Hielscher tecnologia de ultra-som

Tratamento de ultra-sons de Nanopartículas para Pharmaceuticals

O ultra-som é uma tecnologia inovadora que é utilizado com sucesso para sonoquímica Síntese, desaglomeração, dispersão, Emulsão, De funcionalização e de activação das partículas. Particularmente em nanotecnologia, o ultra-som é uma técnica essencial para a stese e processamento de fins de materiais nano-tamanho. Desde a nanotecnologia ganhou este interesse científico excelente, nanopartículas são utilizados em extraordinariamente muitos campos científicos e industriais. O ramo farmacêutico descobriu o elevado potencial deste material flexível e variável, também. Por conseguinte, as nanopartículas estão envolvidas em diversas aplicações funcionais na indústria farmacêutica, estes incluem:

  • entrega da droga (transportador)
  • produtos de diagnóstico
  • embalagem do produto
  • descoberta de biomarcadores

Nanomateriais em Pharmaceuticals

Especialmente, a entrega de drogas através de nanopartículas já é um método comprovado para a administração de agentes ativos que foram administrados antes da administração oral ou por injeção. (Bawa 2008) Os medicamentos formulados com nano podem ser doseados e entregues muito mais eficientes à medida que as novas técnicas abrem maneiras completamente novas de tratamentos médicos. Esta tecnologia de alto potencial ajuda a fornecer drogas, calor ou outras substâncias activas para células específicas, ou seja, células doentes. Com esta administração direta de medicamentos, as células saudáveis ​​não são perturbadas pelos efeitos de drogas. Um campo, em que as drogas nano-formuladas já mostram seus resultados promissores é a terapia do câncer. Na terapia contra o câncer, é a grande vantagem de substâncias de tamanho nano que as altas doses de moléculas de fármaco podem ser entregues diretamente às células tumorais para efeitos máximos, minimizando os efeitos colaterais em outros órgãos. (Liu et al.2008) Esta vantagem resulta no nano-tamanho por a qual as partículas são capazes de passar paredes e membranas celulares e libertar os agentes ativos do fármaco diretamente nas células alvo.

processamento Nanomateriais

Como nanomateriais são definidos como partículas com uma dimensão inferior a 100 nm, isto significa que a produção e o processamento destas substâncias requerem esforços mais elevados.
Para formar e de processar as nanopartículas, os aglomerados têm de ser quebrado e forças de ligação tem que se ultrapassar. cavitação ultra-sônica é uma tecnologia bem conhecida para desaglomerar e dispersar nanomateriais. A diversidade de nanomateriais e formas abre mudanças múltiplas para investigação farmacêutica. nanotubos de carbono (CNTs) têm um grande volume interno que permite que mais moléculas de fármaco sejam encapsuladas e tenham superfícies internas e externas distintas para a funcionalização. (Hilder et al., 2008) Por isso, os CNT são capazes de transportar várias moléculas tais como agentes ativos, DNA, proteínas, péptidos, direcionando ligandos etc. para células. Os CNTs foram reconhecidos como os nanomateriais por excelência e adquiriram o status de um dos campos mais ativos de nanociência e nanotecnologia. O MWCNT é composto de 2-30 camadas grafíticas concêntricas, cujos diâmetros variam de 10 a 50 nm e comprimento superior a 10 μm. Por outro lado, o SWCNT é muito mais fino, com diâmetro variando de 1,0 a 1,4 nm. (Srinivasan 2008) As nanopartículas e os nanotubos podem entrar nas células e podem ser ocupados por elas completamente. Em particular, os Nanotubes de Carbono Funtionalizados (f-CNTs) são conhecidos por aumentar a solubilidade e permitir uma eficiente segmentação de tumores. Por isso, f-CNTs, SWNTs e MWNTs são impedidos de serem citotóxicos (= tóxicos para células) e alterar a função do sistema imunológico. Por exemplo, Os nanotubos de carbono de parede única (SWCNTs) de elevada pureza pode ser produzido na forma sonoquímica: SWCNTs de alta pureza pode ser obtido em uma solução líquida por sonicaçao de sílica em pó, durante 20 min. à temperatura ambiente e pressão ambiente. (Srinivasan 2005)

Sonochemically preparados nanotubos de carbono com paredes simples-(nanotubos de carbono / SWCNTs)

Fig.1: produção sonoquímicos de SWCNTs. pó de sílica em uma solução de mistura de ferroceno-xileno foi submetida a ultrassons durante 20 min. à temperatura ambiente e à pressão ambiente. Sonicação produz SWCNTs de alta pureza na superfície do pó de sílica. (Jeong et ai. 2004)

Funcionalizadas de nanotubos de carbono (f-CNT) também podem actuar como sistemas de administração de vacina. O conceito básico consiste em ligar o antigénio de nanotubos de carbono, mantendo a sua conformação, desse modo, induzir a resposta de anticorpos com a especificidade direita.
nanopartículas de cerâmica, isto é, derivados de sílica, Titânia ou alumina, apresentam uma superfície de partícula porosa que lhes um veículo de fármaco ideal faz.

Síntese de ultra-sons e a precipitação das nanopartículas

As nanopartículas podem ser gerados de baixo para cima por síntese ou precipitação. sonoquímica é uma das primeiras técnicas utilizadas para preparar compostos de tamanho nanométrico. Suslick no seu trabalho original, sonicada Fe (CO) 5, quer como um líquido puro ou numa solução deaclin e obtido tamanho nanopartículas de ferro amorfas 10-20nm. Geralmente, uma mistura sobressaturada começa a formar partículas sólidas de um material altamente concentrado. Ultra-som melhora a mistura das pré-cursores e aumenta a transferência de massa-na superfície da partícula. Isto leva a uma tamanho de partícula mais pequeno e mais elevada uniformidade.

homogeneizadores de ultra-sons para permitir uma dispersão eficaz, desaglomeração e mfunctionalization de materiais nano.

Foto. 1: dispositivo de laboratório de Hielscher UP50H para a sonicação de pequenos volumes, por exemplo dispersar NTCM.

Ultrasonic funcionalização das nanopartículas

Para obter nanopartículas com características e funções específicas, a superfície das partículas deve ser modificada. Diversos nanosistemas como nanopartículas poliméricas, lipossomas, dendrímeros, nanotubos de carbono, pontos quânticos etc. podem ser funcionalizados com sucesso para uso eficiente em produtos farmacêuticos.
Em ordem para funcionalizar a superfície completa de cada partícula individual, um método de dispersão de boa é necessária. Quando dispersa, as partículas são tipicamente rodeado por uma camada limite de moléculas atraídos para a superfície das partículas. A fim de novos grupos funcionais, para obter a superfície da partícula, esta camada limite tem de ser quebrado para cima ou removida. Os jactos de líquido resultantes da cavitação ultrassónica podem atingir velocidades de até 1000 km / h. Este stress ajuda a ultrapassar as forças de atracção e transporta as moléculas funcionais à superfície da partícula. Em Sonochemistry, este efeito é utilizado para melhorar o desempenho de catalisadores dispersos.

Exemplo prático:

Funcionalidade ultra-sônica de SWCNTs por PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) demonstraram que a dispersão de nanotubos de carbono de parede única (SWNTs) por ultra-sonografia com fosfolípido-polietileno glicol (PL-PEG) o fragmenta, interferindo assim com sua capacidade de bloquear a absorção inespecífica por células. No entanto, o PL-PEG não fragmentado promove a absorção celular específica de SWNTs direcionados para duas classes distintas de receptores expressas por células cancerígenas. O tratamento ultra-sônico na presença de PL-PEG é um método comum usado para dispersar ou funcionar os nanotubos de carbono e a integridade do PEG é importante para promover a absorção celular específica de nanotubos funcionalizados com ligandos. Uma vez que a fragmentação é uma conseqüência provável da ultra-sonografia, uma técnica comumente usada para dispersar SWNTs, isso talvez seja uma preocupação para certas aplicações, como a entrega de medicamentos.

Equipamento ultra-som de dispersão tais como os UP400S ultrasonicator são a ferramenta perfeita para dispersar e SWCNTs Fragmente a fim de preparar as substâncias farmacêuticas.

Fig. 2: dispersão ultra-sônica de SWCNTs com PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Formação Ultrasonic lipossomas

Outra aplicação bem sucedida de ultra-som é a preparação de lipossomas e nano-lipossomas. Os sistemas de administração de fármacos e de genes baseados em lipossomas desempenham um papel significativo em múltiplas terapias, mas também em cosméticos e nutrição. Os lipossomas são bons veículos, uma vez que agentes solúveis em água podem ser colocados no centro aquoso dos lipossomas ou, se o agente é solúvel em gordura, na camada lipídica. Os lipossomas podem ser formados pelo uso de ultra-som. O material básico para a preparação de lipossomas são moléculas anfílicas derivadas ou baseadas em lipídios biológicos da membrana. Para a formação de pequenas vesículas unilamelares (SUV), a dispersão lipídica é sonicada suavemente – por exemplo. com o dispositivo de ultra-som portátil UP50H (50W, 30 kHz), o VialTweeter ou o reactor de ultra-sons UTR200 – num banho de gelo. A duração de um tratamento de ultra-sons tal dura aprox. 5 - 15 minutos. Outro método para a produção de pequenas vesículas unilamelares é a sonicação das vesículas de lipossomas multi-lamelares.
Dinu-Pirvu et al. (2010) relata a obtenção de transferosomes por sonicação MLV à temperatura ambiente.
Hielscher Ultrasonics oferece vários ultra-som dispositivos, sonotrodes e acessórios para atender a exigência de todos os tipos de processos.

encapsulação de ultra-sons de agentes nos lipossomas

Os lipossomas funciona como veículos para agentes activos. O ultra-som é uma ferramenta eficaz para preparar e formar os lipossomas para a retenção de agentes activos. Antes de encapsulamento, os lipossomas tendem a formar aglomerados, devido à superfície de interacção carga-carga de cabeças polares fosfolipídicas (Míckova et al. 2008), além disso, eles têm de ser abertos. A título de exemplo, Zhu et ai. (2003) descrevem a encapsulação de pó biotina em lipossomas por ultra-sons. À medida que o pó de biotina foi adicionado para a solução de suspensão de vesículas, a solução foi sonicada durante aprox. 1 hora. Após este tratamento, a biotina foi encapsulada nos lipossomas.

Emulsões de lipossomas

Para aumentar o efeito estimulante de hidratação ou cremes, loções, geles e outras formulações cosmecêuticos anti-envelhecimento, emulsionante são adicionados às dispersões lipossómicas para estabilizar quantidades mais elevadas de lípidos. Mas investigações mostraram que a capacidade de lipossomas é geralmente limitada. Com a adição de emulsionantes, este efeito irá aparecer mais cedo e os emulsionantes adicionais causar um enfraquecimento da afinidade barreira de fosfatidilcolina. nanopartículas – composta por fosfatidilcolina e lipídios - são a resposta para este problema. Estas nanopartículas são formadas por uma gotícula de óleo, que é coberta por uma monocamada de fosfatidilcolina. O uso de nanopartículas permite formulações que são capazes de absorver mais lípidos e permanecem estáveis, de modo que os emulsionantes adicionais não são necessários.
A ultra-sonografia é um método comprovado para a produção de nanoemulsões e nanodispersões. O ultra-som altamente intensivo fornece o poder necessário para dispersar uma fase líquida (fase dispersa) em pequenas gotículas em uma segunda fase (fase contínua). Na zona de dispersão, as bolhas de cavitação implinentes causam ondas de choque intensivas no líquido circundante e resultam na formação de jatos líquidos de alta velocidade do líquido. A fim de estabilizar as gotículas recém formadas da fase dispersa contra a coalescência, são adicionados à emulsão emulsionantes (substâncias tensoativas, tensioactivos) e estabilizadores. À medida que a coalescência das gotículas após a interrupção influencia a distribuição final do tamanho das gotículas, os emulsionantes de estabilização eficiente são utilizados para manter a distribuição final do tamanho das gotículas a um nível igual à distribuição imediatamente após a ruptura das gotículas na zona de dispersão ultra-sônica.

dispersões de lipossomas

As dispersões lipossômicas, baseadas em fosfatidilcloreto não saturado, apresentam falta de estabilidade contra oxidação. A estabilização da dispersão pode ser conseguida por antioxidantes, como por um complexo de vitaminas C e E.
Ortan et al. (2002) obtida no seu estudo relativo à preparação de ultra-sons de Anethum graveolens óleo essencial em lipossomas bons resultados. Depois de sonicao, a dimensão de lipossomas eram entre 70-150 nm, e para MLV entre 230-475 nm; estes valores foram de aproximadamente constante também após 2 meses, mas inceased após 12 meses, especialmente em dispersão SUV (ver histogramas abaixo). A medição da estabilidade, em relação à perda de óleo essencial e distribuição de tamanho, também revelou que as dispersões de lipossomas mantido o teor de óleo volátil. Isto sugere que o aprisionamento do óleo essencial em lipossomas aumentou a estabilidade do óleo.

Ultrassonicamente preparadas vesículas multi-lamelares (MLV) e vesículas uni-lamelares individuais (SUV) mostram uma boa estabilidade relativa da perda de óleo essencial e a distribuição de tamanho de partícula.

Fig. 3: Ortan et al. (2009): Estabilidade de MLV e SUV dispersões após 1 ano. As formulações lipossomais foram armazenadas a 4 ± 1 ° C.

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Efeitos de ultra-som

Ao lado da produção ultra-sônica de nanopartículas, o processamento dessas substâncias é um amplo campo para aplicações de ultra-sonografia. Os aglomerados devem ser quebrados, as partículas devem ser detangled e / ou dispersas, as superfícies precisam ser ativadas ou funcionalizadas e as nano-gotas devem ser emulsionadas. Para todas essas etapas de processamento, o ultra-som é um método essencial comprovado. O ultra-som de alta potência gera efeitos intensos. Quando se somam liquidos em altas intensidades, as ondas sonoras que se propagam na mídia líquida resultam em ciclos alternativos de alta pressão (compressão) e baixa pressão (ráfagas), com taxas dependendo da freqüência. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultra-sônicas de alta intensidade criam pequenas bolhas de vácuo ou vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume no qual elas não podem mais absorver energia, elas colidem violentamente durante um ciclo de alta pressão. Esse fenômeno é denominado cavitação.
A implosão das bolhas de cavitação resulta em micro-turbulências e micro-jactos de até 1000 km / h. Grandes partículas são sujeitas a erosão superficial (via colapso cavitação no líquido circundante) ou redução do tamanho das partículas (devido à cisão através de colisão inter-partículas ou o colapso de bolhas de cavitação formada na superfície). Isto leva a afiado aceleração dos processos de difusão, em massa de transferência e reacções em fase sólida, devido ao tamanho de cristalite e estrutura em mudança. (Suslick 1998)

Equipamentos de Processamento de ultra-som

Hielscher é o principal fornecedor de alta qualidade e processadores de ultra-som de alta performance para o laboratório e aplicação industrial. Dispositivos da gama de 50 watts até 16.000 watts permitem encontrar o processador ultra-direita para cada volume e cada processo. Por seu alto desempenho, confiabilidade, robustez e facilidade de operação, o tratamento de ultra-som é uma técnica essencial para a preparação e processamento de nanomateriais. Equipado com CIP (clean-in-place) e SIP (esterilizar-in-place), dispositivos ultra-sônicos da Hielscher garantir a produção segura e eficiente de acordo com normas farmacêuticas. Todos os processos de ultra-sons específicos podem ser facilmente testado em escala de laboratório ou de bancada. Os resultados destes ensaios são completamente reprodutível, de modo que a seguinte escala-up é linear e pode ser facilmente feita sem esforços adicionais em relação à otimização de processos.

Sono-síntese pode ser efectuada como um lote ou como processo contínuo.

Foto. 2: reactor de célula de fluxo de ultra-sons para permitir o processamento contínuo.

Literatura / Referências

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