Ультразвуковая обработка наночастиц для фармацевтических препаратов

Ультразвук является инновационной технологией, которая успешно используется для сонохимического Синтез, Дезагломерация, дисперсия, ЭМУЛЬГИРУЮЩЕЕ, Функционализации и активация частиц. В частности, в области нанотехнологий, то обработка ультразвуком является основным методом для синтеза и обработки целей наноразмерных материалов. Поскольку нанотехнология приобрела этот выдающийся научный интерес, частицы наноразмерные используются в чрезвычайно многих научных и промышленных областях. Филиал Фарма обнаружил высокий потенциал этого гибкого и изменчивого материал тоже. Следовательно, наночастицы участвуют в различные функциональные применения в фармацевтической промышленности, они включают в себя:

• доставки лекарственного средства (носитель)
• диагностические препараты
• упаковка продукта
• биомаркеров

Наноматериалы в фармацевтике

В частности, доставка лекарств через наночастицы уже является проверенным методом доставки активных агентов, которые вводились до перорального или инъекции. (Bawa 2008). Нано-рецептурные препараты могут дозироваться и поставляться гораздо эффективнее, поскольку новые методы открывают совершенно новые способы лечения. Эта технология с высоким потенциалом помогает доставлять лекарства, тепло или другие активные вещества в определенные клетки, то есть в больные клетки. Благодаря этой прямой доставке лекарств здоровые клетки не подвергаются воздействию лекарств. Одно поле в том, что нано-рецептурные препараты уже показывают, что их многообещающие результаты - это терапия рака. В терапии рака большое преимущество наноразмерных веществ заключается в том, что высокие дозы молекул лекарственного средства могут быть доставлены непосредственно в опухолевые клетки для максимального эффекта при минимизации побочных эффектов для других органов. (Liu et al., 2008). Это преимущество дает наноразмерность тем, что частицы способны пропускать клеточные стенки и мембраны и высвобождать активные агенты препарата непосредственно в целевые клетки.

Обработка наноматериалы

Как наноматериалы определяются как частицы с размером менее 100 нм это означает, что производство и переработка этих веществ требуются более высокие усилия.
Для формирования и обработки наночастиц, агломераты должны быть сломаны и силы связи должны были преодолены. Ультразвуковая кавитация является хорошо известная технология деагломерации и дисперсных наноматериалов. Разнообразие форм и наноматериалы открывает многочисленные изменения для фармацевтических исследований. углеродные нанотрубки (УНТ) имеют большой внутренний объем, который позволяет инкапсулировать большее количество молекул лекарственного средства, и они имеют различные внутренние и внешние поверхности для функционализации. (Hilder et al., 2008). Таким образом, УНТ способны переносить в клетки различные молекулы, такие как активные агенты, ДНК, белки, пептиды, нацеливающие лиганды и т. Д. CNT были признаны в качестве квинтэссенциальных наноматериалов и приобрели статус одного из самых активных областей нанонауки и нанотехнологий. MWCNT состоит из 2-30 концентрических графитовых слоев, диаметр которых составляет от 10 до 50 нм и длину более 10 мкм. С другой стороны, SWCNT намного тоньше, с диаметром от 1,0 до 1,4 нм. (Srinivasan 2008). Наночастицы, а также нанотрубки могут проникать в клетки и полностью поглощаться ими. Известно, что фунтированные углеродные нанотрубки (f-CNT) повышают растворимость и обеспечивают эффективную направленность опухоли. Таким образом, f-УНТ, ОСНТ и MWNT не могут быть цитотоксичными (= токсичны для клеток) и изменять функцию иммунной системы. Например, Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) высокой чистоты может быть получен на сонохимических образом: ОУНТ высокой чистоты может быть получен в виде жидким раствора путем обработки ультразвука порошка диоксида кремния в течение 20 мин. при комнатной температуре и давлении окружающей среды. (Srinivasan 2005)

Рис.1: Сонохимическое производство SWCNTs. Порошок диоксида кремния в растворе смеси ферроцен-ксилола было обрабатывают ультразвуком в течение 20 мин. при комнатной температуре и при атмосферном давлении. Ультразвук производит SWCNTs высокой чистоты на поверхности порошка диоксида кремния. (Jeong и др. 2004)

Функционированные углеродные нанотрубки (f-CNT) также могут выступать в качестве систем доставки вакцин. Основная идея состоит в том, чтобы связать антиген с углеродными нанотрубками, сохраняя при этом его конформацию, тем самым вызывая реакцию антитела с правильной специфичностью.
Керамические наночастицы, т.е. полученные из кремнезем, диоксид титана или оксид алюминия, имеют поверхность пористых частиц, что делает их идеальным носителем лекарственного средства.

Ультразвуковой синтез и осаждение наночастиц

Наночастицы могут образовываться снизу вверх путем синтеза или осаждения. Sonochemistry является одним из самых ранних методов, используемых для получения наноразмерных соединений. Suslick в своей оригинальной работе, обрабатывали ультразвуком Fe (CO) 5 либо в виде чистой жидкости или в растворе deaclin и размер полученных аморфных наночастиц 10-20nm железа. Как правило, пересыщенного смесь начинает формироваться твердые частицы из высококонцентрированных материала. Обработка ультразвук улучшает смешивание предварительных курсоров и увеличивает массообмен на поверхности частиц. Это приводит к меньшему размеру частиц и более высокой однородности.

Ультразвуковая Функционализация наночастиц

Чтобы получить наночастицы с определенными характеристиками и функциями, поверхность частиц должна быть модифицирована. Различные наносистемы, такие как полимерные наночастицы, липосомы, дендримеры, углеродные нанотрубки, квантовые точки и т. Д., Могут быть успешно функционализированы для эффективного использования в фармацевтике.
Для того, чтобы функционализации полной поверхности каждой отдельной частицы, требуется хороший метод дисперсии. При распылении, частицы, как правило, окружены пограничный слой молекул привлекали к поверхности частицы. Для того, чтобы новых функциональных групп, чтобы добраться до поверхности частиц, этот пограничный слой должен быть разбит или удалены. Струи жидкости, возникающие в результате ультразвуковой кавитации может достигать скорости до 1000 км / ч. Этот стресс помогает преодолеть силы притяжения и несет в себе функциональные молекулы на поверхности частиц. В сонохимии, этот эффект используется для повышения производительности дисперсных катализаторов.

Практический пример:

Ультразвуковая функционирование ОУНТП с помощью PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) показали, что дисперсия однослойных углеродных нанотрубок (ОСНТ) путем ультразвуковой обработки с фосфолипид-полиэтиленгликолем (PL-PEG) фрагментирует его, тем самым препятствуя его способности блокировать неспецифическое поглощение клетками. Тем не менее, нефрагментированный PL-PEG способствует специфическому клеточному поглощению целевых ОСНТ для двух различных классов рецепторов, экспрессируемых раковыми клетками. Ультразвуковая обработка в присутствии PL-PEG является распространенным методом, используемым для диспергирования или функционализации углеродных нанотрубок, а целостность ПЭГ важна для содействия специфическому клеточному поглощению лиганд-функционализированных нанотрубок. Поскольку фрагментация является вероятным следствием ультразвука, метод, обычно используемый для рассеивания ОНТ, это может быть проблемой для некоторых приложений, таких как доставка лекарств.

Рис. 2: Ультразвуковая дисперсия SWCNTs с PL-PEG (Zeineldin 2009 и др.)

Ультразвуковые липосомы Формирование

Другим успешным применением ультразвука является подготовка липосом и нанолипосом. Липосомальные препараты и системы доставки генов играют важную роль в многообразных методах лечения, но также в косметике и питании. Липосомы являются хорошими носителями, так как водорастворимые активные вещества могут быть помещены в водный центр липосом или, если агент является жирорастворимым, в липидном слое. Липосомы могут образовываться с помощью ультразвука. Основным материалом для липосомного препарирования являются амфильные молекулы, полученные или основанные на липидах биологических мембран. Для образования небольших однослойных везикул (SUV) дисперсию липидов осторожно обрабатывают ультразвуком – например, с помощью портативного ультразвукового устройства UP50H (50 Вт, 30 кГц), VialTweeter или ультразвуковой реактор UTR200 – в ледяной бане. Продолжительность такой ультразвуковой обработки длится ок. 5 - 15 минут. Другим методом получения небольших однослойных везикул является ультразвуковая обработка липосом многослойных везикул.
Dinu-Pirvu et al. (2010) сообщает о получении трансферсосом путем ультразвуковой генерации MLV при комнатной температуре.
Hielscher Ultrasonics предлагает различные ультразвуковые приборы, сонотроды и аксессуары для удовлетворения требований всех видов процессов.

Ультразвуковая инкапсуляция агентов в липосомы

Липосомы работают как носители для активных агентов. Ультразвук является эффективным инструментом для подготовки и формирования липосом для захвата активных агентов. Перед инкапсулированием липосомы имеют тенденцию образовывать кластеры из-за поверхностного заряда-заряда взаимодействия полярных головок фосфолипидов (Míckova et al., 2008), кроме того, они должны быть открыты. В качестве примера, Zhu et al. (2003) описывают инкапсуляцию порошка биотина в липосомы путем ультразвука. По мере добавления порошка биотина в раствор суспензии везикул раствор обрабатывали ультразвуком прибл. 1 час. После этого лечения биотин был захвачен в липосомы.

Липосомные эмульсии

Для усиления эффекта воспитания увлажняющих или антивозрастных кремов к липосомным дисперсиям добавляются лосьоны, гели и другие косметейные препараты, эмульгатор для стабилизации более высоких количеств липидов. Но исследования показали, что способность липосом вообще ограничена. С добавлением эмульгаторов этот эффект проявляется раньше, а дополнительные эмульгаторы вызывают ослабление барьерной аффинности фосфатидилхолина. Наночастицы – состоящий из фосфатидилхолина и липидов, - ответ на эту проблему. Эти наночастицы образованы масляной каплей, покрытой монослоем фосфатидилхолина. Использование наночастиц позволяет составы, которые способны поглощать больше липидов и оставаться стабильными, так что дополнительные эмульгаторы не нужны.
Ультразвук является проверенным методом получения наноэмульсий и нанодисперсий. Высокоинтенсивное ультразвуковое исследование обеспечивает мощность, необходимую для диспергирования жидкой фазы (дисперсной фазы) в малых капельках во второй фазе (непрерывная фаза). В зоне диспергирования пузырьки кавитационного разрыва вызывают интенсивные ударные волны в окружающей жидкости и приводят к образованию жидких струй с высокой скоростью жидкости. Чтобы стабилизировать вновь образовавшиеся капли дисперсной фазы против коалесценции, к эмульсии добавляют эмульгаторы (поверхностно-активные вещества, поверхностно-активные вещества) и стабилизаторы. Поскольку коалесценция капель после разрушения влияет на окончательное распределение размеров капель, эффективно стабилизирующие эмульгаторы используются для поддержания окончательного распределения размеров капель на уровне, равном распределению сразу после разрушения капель в зоне ультразвукового диспергирования.

Липосомные дисперсии

Липосомные дисперсии, основанные на ненасыщенном фосфатидилхлорине, не обладают устойчивостью к окислению. Стабилизация дисперсии может быть достигнута с помощью антиоксидантов, таких как комплекс витаминов С и Е.
Ortan et al. (2002), достигнутые в их исследовании относительно ультразвуковой подготовки эфирного масла Anethum graveolens в липосомах. После обработки ультразвуком размер липосом составлял 70-150 нм, а для MLV - 230-475 нм; эти значения были приблизительно постоянными также через 2 месяца, но были замечены через 12 месяцев, особенно в дисперсии SUV (см. гистограммы ниже). Измерение стабильности, касающееся потери масла и распределения по размерам, также показало, что липосомные дисперсии поддерживают содержание летучего масла. Это говорит о том, что захват эфирного масла в липосомах повысил стабильность масла.

Рис. 3: Ortan и др. (2009): Устойчивость MLV и внедорожников дисперсий после 1 года. липосомные композиции хранили при 4 ± 1 ° С.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о ультразвуковом липосомальном!

Ультразвуковые эффекты

В дополнение к ультразвуковому производству наночастиц обработка этих веществ является широким полем для применения ультразвука. Агломераты должны быть разбиты, частицы должны быть распущены и / или диспергированы, поверхности должны быть активированы или функционализированы, а нанокапельки должны быть эмульгированы. Для всех этих этапов обработки ультразвук является доказанным существенным методом. Ультразвук высокой мощности вызывает сильные эффекты. Звуковые волны, распространяющиеся в жидкие среды, при звукоизменяющих жидкостях при высоких интенсивностях приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения) со скоростями, зависящими от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают небольшие пузырьки вакуума или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно разрушаются во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитация,
Имплозии результатов кавитационных пузырьков в микро-турбулентности и микро-струи до 1000 км / ч. Крупные частицы подвергаются эрозии поверхности (с помощью кавитации распада в окружающей жидкости) или уменьшения размера частиц (в результате деление через столкновение между частицами или схлопывание кавитационных пузырьков, сформированным на поверхности). Это приводит к резкому ускорению процессов диффузии, массообменных и твердофазных реакций из-за размера кристаллитов и изменения структуры. (Suslick 1998)

Ультразвуковая обработка оборудования

Хильшер является главным поставщиком высокого качества и высокой производительности процессоров ультразвуковых для лаборатории и промышленного применения. Устройства в диапазоне от 50 Вт вплоть до 16 000 Вт позволяют найти правильный ультразвуковой процессор для каждого тома и каждый процесс. По своей высокой производительности, надежности и простоты в эксплуатации, ультразвуковая терапия является важным методом для подготовки и обработки наноматериалов. Оснащен CIP (очистки на месте) и SIP (стерилизовать-на-месте), ультразвуковые приборы Hielscher гарантируют безопасное и эффективное производство в соответствии с фармацевтическими стандартами. Все специфические ультразвуковые процессы могут быть легко протестированы в лаборатории или настольном масштабе. Результаты этих испытаний полностью воспроизводимые, так что следующее расширение масштабов линейно и может быть легко сделаны без дополнительных усилий в отношении оптимизации процесса.