항생제의 초음파 나노 구조화

항생제의 초음파 보조 생산은 약물 내성 박테리아에 대해서도 효과를 높일 수 있습니다: 항생제 내성 박테리아 균주의 증가는 지난 수십 년 동안 항생제로 성공적으로 치료된 박테리아 감염을 다시 전 세계적으로 건강을 위협하는 여전히 해결되지 않은 문제입니다. 항생제의 초음파 나노 구조화는 약물 내성 박테리아에 대한 테트라사이클린과 같은 항생제의 효과를 높이는 유망한 기술입니다.

항생제 및 항생제 내성 박테리아

항생제 내성은 박테리아 및 곰팡이와 같은 세균이 자신을 죽이도록 설계된 약물을 무력화할 수 있는 능력을 개발할 때 발생합니다. 그것은 세균이 죽지 않고 계속 자란다는 것을 의미합니다. 항생제 내성 세균에 의한 감염은 치료가 어렵고 때로는 불가능합니다.
세균의 항생제 내성은 항생제의 남용과 오용에 기인합니다. 남용 및 오용은 주로 부적절한 처방과 광범위한 농업 사용을 의미합니다
페니실린, 테트라사이클린, 메티실린, 에리스로마이신, 겐타마이신, 반코마이신, 이미페멘, 세프타지딤, 레보플록사신, 리네졸리드, 댑토마이신, 세프트라롤린과 같은 일반적인 항생제의 경우 특정 박테리아 균주가 돌연변이를 일으켜 항생제 내성을 갖게 되었습니다.
항생제 내성균 발병의 주요 원인은 항생제의 남용과 오용에 있습니다. 환자에게 항생제를 투여할 때마다 민감한 박테리아가 죽습니다. 그러나 약물 치료로 박멸되지 않는 내성 세균이 있으면 성장하고 증식합니다. 따라서 항생제의 반복적이고 부적절한 사용은 약물 내성 박테리아의 증가를 유발합니다.
MDR(Multi-Drug Resistant) 박테리아는 세균을 죽이는 일반적인 항생제 치료에 반응하지 않기 때문에 건강에 심각한 위협이 됩니다.
그람 양성 병원체 중에서, 내성 황색포도상구균(예: 메티실린 내성 황색포도상구균; MRSA)와 엔테로코커스(Enterococcus) 종이 현재 가장 큰 위협이 되고 있습니다. 장내세균(예: 폐렴균(Klebsiella pneumoniae), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 아시네토박테리아(Acinetobacterare)와 같은 그람 음성 병원체는 사용 가능한 거의 모든 항생제 약물 옵션에 내성을 갖게 됩니다.

초음파 나노 크기의 항생제

나노 크기의 의약품은 흡수율 증가, 높은 생체 이용률 및 우수한 효과로 인해 미크론 크기의 약물 분자를 능가하는 것으로 알려져 있습니다. 항생제는 세균 감염을 치료하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 약물 내성 박테리아 균주가 점점 더 급속히 발전함에 따라 새로운 항생제 약물의 개발이나 기존 항생제의 수정이 필요하게 되었습니다. 초음파 처리를 통해 테트라 사이클린과 같은 항생제의 입자 크기를 줄이는 것은 비 내성 및 내성 박테리아 균주에 대한 항생제의 효과를 향상시키는 쉽고 빠르며 유망한 전략 중 하나입니다.
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초음파 NanoStructured Tetracycline

Kassirov et al. (2018)은 병원체에 대한 약물의 효과를 향상시키기 위해 테트라사이클린을 초음파로 처리했습니다. 연구진은 항생제 내성이 있는 균주인 대장균 Nova Blue TcR과 E. coli 292-116(약물 내성 없음)을 사용했다. 일반적인 광범위 항생제 인 테트라 사이클린은 산업용 초음파기를 사용하여 수정되었습니다 UIP1000hdt (Hielscher, 독일, 왼쪽 사진 참조). 연구팀은 UIP1000hdT를 사용한 초음파 화학 처리가 항균 특성의 효과를 내성 균주에 대해 최대 25 %, 민감한 균주에 대해 최대 100 %까지 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 나노 구조의 테트라사이클린을 +4ºC에서 장기간 보관해도 항균 특성이 감소하지 않습니다.
진폭, 에너지 입력 및 초음파 처리 시간과 같은 초음파 처리 매개 변수는 민감성 세포와 내성 세포 모두에 대한 항균 특성의 변화에 영향을 미치는 중요한 요소로 결정되었습니다.
초음파 처리는 나노 크기의 약물 입자의보다 균일 한 입자 크기 분포를 초래하여 생체 이용률, 생체 접근성을 높이고 테트라 사이클린 분자의 효과를 높일 수 있습니다.
획득 된 데이터는 항생제의 초음파 화학적 변형이 약물 내성 균주에 대한 항생제 치료에 효과적인 신약 개발에 대한 새롭고 유망하고 저렴한 접근 방식이 될 수 있음을 보여줍니다.

UIP1000hdT를 사용한 테트라 사이클린의 초음파 처리.
A – "유리" 테트라사이클린의 FTIR 스펙트럼; B – 5 분 초음파 처리 후 SN 테트라 사이클린의 FTIR 스펙트럼; C – "자유" 테트라사이클린의 크기 분포 히스토그램; D – 5 분 초음파 처리 후 SN 테트라 사이클린의 크기 분포 히스토그램.
Kassirov et al.의 연구 및 그림, 2018.

초음파 나노 구조 약물의 장점

초음파는 광범위한 나노 구조 물질의 합성에 엄청난 가능성을 제공하며 많은 산업 분야에서 사용됩니다. 항생제, 항바이러스제 및 기타 의약품과 같은 나노 크기의 의약품의 초음파 생산은 이러한 나노 크기의 약물이 종종 훨씬 더 높은 흡수율, 생체 이용률 및 효과를 보여주기 때문에 매우 유망합니다. 따라서 많은 향상된 약물 제형은 약물 분자를 나노 구조화하고 약물을 나노 에멀젼, 나노 리포좀, 니오솜, 고체 지질 나노 입자 (SLN), 나노 구조 지질 운반체 (NLC) 및 기타 나노 크기의 포함 복합체로 캡슐화하기 위해 초음파를 포함합니다.

항균 특성을 가진 나노 물질의 초음파 처리는 나노 구조 물질(예: 나노 실버, 나노 ZnO)을 합성하고 이를 섬유에 적용하여 항균 의료용 섬유 및 기타 기능성 직물을 제조하는 데에도 사용됩니다. 예를 들어, 단일 단계 초음파 공정은 항균 ZnO 나노 입자로 면직물의 내구성 있는 코팅을 제조하는 데 사용됩니다.

나노 구조 물질의 초음파 합성은 어떻게 작동합니까?

고출력 초음파를 화학 시스템에 적용하는 초음파 및 초음파 화학은 고품질 나노 크기의 재료 (예 : 나노 입자, 나노 에멀젼)를 생산하는 데 널리 사용됩니다. 초음파 처리 및 초음파 화학은 고성능 나노 크기의 물질의 생산을 가능하게하거나 촉진합니다. 나노 입자의 초음파 합성의 장점은 단순성과 효율성입니다. 나노 구조 물질의 대체 생산 방법은 높은 벌크 온도, 압력 및 / 또는 긴 반응 시간을 필요로하지만, 초음파 합성은 종종 나노 물질의 쉽고 빠르고 효율적인 생산을 가능하게합니다. 고강도 초음파에 의해 생성 된 초음파 화학 및 초음파 역학 효과는 모두 나노 크기의 입자의 합성 또는 기능화 / 변형을 담당합니다. 고출력 초음파를 액체에 결합하면 음향 캐비테이션이 발생합니다 : 기포의 형성, 성장 및 내파 붕괴는 1 차 초음파 화학 (붕괴 기포 내부에서 발생하는 기체 상 화학), 2 차 초음파 화학 (기포 외부에서 발생하는 용액 상 화학) 및 초음파 역학적 / 물리적 변형 (고속 액체 제트, 충격파 및 / 또는 슬러리의 입자 간 충돌에 의해 발생). (Hinman and Suslick, 2017 참조) 입자에 대한 캐비테이션 충격은 크기 감소, 나노 구조화(나노 분산, 나노 유화), 입자 기능화 및 변형을 초래합니다.
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nano-structured pharmaceuticals의 합성을 위한 초음파 프로브

Hielscher 초음파는 제약 및 식품 산업을위한 고성능 초음파 균질화기의 설계, 제조, 유통 및 서비스에 오랜 경험을 가지고 있습니다.
고품질 나노 크기의 약물 입자, 리포좀, 고체 지질 나노 입자, 고분자 나노 입자, 사이클로 덱스트린 복합체 및 백신의 제조는 Hielscher 초음파 시스템이 널리 사용되며 높은 신뢰성과 우수한 품질의 출력으로 높이 평가되는 공정입니다. Hielscher 초음파를 사용하면 진폭, 온도, 압력 및 초음파 에너지와 같은 모든 공정 매개 변수를 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 지능형 소프트웨어는 내장 SD 카드의 모든 초음파 처리 매개 변수 (시간, 날짜, 진폭, 순 에너지, 총 에너지, 온도, 압력)를 자동으로 프로토콜화합니다. 이는 공정 및 품질 관리를 크게 촉진하고 GMP(Good Manufacturing Practices)를 충족하는 데 도움이 됩니다.

모든 제품 용량을 위한 초음파 믹서

Hielscher 초음파 제품 범위는 벤치 탑 및 파일럿 시스템을 통한 소형 실험실 초음파기에서 시간당 트럭 적재량을 처리 할 수있는 완전 산업용 초음파 프로세서에 이르기까지 초음파 프로세서의 전체 스펙트럼을 다룹니다. 전체 제품 범위를 통해 공정 용량과 목표에 가장 적합한 초음파 전단 믹서를 제공할 수 있습니다. 이를 통해 소규모 실험실 규모에서 응용 프로그램을 개발 및 테스트하고 생산 용량에 선형적으로 확장할 수 있습니다. 더 작은 초음파 믹서에서 더 높은 처리 용량으로의 스케일 업은 초음파 혼합 공정이 설정된 공정 매개 변수에서 완전히 선형 확장 될 수 있기 때문에 매우 간단합니다. 업 스케일링은 더 강력한 초음파 믹서 장치를 설치하거나 여러 초음파를 병렬로 클러스터링하여 수행 할 수 있습니다.
초음파 교반기는 액체-액체 및 고체-액체 현탁액의 멸균 균질화에도 사용됩니다.

고효율의 나노 구조 입자에 대한 높은 진폭

Hielscher Ultrasonics’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 초음파 소노트로드(horn, probe) 및 반응기는 오토클레이브가 가능합니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.

간편하고 위험이 없는 테스트

초음파 공정은 완전히 선형 스케일이 될 수 있습니다. 즉, 실험실 또는 벤치 탑 초음파기를 사용하여 얻은 모든 결과는 정확히 동일한 프로세스 매개 변수를 사용하여 정확히 동일한 출력으로 확장 할 수 있습니다. 따라서 초음파는 제품 개발 및 상업적 제조로의 후속 구현에 이상적입니다.

최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조

가족 소유 및 가족 운영 기업인 Hielscher는 초음파 프로세서에 대한 최고 품질 표준을 우선시합니다. 모든 초음파기는 독일 베를린 근처의 Teltow에있는 본사에서 설계, 제조 및 철저한 테스트를 거쳤습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함과 신뢰성은 생산에서 일꾼이됩니다. 최대 부하 및 까다로운 환경에서 24/7 작동은 Hielscher의 고성능 초음파의 자연스러운 특성입니다.

Hielscher 초음파 프로세서는 다양한 크기로 구입하고 프로세스 요구 사항에 맞게 정확하게 구성 할 수 있습니다. 작은 실험실 비커에서 유체를 처리하는 것부터 산업 수준에서 슬러리와 페이스트의 연속 플로우 스루 혼합에 이르기까지 Hielscher 초음파는 적합한 고성능 균질화기를 제공합니다! 문의하시기 바랍니다 – 이상적인 초음파 설정을 추천하게되어 기쁩니다!

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.