Hielscher ultrasunete tehnologie

Tratamentul cu ultrasunete de Nanoparticulele pentru Pharmaceuticals

Ultrasunete este o tehnologie inovatoare, care este folosit cu succes pentru sonochimice Sinteză. deaglomerare. dispersare. emulsionare, Functionalizarea și activarea particulelor. În special în nanotehnologie, ultrasonicare este o tehnică esențială în scopul de sinteză și prelucrare a materialelor nano-dimensiuni. Deoarece nanotehnologie a câștigat acest interes științific remarcabil, particule de dimensiuni nano sunt utilizate în extraordinar de multe domenii științifice și industriale. Filiala Pharma a descoperit potențialul ridicat al acestui material flexibil și variabil, de asemenea. In consecinta, nanoparticule sunt implicate în diverse aplicații funcționale în industria farmaceutică, acestea includ:

  • de livrare a medicamentului (purtător)
  • produse de diagnostic
  • ambalarea produsului
  • descoperirea biomarker

Nanomaterialele a produselor farmaceutice

În special, administrarea de medicamente prin nanoparticule este deja o metodă dovedită pentru eliberarea agenților activi care au fost administrați înainte de administrare orală sau prin injectare. (Bawa 2008) Medicamentele nano-formulate pot fi dozate și livrate mult mai eficient, pe măsură ce noile tehnici deschid complet noi metode de tratamente medicale. Această tehnologie cu potențial ridicat contribuie la furnizarea de medicamente, căldură sau alte substanțe active unor celule specifice, adică celulelor bolnave. Prin această livrare directă de medicamente, celulele sănătoase nu sunt afectate de efectele medicamentului. Un domeniu, în care medicamentele nano-formulate arată deja că rezultatele lor promițătoare sunt tratamentul cancerului. În terapia cancerului, avantajul mare al substanțelor cu dimensiunea nano este faptul că dozele mari de molecule de medicament pot fi livrate direct celulelor tumorale pentru efecte maxime, reducând în același timp efectele secundare la alte organe. (Liu et al 2008) Acest avantaj are ca rezultat nano-mărimea prin faptul că particulele sunt capabile să treacă pereții celulelor și membranele și să elibereze agenții activi ai medicamentului direct la celulele țintă.

Prelucrarea Nanomateriale

Ca nanomateriale sunt definite ca particule cu o dimensiune mai mică de 100 nm, aceasta înseamnă că producerea și prelucrarea acestor substanțe necesită eforturi mai mari.
Pentru a forma și de a procesa nanoparticule, aglomeratele trebuie să fie rupte și forțele de legătură trebuie să fost depășite. cavitatie cu ultrasunete este o tehnologie bine-cunoscut pentru a aglomera și dispersa nanomateriale. Diversitatea nanomaterialelor și forme deschide modificări multiple pentru cercetarea farmaceutică. nanotuburi de carbon (CNT) au un volum interior mare, care permite mai multor molecule de medicament să fie încapsulate și au suprafețe interioare și exterioare distincte pentru funcționalitate. (Hilder et al., 2008) Prin aceasta, CNT-urile sunt capabile să transporte celule în diferite molecule cum ar fi agenți activi, ADN, proteine, peptide, liganzi țintă etc. CNT-urile au fost recunoscute ca nanomateriale chintesente și au dobândit statutul de unul dintre cele mai active domenii ale nanoscienței și nanotehnologiei. MWCNT este compusă din 2-30 straturi concentrice grafite, diametrele acestora fiind cuprinse între 10 și 50 nm și lungimi mai mari de 10 pm. Pe de altă parte, SWCNT este mult mai subțire, cu un diametru cuprins între 1,0 și 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanoparticulele precum și nanotuburile pot intra în celule și pot fi preluate complet de ele. În special, nanotuburile de carbon funtionalizate (f-CNT) sunt cunoscute pentru a spori solubilitatea și pentru a permite o țintire eficientă a tumorii. Prin aceasta, f-CNT, SWNT și MWNTs sunt împiedicate să fie citotoxice (= toxice pentru celule) și să modifice funcția sistemului imunitar. De exemplu, nanotuburi de carbon cu un singur perete (SWCNTs) de puritate ridicată pot fi produse pe cale sonochimice: SWCNTs de înaltă puritate poate fi obținută într-o soluție lichidă de sonicare pulbere de silice timp de 20 min. la temperatura camerei și presiunea ambiantă. (Srinivasan 2005)

Sonochemically preparate nanotuburi de carbon cu un singur perete (SWNTs / SWCNTs)

Fig.1: producția sonochimice SWCNTs. pulbere de silice într-o soluție de amestec ferocen-xilen a fost sonicat timp de 20 min. la temperatura camerei și sub presiune ambiantă. Sonicare produce SWCNTs de înaltă puritate pe suprafața pulberii de siliciu. (Jeong și colab. 2004)

Functionalizate nanotuburi de carbon (f-CNTs) poate acționa și ca sisteme de livrare de vaccin. Conceptul de bază este de a lega antigenul la nanotuburi de carbon pastrand in acelasi timp conformația sa, prin aceasta, care induce răspunsul de anticorpi cu specificitatea dreapta.
nanoparticule ceramice, adică derivați din silice, Titaniu sau alumină, dispun de o suprafață poroasă a particulei care le-un purtător ideal de droguri face.

Ultrasunete Sinteza și precipitarea Nanoparticles

Nanoparticulele pot fi generate de jos în sus prin sinteză sau precipitare. Sonochemistry este una dintre cele mai vechi tehnici folosite pentru prepararea compușilor nanosize. Suslick în lucrarea sa originală, sonicată Fe (CO) 5, fie ca lichid simplu sau într-o soluție deaclin și obținută dimensiunea nanoparticule de fier amorf 10-20nm. In general, un amestec supersaturated începe formarea particulelor solide dintr-un material foarte concentrat. Ultrasonication îmbunătățește amestecarea pre-cursoarele și crește masa de transfer la suprafața particulei. Acest lucru duce la dimensiunea particulelor mai mică și mai mare uniformitate.

omogenizatoare ultrasonice permite o dispersare eficientă, dezaglomerarea și mfunctionalization materialelor nano.

Pic. 1: Dispozitiv de laborator Hielscher lui UP50H pentru sonicare de volume mici, de ex dispersarea MWNTs.

Cu ultrasunete Funcționalizarea Nanoparticulele

Pentru a obține nanoparticule cu caracteristici și funcții specifice, suprafața particulelor trebuie modificată. Diferite nanosisteme, cum ar fi nanoparticulele polimerice, lipozomii, dendrimele, nanotuburile de carbon, punctele cuantice etc. pot fi funcționalizate cu succes pentru utilizarea eficientă în domeniul farmaceutic.
Pentru a functionalize întreaga suprafață a fiecărei particule individuale, este necesară o metodă de dispersie bună. Atunci când dispersate, particulele sunt de obicei înconjurate de un strat limită de molecule atrase la suprafața particulei. Pentru ca noi grupuri funcționale pentru a ajunge la suprafața particulelor, acest strat limită trebuie să fie rupt în sus sau eliminate. Jeturile de lichid care rezultă din cavitatie cu ultrasunete poate atinge viteze de până la 1000 km / h. Acest stres ajută la depășirea forțelor care atrag și poartă moleculele funcționale la suprafața particulei. În Sonochemistry, acest efect este utilizat pentru a îmbunătăți performanța catalizatorilor dispersați.

Exemplu practic:

Funcționarea ultrasonică a SWCNT de către PL-PEG: Zeineldin și colab. (2009) a demonstrat că dispersia nanotuburilor de carbon cu pereți unici (SWNTs) prin ultrasonicare cu fosfolipid-polietilenglicol (PL-PEG) îl fragmentează, interferând astfel cu capacitatea sa de a bloca absorbția nespecifică de către celule. Totuși, PL-PEG nefragmatat promovează absorbția celulară specifică a SWNT-urilor vizate la două clase distincte de receptori exprimați de celulele canceroase. Tratamentul cu ultrasunete în prezența PL-PEG este o metodă obișnuită utilizată pentru dispersia sau funcționarea nanotuburilor de carbon, iar integritatea PEG este importantă pentru promovarea absorbției celulare specifice a nanotuburilor cu ligand funcțional. Deoarece fragmentarea este o consecință probabilă a ultrasonicii, o tehnică folosită în mod obișnuit pentru a dispersa SWNT-uri, aceasta poate reprezenta o preocupare pentru anumite aplicații, cum ar fi livrarea de droguri.

Ultrasunete Echipament de dispersie, cum ar fi UP400S ultrasonicator sunt instrumentul perfect pentru a dispersa și SWCNTs pentru fragmente prepara substanțe farmaceutice.

Fig. 2: dispersia cu ultrasunete SWCNTs cu PL-PEG (Zeineldin et al 2009).

Cu ultrasunete de formarea lipozomilor

O altă aplicație reușită a ultrasunetelor este prepararea lipozomilor și a nano-lipozomilor. Sistemele de administrare a medicamentelor pe bază de lipozomi și gena joacă un rol semnificativ în terapiile variate, dar și în produsele cosmetice și nutriționale. Lipozomii sunt purtători buni, deoarece agenții activi solubili în apă pot fi plasați în centrul apos al lipozomilor sau, dacă agentul este solubil în grăsimi, în stratul lipidic. Liposomii pot fi formați prin utilizarea de ultrasunete. Materialul de bază pentru preperația lipozomilor sunt molecule amfilee derivate sau bazate pe lipide de membrană biologică. Pentru formarea veziculelor unilamelare mici (SUV), dispersia lipidică este sonicată ușor – de exemplu. cu dispozitivul cu ultrasunete portabil UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter sau reactorul cu ultrasunete UTR200 – într-o baie de gheață. Durata unui astfel de tratament cu ultrasunete durează aprox. 5 - 15 minute. O altă metodă de a produce vezicule unilamelare mici este sonicare de multi-lamelare Vezicule lipozomi.
Dinu-Pirvu și colab. (2010) raportează obținerea de transferozomi prin sonicare MLVs la temperatura camerei.
Hielscher Ultrasonics ofera diverse dispozitive cu ultrasunete, sonotrodes și accesorii pentru a satisface cerința de tot felul de procese.

încapsularea cu ultrasunete a agenților în lipozomi

Lipozomii funcționează ca purtători pentru agenți activi. Ultrasunete este un instrument eficient pentru pregătirea și formarea lipozomilor pentru prinderea agenților activi. Înainte de încapsulare, lipozomii tind să formeze clustere datorită suprafeței de încărcare-charge interacțiunea dintre capetele polare fosfolipide (Míckova et al. 2008), în plus, ele trebuie să fie deschise. Cu titlu de exemplu, Zhu și colab. (2003) descrie încapsularea pulberii biotin în lipozomi prin ultrasonare. Deoarece pulberea biotin a fost adăugat în soluția de suspensie veziculă, soluția a fost sonicat timp de aprox. 1 oră. După acest tratament, biotin a fost înglobată în lipozomi.

Emulsiile lipozomale

Pentru a spori efectul de hidratare sau cultivarea creme, loțiuni, geluri și alte formulări cosmeceutical anti-îmbătrânire, emulgator se adaugă dispersiile lipozomale pentru a stabiliza cantități mai mari de lipide. Dar investigațiile au arătat că capacitatea de lipozomi este în general limitată. Prin adăugarea de emulgatori, acest efect va apărea mai devreme și emulgatori suplimentari provoca o slăbire pe afinitatea barierei fosfatidilcolinei. Nanoparticulele – compus din fosfatidilcolina și lipide - sunt răspunsul la această problemă. Aceste nanoparticule sunt formate dintr-o picătură de ulei, care este acoperit de un monostrat de fosfatidilcolina. Utilizarea nanoparticulelor permite formulări care sunt capabile să absoarbă mai multe lipide și rămân stabile, astfel încât emulgatori suplimentari nu sunt necesare.
Ultrasonicarea este o metodă dovedită pentru producerea de nanoemulsii și nanodispersii. Ecografia ultra intensivă furnizează energia necesară pentru a dispersa o fază lichidă (fază dispersată) în picături mici într-o a doua fază (fază continuă). În zona de dispersie, bulele de cavitație implante produc unde de șoc intensive în lichidul din jur și duc la formarea jeturilor de lichid cu viteză mare de lichid. Pentru a stabiliza picăturile noi formate ale fazei dispersate împotriva coalescenței, se adaugă la emulsie emulgatori (substanțe active de suprafață, surfactanți) și stabilizatori. Deoarece coalescența picăturilor după întrerupere influențează distribuția finală a dimensiunilor picăturii, emulgatorii stabilizatori eficienți sunt utilizați pentru a menține distribuția finală a dimensiunilor picăturilor la un nivel care este egal cu distribuția imediat după întreruperea picăturilor în zona de dispersie cu ultrasunete.

Dispersiile lipozomale

dispersii lipozomale, care se bazează pe phosphatidylchlorine nesaturate, lipsa stabilității împotriva oxidării. Stabilizarea dispersiei poate fi realizată prin antioxidanți, cum ar fi printr-un complex de vitamine C și E.
Ortan și colab. (2002), realizat în studiul lor cu privire la pregătirea cu ultrasunete de Anethum graveolens ulei esențial în lipozomi rezultate bune. După sonicare, dimensiunea lipozomilor au fost între 70-150 nm și pentru MLV între 230-475 nm; aceste valori au fost aproximativ constante, de asemenea, după 2 luni, dar inceased după 12 luni, mai ales în dispersie SUV (vezi histograme de mai jos). Măsurarea stabilității, în ceea ce privește pierderea de ulei esențial și distribuția granulometrică, de asemenea, a arătat că dispersiile liposomale menținut conținutul de ulei volatil. Acest lucru sugerează că prinderea de ulei esențial în lipozomi mărit stabilitatea uleiului.

preparate ultrasunetelor Vezicule multi-lamelare (MLV) și veziculele simple uni-lamelar (SUV) prezintă o bună stabilitate în ceea ce privește pierderea de ulei esențial și distribuția dimensiunii particulelor.

Fig. 3: Ortan și colab. (2009): Stabilitatea dispersiilor MLV și SUV după 1 an. Formulările lipozomale au fost depozitate la 4 ± 1 ° C.

Click aici pentru a citi mai multe despre prepararea lipozomilor cu ultrasunete!

Efecte cu ultrasunete

Alături de producția cu ultrasunete a nanoparticulelor, prelucrarea acestor substanțe este un câmp larg pentru aplicații de ultrasunete. Aglomeratele trebuie rupte, particulele trebuie să fie detanglate și / sau dispersate, suprafețele trebuie să fie activate sau funcționale, iar nanoparticulele trebuie emulsificate. Pentru toate aceste etape de prelucrare, ecografia este o metodă esențială dovedită. Ecografia de mare putere generează efecte intense. Atunci când sonicarea lichidelor la intensități mari, undele sonore care se propagă în mediul lichid conduc la alternarea ciclurilor de presiune înaltă (compresiune) și presiune joasă (rarefaction), cu rate în funcție de frecvență. În timpul ciclului de presiune scăzută, undele ultrasonice de mare intensitate creează bule mici de vid sau goluri în lichid. Când bulele ating un volum la care nu mai pot absorbi energia, ele se prăbușesc violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Acest fenomen este denumit cavitație.
Implozia bule de cavitație rezultate în micro-Turbulențele și micro-jeturi de până la 1000km / hr. Particulele mari sunt supuse eroziunii de suprafață (prin colaps cavitația în lichidul înconjurător) sau reducerea dimensiunii particulelor (datorită fisiunea prin coliziune inter-particule sau colapsul bulelor de cavitație format pe suprafață). Acest lucru conduce la o puternică accelerare a proceselor de difuzie, mass-transfer și reacțiile în fază solidă, datorită dimensiunii cristalitelor și structura în schimbare. (Suslick 1998)

Echipament de prelucrare cu ultrasunete

Hielscher este furnizorul de top de înaltă calitate și procesoare de înaltă performanță cu ultrasunete pentru laborator și aplicații industriale. Aparate în intervalul de la 50 wați pâna la 16.000 de wați permite de a găsi procesorul cu ultrasunete potrivit pentru fiecare volum și fiecare proces. Prin inalta performanta lor, fiabilitate, robustețe și operare ușoară, tratamentul cu ultrasunete este o tehnică esențială pentru prepararea și prelucrarea nanomaterialelor. Echipat cu CIP (clean-in-loc) și SIP (sterilizați-in-loc), dispozitive cu ultrasunete Hielscher garanteaza producția sigură și eficientă în conformitate cu standardele farmaceutice. Toate procesele specifice cu ultrasunete pot fi ușor testate la scară de laborator sau bench-top. Rezultatele acestor studii sunt complet reproductibile, astfel încât următoarea scară-up este liniar și poate fi făcută cu ușurință, fără eforturi suplimentare în ceea ce privește optimizarea procesului.

Sono-sinteză poate fi realizată ca un lot sau ca un proces continuu.

Pic. 2: reactor cu celule de flux cu ultrasunete permite procesarea continuă.

Literatura / Referințe

  • Bawa, Raj (2008): terapeutics Nanoparticle pe bază de la om: un sondaj. În: Legea Nanotechnology & Business, vara 2008.
  • Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): vezicule elastice ca purtători de medicamente prin piele. In: Farmacia Vol.58, 2/2010. Bucureşti.
  • Hilder, Tamsyn A .; Hill, James M. (2008): încapsularea cisplatina medicament anticancer în nanotuburi. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, Soo-Hwan; Ko, Ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): Un sonochimice Route de Single-Walled nanotuburi de carbon în condiții ambientale. In: Journal of American Chemical Society 126/2004; pp. 15982-15983.
  • KO, weon Bae; Park, Byoung Eun; Lee, Young min; Hwang, Sung ho (2009): sinteza fullerene [C60]-nanoparticule de aur folosind non-ionice surfactant, sorbate 80 și Brij 97. În: Jurnalul de prelucrare ceramica de cercetare vol. 10, 1/2009; PP. 6-10.
  • Liu, Zhuang; Chen, Kai; Davis, Corrine; Sherlock, Sarah; Cao, Qizhen; Chen Xiaoyuan; Dai, Hongjie (2008): livrare de droguri cu nanotuburi de carbon pentru tratamentul cancerului in vivo. În: Cancer Research 68; 2008 de $.
  • 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): Ultrasonic Shock-Wave ca un mecanism de control pentru un sistem de livrare a medicamentelor lipozomale pentru posibila utilizare în schele implantabile la animale cu defecte de cartilaj articular iatrogenic. În: 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, N. K. (2006): nanoparticule polimerice functionale: un instrument eficient și promițător pentru livrarea activă bioactivelor. In: Opinii critice in terapeutice Drug Carrier Systems, Voi. 23, 4/2006; pp. 259-318.
  • Ortan, Alina; Campeanu, Gh .; Dinu-Pirvu, Cristina; Popescu, Lidia (2009): Studii privind Antrenarea Anethum graveolens ulei esențial în lipozomi. In: Poumanian Biotehnologice Letters Vol. 14, 3/2009; pp. 4,411-4,417.
  • Srinivasan, C. (2008): Nanotuburile de carbon in terapia cancerului. In: Current Science, Vol.93, Nr.3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005) Metoda „SOUND“ pentru sinteza nanotuburilor de carbon cu un singur perete, în condiții ambiante. In: Current Science, Vol.88, nr.1, 2005. pp 12-13..
  • Suslick, Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4-a ediție. J. Wiley & Sons: New York, Voi. 26, 1998. pp. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik, Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): Rolul Integritate polietilenqlicolului în receptor specific Direcționarea nanotuburilor de carbon pentru celulele canceroase. În: Nano Letters 9/2009; pp. 751-757.
  • Zhu, Hai Feng; Li, iunie Bai (2003): Recunoașterea Biotin-funcționalizate lipozomii. În: chineză Chimicale Letters Voi. 14, 8/2003; pp. 832-835.

Contactati-ne / cere mai multe informații

Vorbeste cu noi despre cerințele dumneavoastră de prelucrare. Vă vom recomanda cele mai potrivite de instalare și de prelucrare a parametrilor pentru proiectul dumneavoastră.





Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.