Hielscher Ultraschall Technologie

Ultraschall Behandlung vun Nanopartikelen fir Pharmazeutik

Ultrasound ass eng innovativ Technologie déi fir sonochemesch succès sinn Synthese, An Dekagglomeratioun, An Dispersioun, An Emulgéiert, Funktionaliséierung an Aktivatioun vun Partikelen. Besonnesch an der Nanotechnologie ass d'Ultraschaltung eng essentiel Technik fir d'Synthese an d'Veraarbechtung vun Nano-Gréisst Material. Well d'Nanotechnologie hat dëst aussergewéinlech wëssenschaftlech Interesse gewonnen, sinn Nano-Partikelen an extraordinär vill Wëssenschaft an Industriegebidder benotzt. Déi pharma Branche huet den Héichpotenzial vun dësem flexiblen a variablen Material entdeckt. Dofir sinn Nanopartikel an verschidde funktionell Applikatiounen an der Pharmazeutesch Industrie verwéckelt:

  • Drogenliewe (Betreiber)
  • Diagnosestellung
  • Verpackung
  • Biomarque entdeckt

Nanomaterials an Pharmazeutik

Besonnesch d'Drogendransfer via Nanopartikel ass schonn e bewährte Methode fir d'Verëffentlechung vun aktiven Agenten ze hunn, déi virun mëndlech oder duerch Injektioun verworf ginn. (Bawa 2008) Nano-formuléiert Medikamenter kënnen doséiert ginn a geliwwert vill méi effizient ginn wéi nei Techniken komplett neien Romaner fir medizinesch Behandlungen opmaachen. Dës héich potenziell Technologie hëlleft Drogen, Wärme oder aner aktive Substanzen an spezifesch Zellen, dh Krankheiser ze liwweren. Duerch dës direkt Drogenofhängegkeet sinn gesond Zellen duerch Drogeneffekter enttäuscht. Ee Feld, an deem nano-formuléierte Medikamenter hunn hir villverspriechend Resultater ze weisen, ass d'Kriibsstherapie. An der Kriibsstherapie ass et de groussen Avantage vun nano-sized Substanzen déi héich Dosen Drogenmoleküle direkt fir d'Tumorzellen fir maximal Effekter geliwwert kënne ginn andeems se Nebenwirkungen fir aner Organer miniméieren. (Liu et al.2008) Dëse Virdeeler erreecht d'Nano-Gréisst, duerch déi d'Partikelen kënnen Zellemauer a Membranen ofleien an d'Drogëcht aktive Agenten direkt an de gezielte Zellen verëffentlechen.

Nanomaterials ze verarbeiten

Well Nano-Materialien als Partikel mat enger Dimensioun vu manner wéi 100nm definéiert bedeit dat heescht datt d'Produktioun an d'Veraarbechtung vun dëse Substanzen méi héicht Beméihungen erfuerderen.
Fir d'Nanopartikel ze bilden an ze verarbeiten, muss d'Agglomerater gebrach ginn an d'Bindegraff muss iwwerwonne ginn. Ultraschall Kavitation ass eng bekannte Technik fir ze deagglomeréieren an dispenséiert Nanomaterial. D'Diversitéit vun Nanomaterialen a Formen erlaabt mannst vill Verännerungen fir pharmazeutesch Recherche. Kuelestoff nanotubes (CNTs) hunn e grousst bannenzeg Volumen, deen méi Drogenmolekülen agekapselt ka ginn an hir verschidde Inderen an äusseren Oberflächen fir d'Funktionaliséierung hunn. (Hilder et al. 2008) CNT's kënnen doduerch verschidde Molekülen wéi aktive Agenten, DNA, Proteine, Peptiden, Targetingliganden etc. an Zellen trauen. CNTs sinn als déi quintessent Nano-Materialien erkannt ginn an hunn de Status vun enger vun den aktivste Gebidder vun der Nanowend an der Nanotechnologie erliewt. De MWCNT ass aus 2-30 konzentresch graphitesch Schichten komponéiert, déi Duerchmiesser vu ronn 10 bis 50 nm a méi wéi 10 μm längt. Op der anerer Säit ass SWCNT vill méi dënn, mat engem Duerchmiesser vun 1,0 bis 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanopartikel wéi Nanotubes kënnen Zellen erairen an se komplett ausnemen. Besonnesch funtionaliséierter Carbon Nanotubes (f-CNTs) sinn bekannt fir d'Liichtkraaft ze erhéijen an e effizienten Tumorziel ze maachen. Duerno ginn d'f-CNTs, SWNTs an MWNTs verhënnert datt Cytotoxie (= Toxie zu Zellen) sinn an d'Funktioun vum Immunsystem verännert ginn. Zum Beispill, Ee-walled Carbon Nanotubes (SWCNTs) vu héijer Rengheet kënnen op sonochemeschem Wénkel produzéiert ginn: High-Purple SWCNTs kënnen an enger flësseger Léisung erreecht ginn andeems de Kieselstoffpulver 20 min erfeiert gëtt. bei Raumtemperatur an Ambitiounsdruck. (Srinivasan 2005)

Sonochemesch preparéiert Single-walled Carbon Nanotubes (SWNTs / SWCNTs)

Fig.1: Sonochemieproduktioun vu SWCNTs. Silicapulver an enger Léisung vu Ferrocen-Xylol-Mëschung gouf 20 min ëmgewandelt. bei Raumtemperatur an Ënnerdréckung. Sonication produzéiert héichwäerteg SWCNTS op der Uewerfläch vum Silicapumenter. (Jeong et al 2004)

Fonktionnéiert Carbon Nanotubes (f-CNTs) kënnen och als Vakzine Liwwersystem geliwwert ginn. De Basiskonzept ass d'Verbindung vum Antigen op Kuelemiotubes ze verbannen, andeems se seng Konformation behalen, doduerch datt d'Antikörper-Reaktioun mat der richtiger Spezifitéit induzéiert gëtt.
Keramesche Nanopartikel, dat heescht aus der Silikatsubstrat, Titanoxie oder Aluminiumoxid, eng porhere Partikeloberfläche ze maachen, déi se en ideale Drogegarantie mécht.

Ultraschall Synthese an Nidderschlag vun Nanopartikelen

Nanopartikel kënnen duerch d'Synthese oder Ausfällung ënnerbreet ginn. Sonochemie ass eng vun de fréierst Technik déi benotzt Nanoziséiere verbonne sinn. Suslick a senger ursprénglecher Aarbecht, de Fe (CO) 5 entweder als Pure Liquiditéit oder bei enger Deaclin-Léisung, an 10-20nm Gréisst Amorphouser Nanopartikel. Allgemeng ass eng iwwerersätteg Mëschung mat engem fest konzentréierten Material festgehalen. Ultrasonikatioun verbessert d'Vermëschung vun de Viraussetzer a vergréissert d'Massentransfer op der Partikeloberfläche. Dëst féiert zum klengen Deel Partikelgréisst a méi héie Uniformitéit.

Ultraschall Homogenisate erlaaben eng effektiv Dispergéieren, Deagglomeratioun a Mfunktionaliséierung vun Nano-Materialien.

Pic. 1: Hielscher Laborgitt UP50H fir d'Unerkennung vu klenge Volumen, zB Dispergéieren der MWNT.

Ultraschall Functionaliséierung vun Nanopartikelen

Fir Nanopartikel mat spezifesche Charakteristiken a Funktiounen ze kréien, muss d'Uewerfläch vun den Partikel geännert ginn. Verschidde Nanosysteme wéi Polymere Nanopartikel, Liposomen, Dendrimere, Carotin Nanotubes, Quantemitt usw., kënnen effizient an der Pharmazie benotzt ginn.
Fir d'komplette Fläche vun all eenzelne Partikel ze funktionnéieren ass eng gutt Dispersiounsmethod néideg. Wann dispergert ginn Partikelen typesch si vun enger Grenzschicht vu Molekülen ëmgeleet vun der Partikeloberfläche. Fir nei funktionnele Gruppen op der Partikel Uewerfläch ze kommen, muss dës Grenzschicht geblësselt oder geläscht ginn. Déi flësseg Jets aus Ultraschallkavitationen kënne Geschwindegkeet vun bis zu 1000 km / h erreechen. Dëse Stress hëlleft fir d'Attraktivitéit ze iwwerwannen an déi funktionell Moleküle vun der Partikeloberfläche z'informéieren. Bei Sonochemie gëtt dësen Effekt benotzt fir d'Performance vun dispergéierten Katalysatoren ze verbesseren.

Praktescht Beispill:

Ultraschall Functionaliséierung vun SWCNTs vu PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) huet bewisen datt d'Dispersioun vun eenzelen walled Carbon Nanotubes (SWNTs) duerch Ultraschall mat Phospholipid-Polyethylenglycol (PL-PEG) Fragmenter erfaasst huet, doduerch seng Fähegkeet ze verstoppen d'noutpezifesch Aufgab vun Zellen ze blockéieren. Awer net unfragmentéiert PL-PEG fördert spezifesch zellulär Aufgab vun zilorientéierte SWNTs op zwou verschidde Klassen vun Rezeptoren, ausgedréckt vu Krebszellen. D'Ultraschallbehandlung bei der Präsenz vu PL-PEG ass eng gewéinlech Method déi benotzt gëtt fir Kuelemassotubes ze disperséieren oder ze funktionnéieren an d'Integritéit vu PEG ass wichteg fir d'spezifesch zellulär Aufgab vun ligand-funktionaliséiertem Nanorum ze promoten. Well d'Fragmentéierung ass e wahrscheinlech Konsequenz vun Ultraschall, eng Technik déi allgemeng benotzt gëtt fir SWNTs ze verteidegen, dëst vläicht e Besoin fir verschidde Applikatiounen, wéi Drogeniwwerbrieche.

Ultraschert Dispersiounsanlagen wéi den Ultraschall UP400S sinn d'perfekt Instrument fir Dispergéieren a Fragmenter SWCNTs z'ënnerstëtzen fir preparéiert Arzter ze preparéieren.

Et sinn 2: d'Ultraschalldispersioun vu SWCNTs mat PL-PEG (Zeineldin et al. 2009)

Ultraschall-Liposomen-Formatiounen

E weidere Succès vun Ultraschall ass d'Préparatioun vu Liposomen an Nano-Liposomen. Liposomen-Droge- a Genuesexamen spille eng bedeitend Roll bei villfältege Therapien, awer och an der Kosmetik a Ernärung. Liposome sinn gutt Trëtter, well waasslöslech aktive Agenten kënnen an d'wäissréissege Zentrum vu Liposomen plazéiert sinn oder wann de Fett löslich ass, an der Lipidschicht. Liposome kënne forméiert ginn duerch de Gebrauch vun Ultraschall. De Basismaterial fir d'Liposomen Preperéierung sinn amphileschen Molekülen ofgeleent oder baséiert op biologesch Membranlipiden. Fir d'Bildung vu kleng onilamellare Vesikelen (SUV), gëtt d'Lipiddispersioun sanft behandelt – zB mat der Handheld-Ultraschall-Apparat UP50H (50W, 30kHz), de VialTweeter oder den Ultraschallreaktor UTR200 – an engem Glace. D'Dauer vun enger Ultraschallbehandlung dauert ongeféier. 5 - 15 Minutten. Eng aner Methode fir kleng kleng onilamellare Vesikel ze produzéieren ass d'Sucklerung vun de multilamellare Vesikel Liposomen.
Dinu-Pirvu et al. (2010) mellt d'Erzéihung vun Transferosomene mat der Schwämmung vu MLV bei Raumtemperatur.
Hielscher Ultrasonics bitt verschidde Ultraschall-Geräter, Sonotroden an Accessoiren fir de Fuerderung vun all ville Prozesser ze erhalen.

Ultraschall Verkapselung vu Agenten an Liposomen

Liposome funktionnéiert als Tréierer fir aktive Agenten. Ultrasound ass en effektiven Instrument fir d'Liposomen fir d'Entrapment vun aktiven Agents ze preparéieren an ze bilden. Virun de Verkapulatioun tendéiere d'Liposomen e Cluster bilden wéinst der Uewerfläch Ladestrecken-Interaktioun vu phospholipidpolare Koppen (Míckova et al. 2008), an och déi mussen opgemaach ginn. Zum Beispill d'Zhu et al. (2003) beschreift d'Kapselung vu Biotinpulver an de Liposomen duerch Ultraschall. Well de Biotinpulver an d'Vesikel-Suspension Léisung gefeiert gouf, gouf d'Léisung fir ca. 1 Stonn. No dëser Behandlung gouf Biotin an de Liposomen enthalen.

Liposomal Emulsiounen

Fir d'nouturéiere Wirkung vun befeuchtende oder anti-aging Creme ze verbesseren, Lotiounen, Gele an aner kosmmeutesch Formulierungen, Emulgator ginn zu den liposomalen Dispersiounen hinzu ginn, fir méi Mounts vu Lipiden ze stabiliséieren. Awer Ermëttlungen hat gewisen datt d'Kapazitéit vu Liposomen generaliséiert limitéiert ass. Mat dem Zousaz vun Emulgatoren gëtt dësen Effekt fréi erof fräizeg an d'zousätzlech Emulgateur bewierken d'Schwächung vun der Barriäraffinitéit vum Phosphatidylcholin. Nanopartikelen – aus Phosphatidylcholin a Lipiden besteet - sinn d'Äntwert op dëst Problem. Dës Nanopartikel ginn aus engem Uelegdreift gebilt, dat vun enger Monoschicht aus Phosphatidylcholin bedeckt gëtt. D'Benotzung vun Nanopartikel léisst Formulare op, déi méi Lipiden absorbéieren kënnen an si stabil bleiwen, sou datt méi Emulsifikateur net gebraucht ginn.
Ultrasonication ass eng bewährte Methode fir d'Produktioun vun Nanoemulsionen an Nanodispersioune. Highly intensive Ultraschung liefert d'Muecht fir eng flësseg Phase (disperser Phase) a kleng Drëpplazen an enger zweeter Phase (kontinuéierlech Phase) ze disperséieren. An der Dispergatiounszone implizéieren Kavitblutzblasen intensiv Shockwellen an der Ëmgéigend Flauseg an entstinn d'Bildung vu fléissende Düsen aus héich Flëssegeschwindigkeit. Fir d'nei forméiert Tropenz vun der disperser Phase géint d'Koessenz ze stabiliséieren, ginn Emulsifikatoren (Uewerflächenaktive, Tenside) a Stabilisateure zu der Emulsioun beigefügt. Well d'Koalisatioun vun den Dréchnen no der Stierfung beoptréit d'endgülteg Trödelméisseverdeelung, ginn effizient Stabiliséiere vun Emulgatoren benotzt fir d'Vergréisserung vun der Trimestergréisst op engem Niveau ze stabiliséieren, deen un der Verdeelung direkt un der Tropratiounstunnung an der Ultraschalldispersionszone entsprécht.

Liposomal Dispersiounen

Liposomal Dispersiounen, déi baséiert op ongesiedeltes Phosphatidylchlor, fehlen an Stabilitéit géint Oxidatioun. D'Stabiliséierung vun der Dispersioun kann duerch Antioxidantien, wéi z. B. duerch e Komplex vu Vitamine C an E.
Ortan et al. (2002) an hirer Studie iwwer d'Ultraschertpräparatioun vum Anethum graveolens essentielle Ueleg an de Liposomen erreeche gutt Resultater. No der Opléisung ass d'Dimensioun vu Liposomen tëscht 70-150 nm an fir de MLV tëscht 230-475 nm; Dës Wäerter waren ongeféier konstant och no 2 Méint, awer ongeféier 12 Méint, virun allem an der SUV-Dispersioun (kuckt Histogrammën). D'Stabiliséierungsmessung, déi äthereschen Uelegverloscht an d'Gréisst vun der Vergréisserung war, huet och bewisen, datt liposomal Dispersiounen den Inhalt vu flüchtigen Ueleg behalen. Dëst schreift datt d'Entrapment vum äthereschen Ueleg an de Liposomen erhéicht d'Uelegstabilitéit.

Ultrasonnesch préparéiert Multi-lamellare Vesikelen (MLV) an eenzelnen uni-lamellare Vesikelen (SUV) weisen eng gutt Stabilitéit iwwert den äthereschen Uelegverloscht an d'Partikelgréisstverdeelung.

D'Fig. 3: Ortan et al. (2009): D'Stabilitéit vu MLV an SUV Dispersiounen no 1 Joer. Liposomal Formulierungen goufen op 4 ± 1 ° C gelagert.

Klickt hei fir méi iwwer d'Ultraschall-Liposomen-Präparenz ze liesen!

Ultraschall Effects

Nieft der Ultraschallproduktioun vun Nanopartikel ass d'Veraarbechtung vun dëse Substanzen e weideren Feld fir Uwendungen vun Ultraschall. D'Agglomerater mussen gebrach ginn, d'Partikel mussen entlooss ginn a / oder dispergéiert sinn, d'Surfakater mussen aktivéiert oder funktionaliséiert ginn, an Nano-Drëpplen mussen emuléiert ginn. Fir all dës Veraarbechtung ass den Ultraschall eng bewährte essentielle Methode. Héichkraaft Ultraschall generéiert intensiv Effekter. Wann d'Flëssegkeete bei Héichentzündelen klëmmt, hunn d'Schallwellen, déi an de Flammmëttel verbreet sinn, zu alternéierende High Pressure (Kompressioun) an Ënnerdréckungszyklen (niddreg). Während dem nidderegen Dréiaarbecht entwéckelen d'Ultraschallwellen héich Intensitéit kleng Vakuumbelueden oder Helleg an der Liquiditéit. Wann d'Blasen zu engem Volume bäibehalen, bei deem se net méi Energie méi absorbéieren kënnen, briechen si heft während e staarken Drock Zyklus. Dëse Phänomen gëtt genannt Kavitation.
D'Implosioun vu Kavitationbäschen a Mikro-Turbulenzen an Micro-Jets bis zu 1000 km / h. Grouss Partikel ginn ënnert der Uewerfläch erooséiert (iwwer Kavitatiounskraaft an der Ëmgéigend Liquiditéit) oder d'Reduktioun vun der Partikelgréisst (wéinst der Spaltung duerch Interpartikulatiounskollisioun oder dem Offall vun de Kavitationblasen op der Uewerfläch). Dëst féiert zu enger scharfer Beschleunigung vu Diffusioun, Mass Transfer an Prozesser a festen Phas Reaktiounen wéinst der Kristallitgréisst a vum Strukturwechsel. (Suslick 1998)

Ultraschallveraarbechtung

Hielscher ass den Top Supplément fir qualitativ héichwäerteg an héich Performance Ultraschallveraarbechter fir Laboratioun an Industrieanwendungen. Apparater am Beräich vu 50 Watt bis 16.000 Watt Erlaabt de richteg Ultraschallprozessor fir all Volumen an all Prozess. Duerch hir héich Performance, Zouverlässegkeet, Robustheet an e einfache Betrib, ass d'Ultraschallbehandlung eng essentiel Technik fir d'Preparatioun an d'Veraarbechtung vun Nanomaterials. Ausgestallte mat CIP (Clean-In-Place) an SIP (Sterilize-an-Plaz), Hielscher Ultraschallvorrichtungen garantéieren eng sécher an effizient Manéier fir Är pharmazeutesch Normen. All spezifesch Ultraschallprozess kann einfach an der Labo- oder Bank-Skala gepréift ginn. D'Resultater vun dësen Verspriechen sinn komplett reproduzéiere kann, sou datt d'folgend Skala bis linear benotzt gëtt an ouni einfach weider Efforten fir d'Prozessoptimatioun gemaach ginn.

Sono-Synthese kann als Batch oder als kontinuéierleche Prozess ausgeführt ginn.

Pic. 2: Ultraslon Flowzellenreaktor zielt fir eng kontinuéierlech Veraarbechtung.

Literatur / nëmmen

  • Bawa, Raj (2008): Nanopartikel-baséiert Therapeutik bei Mënschen: Eng Ëmfro. In: Nanotechnologie Gesetz & Entreprise, Summer 2008.
  • Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): Elastesche Vesikel wéi Drogensträgers wann d'Haut ass. In: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bukarest.
  • Hilder, Tamsyn A .; Hill, James M. (2008): Enkapselung vun der Antikongerie-Drogen-Cisplatin an Nanotubes. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, Soo-Hwan; Ko, Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): Eng Sonochemical Route zu Single-Walled Carbon Nanotubes ënner Ambiente Konditiounen. An: Journal of American Chemical Society 126/2004; pp. 15982-15983.
  • Ko, Weon Bae; Park, Byoung Eun; Lee, Young Min; Hwang, Sung Ho (2009): Synthese vu Fullerene [C60] -gold Nanopartikelen mat net-ionesche Surfaktantspolysorbat 80 a Brij 97. In: Journal of Ceramic Processing Research Vol. 10, 1/2009; S. 6-10.
  • Liu, Zhuang; Chen, Kai; Davis, Corrine; Sherlock, Sarah; Cao, Qizhen; Chen Xiaoyuan; Dai, Hongjie (2008): Drogen Liwwerung mat Kuelestoff Nanotuben fir In vivo Kriibsbehandlung. In: Kriibsfuerschung 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): Ultraschall Shock-Wave als Kontrollmechanismus fir Liposomen-Drug Delivery Liwwerung fir eventuell Uwendungen am Gerümpfe implantéiert fir Dieren mat Iatrogenic Articular Cartilage Defects. An: Acta Veterianaria Brunensis Vol. 77, 2008; pp. 285-280.
  • Nahar, M .; Dutta, T .; Murugesan, S.; Asthana, A .; Mishra, D .; Rajkumar, V.; Tare, M .; Saraf, S.; Jain, NK (2006): funktionell polymere Nanopartikel: e effizienten a versprécht Instrument fir d'aktive Liwwerung vun Bioaktivitéiten. An: Critical Reviews zu Therapeutic Drug Carrier Systems, Vol. 23, 4/2006; pp. 259-318.
  • Ortan, Alina; Campeanu, Gh .; Dinu-Pirvu, Cristina; Popescu, Lidia (2009): Etuden iwwer d'Entrapment vun Anethum graveolens essential oil in Liposomen. In: Poumanian Biotechnological Letters Vol. 14, 3/2009; pp. 4411-4417.
  • Srinivasan, C. (2008): Carbon Nanotubes bei der Kriibstherapie. An: Aktuell Wëssenschaft, Bäitr.93, No.3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005) A 'SOUND' -Method fir d'Synthese vun eenzelmaartigen Kuelemassotubelen ënner Ëmstänn. In: Aktuelle Wëssenschaft, Bäitr. 8, No.1, 2005. S. 12-13.
  • Suslick, Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26. Abrëll 1998, S. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik, Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): Roll vum Polyethylenglycol Integritéit a spezifesche Receptor fir Tarrieren vun Carbon Nanotubes zu Krebszellen. In: Nano Briefe 9/2009; S. 751-757.
  • Zhu, Hai Feng; Li, Jun Bai (2003): D'Erënnerung vu Biotin-funktionaliséierter Liposomen. In: Chinesesch Chemicals Letters Vol. 14, 8/2003; pp. 832-835.

Kontaktéiert eis / frot bei méi Informatiounen

Diskussioun un eis iwwert Är Veraarbechtung Ufuerderunge. Mir wäerten déi gëeegent charge an Veraarbechtung Parameteren fir Äre Projet recommandéieren.