ヒールシャー超音波技術

医薬品のためのナノ粒子の超音波処理

超音波は、音響化学のために正常に使用される革新的な技術であります 合成解凝集分散乳化、官能化粒子の活性化。特にナノテクノロジーにおいて、超音波は、ナノサイズの材料の合成及び処理の目的のために必須の技術です。ナノテクノロジーは、この優れた科学的な関心を集めているので、ナノサイズの粒子は非常に多くの科学や産業分野で利用されています。製薬ブランチは、あまりにも、この柔軟で変化材料の高いポテンシャルを発見しました。したがって、ナノ粒子は製薬業界における様々な機能アプリケーションに関与し、これらは、次のとおり

  • ドラッグデリバリー(キャリア)
  • 診断製品
  • 製品包装
  • バイオマーカー探索

医薬品におけるナノマテリアル

特に、ナノ粒子による薬物送達は、経口または注射の前に投与された活性剤を送達するための実績のある方法である。 (Bawa 2008)ナノ処方された薬剤は、新しい治療法が全く新しい治療法を開拓するため、より効率的に投薬され、送達される。この潜在的な技術は、薬物、熱、または他の活性物質を特定の細胞、すなわち疾患細胞に送達するのに役立つ。この直接的なドラッグデリバリーにより、健康な細胞は薬物の影響を受けない。 1つの分野は、すでにナノ製剤化された薬剤が有望な結果を示しているという点で、がん療法です。がん療法では、大量の薬物分子を腫瘍細胞に直接送達して最大の効果を得ながら、他の器官への副作用を最小限に抑えることがナノサイズの物質の大きな利点です。 (Liu et al.2008)この利点は、粒子が細胞壁および膜を通過し、薬剤の活性薬剤を標的細胞に直接放出できることによりナノサイズをもたらす。

加工ナノマテリアル

ナノ材料が100nmのより小さい寸法を有する粒子として定義されているように、これは、これらの物質の製造及び処理はより高い努力を必要とすることを意味します。
形成し、ナノ粒子を処理するために、凝集体は破壊されており、接着力が克服されなければなりません。 超音波キャビテーション 脱凝集およびナノ材料を分散させるための公知の技術です。ナノ材料や形の多様性は、医薬品研究のためのマニホールドの変更を開きます。 カーボンナノチューブ (CNT)は、より多くの薬物分子がカプセル化されることを可能にする大きな内部容積を有し、官能化のための別個の内面および外面を有する。 (Hilderら2008)これにより、CNTは、活性剤、DNA、タンパク質、ペプチド、標的リガンドなどの様々な分子を細胞に運ぶことができる。 CNTは本質的なナノ材料として認識され、ナノサイエンスとナノテクノロジーの最も活発な分野の一つの地位を獲得しました。 MWCNTは、直径が10〜50nm、長さが10μmを超える2〜30の同心グラファイト層からなる。他方、SWCNTは、1.0〜1.4nmの範囲の直径を有する、はるかに薄い。 (Srinivasan 2008)ナノ粒子とナノチューブは細胞に侵入し、それらによって完全に取り込まれる可能性があります。特に、官能化されたカーボンナノチューブ(f-CNT)は、溶解性を高め、効率的な腫瘍標的化を可能にすることが知られている。これにより、f-CNT、SWNTおよびMWNTは細胞傷害性(細胞毒性)および免疫系機能の変化を防止される。例えば、 単層カーボンナノチューブ 高純度の(SWCNTは)音響化学の方法で製造することができる高純度SWCNTは20分間シリカ粉末を超音波処理することによって溶液を得ることができます。室温および周囲圧力で行われます。 (スリニバサン2005)

Sonochemically調製単層カーボンナノチューブ(SWNT / SWCNTを)

図1:SWCNTのソノケミカル生産。フェロセン - キシレン混合物の溶液中のシリカ粉末を20分間超音波処理されています。室温および周囲圧力下。超音波処理は、シリカ粉末の表面に、高純度のSWCNTを生成します。 (チョンら、2004)

官能化カーボンナノチューブ(f-CNTは)また、ワクチン送達系として作用することができます。基本的なコンセプトは、右の特異性を有する抗体応答を誘導し、それによって、その立体構造を保持しつつ、カーボンナノチューブに抗原をリンクすることです。
即ち由来するセラミックナノ粒子は、 シリカ、チタニア、アルミナが、その理想的な薬物担体になり、多孔質粒子表面を備えています。

超音波の合成とナノ粒子の沈殿

ナノ粒子は、合成または沈殿によってボトムアップ生成することができます。 ソノケミストリー ナノサイズの化合物を調製するために使用される最も初期の技術の一つです。彼の元の作品でSuslickは、ニート液体として、またはdeaclin溶液のいずれかでのFe(CO)5を超音波処理し、10-20nmサイズアモルファス鉄ナノ粒子を得ました。一般的に、過飽和混合物は、高度に濃縮された材料から固体粒子を形成することを開始します。超音波は、プレカーソルの混合を改善し、粒子表面での質量移動を増加させます。これは、より小さな粒子サイズと高い均一性につながります。

超音波ホモジナイザーは、ナノ材料の効果的な分散、解凝集及びmfunctionalizationを可能にします。

ピック。 1:ヒールシャーのラボ機器 UP50H 少量の超音波処理のために、例えばMWNTは、分散。

ナノ粒子の超音波機能化

特定の特性および機能を有するナノ粒子を得るためには、粒子の表面を改質しなければならない。ポリマーナノ粒子、リポソーム、デンドリマー、カーボンナノチューブ、量子ドットなどの様々なナノシステムは、医薬品の効率的な使用のために首尾よく官能化され得る。
各個々の粒子の完全な表面を官能化するために、良好な分散方法が必要とされます。分散されたとき、粒子は、典型的には、粒子表面に引きつけた分子の境界層によって囲まれています。粒子表面に到達するための新たな官能基のためには、この境界層を粉砕または除去する必要があります。超音波キャビテーションに起因する液体ジェットは、最大千キロ/時間の速度に達することができます。この応力は誘致力を克服するのに役立ち、粒子表面に機能性分子を運びます。音響化学では、この効果は、分散した触媒の性能を向上させるために使用されます。

実用的な例:

PL-PEGによるSWCNTの超音波機能化:Zeineldin et al。 (2009)は、リン脂質 - ポリエチレングリコール(PL-PEG)による超音波処理による単層カーボンナノチューブ(SWNT)の分散がそれを分解し、それによって細胞による非特異的取り込みを阻止するその能力を妨げることを実証した。しかしながら、断片化されていないPL-PEGは、癌細胞によって発現される受容体の2つの異なるクラスに対する標的化SWNTの特異的細胞取り込みを促進する。 PL-PEGの存在下での超音波処理は、カーボンナノチューブを分散または官能化するために使用される一般的な方法であり、PEGの完全性は、リガンド官能化ナノチューブの特異的な細胞取り込みを促進するために重要である。断片化は、SWNTを分散させるために一般に使用される技術である超音波処理の可能性の高い結果であり、これは薬物送達などの特定の用途にとって懸念される。

このような超音波処理装置UP400S超音波分散装置は、医薬物質を調製するために、分散したSWCNT fragmenteのに最適なツールです。

図2:PL-PEG(Zeineldinら、2009)とのSWCNTの超音波分散

超音波リポソーム形成

超音波の別の成功した応用は、リポソームおよびナノリポソームの調製である。リポソームベースの薬物および遺伝子送達システムは、多様な療法において重要であるが、化粧品および栄養においても重要な役割を果たす。リポソームは、水溶性の活性薬剤をリポソームの水性中心に配置することができ、または薬剤が脂溶性であれば脂質層に配置することができるので、良好な担体である。リポソームは、超音波を用いて形成することができる。リポソーム調製のための基本的な材料は、生体膜脂質に由来するまたはそれに基づく親和性分子である。小さな一枚膜小胞(SUV)の形成のために、脂質分散液を穏やかに超音波処理する – 例えばハンドヘルド超音波装置と UP50H (50W、30kHzの) VialTweeter 超音波反応器 UTR200 – 氷浴インチ超音波処理時間は約続きます。 5から15分。小さな単層小胞を製造する別の方法は、マルチラメラ小胞リポソームの超音波処理です。
ディヌ-Pirvuら。 (2010)は、室温でのMLVを超音波処理することにより、トランスフェロの取得を報告します。
ヒールシャー超音波は、プロセスのすべての種類の要件を満たすために、様々な超音波機器、ソノトロードやアクセサリーを提供しています。

リポソームへの薬剤の超音波カプセル化

リポソームは、活性剤のためのキャリアとして機能します。超音波は、活性物質の捕捉のためのリポソームを調製し、形成するために有効なツールです。カプセル化の前に、リポソームは更に、それらが開かれなければならない、リン脂質極性頭部の表面電荷 - 電荷相互作用(Míckovaら2008)によるクラスタを形成する傾向があります。一例として、Zhuら。 (2003)超音波処理によってリポソーム中にビオチン粉末のカプセル化を記載しています。ビオチン粉末がベシクル懸濁液に添加したとして、溶液を約超音波処理されています。 1時間。この処理後、ビオチンは、リポソームに封入されました。

リポソームエマルジョン

クリーム、ローション、ゲルおよびその他の薬用化粧品製剤を保湿やアンチエイジングの育成効果を高めるために、乳化剤は、脂質の高い量を安定させるために、リポソーム分散液に追加されます。しかし、調査は、リポソームの能力は、一般的に制限されていることを示していました。乳化剤の追加により、この効果は早く現れ、追加の乳化剤は、ホスファチジルコリンのバリア親和性の弱体化を引き起こします。ナノ粒子 – ホスファチジルコリンおよび脂質から構成される - この問題への答えです。これらのナノ粒子は、ホスファチジルコリンの単層で覆われている油滴によって形成されます。ナノ粒子の使用は、より多くの脂質を吸収することが可能であり、追加の乳化剤を必要としないように、安定したままである製剤を可能にします。
超音波処理は、ナノエマルジョンおよびナノ分散物の製造のための実証済みの方法である。高強度超音波は、液相(分散相)を第2の相(連続相)中の小さな液滴に分散させるのに必要なパワーを供給する。分散ゾーンでは、キャビテーション爆発を爆発させると周囲の液体に強い衝撃波が発生し、高い液体速度の液体ジェットが形成される。凝集相に対して新たに形成された分散相の液滴を安定化させるために、乳化剤(表面活性物質、界面活性剤)および安定剤がエマルジョンに添加される。破壊後の液滴の合体が最終液滴サイズ分布に影響を及ぼすので、効率的に安定化する乳化剤を使用して、超音波分散ゾーンにおける液滴破壊の直後の分布に等しいレベルで最終液滴サイズ分布を維持する。

リポソーム分散液

不飽和phosphatidylchlorine、酸化に対する安定性の欠如に基づいてリポソーム分散液、。分散液の安定化は、ビタミンCおよびEの複合体によるなどの抗酸化剤によって達成することができます
Ortanら。 Anethumを含む群から選択の超音波準備に関する彼らの研究で達成(2002)は、リポソーム良い結果にエッセンシャルオイルをgraveolens。超音波処理の後、リポソームの大きさは、70〜150 nmの間、および230から475 nmのMLVのためでした。これらの値は、特にSUV分散(以下ヒストグラムを参照)で、また2ヶ月後にほぼ一定であったが、12ヶ月後inceased。精油損失およびサイズ分布についての安定性の測定は、また、リポソーム分散液は揮発性油の含有量を維持することを示しました。これは、リポソーム中の精油の挟み込みが油の安定性を増加させたことを示唆しています。

超音波調製マルチラメラ小胞(MLV)と単一単ラメラ小胞(SUV)は、精油損失及び粒度分布に関する良好な安定性を示します。

図3:Ortanら。 (2009):1年後のMLVおよびSUV分散液の安定性。リポソーム製剤は、4±1ºCで保存しました。

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超音波の効果

ナノ粒子の超音波製造の次に、これらの物質の処理は、超音波処理の応用のための広い分野である。凝集体は破壊されなければならず、粒子は脱落および/または分散されなければならず、表面は活性化または官能化されなければならず、ナノ液滴は乳化されなければならない。すべてのこれらの処理ステップについて、超音波は実証された本質的な方法である。高出力の超音波は強力な効果を生成します。高強度で液体を超音波処理するとき、液体媒体に伝播する音波は高圧(圧縮)サイクルと低圧(希薄)サイクルとを交互に生じ、周波数は周波数に依存する。低圧サイクルの間、高強度超音波は、液体中に小さな真空気泡または空隙を生成する。気泡がもはやエネルギーを吸収できない容積に達すると、高圧サイクル中に激しく崩壊する。この現象は、 キャビテーション
マイクロ乱流及び最大千キロ/時間のマイクロジェットにおけるキャビテーション気泡の結果の爆縮。大きな粒子は、浸食又は粒子サイズの減少(周囲の液体中のキャビテーション崩壊を経て)(これは粒子間衝突又は表面上に形成されたキャビテーション気泡の崩壊を経て分裂に)表面にさらされます。これは、結晶サイズおよび構造変化に拡散、物質移動プロセスと固相反応の鋭い加速につながります。 (Suslick 1998)

超音波処理装置

ヒールシャーは、ラボと産業応用のための高品質、高性能の超音波プロセッサのトップサプライヤーです。範囲内のデバイスから 50ワット 〜まで 16000ワット すべてのボリュームとすべてのプロセスのための右の超音波プロセッサを見つけることができます。その高い性能、信頼性、堅牢性と簡単な操作により、超音波処理は、ナノ材料の製造および処理のために必須の技術です。 CIP(定置洗浄)やSIP(殺菌・インプレース)を搭載し、ヒールシャーの超音波デバイスは、医薬品の規格に応じて、安全かつ効率的な生産を保証します。すべての具体的な超音波のプロセスが簡単にラボやベンチトップ規模で試験することができます。以下のスケールアップが直線的であり、簡単にプロセスの最適化に関する追加努力することなく行うことができるように、これらの試験の結果は、完全に再現可能です。

ソノ合成は、バッチとして又は連続プロセスとして行うことができます。

ピック。 2:超音波フローセル反応器は、連続的な処理を可能にします。

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