Hielscher Ultrazvukové technológie

Ultrazvukové ošetrenie nanočastíc pre liečivá

Ultrazvuk je inovatívne technológie, ktorá sa úspešne používa pre sonochemical Syntézu, rozdružovanie, Rozptyl, emulgačný, funkcionalizácia a aktivácia častíc. Najmä v nanotechnológii, ultrazvukom je základnou technikou pre syntézu a spracovanie účely nano-size materiálov. Vzhľadom k tomu, nanotechnológie získala tento vynikajúci vedecký záujem, nano-veľké častice sú využívané v mimoriadne mnohých vedeckých a priemyselných oblastiach. Farmaceutická pobočka zistila vysoký potenciál tejto flexibilnej a variabilnej suroviny. V dôsledku toho sa nanočastice podieľajú na rôznych funkčných aplikáciách vo farmaceutickom priemysle, patria sem:

  • dodanie lieku (nosič)
  • diagnostické produkty
  • balenie produktu
  • biomarkerov objav

Nanomateriály v farmaceutických výrobkoch

Najmä, dodávka drog cez nanočastice je už osvedčený spôsob dodania účinných látok, ktoré boli podávané pred perorálnym alebo injekciou. (Bawa 2008) Nano-formulované lieky môžu byť dávané a dodané oveľa efektívnejšie ako nové techniky otvoriť úplne nové spôsoby lekárskej liečby. Táto vysoko potenciálna technológia pomáha dodávať drogy, teplo alebo iné účinné látky do konkrétnych buniek, t.j. chorých buniek. Týmto priamym dodávaním drog, zdravé bunky sú nepokojné účinky drog. Jedno pole, v tom, že Nano-formulované lieky už ukazujú svoje sľubné výsledky je liečba rakoviny. V liečbe rakoviny je veľkou výhodou nano-veľkých látok, že vysoké dávky molekúl drog môžu byť dodané priamo do nádorových buniek pre maximálne účinky pri minimalizácii vedľajších účinkov na iné orgány. (Liu et al. 2008) Táto výhoda má za následok nano-size tým, že častice sú schopné prejsť bunkových stien a membrán a uvoľnenie liečiva účinných látok priamo na cieľové bunky.

Spracovanie nanomateriálov

Keďže nanomateriály sú definované ako častice s rozmerom menším ako 100 nm, znamená to, že výroba a spracovanie týchto látok si vyžaduje väčšie úsilie.
Na vytvorenie a spracovanie nanočastíc musia byť aglomeráty rozdelené a musia sa prekonať spojovacie sily. ultrazvukové kavitácie je dobre známa technológia na deaglomeráciu a rozptýliť nanomateriály. Rozmanitosť nanomateriálov a foriem otvára rozmanité zmeny pre farmaceutický výskum. uhlíkových nanotrubičiek (CNTs) majú veľký vnútorný objem, ktorý umožňuje viac molekúl drog, ktoré majú byť zapuzdrené, a majú odlišné vnútorné a vonkajšie povrchy pre funkcionalizáciu. (Hilder et al. 2008) Tým, cnts sú schopné vykonávať rôzne molekuly, ako sú aktívne činidlá, DNA, bielkoviny, peptidy, zacielenie ligandami atď do buniek. CNTs boli uznané za podstatný nanomateriály a získali status jednej z najaktívnejších oblastí nanovedu a nanotechnológie. MWCNT sa skladá z 2 – 30 koncentrických graphitických vrstiev, ktorých priemery siahajú od 10 do 50 nm a majú dĺžku viac ako 10 μm. Na druhej strane, SWCNT je oveľa tenšie, s priemerom v rozmedzí od 1,0 do 1,4 nm. (Srinivasan 2008) Nanočastice, ako aj nanotrubice môžu zadávať bunky a môžu ich úplne prijať. Najmä funtionalized Carbon Nanotubes (f-CNTs) je známe, že zvyšujú rozpustnosť a umožňujú účinné zacielenie nádoru. Tým, f-CNTs, SWNTs a MWNTs sú zabránené byť cytotoxické (= toxický pre bunky) a mení funkciu imunitného systému. Napríklad, Jednostenné uhlíkové nanotrubice (SWCNTs) vysokej čistoty môžu byť vyrobené na sonochemical spôsobom: High-čistota SWCNTs možno získať v kvapalnom roztoku sonicating kremičitý prášok na 20 min. pri izbovej teplote a okolitom tlaku. (Srinivasan 2005)

Sonochemicky pripravené jednostenné uhlíkové nanotrubice (SWNTs/SWCNTs)

Obr. 1: Sonochemická výroba SWCNTs. kremičitý prášok v roztoku ferocénu-xylene zmes bola sonicated 20 min. pri izbovej teplote a pod okolitým tlakom. Ultrazvukom produkuje high-čistota SWCNTS na povrchu kremičitého prášku. (Jeong et al. 2004)

Funkcionalizované Carbon Nanotubes (f-CNTs) môže tiež pôsobiť ako systémy pre dodávku vakcíny. Základnou koncepciou je prepojiť antigén s uhlíkových nanotrubice pri zachovaní jeho kongregácie, a tým navodenie protilátkovej odpovede s právom špecifickosť.
Keramické nanočastice, t. j. odvodené z kremeň, Titania alebo Alumina, rys pórovitý povrch častíc, ktoré z nich robí ideálny nosič drog.

Ultrazvuková syntéza a zrážanie nanočastíc

Nanočastice môžu byť generované zdola nahor syntézou alebo zrážkami. Sonochemistry je jednou z prvých techník používaných na prípravu nanoveľkostí zlúčenín. Suslick vo svojej pôvodnej práci, sonicated FE (CO) 5 buď ako čistú kvapalinu alebo v roztoku deaclin a získal 10-20nm veľkosť amorfné železné nanočastice. Všeobecne platí, že supernasýtená zmes začína tvoriť tuhé častice z vysoko koncentrovaného materiálu. Ultrazvukom zlepšuje miešanie pre-kurzory a zvyšuje hmotnosť-transfer na povrchu častíc. To vedie k menšej veľkosti častíc a vyššej jednotnosti.

Ultrazvukové homogenizers umožňujú efektívne rozptyľuje, deagglomeration a mfunctionalization nano materiálov.

Pic. 1: Hielscher laboratórne zariadenie UP50H pre ultrazvukom malých objemov, napríklad rozptyľuje MWNTs.

Ultrazvuková funkcionalizácia nanočastíc

Na získanie nanočastíc s osobitnými vlastnosťami a funkciami sa musí upraviť povrch častíc. Rôzne nanosystémy ako polymérne nanočastice, lipozómy, dendrimers, uhlíkové nanotrubice, kvantové bodky atď môžu byť úspešne Funkcionalizované pre efektívne využitie v farmaceutike.
Aby bolo možné funkcionalizovať celý povrch každej jednotlivej častice, je potrebná dobrá disperzná metóda. Keď rozptýlené, častice sú typicky obklopené ohraničená vrstva molekúl priťahované k povrchu častíc. Aby sa nové funkčné skupiny dostali na povrch častíc, táto hraničná vrstva musí byť rozdelená alebo odstránená. Tekuté trysky vyplývajúce z ultrazvukovej kavitácie môže dosiahnuť rýchlosti až 1000km/hod. Tento stres pomáha prekonať prilákať sily a nesie funkčné molekuly na povrchu častíc. V sonochemistry sa tento účinok používa na zlepšenie výkonu rozptýlených katalyzátorov.

Praktický príklad:

Ultrazvuková funkcionalizácia SWCNTs podľa PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) preukázala, že disperzia jednotlivých murovaných uhlíkových nanotrubice (SWNTs) ultrazvukom s fosfolipidové-polyetylénglykol (PL-PEG) fragmenty, a tým interferuje s jeho schopnosť blokovať nešpecifické vychytávanie bunkami. Avšak, nefragmentované PL-PEG podporuje špecifické bunkové vychytávanie cielené SWNTs na dve odlišné triedy receptorov vyjadrené rakovinové bunky. Ultrazvukové ošetrenie v prítomnosti pl-Peg je bežnou metódou, ktorá sa používa na rozptýliť alebo funkcionalizovať uhlíkové nanotrubice a integrity Peg je dôležité podporovať špecifické bunkové vychytávanie ligand-functionalized nanotrubice. Vzhľadom k tomu, fragmentácia je pravdepodobný dôsledok ultrazvukom, technika bežne používa na rozptýliť SWNTs, to možno obavy o určité aplikácie, ako je dodávka drog.

Ultrazvukový rozptyľuje zariadenia, ako je ultrasonicator UP400S sú ideálnym nástrojom pre rozptýliť a fragmente SWCNTs s cieľom pripraviť farmaceutické látky.

Obr. 2: Ultrazvukový rozptyl SWCNTs s PL-PEG (Zeineldin et al. 2009)

Ultrazvukový Lipozómové formácie

Ďalšou úspešnou aplikáciou ultrazvuku je príprava lipozómov a nano-lipozómov. Liposome-založené drogy a génové systémy dodania hrajú významnú úlohu v mnohoraké terapie, ale aj v kozmetike a výžive. Lipozómy sú dobré nosiče, ako rozpustné vo vode účinných látok môžu byť umiestnené do lipozómov ' vodný stred, alebo, ak je činidlo rozpustný v tukoch, v lipidovej vrstve. Lipozómy môžu byť tvorené použitím ultrazvukom. Základným materiálom pre lipozómovú preperáciu sú molekuly obojky odvodené alebo na základe biologických membránových lipidov. Pre tvorbu malých unilamellárnych vezikúl (SUV) sa lipidovú disperziu sonicated jemne – napríklad s vreckovým ultrazvukovým zariadením UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter alebo Ultrazvukový reaktor UTR200 – v ľadovom kúpeli. Trvanie takejto ultrazvukovej liečby trvá cca 5 – 15 minút. Ďalšou metódou na výrobu malých unilamelárnych vezikúl je ultrazvukom multi-lamelové vezikuly lipozómy.
Dinu-Pirvu et al. (2010) hlási získanie transferosómov sonicating MLVs pri izbovej teplote.
Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne Ultrazvukové prístroje, sonotród a príslušenstvo pre splnenie požiadavky všetkých druhov procesov.

Ultrazvukové zapuzdrenie látok do lipozómov

Lipozómy pôsobia ako nosiče pre aktívnych agentov. Ultrazvuk je účinným nástrojom na prípravu a vytvorenie lipozómov pre zachytenie účinných látok. Pred zapuzdrením lipozómy majú tendenciu tvoriť klastre v dôsledku interakcie s povrchovými nátlakmi fosfolipidových polárnych hláv (Míckova et al. 2008), okrem toho musia byť otvorené. Ako príklad, Zhu et al. (2003) opisujú zapuzdrenie biotín prášok v lipozómy ultrazvukom. Keďže sa biotín prášok pridal do roztoku suspenzie vezikúl, roztok bol sonicated približne 1 hodinu. Po tejto liečbe bol biotín zakorenený v lipozómoch.

Lipozomálne emulzie

Ak chcete zvýšiť ošetrujúci účinok hydratačné alebo anti-aging krémy, pleťové vody, gély a ďalšie cosmeceutical formulácie, emulgátor sa pridávajú do lipozomálnych disperzií stabilizovať vyššie množstvo lipidov. Vyšetrovanie však preukázalo, že schopnosť lipozómov je vo všeobecnosti obmedzená. S prídavkom emulgátory, tento efekt sa objaví skôr a ďalšie emulgátory spôsobujú oslabenie na bariérovú afinitu fosfatidylcholínu. Nanočastice – zložený z fosfatidylcholínu a lipidov – sú odpoveďou na tento problém. Tieto nanočastice sú tvorené kvapôčky oleja, ktorá je pokrytá jednovrstvová fosfatidylcholínu. Použitie nanočastíc umožňuje formulácie, ktoré sú schopné absorbovať viac lipidov a zostávajú stabilné, takže ďalšie emulgátory nie sú potrebné.
Ultrazvukom je osvedčený spôsob výroby nanoemulzií a nanodispersions. Vysoko intenzívny ultrazvuk dodáva silu potrebnú na rozptýliť kvapalnú fázu (rozptýlená fáza) v malých kvapôčok v druhej fáze (kontinuálna fáza). V rozptyľuje zóne, imploding kavitácie bubliny spôsobiť intenzívne nárazové vlny v okolitej tekutine a viesť k tvorbe kvapalných trysiek vysokej rýchlosti kvapaliny. S cieľom stabilizovať novovytvorené kvapôčky rozptýliť fázy proti Coalescence, emulgátory (povrchovo aktívnych látok, povrchovo aktívne látky) a stabilizátory sú pridané do emulzie. Ako Koalescencia kvapôčok po narušení ovplyvňuje konečnú distribúciu veľkosti kvapiek, efektívne stabilizujúce emulgátory sa používajú na udržanie konečného rozdelenia veľkosti kvapôčky na úrovni, ktorá sa rovná distribúcii bezprostredne po kvapôčky narušenia v ultrazvukovej rozptyľuje zóne.

Lipozomálne disperzie

Lipozomálne disperzie, ktoré sú založené na nenasýtené fosfatidylchlór, nedostatok stability proti oxidácii. Stabilizácia disperzie možno dosiahnuť antioxidanty, ako je komplex vitamínov C a E.
Ortan et al. (2002) dosiahnuté vo svojej štúdii týkajúcej sa ultrazvukovej prípravy Anethum graveolens éterický olej v lipozómoch dobré výsledky. Po sonikácii bol rozmer lipozómov medzi 70-150 nm a pre MLV medzi 230-475 nm; Tieto hodnoty boli približne konštantné aj po 2 mesiacoch, ale prestali po 12 mesiacoch, najmä v disperzii SUV (pozri histogramy nižšie). Meranie stability, ktoré sa týka esenciálnej straty oleja a distribúcie veľkosti, tiež preukázalo, že lipozomálne disperzie udržovali obsah prchavých olejov. To naznačuje, že zachytenie éterického oleja v lipozómoch zvýšila stabilitu oleja.

Rozpúšťadle pripravené multi-lamelové vezikuly (MLV) a single Uni-lamelové vezikuly (SUV) ukazujú dobrú stabilitu týkajúcu sa esenciálnych olejových strát a distribúcie veľkosti častíc.

3: Ortan et al. (2009): stabilita MLV a SUV disperzií po 1 roku. Lipozomálne formulácie boli skladované pri 4 ± 1 º C.

Kliknite tu sa dozviete viac o ultrazvukové lipozómovej prípravku!

Ultrazvukové efekty

Pri ultrazvukovej produkcii nanočastíc je spracovanie týchto látok širokou oblasťou pre aplikácie ultrazvukom. Aglomeráty musia byť rozdelené, častice musia byť odlomené a/alebo rozptýlené, musia byť povrchy aktivované alebo funkné a nano-kvapôčky musí byť emulgované. Pre všetky tieto kroky spracovania, ultrazvuk je preukázaná základnou metódou. High-výkon ultrazvuk vytvára intenzívne účinky. Pri sonicating kvapaliny s vysokou intenzitou, zvukové vlny, ktoré šíria do kvapalných médií za následok striedavý vysokotlakové (kompresia) a nízkotlakové (rarefaction) cykly, s mierou v závislosti na frekvencii. Počas nízkotlakového cyklu, High-intenzita ultrazvukových vĺn vytvoriť malé vákuové bubliny alebo dutín v kvapaline. Keď bubliny dosiahnuť objemu, na ktorom už nemôžu absorbovať energiu, sa zrúti násilne počas vysokého tlaku cyklu. Tento jav sa nazýva kavitácia,
Imploze kavitácie bubliny výsledky v mikro-turbulencie a mikro-trysky až 1000km/hod. veľké častice podliehajú povrchovej erózii (prostredníctvom kavitácie kolaps v okolitej tekutine) alebo zmenšenie veľkosti častíc (v dôsledku štiepenia kolízie medzi časticami alebo kolaps kavitácie bublín vytvorených na povrchu). To vedie k prudkému zrýchleniu difúzie, hromadných transferov a reakciám v pevnej fáze z dôvodu veľkosti kryštalické a meniacej sa štruktúry. (Suslick 1998)

Ultrazvukové spracovanie zariadenia

Hielscher je najvyšší dodávateľ vysoko kvalitných a vysokovýkonných ultrazvukových procesorov pre laboratórne a priemyselné aplikácie. Zariadenia v rozsahu od 50 wattov až do 16 000 wattov umožňujú nájsť správny Ultrazvukový procesor pre každý zväzok a každý proces. Svojou vysokou výkonnosťou, spoľahlivosťou, robustnosťou a jednoduchou prevádzkou je ultrazvukové ošetrenie základnou technikou prípravy a spracovania nanomateriálov. Vybavené CIP (Clean-in-miesto) a SIP (sterilizovať-in-Place), Hielscher Ultrazvukové prístroje zaručujú bezpečnú a efektívnu výrobu podľa farmaceutických noriem. Všetky špecifické ultrazvukové procesy môžu byť ľahko testované v laboratóriu alebo lavičke-top meradle. Výsledky týchto skúšok sú úplne reprodukovateľné, takže tieto stupnice-up je lineárne a možno ľahko vykonať bez ďalšieho úsilia týkajúce sa optimalizácie procesu.

Sono-syntéza môže byť vykonaná ako šarža alebo ako kontinuálny proces.

Pic. 2: Ultrazvukový tok bunky reaktora umožňujú nepretržité spracovanie.

Literatúra / Referencie

  • Bawa, raj (2008): terapia založená Nanočlánku na ľuďoch: prieskum. In: nanotechnológia právo & Business, Leto 2008.
  • Dinu-Pirvu, Cristina; Hlevca, Cristina; V meste ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): elastické vezikuly ako nosiče drog aj keď koža. In: Farmacia Vol. 58, 2/2010. Bukurešť.
  • Hilder, Tamsyn A.; Hill, James M. (2008): zapuzdrenie protinádorovej drogy cisplatiny do nanotubov. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, so-Hwan; Ko, ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): sonochemical cesta k Single-murované Carbon Nanotubes v okolitých podmienkach. In: časopis americkej chemickej spoločnosti 126/2004; PP. 15982-15983.
  • Ko, weon BAE; Park, Byoung eun; Lee, mladý min; Hwang, Sung ho (2009): syntéza fullerénu [C60]-zlaté nanočastice s použitím non-Ionic surfaktantspolysorbát 80 a brij view 97. In: Journal of keramické spracovanie výskum Vol. 10, 1/2009; PP. 6-10.
  • Liu, Zhuang; Chen, Kai; Davis, Corrine; Sherlock, Sarah; CaO, Qizhen; Chen Xiaoyuan; Dai, Hongjie (2008): dodávka drog s uhlíkové nanotrubice pre in vivo liečbu rakoviny. In: výskum rakoviny 68; 2008.
  • Mícková, A.; Tománková, K.; Kolárová, H.; Bajgar, R.; Kolár, s.; Sunka, P.; Plencner, M.; Jakubová, R.; Benes, J.; Kolácná, L.; Plánka, A.; Amler, E. (2008): Ultrazvukový Shock-Wave ako kontrolný mechanizmus pre Liposome drog Delivery System pre možné použitie v lešenia implantované na zvieratách s iatrogénne kĺbové chrupavky vady. V: 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): funkčné polymerické nanočastice: efektívny a sľubný nástroj pre aktívne dodávanie bioactives. In: kritické Recenzie v terapeutických systémoch protidrogových nosičov, Vol. 23, 4/2006; PP. 259-318.
  • V meste ortan, Alina; Campeanu, GH.; Dinu-Pirvu, Cristina; Popescu, Lidia (2009): štúdie týkajúce sa zachytenia Anethum graveolens esenciálny olej v lipozómoch. In: Poumanian biotechnologické písmená Vol. 14, 3/2009; PP. 4411-4417.
  • Srinivasan, C. (2008): uhlíkové nanotrubice v liečbe rakoviny. In: Aktuálna veda, Vol. 93, č. 3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005) "SOUND" metóda na syntézu jednostenných uhlíkových nanotrubice v okolitých podmienkach. In: Aktuálna veda, Vol. 88, č. 1, 2005. PP. 12-13.
  • Suslick, Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer encyklopédia chemickej technológie; 4. Ed. J. Wiley & Synovia: New York, Vol. 26, 1998. PP. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik, Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): úloha polyetylénu glykol integrity v špecifických receptor zacielenie uhlíkových nanotrubice na rakovinové bunky. In: Nano písmená 9/2009; PP. 751-757.
  • Zhu, Hai Feng; Li, Jun Bai (2003): uznanie Biotin-funkné lipozómy. In: čínske chemikálie písmená Vol. 14, 8/2003; PP. 832-835.

Kontaktujte nás / požiadajte o ďalšie informácie

Porozprávajte sa s nami o vaše požiadavky na spracovanie. Odporučíme najvhodnejšie nastavenie a spracovanie parametrov pre váš projekt.





Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,