Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Ultradźwiękowy Leczenie nanocząstek dla Pharmaceuticals

Ultradźwięki to innowacyjna technologia, która jest z powodzeniem stosowane do sonochemicznych Synteza, deaglomeracja, dyspersja, emulgacjaFunkcjonalizacji i aktywacja cząstek. Szczególnie w nanotechnologii, ultradźwięki jest istotnym stosowaną do celów syntezy i obróbki materiałów nano-rozmiaru. Ponieważ nanotechnologia zdobyła tę wyjątkową zainteresowanie naukowców, nanocząstki wielkości są wykorzystywane w niezwykle wielu dziedzinach naukowych i przemysłowych. Oddział pharma odkrył wysoki potencjał tego materiału elastycznego i zmiennego, zbyt. W związku z tym, nanocząstki są zaangażowane w różnych zastosowaniach funkcjonalnych w przemyśle farmaceutycznym, są to:

  • dostarczania leku (nośnik)
  • produkty diagnostyczne
  • opakowanie produktu
  • odkrycie biomarkera

Nanomateriały w Pharmaceuticals

W szczególności, dostarczanie leku przez nanocząstki jest już sprawdzoną metodą dostarczania substancji czynnych, które były podawane przed doustnym lub przez wstrzyknięcie. (Bawa 2008) Nano formułowane leki można dawkować i dostarczać o wiele bardziej wydajnie, ponieważ nowe techniki otwierają zupełnie nowe sposoby leczenia. Ta technologia o wysokim potencjale pomaga dostarczać leki, ciepło lub inne substancje czynne do określonych komórek, tj. Do chorych komórek. Dzięki temu bezpośredniemu dostarczaniu leku, zdrowe komórki nie są niepokojone przez działanie leków. Jedną dziedziną, w której nanokształtne leki już pokazują swoje obiecujące wyniki, jest terapia przeciwnowotworowa. W terapii przeciwnowotworowej dużą zaletą nanocząsteczek jest to, że wysokie dawki cząsteczek leku mogą być dostarczane bezpośrednio do komórek nowotworowych w celu uzyskania maksymalnych efektów przy jednoczesnym minimalizowaniu skutków ubocznych dla innych narządów. (Liu i in. 2008) Ta zaleta powoduje, że nanocząsteczki są zdolne do przepuszczania ścian komórkowych i błon komórkowych i uwalniania substancji czynnych leku bezpośrednio w docelowych komórkach.

przetwarzanie Nanomateriały

Nanomateriały są określane jako cząstki o wymiarze mniejszym niż 100 nm, co oznacza, że ​​wytwarzanie i przetwarzanie tych substancji wymaga większych starań.
W celu wytworzenia i przetwarzania nanocząstki aglomeratów musi być przerwane i siły łączące muszą przezwyciężone. Kawitacja ultradźwiękowa jest dobrze znana technologia do rozdrobnienia i rozproszenia nanomateriały. Różnorodność form otwiera nanomateriałów i wielorakie zmiany w badaniach farmaceutycznych. nanorurki węglowe (CNT) mają dużą wewnętrzną objętość, która pozwala na uwięzienie większej ilości cząsteczek leku i mają odrębne powierzchnie wewnętrzne i zewnętrzne dla funkcjonalizacji. (Hilder i wsp. 2008) Dzięki temu CNT są w stanie przenosić do komórek różne cząsteczki, takie jak czynniki aktywne, DNA, białka, peptydy, celowane ligandy itd. CNT zostały uznane za kwintesencję nanomateriałów i uzyskały status jednej z najbardziej aktywnych dziedzin nanonauki i nanotechnologii. MWCNT składa się z 2-30 koncentrycznych warstw grafitowych, których średnica wynosi od 10 do 50 nm i długość ponad 10 μm. Z drugiej strony, SWCNT jest znacznie cieńszy, o średnicy w zakresie od 1,0 do 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanocząstki, a także nanorurki mogą wchodzić do komórek i mogą być przez nie całkowicie wchłonięte. W szczególności funtionalizowane nanorurki węglowe (f-CNT) zwiększają rozpuszczalność i umożliwiają skuteczne ukierunkowanie nowotworu. W ten sposób zapobiega się cytotoksyczności f-CNT, SWNT i MWNT (= toksycznych dla komórek) i zmianie funkcji układu odpornościowego. Na przykład, Jednościenne nanorurki węglowe (SWCNTs) o wysokiej czystości mogą być wytworzone na sonochemicznego sposób: SWCNTs wysokiej czystości można uzyskać w ciekłej roztworu przez działanie ultradźwiękami w proszku krzemionki przez 20 minut. w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem otoczenia. (Srinivasan 2005)

Sonochemically przygotowane jednościennych nanorurek węglowych (SWNT / SWCNTs)

Rys.1: sonochemicznych produkcja SWCNTs. proszku krzemionki w roztworze mieszaniny ferrocen-ksylen jest działaniu ultradźwięków przez 20 minut. w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem otoczenia. Sonikacja wytwarza SWCNTS wysokiej czystości na powierzchni proszku krzemionkowego. (Jeong i wsp., 2004),

Nanorurki węglowe funkcjonalizowane CNT (f) może również działać jako systemy dostarczania szczepionki. Podstawową ideą jest połączenie antygenu do nanorurek węglowych przy jednoczesnym zachowaniu jego konformacji, co, wywołując reakcję przeciwciał z prawej swoistości.
Ceramiczne nanocząstki to pochodzące z krzemionka, Tlenek tytanu lub tlenek glinu, wyposażone w porowatą powierzchnię cząstek, które sprawia, że ​​idealne nośniki leków.

Ultradźwiękowy Synteza i wytrącanie nanocząstek

Nanocząsteczki mogą być wytwarzane z dołu do góry przez syntezę lub wytrącanie. przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia). jest jedną z najstarszych metod stosowanych do wytwarzania związków o nano-rozmiarze. Suslick w jego pierwotnej pracy, sonikowano Fe (CO) 5 bądź w postaci czystej cieczy lub w roztworze deaclin i otrzymano 10-20nm wielkości amorficznych nanocząstek żelaza. Ogólnie, przesyconej mieszaniny rozpoczyna tworzenia cząstek stałych Spośród bardzo stężonego materiału. Ultrasonikację poprawia mieszanie prekursorów i zwiększa przenoszenia masy na powierzchni cząstek. Prowadzi to do mniejszej wielkości ziarna i większej jednorodności.

Homogenizatorów ultradźwiękowych umożliwienia skutecznego dyspergującego deaglomeracji i mfunctionalization materiałów nano.

Fotka. 1: urządzenie laboratorium Hielscher za UP50H do sonikacji małych objętości, na przykład dyspergujące MWNT.

Ultradźwiękowy Funkcjonalizacja nanocząstek

Aby uzyskać nanocząstki o określonych właściwościach i funkcjach, powierzchnia cząstek musi zostać zmodyfikowana. Różne nanosystemy, takie jak nanocząstki polimerowe, liposomy, dendrymery, nanorurki węglowe, kropki kwantowe itd. Mogą być z powodzeniem funkcjonalizowane w celu efektywnego wykorzystania w farmacji.
W celu funkcjonalizacji całej powierzchni każdej poszczególnej cząstki jest wymagana dobra metoda dyspersji. Gdy rozproszone cząstki są zwykle otoczone warstwą graniczną cząsteczek przyciągane do powierzchni cząstek. W celu zapewnienia nowej grupy funkcjonalnej, aby dostać się na powierzchni cząstek, warstwa ta granica musi zostać podzielona lub usunięte. Strumienie cieczy wynikające z kawitacji ultradźwiękowej może osiągać szybkość do 1000km / godz. Naprężenie pozwala pokonać siły przyciągania i niesie cząsteczki funkcjonalnej do powierzchni cząstek. W sonochemii, efekt ten stosowany jest do zwiększenia wydajności katalizatora rozproszonych.

Praktyczny przykład:

Ultradźwiękowa funkcjonalizacja SWCNT według PL-PEG: Zeineldin i in. (2009) wykazali, że rozproszenie nanorurek węglowych o pojedynczej ściance (SWNT) przez ultradźwięki za pomocą glikolu fosfolipidowo-polietylenowego (PL-PEG) powoduje jego fragmentację, co zaburza jego zdolność do blokowania nieswoistego wychwytu przez komórki. Jednakże, niefragmentowany PL-PEG promuje specyficzny wychwyt komórkowy ukierunkowanych SWNT do dwóch różnych klas receptorów wyrażanych przez komórki rakowe. Leczenie ultradźwiękowe w obecności PL-PEG jest powszechną metodą stosowaną do rozproszenia lub funkcjonalizacji nanorurek węglowych, a integralność PEG jest ważna dla promowania specyficznego wychwytu komórkowego nanorurek funkcjonalizowanych ligandem. Ponieważ fragmentacja jest prawdopodobną konsekwencją ultradźwięki, techniki powszechnie stosowanej do rozpraszania SWNT, może to być problemem dla niektórych zastosowań, takich jak dostarczanie leków.

Ultradźwiękowego urządzenia dyspergujące takie jak UP400S ultrasonicator jest doskonałym narzędziem do dyspergowania i SWCNTs Fragmenté w celu wytworzenia substancji farmaceutycznych.

Fig. 2: dyspersja ultradźwiękowa SWCNTs z PL-PEG (Zeineldin i wsp 2009).

Formacja ultradźwiękowy liposomów

Kolejnym udanym zastosowaniem ultradźwięków jest przygotowanie liposomów i nano-liposomów. Systemy dostarczania leków i genów oparte na liposomach odgrywają istotną rolę w różnorodnych terapiach, ale także w kosmetykach i żywieniu. Liposomy są dobrymi nośnikami, ponieważ rozpuszczalne w wodzie środki aktywne mogą być umieszczone w wodnym centrum liposomów lub, jeśli środek jest rozpuszczalny w tłuszczach, w warstwie lipidowej. Liposomy można formować za pomocą ultradźwięków. Podstawowym materiałem do przygotowania liposomów są cząsteczki amfilowe pochodzące lub oparte na lipidach błon biologicznych. W celu utworzenia małych jednowarstwowych pęcherzyków (SUV) dyspersja lipidowa jest łagodnie sonikowana – na przykład z przenośnego urządzenia ultradźwiękowego UP50H (50 W, 30 kHz), przy czym VialTweeter lub reaktor ultradźwiękowy UTR200 – w łaźni lodowej. Czas trwania takiej obróbki ultradźwiękowej trwa ok. 5 - 15 minut. Inny sposób wytwarzania małych jednowarstwowych pęcherzyków jest sonikacji multilamelarne pęcherzyki liposomów.
Dinu-Pirvu i in. (2010) donosi, uzyskanie transferosomes MLV przez działanie ultradźwiękami w temperaturze pokojowej.
Hielscher Ultrasonics oferuje różne ultradźwiękowy, sonotrody i akcesoriów do spełnienia wymogu wszelkiego rodzaju procesów.

Ultradźwiękowy kapsułkowanie w liposomach leków

Liposomy działa jako nośniki substancji czynnych. Ultradźwięków jest skutecznym narzędziem do przygotowania i tworzą liposomy dla zatrzymywanie substancji czynnych. Przed umieszczeniem liposomy mają skłonność do tworzenia skupisk na skutek oddziaływania powierzchni ładunkami główek fosfolipidowych polarnych (Míckova i wsp., 2008), a ponadto muszą być otwarte. Tytułem przykładu, Zhu i in. (2003) opisują enkapsulacji proszku biotyny w liposomach przez ultradźwięki. Jako proszek biotyna dodano do roztworu zawiesiny pęcherzyków, roztwór został działaniu ultradźwięków przez ok. 1 godzina. Po tym zabiegu, biotyna uwięzione w liposomach.

Emulsje liposomowe

W celu zwiększenia efektu gotowaniem nawilżających lub zwalczania starzenia się kremy, lotiony, żele i inne preparaty cosmeceutical emulgator dodaje się do dyspersji liposomów do stabilizacji większe ilości lipidów. Jednak badania wykazały, że zdolność liposomów jest zwykle ograniczona. Z dodatkiem emulgatorów, efekt ten pojawi się wcześniej i inne emulgatory spowodować osłabienie powinowactwa na barierę fosfatydylocholiny. nanocząstki – składa się z fosfatydylocholiny i lipidów - są odpowiedzią na ten problem. Te nanocząstki utworzone przez kropelki oleju, który jest przykryty przez monowarstwy fosfatydylocholiny. Zastosowanie nanocząstek pozwala na preparaty, które są zdolne do absorbowania więcej lipidów i stabilne, tak że dodatkowe emulgatory nie są potrzebne.
Ultradźwięki to sprawdzona metoda produkcji nanoemulsji i nanodyspersji. Wysoce intensywne ultradźwięki zapewniają moc potrzebną do rozproszenia fazy ciekłej (fazy rozproszonej) w małych kropelkach w drugiej fazie (faza ciągła). W strefie rozpraszania implozyjne pęcherzyki kawitacyjne powodują intensywne fale uderzeniowe w otaczającej cieczy i powodują powstawanie ciekłych dysz o dużej prędkości cieczy. W celu stabilizacji nowo utworzonych kropelek fazy zdyspergowanej przeciw koalescencji, do emulsji dodaje się emulgatory (substancje powierzchniowo czynne, środki powierzchniowo czynne) i stabilizatory. Ponieważ koalescencja kropli po rozerwaniu wpływa na ostateczny rozkład wielkości kropelek, efektywnie stabilizujące emulgatory stosuje się do utrzymania ostatecznego rozkładu wielkości kropelek na poziomie równym rozkładowi bezpośrednio po rozbiciu kropelek w ultradźwiękowej strefie dyspergowania.

dyspersje liposomalne

dyspersje liposomalne, które są oparte na nienasyconych phosphatidylchlorine, brak stabilności przed utlenianiem. Stabilizacja zawiesiny można osiągnąć przez antyoksydanty takie jak kompleksem witaminy C i E
Ortan i in. (2002) osiągnięto w swoich badaniach dotyczących ultradźwiękowej przygotowania Anethum graveolens olejku w liposomach dobrymi wynikami. Po sonifikacji, wymiar liposomów pomiędzy 70-150 nm, a w przypadku MLV pomiędzy 230-475 nm; wartości te były w przybliżeniu stała także po 2 miesiącu, ale inceased po 12 miesiącach, a zwłaszcza w SUV histogramy dyspersji (patrz poniżej). Pomiar stabilności, w zakresie zasadniczych strat oleju i rozkład wielkości również wykazały, że dyspersje liposomalne utrzymać zawartość lotnego oleju. Sugeruje to, że unieruchomienie olejku liposomów zwiększona stabilność oleju.

Ultradźwiękami przygotowane pęcherzyki wielowarstwowe warstwy (MLV) i pojedyncze pęcherzyki jednokierunkowego płytkowe (SUV) wykazują dobrą stabilność dotyczące istotnej straty oleju i rozkładu wielkości cząstek.

Fig. 3: Ortan i in. (2009): Stabilność MLV i SUV dyspersji po 1 roku. Liposomowe preparaty były przechowywane w temperaturze 4 ± 1 ° C.

Kliknij tutaj, aby przeczytać więcej o ultradźwiękowej przygotowania liposomów!

Efekty ultradźwiękowe

Oprócz ultradźwiękowego wytwarzania nanocząstek, przetwarzanie tych substancji stanowi szerokie pole do zastosowań ultradźwiękowych. Aglomeraty muszą zostać rozbite, cząstki muszą zostać rozplątane i / lub zdyspergowane, powierzchnie muszą zostać aktywowane lub sfunkcjonalizowane, a nanocząstki muszą być zemulgowane. Dla wszystkich tych etapów obróbki ultradźwięk jest sprawdzoną, niezbędną metodą. USG o dużej mocy generuje intensywne efekty. Podczas rozchodzenia się cieczy o wysokiej intensywności fale dźwiękowe, które rozprzestrzeniają się w cieczach, powodują naprzemienne cykle wysokiego ciśnienia (kompresji) i niskiego ciśnienia (rozrzedzenie), z szybkościami zależnymi od częstotliwości. Podczas cyklu niskiego ciśnienia, ultradźwiękowe fale o dużej intensywności wytwarzają małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie w cieczy. Kiedy bąbelki osiągają objętość, przy której nie mogą już absorbować energii, zapadają się gwałtownie podczas cyklu wysokiego ciśnienia. Zjawisko to jest określane kawitacja.
Implozja wyników pęcherzyków kawitacyjnych w mikroturbulencje i mikro-strumieniami do 1000km / godz. Duże cząsteczki mogą ulec erozji powierzchni (poprzez kawitacyjnych w otaczającej ciekłej) lub zmniejszenia wielkości cząstek (w wyniku rozszczepienia przez zderzenia między cząstek lub rozpadu pęcherzyków kawitacyjnych, utworzoną na powierzchni). Prowadzi to do gwałtownego przyspieszenia procesu dyfuzji, przenoszenia masy i reakcji w fazie stałej ze względu na wielkość krystalitów i zmiany konstrukcji. (Suslick 1998)

Przetwarzanie Sprzęt ultradźwiękowy

Hielscher jest głównym dostawcą wysokiej jakości i wysokiej wydajności procesorów ultradźwiękowy dla stosowania przemysłowego i laboratorium. Urządzenia w zakresie od 50 watów aż do 16.000 watt pozwolić, aby znaleźć odpowiedni ultradźwiękowy procesor do każdej wielkości i każdego procesu. Przez ich wysokiej wydajności, niezawodności, solidności i łatwości obsługi, ultradźwiękowy zabieg jest niezbędny technika przygotowywania i przetwarzania nanomateriałów. Wyposażone CIP (clean-in-place) oraz SIP (sterylizować-in-place), urządzenia ultradźwiękowe Hielscher gwarantują bezpieczną i wydajną produkcję według standardów farmaceutycznych. Wszystkie specyficzne procesy ultradźwiękowe mogą być łatwo testowane w laboratorium lub bench-top skalę. Wyniki tych badań są całkowicie powtarzalne, tak że następująca skala-up jest liniowo i mogą być łatwo wykonane bez dodatkowych wysiłków w zakresie optymalizacji procesów.

Sono-Syntezę można prowadzić jako proces okresowy lub jako proces ciągły.

Fotka. 2. reaktor ultradźwiękowy komory przepływu umożliwiają ciągłej obróbki.

Literatura / Referencje

  • Bawa, Raj (2008): Nanoparticle-based Therapeutics in Humans: Ankieta. W środku: Prawo nanotechnologiczne Prawo & Biznes, lato 2008.
  • Dinu-Pirvu Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): elastyczne pęcherzyki jako leki przewoźników chociaż skóry. W: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bukareszt.
  • Hilder, Tamsyn A .; Hill, James M. (2008): Encapsulation z leku przeciwnowotworowego cisplatyny w nanorurek. Iconn 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, Soo-Hwan; Ko Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): a sonochemicznych Droga do Jednościenny nanorurek węglowych w warunkach otoczenia. W: Journal of American Chemical Society 126/2004; str. 15982-15983.
  • Ko, Weon Bae; Park, Byoung Eun; Lee, Young Min; Hwang, Sung Ho (2009): Synteza nanocząsteczek fullerenu[C60]-złota przy użyciu niejonowych środków powierzchniowo czynnych - polisorbatu 80 i brij 97. W środku: 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): Dostawa leków z nanorurkami węglowymi do leczenia nowotworów in vivo. W środku: Badania nad rakiem 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): Ultradźwiękowa fala uderzeniowa jako mechanizm kontrolny dla liposomowego systemu dostarczania leków do zastosowania w rusztowaniach wszczepionych zwierzętom z jatrogennymi wadami chrząstki stawowej. W: Acta Veterianaria Brunensis obj. 77, 2008; pp. 285-280.
  • Nahar, M .; Dutta, T .; Murugesan, S .; Asthana, A .; Mishra, D .; Rajkumar, V .; Tara, M .; Saraf, S .; Jain, N. K. (2006): funkcjonalne nanocząsteczki polimerowe: skutecznym i obiecującym narzędziem do aktywnego dostarczania Bioactives. W: Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems, Vol. 23, 4/2006; ss. 259-318.
  • Ortan, Alina; Campeanu GH .; Dinu-Pirvu Cristina; Popescu, Lidia (2009): Badania dotyczące uwięzienia Anethum graveolens olejku w liposomach. W: Poumanian biotechnologiczne Letters, tom. 14, 3/2009; ss. 4411-4417.
  • Srinivasan, C. (2008): nanorurki węglowe w terapii nowotworów. W: Current Science, Vol.93, No.3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005), dobrymi "metoda syntezy jednościennych nanorurek węglowych, w warunkach otoczenia. W: Current Science, Vol.88, nr 1, 2005. str. 12-13.
  • Suslick Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. wyd. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. str. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): Rola glikol polietylenowy Integrity w swoistym receptorem Ukierunkowanie nanorurek węglowych do komórek rakowych. W Nano Letters 9/2009; ss. 751-757.
  • Zhu Hai Feng; Li, czerwiec Bai (2003) Recognition of Biotin-funkcjonalizowany liposomów. W: chińskiej Chemikalia Letters Vol. 14, 8/2003; ss. 832-835.

Kontakt / Poproś o więcej informacji

Porozmawiaj z nami o swoich wymagań technologicznych. My polecamy najbardziej odpowiednie parametry konfiguracyjne i przetwarzania dla danego projektu.





Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.