Echografie is een innovatieve technologie die met succes wordt gebruikt voor sonochemische Synthese, deagglomeratie, spreiding, emulgeren, Functionalisering en activering van deeltjes. Vooral in nanotechnologie, de ultrasone trillingen een essentiële techniek voor de synthese en verwerking toepassing van nano-afmetingen materialen. Omdat nanotechnologie deze opmerkelijke wetenschappelijke interesse heeft opgedaan, worden nanodeeltjes gebruikt in buitengewoon veel wetenschappelijke en industriële gebieden. De farmaceutische tak het grote potentieel van deze flexibele en variabele materiaal ontdekt, ook. Derhalve worden nanodeeltjes betrokken in verschillende functionele toepassingen in de farmaceutische industrie, waaronder:

• geneesmiddelafgifte (carrier)
• diagnostische producten
• produkt verpakking
• de ontdekking van biomarkers

Nanomaterialen in Pharmaceuticals

In het bijzonder is geneesmiddelafgifte via nanodeeltjes reeds een beproefde methode voor het afleveren van actieve middelen die vóór orale toediening of door injectie zijn toegediend. (Bawa 2008) Nano-geformuleerde geneesmiddelen kunnen veel efficiënter worden gedoseerd en afgeleverd omdat nieuwe technieken volledig nieuwe manieren van medische behandelingen openen. Deze technologie met hoog potentieel helpt om medicijnen, warmte of andere actieve stoffen aan specifieke cellen, dwz zieke cellen, te leveren. Door deze directe aflevering van medicijnen hebben gezonde cellen geen last van medicijneffecten. Eén veld, in die nano-geformuleerde medicijnen, laat al zien dat hun veelbelovende resultaten de kankertherapie zijn. Bij de kankertherapie is het het grote voordeel van nanogrootte stoffen dat hoge doses geneesmiddelmoleculen direct aan de tumorcellen kunnen worden afgegeven voor maximale effecten, terwijl bijwerkingen aan andere organen worden geminimaliseerd. (Liu et al. 2008) Dit voordeel resulteert in de nanogrootte doordat de deeltjes in staat zijn celwanden en membranen te passeren en de actieve middelen van het geneesmiddel direct aan de cellen waarop het is gericht af te geven.

Processing Nanomaterialen

Zoals nanomaterialen gedefinieerd als deeltjes met een afmeting kleiner dan 100 nm betekent dit dat de productie en verwerking van deze stoffen vereisen hogere inspanning.
Het vormen en verwerken nanodeeltjes, agglomeraten worden gebroken en bindingskrachten moeten overwonnen. ultrasone cavitatie is een bekende technologie om deagglomereren en verspreiden nanomaterialen. De diversiteit van nanomaterialen en vormen opent veelvuldige wijzigingen voor farmaceutisch onderzoek. koolstof nanobuisjes (CNT's) hebben een groot intern volume waardoor meer medicijnmoleculen kunnen worden ingekapseld en ze hebben verschillende binnen- en buitenoppervlakken voor functionalisering. (Hilder et al. 2008) Daarmee kunnen CNT's verschillende moleculen dragen, zoals actieve agentia, DNA, eiwitten, peptiden, richtende liganden, enz. In cellen. CNT's zijn erkend als de essentiële nanomaterialen en hebben de status verworven van een van de meest actieve velden van nanowetenschap en nanotechnologie. De MWCNT is samengesteld uit 2-30 concentrische grafietlagen met een diameter van 10 tot 50 nm en een lengte van meer dan 10 μm. Aan de andere kant is SWCNT veel dunner, met een diameter van 1,0 tot 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Zowel nanodeeltjes als nanobuizen kunnen cellen binnendringen en kunnen volledig door hen worden opgenomen. Het is bekend dat met name gefunctionaliseerde koolstofnanobuisjes (f-CNT's) de oplosbaarheid verbeteren en een efficiënte gerichtheid op tumoren mogelijk maken. Daardoor wordt voorkomen dat f-CNT's, SWNT's en MWNT's cytotoxisch (= toxisch voor cellen) zijn en de functie van het immuunsysteem veranderen. Bijvoorbeeld, Enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNTs) met hoge zuiverheid worden geproduceerd sonochemische manier: Zuiver SWCNTs kan in een vloeibare oplossing door soniceren silicapoeder gedurende 20 min verkregen. bij kamertemperatuur en omgevingsdruk. (Srinivasan 2005)

Afb.1: Sonochemical productie van SWCNTs. Siliciumdioxidepoeder in een oplossing van ferroceen-xyleenmengsel werd gesoniceerd gedurende 20 min. bij kamertemperatuur en onder omgevingsdruk. Sonificatie produceert hoogzuivere SWCNTs op het oppervlak van het silicapoeder. (Jeong et al. 2004)

Gefunctionaliseerde koolstof nanobuisjes (f-CNT) kunnen ook als vaccins afgiftesystemen. Het basisconcept is om het antigeen te koppelen aan koolstof nanobuisjes met behoud van conformatie daardoor induceren antilichaamrespons met de juiste specificiteit.
Keramische nanodeeltjes, d.w.z. afgeleid van silica, Titania of alumina, voorzien van een poreus deeltjesoppervlak dat ze ideaal maakt geneesmiddeldrager.

Ultrasone Synthese en precipitatie van nanodeeltjes

Nanodeeltjes kunnen worden gegenereerd bottom-up door synthese of precipitatie. sonochemistry is één van de eerste technieken nanoschalig verbindingen te bereiden. Suslick in origineel werk, gesoniceerd Fe (CO) 5 hetzij als pure vloeistof of een oplossing deaclin en verkregen 10-20nm formaat amorfe ijzer nanodeeltjes. In het algemeen begint een oververzadigde mengsel vormen van vaste deeltjes uit een sterk geconcentreerde materiaal. Ultrasone trillingen verbetert de menging van de voorlopers en verhoogt de massaoverdracht op het deeltjesoppervlak. Dit leidt tot kleinere deeltjesgrootte en een hogere uniformiteit.

Ultrasone functionalisering van Nanodeeltjes

Om nanodeeltjes met specifieke kenmerken en functies te verkrijgen, moet het oppervlak van de deeltjes worden aangepast. Verschillende nanosystemen zoals polymere nanodeeltjes, liposomen, dendrimeren, koolstofnanobuisjes, kwantumstippen, enz. Kunnen met succes worden gefunctionaliseerd voor efficiënt gebruik in de farmacie.
Teneinde het volledige oppervlak van elk individueel deeltje functionaliseren, wordt een goede dispersie werkwijze vereist. Bij verstuiven worden deeltjes gewoonlijk omgeven door een grenslaag van moleculen aantrekkingskracht op het deeltjesoppervlak. Opdat nieuwe functionele groepen op het deeltjesoppervlak te komen, deze grenslaag moet worden gebroken of verwijderd. De vloeistofstralen die voortvloeien uit ultrasone cavitatie kan snelheden tot 1000 km / h bereikt. Deze spanning helpt om de aantrekkende krachten te overwinnen en draagt ​​de functionele moleculen aan het deeltjesoppervlak. In sonochemistry, wordt dit effect gebruikt om de prestaties van de verspreide katalysatoren te verbeteren.

Praktisch Voorbeeld:

Ultrasone functionalisatie van SWCNT's door PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) toonde aan dat de dispersie van enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWNT's) door middel van ultrasone trillingen met fosfolipide-polyethyleenglycol (PL-PEG) het fragmenteert, waardoor het zijn vermogen om niet-specifieke opname door cellen te blokkeren, fragmenteert. Niet-gefragmenteerde PL-PEG bevordert echter specifieke cellulaire opname van gerichte SWNT's tot twee verschillende klassen van receptoren tot expressie gebracht door kankercellen. Ultrasone behandeling in de aanwezigheid van PL-PEG is een gebruikelijke methode die wordt gebruikt voor het dispergeren of functionaliseren van koolstofnanobuisjes en de integriteit van PEG is belangrijk voor het bevorderen van specifieke cellulaire opname van ligand-gefunctionaliseerde nanobuisjes. Aangezien fragmentatie een waarschijnlijke consequentie is van met ultrasone trillingen, een techniek die gewoonlijk wordt gebruikt om SWNT's te verspreiden, kan dit een zorg zijn voor bepaalde toepassingen, zoals toediening van geneesmiddelen.

Fig. 2: ultrasone dispersie van SWCNTs met PL-PEG (Zeineldin et al. 2009)

Ultrasone Liposome Formation

Een andere succesvolle toepassing van echografie is de bereiding van liposomen en nano-liposomen. Op liposomen gebaseerde geneesmiddelen en genafgiftesystemen spelen een belangrijke rol in veelvuldige therapieën, maar ook in cosmetica en voeding. Liposomen zijn goede dragers, omdat wateroplosbare actieve stoffen in het waterige centrum van de liposomen kunnen worden geplaatst of, als het middel vetoplosbaar is, in de lipidelaag. Liposomen kunnen worden gevormd door het gebruik van ultrasone trillingen. Het basismateriaal voor liposoompreparatie zijn amfiele moleculen afgeleid of gebaseerd op biologische membraanlipiden. Voor de vorming van kleine unilamellaire blaasjes (SUV) wordt de lipidedispersie voorzichtig gesonificeerd – bijv. de handheld ultrasoonapparaat UP50H (50W, 30kHz), de VialTweeter of ultrasone reactor UTR200 – in een ijsbad. De duur van een dergelijke ultrasone behandeling duurt ca. 5-15 minuten. Een andere methode om kleine unilamellaire blaasjes produceren is het soniceren van de multilamellaire vesicles liposomen.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapporteert het verkrijgen van transferosomen door sonicating MLVs bij kamertemperatuur.
Hielscher Ultrasonics biedt verschillende ultrasone apparaten, sonotrodes en accessoires aan de eis van allerlei processen voldoen.

Ultrasone inkapseling van middelen in liposomen

Liposomen werkt als dragers voor werkzame stoffen. Echografie is een effectief middel te bereiden en vorming van de liposomen voor het insluiten van werkzame stoffen. Vóór inkapseling, de liposomen vaak clusters vanwege de oppervlaktelading-ladingsinteractie fosfolipide polaire hoofdgroepen (Míckova et al. 2008) vormen verder moeten ze worden geopend. Bij wijze van voorbeeld, Zhu et al. (2003) beschrijven de inkapseling van biotine poeder in liposomen door ultrasone trillingen. Als biotine poeder in de vesicle suspensie werd toegevoegd, de oplossing werd gesonificeerd ca. 1 uur. Na deze behandeling werd biotine ingesloten in de liposomen.

liposomale Emulsies

De verzorgende invloed hydraterende of anti-aging crèmes, lotions, gels en andere cosmeceutische formuleringen verbeteren, emulgator worden toegevoegd aan de liposomale dispersies hogere hoeveelheden lipiden te stabiliseren. Maar onderzoek heeft aangetoond dat het vermogen van de liposomen in het algemeen beperkt is. Met de toevoeging van emulgatoren, zal dit effect eerder verschijnen en de extra emulgatoren leiden tot een verzwakking van de barrière affiniteit van fosfatidylcholine. nanodeeltjes – samengesteld uit fosfatidylcholine en lipiden - zijn het antwoord op dit probleem. Deze nanodeeltjes worden gevormd door een oliedruppel die is bedekt door een monolaag van fosfatidylcholine. Het gebruik van nanodeeltjes maakt formuleringen die geschikt om meer lipiden te absorberen en blijven stabiel, zodat aanvullende emulgatoren niet nodig.
Met ultrasone trillingen is een beproefde methode voor de productie van nanoemulsies en nanodispersies. Zeer intensieve ultrasone golven leveren het vermogen dat nodig is om een ​​vloeibare fase (gedispergeerde fase) in kleine druppeltjes in een tweede fase (continue fase) te verspreiden. In de dispersiezone veroorzaken imploderende cavitatiebellen intensieve schokgolven in de omringende vloeistof en resulteren in de vorming van vloeistofstralen met een hoge vloeistofsnelheid. Om de nieuw gevormde druppeltjes van de disperse fase tegen coalescentie te stabiliseren, worden emulgatoren (oppervlakteactieve stoffen, oppervlakteactieve stoffen) en stabilisatoren aan de emulsie toegevoegd. Omdat coalescentie van de druppeltjes na verstoring de uiteindelijke druppelgrootteverdeling beïnvloedt, worden efficiënt stabiliserende emulgatoren gebruikt om de uiteindelijke druppelgrootteverdeling op een niveau te houden dat gelijk is aan de verdeling onmiddellijk na de druppelverstoring in de ultrasone dispersiezone.

liposomale dispersies

Liposomale dispersies, die gebaseerd zijn op onverzadigd fosfatidylchloor, missen stabiliteit tegen oxidatie. De stabilisatie van de dispersie kan worden bereikt door antioxidanten, zoals door een complex van vitamine C en E.
Ortan et al. (2002) behaalde in hun studie met betrekking tot de ultrasone voorbereiding van Anethum graveolens essentiële olie in liposomen goede resultaten. Na sonicatie, de afmeting van de liposomen was tussen 70-150 nm, en MLV tussen 230-475 nm; Deze waarden waren ongeveer constant ook na 2 maanden, maar inceased na 12 maanden, met name in SUV dispersie (zie hieronder histogrammen). De stabiliteit meting, met betrekking tot essentiële olie verlies en grootteverdeling, toonde ook aan dat liposomale dispersies onderhouden het gehalte aan vluchtige olie. Dit suggereert dat de insluiting van de essentiële olie in liposomen verhoogde de stabiliteit olie.

Fig. 3: Ortan et al. (2009): Stabiliteit van MLV en SUV dispersies na 1 jaar. Liposomale formuleringen werden opgeslagen bij 4 ± 1 ° C.

Klik hier voor meer informatie over de ultrasone liposoompreparaat lezen!

ultrasone Effects

Naast de ultrasone productie van nanodeeltjes, is de verwerking van deze stoffen een breed terrein voor toepassingen van met ultrasone trillingen. De agglomeraten moeten worden gebroken, deeltjes moeten worden ontward en / of gedispergeerd, de oppervlakken moeten worden geactiveerd of gefunctionaliseerd, en nanodruppeltjes moeten worden geëmulgeerd. Voor al deze verwerkingsstappen is echografie een bewezen essentiële methode. Krachtige echografie genereert intense effecten. Bij het soniseren van vloeistoffen met hoge intensiteiten, resulteren de geluidsgolven die zich voortplanten in de vloeibare media in wisselende hogedruk (compressie) en lage druk (verdunning) cycli, met snelheden die afhankelijk zijn van de frequentie. Tijdens de lage drukcyclus creëren ultrasone golven met hoge intensiteit kleine vacuümbellen of holten in de vloeistof. Wanneer de bellen een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen opnemen, vallen ze hevig in elkaar tijdens een hoge drukcyclus. Dit fenomeen wordt genoemd cavitatie.
De implosie van de cavitatie belletjes resultaten in micro-turbulenties en micro-stralen tot 1000 km / uur. Grote deeltjes worden onderworpen aan oppervlakte-erosie (via cavitatie instorting in de omringende vloeistof) of vermindering van de deeltjesgrootte (door splijting met tussen de deeltjes aanvaring of de ineenstorting van cavitatie belletjes gevormd op het oppervlak). Dit leidt tot een sterke toename van de diffusie, massatransportprocessen en vaste fase-reacties vanwege kristallietgrootte en de structuur veranderen. (Suslick 1998)

Ultrasone Processing Equipment

Hielscher is de top leverancier van hoge kwaliteit en hoge prestaties ultrasone processors voor laboratorium en industriële toepassing. Apparaten in het bereik van 50 watt tot 16.000 watt laten de juiste ultrasone processor voor elk volume en elk proces zijn. Door hun hoge prestaties, betrouwbaarheid, robuustheid en eenvoudige bediening, de ultrasone behandeling is een essentiële techniek voor de bereiding en verwerking van nanomaterialen. Voorzien CIP (Cleaning In Place) en SIP (steriliseer-in-place), Hielscher ultrasone apparaten garanderen veilige en efficiënte productie volgens farmaceutische normen. Alle specifieke ultrasone trillingen kan gemakkelijk worden getest in het lab of bench-top schaal. De resultaten van deze onderzoeken zijn volledig reproduceerbaar, zodat de volgende schaal-up is lineair en kan gemakkelijk worden gemaakt zonder extra inspanningen met betrekking tot het proces van optimalisatie.