini meliputi:

  • pembawa obat (carrier)
  • produk diagnostik
  • pengemasan produk
  • penemuan biomarker

Nanomaterials dalam Farmasi

Terutama, untuk pengiriman obat melalui nanopartikel sudah menjadi metode yang terbukti untuk mengantarkan agen aktif yang telah diberikan sebelum oral atau dengan suntikan. (Bawa 2008) Obat yang diformulasikan dengan nano dapat ditutup dan dikirim dengan lebih efisien karena teknik baru membuka cara pengobatan medis yang benar-benar baru. Teknologi berpotensi tinggi ini membantu pengiriman obat-obatan, panas, atau zat aktif lainnya ke sel tertentu, yaitu sel-sel yang kena penyakit. Dengan pengiriman obat langsung ini, sel sehat tidak terganggu dari efek obat. Satu bidang, dalam pengobatan yang diformulasikan nano sudah menunjukkan hasil yang menjanjikan untuk terapi kanker. Dalam terapi kanker, ini adalah suatu keuntungan besar dari zat berukuran nano sehingga dosis tinggi molekul obat dapat dikirim langsung ke sel tumor untuk efek maksimal sambil meminimalkan efek samping ke organ lainnya. (Liu et al.2008) Keuntungan ini menghasilkan ukuran nano sehingga partikel dapat melewati dinding sel dan membran dan melepaskan agen aktif obat secara langsung ke sel yang ditargetkan.

Pengolahan Nanomaterials

Sebagai Nanomaterials didefinisikan sebagai partikel dengan dimensi kurang dari 100nm ini berarti bahwa produksi dan pengolahan zat ini memerlukan usaha yang lebih tinggi.
Untuk membentuk dan mengolah nanopartikel, aglomerat harus dipecah dan kekuatan ikatan harus diatasi. Kavitasi ultrasonik adalah teknologi terkenal untuk deagglomerate dan membubarkan nanomaterials. Keragaman nanomaterials dan bentuk membuka manifold perubahan untuk farmasi. nanotubes karbon (CNTs) memiliki volume dalam yang besar yang memungkinkan lebih banyak molekul obat untuk dienkapsulasi, dan mereka memiliki permukaan bagian dalam dan luar yang berbeda untuk fungsionalisasi. (Hilder et al., 2008) Dengan demikian, CNT mampu membawa berbagai molekul seperti agen aktif, DNA, protein, peptida, menargetkan ligan dll ke dalam sel. CNT telah diakui sebagai Nanomaterial klasik dan telah memperoleh status dari salah satu bidang yang paling aktif nanosains dan nanoteknologi. MWCNT terdiri dari 2-30 lapisan graphitic konsentris, diameternya berkisar antara 10 sampai 50 nm dan panjangnya lebih dari 10 μm. Di sisi lain, SWCNT jauh lebih tipis, dengan diameter berkisar antara 1,0 sampai 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanopartikel serta nanotube bisa masuk ke sel dan bisa diangkat oleh mereka sepenuhnya. Khususnya Nanotubes Karbon yang funtionalized (f-CNTs) diketahui meningkatkan kelarutan dan memungkinkan penargetan tumor yang efisien. Dengan itu, f-CNTs, SWNTs dan MWNTs dicegah melakukan sitotoksik (= toksik pada sel) dan mengubah fungsi sistem kekebalan tubuh. Sebagai contoh, Nanotubes karbon berdinding tunggal (SWCNTs) dengan kemurnian tinggi dapat diproduksi dengan cara sonokimia: SWCNTs dengan kemurnian tinggi dapat diperoleh dengan larutan cairan dengan mensubstitusi bubuk silika selama 20 menit. Pada suhu kamar dan tekanan ambien. (Srinivasan 2005)

Dosis nanotube karbon berdinding tunggal yang disatukan secara sonokimia (SWNTs / SWCNTs)

Gambar 1: Sonochemical produksi SWCNTs. silika bubuk dalam larutan campuran ferrocene-xylene yang telah sonicated untuk minimum 20 pada suhu kamar dan di bawah tekanan ambient. Sonication memproduksi kemurnian tinggi SWCNTS pada permukaan silika bubuk. (Jeong et al. 2004)

Nanotubes karbon fungsional (f-CNTs) juga dapat bertindak sebagai sistem pengiriman vaksin. Konsep dasar adalah untuk menghubungkan antigen nanotubes karbon sementara mempertahankan konformasi yang, dengan demikian merangsang tanggapan antibodi dengan spesifistas yang tepat.
Keramik partikel nano, seperti yang berasal dari Silika, titania atau alumina, memiliki permukaan berpori partikel yang membuat mereka ideal pembawa obat.

Sintesis Ultrasonik dan Pengendapan Nanopartikel

Partikel nano dapat dihasilkan bottom-up sintesis atau precipitation. Sonochemistry adalah salah satu teknik-teknik terawal yang digunakan untuk menyiapkan senyawa nanosize. Suslick dalam karyanya asli, sonicated Fe (CO) 5 sebagai cairan rapi atau dalam larutan deaclin dan memperoleh 10-20nm ukuran amorf besi partikel nano. Umumnya, campuran jenuh mulai membentuk partikel padat dari bahan sangat terkonsentrasi. Ultrasonikasi meningkatkan pencampuran pra-kursor dan meningkatkan massa-transfer pada permukaan partikel. Hal ini menyebabkan ukuran partikel yang lebih kecil dan keseragaman yang lebih tinggi.

Ultrasonik homogenizer memungkinkan dispersi yang effektiv, deaglomerasi dan fungsionalisasi dari nano material

Pic. 1: perangkat Hielscher untuk laboratorium UP50H untuk sonikasi volume kecil, misalnya untuk dispersi MWNTs.

Functionalisasi Ultrasonik untuk Nanopartikel

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.
Untuk memfungsikan permukaan lengkap setiap partikel, diperlukan metode dispersi yang baik. Bila terdispersi, partikel biasanya dikelilingi oleh lapisan pembatas dari molekul yang tertarik ke permukaan partikel. Agar kelompok fungsional baru sampai ke permukaan partikel, lapisan pembatas ini perlu dipecah atau dilepas. Jet cair yang dihasilkan dari kavitasi ultrasonik bisa mencapai kecepatan hingga 1000km / jam. Tegangan ini membantu mengatasi daya tarik dan membawa molekul fungsional ke permukaan partikel. Dalam sonokimia, efek ini digunakan untuk memperbaiki kinerja katalis yang terdispersi.

Contoh Praktis:

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.

Peralatan pendispersi ultrasonik seperti ultrasonik UP400S adalah alat yang sempurna untuk membubarkan dan fragmente SWCNTs untuk mempersiapkan zat farmasi.

Gambar 2: Dispersi ultrasonik SWCNTs dengan PL-PASAK (Zeineldin et al. 2009)

Formasi Liposome Ultrasonik

Aplikasi ultrasound yang berhasil lainnya adalah pembuatan liposom dan nano-liposom. Sistem pemberian obat dan gen berbasis liposom memainkan peran penting dalam terapi manifold, namun juga pada kosmetik dan nutrisi. Liposom adalah pembawa yang baik, karena zat aktif yang larut dalam air dapat ditempatkan ke dalam pusat berair liposom atau, jika zat tersebut larut dalam lemak, di lapisan lipid. Liposom dapat terbentuk dengan penggunaan ultrasonik. Bahan dasar preperasi liposom adalah molekul amfil yang diturunkan atau berdasarkan lipida membran biologis. Untuk pembentukan vesikel unilamellar kecil (SUV), dispersi lipid disonikasi dengan lembut – misalnya dengan perangkat genggam ultrasonik UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter atau reaktor ultrasonik UTR200 – dalam batch es.Di bak es. Durasi perawatan ultrasonik semacam itu berlangsung kira-kira. 5 - 15 menit Metode lain untuk menghasilkan vesikel unilamellar kecil adalah sonikasi liposom vesikel multi-lamelar.
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.

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.

Ultrasonikasi persipan multi-lamellar vesicles (MLV) dan single uni-lamellar vesicles (SUV) memperlihatkan stabilitas yang baik mengenai kehilangan essential mink dan distribusi ukuran partikel.

Gambar 3: Ortan et al. (2009): stabilitas MLV dan SUV dispersi setelah 1 tahun. Formulasi liposomal disimpan di 4±1 ºC.

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

Berbagai Efek Ultrasonik

Di samping produksi ultrasonik nanopartikel, pengolahan zat ini merupakan bidang yang luas untuk penerapan ultrasonikasi. Aglomerat harus dipecah, partikel harus dilubangi dan / atau tersebar, permukaannya harus diaktifkan atau difungsikan, dan tetesan nano harus diemulsi. Untuk semua langkah pemrosesan ini, ultrasound adalah metode penting yang terbukti. Ultrasound berdaya tinggi menghasilkan efek yang intens. Ketika mensimulasikan cairan dengan intensitas tinggi, gelombang suara yang menyebar ke media cair menghasilkan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaction), dengan tingkat tergantung pada frekuensi. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik intensitas tinggi menciptakan gelembung vakum kecil atau void dalam cairan. Ketika gelembung mencapai volume di mana mereka tidak dapat lagi menyerap energi, mereka akan mengalami kekerasan hebat selama siklus tekanan tinggi. Fenomena ini disebut Kavitasi.
Ledakan gelembung kavitasi menghasilkan turbulensi mikro dan mikro-jet hingga 1000km / jam. Partikel besar terkena erosi permukaan (melalui keruntuhan kavitasi pada cairan di sekitarnya) atau pengurangan ukuran partikel (karena fisi melalui tabrakan antar partikel atau runtuhnya gelembung kavitasi yang terbentuk di permukaan). Hal ini menyebabkan percepatan percepatan difusi, proses pemindahan massa dan reaksi fasa padat karena ukuran kristal dan perubahan struktur. (Suslick 1998)

Peralatan Pengolahan ultrasonik

Hielscher adalah pemasok utama prosesor ultrasonik berkualitas tinggi dan untuk aplikasi laboratorium dan industri. Perangkat dalam jangkauan mulai dari 50 watt hingga 16.000 watt memungkinkan untuk menemukan prosesor ultrasonik yang tepat untuk setiap volume dan setiap proses. Dengan kinerja tinggi, kehandalan, ketahanan dan pengoperasian yang mudah, perawatan ultrasonik merupakan teknik penting untuk persiapan dan pengolahan Nanomaterials. Dilengkapi dengan CIP (clean-in-place) dan SIP (sterilize-in-place), perangkat ultrasonik Hielscher menjamin produksi yang aman dan efisien sesuai dengan standar farmasi. Semua proses ultrasonik spesifik dapat dengan mudah diuji di lab atau bench-top scale. Hasil percobaan ini benar-benar dapat direproduksi, sehingga skala berikut secara linier dan mudah dilakukan tanpa upaya tambahan mengenai pengoptimalan proses.

Sintesis sono dapat dilakukan dengan cara batch atau proses kontinyu.

Pic. 2: Ultrasonik flow cell reaktor memungkinkan untuk proses kontinyu.

Literatur / Referensi

  • Bawa, Raj (2008): Therapeutics berbasis nanopartikel pada manusia: survei. Dalam: hukum nanoteknologi & Bisnis, Summer 2008.
  • Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): vesikel elastis sebagai pembawa obat-olah kulit. Dalam: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bucharest.
  • Hilder, Tamsyn A .; Hill, James M. (2008): Encapsulation dari antikanker cisplatin obat ke dalam nanotube. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, Soo-Hwan; Ko, Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): Sebuah SONOKIMIA Rute ke Single-Walled Carbon nanotube bawah Kondisi Ambient. Dalam: Journal of American Chemical Society 126/2004; pp. 15.982-15.983.
  • Ko, Weon Bae; Park, Byoung Eun; Lee, Young min; Hwang, Sung Ho (2009): sintesis Fullerene [C60]-nanopartikel emas menggunakan surfactantspolysorbate non-ionik 80 dan brij 97. Dalam: Journal of Ceramic Processing Research Vol. 10, 1/2009; PP. 6-10.
  • Liu, Zhuang; Chen, Kai; Davis, Corrine; Dan, Sarah; Cao, Qizhen; Chen Xiaoyuan; Dai, Hongjie (2008): obat pengiriman dengan Karbon Nanotubes untuk in vivo pengobatan kanker. Dalam: Cancer Research 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): Ultrasonik Shock-Wave sebagai Mekanisme Kontrol Sistem Pengiriman Obat Liposom untuk Penggunaan yang Mungkin di Perancah Implanted to Animals with Iatrogenic Articular Cartilage Defects. Dalam: Acta Veterianaria Brunensis Vol. 77, 2008; hal. 285-280.
  • Nahar, M .; Dutta, T .; Murugesan, S .; Asthana, A .; Mishra, D .; Rajkumar, V .; Tare, M .; Saraf, S .; Jain, N. K. (2006): Fungsional nanopartikel polimer: alat yang efisien dan menjanjikan untuk pengiriman aktif bioaktif. Dalam: Kritis Ulasan di Therapeutic Drug Pembawa Systems, Vol. 23, 4/2006; pp. 259-318.
  • Ortan, Alina; Campeanu, Gh .; Dinu-Pirvu, Cristina; Popescu, Lidia (2009): Studi tentang jebakan dari Anethum graveolens minyak esensial di liposom. Dalam: Poumanian bioteknologi Surat Vol. 14, 3/2009; pp. 4411-4417.
  • Srinivasan, C. (2008): nanotube karbon dalam terapi kanker. Dalam: Current Science, Vol.93, No.3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005) Sebuah metode ‘SUARA’ untuk sintesis nanotube karbon berdinding tunggal di bawah kondisi ruangan. Dalam: Current Science, Vol.88, No.1, 2005. pp 12-13..
  • Sulick, Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4 Ed. J. Wiley & Putra: New York, Vol. 26, 1998. pp. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik, Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): Peran Polyethylene Glycol Integritas di Receptor Spesifik Target dari karbon nanotube untuk Sel Kanker. Dalam: Nano Letters 9/2009; pp. 751-757.
  • Zhu, Hai Feng; Li Jun Bai (2003): Pengakuan Biotin-difungsikan Liposom. Dalam: Cina Kimia Surat Vol. 14, 8/2003; pp. 832-835.

Hubungi kami / informasi lebih lanjut

Hubungi kami mengenai kebutuhan pengolahan Anda. Kami akan merekomendasikan parameter setup dan pengolahan yang paling cocok untuk proyek Anda.





Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.