커큐민 초입자의 초음파 침전

• 강황에는 커큐미노이드가 2–9 wt%만 함유되어 있으므로, 의학적으로 강력한 효능을 지닌 분말을 얻으려면 효율적인 추출 또는 합성 기술이 필요합니다.
• 초음파 보조 비용매 침전은 커큐민 입자를 합성하는 매우 효율적인 방법입니다.
• 초음파 비용매 침전은 고품질 커큐민의 대량 생산으로 쉽게 규모를 확대할 수 있습니다.

커큐민

폴리페놀인 커큐민은 허브 향신료인 강황(Curcuma longa)에 함유된 난수용성 약물입니다. 매우 강력한 항산화 물질을 함유하고 있으며, 항염증, 항암, 항진균 및 항미생물 특성으로 알려져 있습니다. 특히 광범위한 화학예방 및 화학치료 활성으로 인해 커큐민은 선호되는 약물 화합물로 사용됩니다.
강력한 항산화제인 커큐민은 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제(SOD)와 같은 항산화제의 혈청 내 활성을 높이고, 활성산소종 및 활성질소종(ROS 및 RNS)과 같은 자유 라디칼을 제거하고 중화합니다. 또한 체내 항산화 효소의 활성을 높입니다. 커큐민은 심장 질환을 줄이고 뇌 기능을 개선하는 것으로도 알려져 있습니다. 이러한 다양한 유익한 의학적 특성으로 인해 커큐민은 향신료, 보충제 및 약물로 널리 사용됩니다.

초음파 액상 비용매 침전

초음파 보조 액상 비용매(LAS) 침전은 사방정계 초구조를 갖는 커큐민 나노입자를 생산하는 간단하고 신속한 원포트 합성 기술입니다. 초음파 비용매 침전은 간단하고 빠르며 규모 확대가 가능한 공정으로, 제약 및 식품 산업에서 고품질 커큐민을 침전시킬 수 있습니다.

안정제 없이 초음파가 없을 때와 있을 때의 커큐민 초입자 형성에 대해 가정한 메커니즘. 그림 © 2014 Thorat et al.

초음파 침전 프로토콜:

커큐민 입자를 초음파로 침전시키기 위해, 커큐민을 에탄올에 녹인 유기 용액(5 mg/mL)을 계면활성제가 함유된 물(물에 0.02 wt%) 또는 계면활성제가 없는 물 100mL에 첨가합니다. 반응 용기로는 부피 약 500mL, 직경 7cm, L/D 비율 1.7의 재킷형 유리 용기를 사용합니다. 혼합물의 온도는 항상 1ºC로 유지합니다. 초음파 침전 공정에서는 UP200Ht 또는 UP200St 등의 초음파 균질기에 장착된 S26d14 소노트로드를 용매–비용매 혼합물에 담급니다. 진폭을 100%로 설정하고 10min. 동안 초음파 처리하여 혼합물을 분산시킵니다.
초음파 처리 시간을 통해 커큐민 결정의 다형성을 조절할 수 있습니다. 초음파 처리 시간이 길어지면 사방정계 입자의 비율이 증가합니다. 이는 사용된 첨가제와 관계없이 초음파 에너지의 증가가 단사정계 형태보다 사방정계 형태의 형성을 촉진함을 나타냅니다.
[cf. Thorat et al. 2014]

초음파 캡슐화를 통한 생체이용률 향상

커큐민은 지용성 분자이며 물에 잘 녹지 않으므로(= 소수성), 전신 생체이용률이 낮습니다. 따라서 생체이용률을 높이는 커큐민 제형을 제조해야 합니다. 커큐민 수용액을 제조할 때는 커큐민 분자를 리포솜, 나노입자 및 기타 약물 전달체에 캡슐화하거나 담지하기 위해 계면활성제, 지질, 알부민, 사이클로덱스트린, 바이오폴리머 등을 첨가합니다.
초음파 처리는 리포솜, 코어–셸 나노입자, 바이오폴리머 및 이중 에멀전과 같은 약물 전달체를 제조하는 매우 효율적이고 신뢰할 수 있는 기술입니다! 아래에서 커큐민의 초음파 캡슐화 프로토콜 예시를 확인하십시오.

커큐민 초음파 캡슐화 프로토콜:

커큐민이 담지된 폴리락트산-코-글리콜산(PLGA) 나노입자

1. 먼저 PLGA 고분자를 아세트산에틸에 용해합니다. 커큐민(15% w/w)을 첨가하고 용액을 간헐적으로 볼텍싱하면서 용해시킵니다.
2. 유상 내 고체 혼합물을 PVA 수상(w/v)에 첨가하여 S-O/W 에멀젼을 형성합니다. 그런 다음 PVA 내 약물/고분자 용액을 8,000 rpm에서 와류 혼합합니다.
3. 생성된 용액은 약 300sec 동안 45% 진폭에서 다음과 같은 초음파 균질기를 사용하여 초음파 처리합니다: UP200Ht 또는 UP200St (200W, 26kHz). 초음파 처리 직후, 자석 교반기로 빠르게 교반하면서 에멀젼을 수상(물에 0.1% PVA 함유; 200mL)에 부어 확산시킵니다.
4. 이 콜로이드 현탁액을 용매 증발이 완료될 때까지 자석 교반기로 계속 교반합니다. 그런 다음 원심분리로 나노입자를 회수하고 증류 Milli Q 물로 3회 세척합니다. 마지막으로 동결보호제 용액(자당(2 %w/w) 및 트레할로스(5% w/w))에 다시 현탁한 뒤 ATR FD3.0 동결건조기 시스템에서 건조하며, 4°C에서 최소 6개월 동안 보관할 수 있습니다.

[참조: Ranjan et al. 2012]

커큐민 침전 및 제형화를 위한 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonics는 나노입자(예: 원료의약품(API)) 합성과 식물 유래 화합물 추출을 위한 고성능 초음파 장비를 제공합니다. 당사의 제품군에는 정교한 실험실용, 탁상형 및 산업용 초음파 처리기가 포함되어 있어 소규모부터 상업적 규모까지 응용 공정을 개발할 수 있습니다. 실험실 및 파일럿 시험에서 얻은 모든 결과는 상업적 생산 수준으로 완전히 선형적으로 확장할 수 있습니다. 모든 시스템은 24/7 작동하도록 제작되었으며 견고하고 사용하기 쉽습니다.
UIPxxxxhdT 시리즈에는 탁상형 작업, 공정 최적화 및 산업 생산에 사용할 수 있는 당사의 산업용 초음파 시스템이 포함됩니다. 당사의 산업용 시스템은 다음과 같은 모델로 제공됩니다: 500W (UIP500hdT), 1000W (UIP1000hdT), 1500W (UIP1500hdT), 2000W (UIP2000hdT), 4000W (UIP4000hdT), 10,000W (UIP10000) 및 16,000W (UIP16000, 세계에서 가장 강력한 초음파 처리기). Hielscher Ultrasonics의 산업용 초음파 처리기는 최대 200µm의 매우 높은 진폭에서 24/7 연속으로 작동할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 Hielscher는 맞춤형 초음파 소노트로드를 제공합니다. Hielscher 초음파 장비의 견고함 덕분에 고부하 조건과 까다로운 환경에서도 신뢰성 있게 상시 작동할 수 있습니다.
당사는 모든 초음파 시스템에 대해 다양한 크기, 형태 및 기하학적 구조의 소노트로드, 부스터 혼, 플로우 셀 및 반응기 등 폭넓은 액세서리를 제공합니다. 이러한 도구를 사용하면 당사의 초음파 처리기를 필요한 공정 조건에 맞게 손쉽게 최적으로 조정할 수 있습니다.
침전 및 상향식 합성을 위해 Hielscher는 독특한 플로우 셀 인서트인 MultiPhaseCavitator MPC48을 제공합니다. MultiPhaseCavitator를 사용하면 두 번째 상(비용매)이 48개의 미세 캐뉼라를 통해 초음파 캐비테이션 영역으로 직접 주입되어 밀리초 이내에 첫 번째 상과 혼합됩니다. 그 결과 균일한 나노입자가 침전됩니다.