Ultratinguj është një teknologji inovative që përdoret me sukses për sonochemical sintezë, Deagglomeration, dispersion, emulsifying, funksionalizimi dhe aktivizimi i grimcave. Veçanërisht në nanoteknologji, ultrasonication është një teknikë thelbësore për sintezën dhe qëllimet e përpunimit të materialeve me madhësi nano. Meqenëse nanoteknologjia ka fituar këtë interes të madh shkencor, grimcat nano-madhore përdoren në fusha jashtëzakonisht të shumta shkencore dhe industriale. Filija e pharma ka zbuluar potencialin e lartë të këtij materiali fleksibël dhe të ndryshueshëm. Rrjedhimisht, nanopartikalet janë të përfshira në aplikime të ndryshme funksionale në industrinë farmaceutike, këto përfshijnë:

• dhënia e barnave (transportuesi)
• produkte diagnostikuese
• paketimin e produktit
• zbulimi i biomarkerëve

Nanomaterials në Farmaceutikë

Veçanërisht, shpërndarja e barnave nëpërmjet nanopartikulave tashmë është një metodë e provuar për shpërndarjen e agjentëve aktivë që janë administruar para gojës ose me injeksion. (Bawa 2008) Nano-formuluar drogat mund të dozohen dhe dorëzohen shumë më efikas si teknika të reja të hapë krejtësisht mënyra të reja të trajtimeve mjekësore. Kjo teknologji me potencial të lartë ndihmon dhënien e barnave, nxehtësisë ose substancave të tjera aktive në qeliza specifike, dmth qelizat e sëmura. Me këtë shpërndarje të drejtpërdrejtë të barnave, qelizat e shëndetshme janë të paqëndrueshme nga efektet e drogës. Një fushë, në atë droga të formuluara nano tashmë tregojnë rezultatet e tyre premtuese është terapi e kancerit. Në terapi të kancerit është përparësia e madhe e substancave nano-sized që doza të larta të molekulave të drogës mund të dërgohen direkt në qelizat tumorale për efektet maksimale duke minimizuar efektet anësore të organeve të tjera. (Liu et al. 2008) Ky avantazh rezulton në madhësinë e nanos ngaqë grimcat janë në gjendje të kalojnë muret dhe membranat qelizore dhe të lirojnë agjentët aktivë të drogës direkt në qelizat e synuara.

Përpunimi i nanomaterialeve

Meqenëse nanomaterialet janë përcaktuar si grimca me një dimension më të vogël se 100nm kjo do të thotë se prodhimi dhe përpunimi i këtyre substancave kërkojnë përpjekje më të larta.
Për të formuar dhe për të përpunuar nanopartikalet, aglomeratet duhet të thyhen dhe forcat lidhëse duhet të tejkalohen. cavitation tejzanor është një teknologji e njohur për deagglomerimin dhe shpërndarjen e nanomaterialeve. Shumëllojshmëria e nanomaterialeve dhe formave hap ndryshime të shumta për kërkimin farmaceutik. nanotubes karboni (CNTs) kanë një vëllim të madh të brendshëm që lejon më shumë molekula të drogës të kapsulohen dhe kanë sipërfaqe të brendshme dhe të jashtme të ndryshme për funksionalizimin. (Hilder et al. 2008) Me këtë, CNTs janë në gjendje të mbajnë në qeliza molekula të ndryshme të tilla si agjentë aktivë, ADN, proteina, peptide, targeting ligands etj. CNTs janë njohur si nanomaterialet thelbësore dhe kanë fituar statusin e një prej fushave më aktive të nanozencës dhe nanoteknologjisë. MWCNT përbëhet nga 2-30 shtresa grafike koncentrike, diametrat e të cilave variojnë nga 10 në 50 nm dhe gjatësia më shumë se 10 μm. Nga ana tjetër, SWCNT është shumë më e hollë, me diametër që varion nga 1.0 në 1.4 nm. (Srinivasan 2008) Nanopartikalet si dhe nanotubet mund të hyjnë në qeliza dhe mund të merren plotësisht prej tyre. Në veçanti nanotubet e karbonit funtionalized (f-CNTs) njihen për të rritur tretshmërinë dhe për të lejuar një targetim efikas të tumorit. Nga kjo, f-CNTs, SWNTs dhe MWNTs janë të parandaluar të jenë citotoksike (= toksike për qelizat) dhe ndryshimin e funksionit të sistemit imunitar. Për shembull, Nanotubet e karbonit me një mur (SWCNTs) me pastërti të lartë mund të prodhohen në mënyrë sonochemike: SWCNTs me pastërti të lartë mund të merren në një solucion të lëngët duke sonicating pluhur silicë për 20 min. në temperaturën e dhomës dhe presionin e ambientit. (Srinivasan 2005)

Fig.1: Prodhimi sonokhemik i SWCNTs. Pluhur silicë në një solucion të përzierjes ferrocene-xylene ka qenë sonicated për 20 min. në temperaturën e dhomës dhe nën presionin e ambientit. Sonication prodhon SWCNTS të pastërti të lartë në sipërfaqen e pluhurit silicë. (Jeong et al 2004)

Nanotubet e karbonit të funksionalizuar (f-CNTs) gjithashtu mund të veprojnë si sisteme të shpërndarjes së vaksinave. Koncepti bazë është lidhja e antigjenit me nanotubet e karbonit duke ruajtur konformitetin e tij, duke nxitur kështu përgjigjen e antitrupave me specifikat e duhur.
Nanopartikalet qeramike, pra rrjedhin nga silicë, titania ose aluminit, shfaqin një sipërfaqe të grimcave poroze që i bën ata një transportues ideal droge.

Sinteza ultratinguj dhe reshjet e nanopartikulave

Nanopartikalet mund të krijohen nga poshtë-lart përmes sintezës ose reshjeve. sonochemistry është një nga teknikat më të hershme të përdorura për të përgatitur komponimet nanosize. Suslick në punën e tij origjinale, sonicated Fe (CO) 5 ose si një lëng i zoti ose në një zgjidhje deaclin dhe mori 10-20nm nanoparticles madhësi amorf hekur. Në përgjithësi, një përzierje supersaturated fillon të formojë grimca të ngurta nga një material shumë të koncentruar. Ultrasonication përmirëson përzierjen e para-cursors dhe rrit transferimin në masë në sipërfaqen e grimcave. Kjo çon në madhësi më të vogël të grimcave dhe uniformitet më të lartë.

Funksionalizimi tejzanor i nanopartikulave

Për të marrë nanopartikulat me karakteristika dhe funksione specifike, sipërfaqja e grimcave duhet të modifikohet. Nanosisteme të ndryshme si nanopartikalet polimerike, liposomes, dendrimers, nanotubes karbonit, pika kuantike etj mund të funksionalizohen me sukses për përdorim efikas në farmaceutikë.
Për të funksionalizuar sipërfaqen e plotë të çdo grimce individuale, kërkohet një metodë e mirë e shpërndarjes. Kur shpërndahen, grimcat janë zakonisht të rrethuara nga një shtresë kufitare e molekulave të tërhequr në sipërfaqen e grimcave. Në mënyrë që grupet e reja funksionale të arrijnë në sipërfaqen e grimcave, kjo shtresë kufiri duhet të thyhet ose hiqet. Avionët e lëngshëm që rezultojnë nga cavitation tejzanor mund të arrijnë shpejtësi deri në 1000km / orë. Ky stres ndihmon në tejkalimin e forcave tërheqëse dhe mbart molekulat funksionale në sipërfaqen e grimcave. Në sonochemistry, ky efekt është përdorur për të përmirësuar performancën e katalizatorëve të shpërndarë.

Shembull praktik:

Funksionalizimi tejzanor i SWCNTs nga PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) tregoi se shpërndarja e nanotubeve të karbonit me një mur (SWNTs) me ultrasonication me fosfolipid-polietilen glikol (PL-PEG) e fragmenton atë, duke ndërhyrë kështu me aftësinë e saj për të bllokuar marrjen jo-specifike nga qelizat. Sidoqoftë, PL-PEG i pakryer nuk promovon marrjen specifike të qelizave të SWNT-ve të synuara në dy klasa të ndryshme të receptorëve të shprehura nga qelizat e kancerit. Trajtimi tejzanor në praninë e PL-PEG është një metodë e zakonshme e përdorur për të shpërndarë ose funksionalizuar nanotubet e karbonit dhe integriteti i PEG është i rëndësishëm për nxitjen e marrjes specifike qelizore të nanotubeve të funksionalizuar me ligand. Meqë fragmentimi është një pasojë e mundshme e ultrasonication, një teknikë e përdorur zakonisht për të shpërndarë SWNTs, kjo ndoshta një shqetësim për disa aplikime të tilla si shpërndarjen e drogës.

Figura 2: Shpërndarja ultrasonike e SWCNTs me PL-PEG (Zeineldin et al. 2009)

Formimi Liposome me ultratinguj

Një tjetër aplikim i suksesshëm i ultrazërit është përgatitja e liposomes dhe nano-liposomes. Sistemet e shpërndarjes së drogës dhe të gjeneve me bazë liposome luajnë një rol të rëndësishëm në terapi të shumëllojshme, por edhe në kozmetikë dhe në të ushqyerit. Liposomat janë bartës të mirë, pasi agjentët aktivë të tretshëm në ujë mund të vendosen në qendrën ujore të liposomeve ose, nëse agjenti është i tretshëm në yndyrë, në shtresën e lipideve. Liposomes mund të formohet nga përdorimi i ultrasonics. Materiali bazë për preperim liposome janë molekulat amfile që rrjedhin ose bazohen në lipidet biologjike të membranës. Për formimin e vezikulave të vogla unilamellare (SUV), dispersioni i lipidit është i zërit me butësi – p.sh. me pajisjen tejzanor me dorë UP50H (50W, 30kHz), të VialTweeter ose reaktorit tejzanor UTR200 – në një banjë akulli. Kohëzgjatja e një trajtimi tejzanor zgjat përafërsisht. 5 - 15 minuta. Një tjetër metodë për të prodhuar vezikula të vogla unilamellare është sonication e liposomes shumë-lamellare fshikëzave.
Dinu-Pirvu et al. (2010) raporton marrjen e transferosomes duke sonicating MLVs në temperaturën e dhomës.
Hielscher Ultrasonics ofron pajisje të ndryshme tejzanor, sonotrodes dhe pajisje për të përmbushur kërkesat e të gjitha llojeve të proceseve.

Kapsulimi tejzanor i agjentëve në liposome

Liposomes punon si transportues për agjentë aktivë. Ultratinguj është një mjet efektiv për përgatitjen dhe formimin e liposomeve për mbylljen e agjentëve aktivë. Para kapsulimit, liposomat priren të formojnë klasteret për shkak të ndërveprimit sipërfaqësor të ngarkesës me ngarkesë të kokave polifopole të fosfolipidit (Míckova et al. 2008), për më tepër ato duhet të hapen. Nga shembulli, Zhu et al. (2003) përshkruajnë encapsulation e biotin pluhur në liposomes nga ultrasonication. Ndërsa pluhuri i biotinës u shtua në solucionin e suspensionit të vezikulave, zgjidhja u zhduk për rreth. 1 orë. Pas këtij trajtimi, biotina u kap në liposome.

Emulsione Liposomale

Për të rritur efektin ushqyes të kremrave hidratuese ose anti-plakjeje, kremra, xhel dhe formulime të tjera kozmeceutike, emulsifikuesi i shtohet dispersionit liposomal për të stabilizuar sasi më të larta të lipideve. Por hetimet kishin treguar se aftësia e liposomeve në përgjithësi është e kufizuar. Me shtimin e emulsifikuesve, ky efekt do të shfaqet më herët dhe emulsifikuesit shtesë shkaktojnë një dobësim në afinitetin pengues të fosfatidilkolinës. nanoparticles – të përbërë nga fosfatidilkolina dhe lipidet - janë përgjigje për këtë problem. Këto nanopartikula janë formuar nga një pikë e naftës e cila është e mbuluar nga një monosolë e fosfatidilkolinës. Përdorimi i nanopartikulave lejon formulime të cilat janë të afta për të absorbuar më shumë lipide dhe mbeten të qëndrueshme, kështu që emulsifikuesit shtesë nuk janë të nevojshëm.
Ultrasonication është një metodë e provuar për prodhimin e nanoemulsioneve dhe nanodispersioneve. Ultratinguj me intensitet të lartë furnizojnë fuqinë e nevojshme për të shpërndarë një fazë të lëngshme (faza e shpërndarë) në pikat e vogla në një fazë të dytë (fazë e vazhdueshme). Në zonën e shpërndarjes, flluskat e kavitacionit të imploduar shkaktojnë valë tronditëse intensive në lëngun përreth dhe rezultojnë në formimin e avionëve të lëngshëm me shpejtësi të lartë likuide. Në mënyrë që të stabilizohen pikat e sapo formuara të fazës së shpërndarë kundër bashkimit, emulsifikuesit (substancat sipërfaqësore aktive, surfaktantët) dhe stabilizatorët shtohen në emulsion. Pasi bashkimi i pikave pas përçarjes ndikon në shpërndarjen e madhësisë përfundimtare të pikave, stabilizohen në mënyrë efikase emulsifikuesit për të mbajtur shpërndarjen e madhësisë përfundimtare të pikave në një nivel që është i barabartë me shpërndarjen menjëherë pas ndërprerjes së pikave në zonën e shpërndarjes ultrasonike.

Dispersione Liposomale

Dispersions liposomal, të cilat janë të bazuara në phosphatidylchlorine unsaturated, mungesa e stabilitetit ndaj oksidimit. Stabilizimi i dispersionit mund të arrihet me antioksidantë, siç është nga një kompleks i vitaminave C dhe E.
Ortan et al. (2002) arritën në studimin e tyre lidhur me përgatitjen tejzanor të vajit thelbësor Anethum graveolens në rezultatet e mira liposomes. Pas sonication, dimensioni i liposomes ishin midis 70-150 nm, dhe për MLV në mes 230-475 nm; këto vlera ishin përafërsisht konstante edhe pas 2 muajsh, por u ndanë pas 12 muajsh, sidomos në shpërndarjen e SUV (shih histogramet më poshtë). Matja e stabilitetit, në lidhje me humbjen thelbësore të vajit dhe shpërndarjen e madhësisë, gjithashtu tregoi se dispersionet liposomale mbajtën përmbajtjen e vajit të paqëndrueshëm. Kjo sugjeron që kapja e vajit esencial në liposome rriti stabilitetin e vajit.

Figura 3: Ortan et al. (2009): Stabiliteti i MLV dhe dispersionit SUV pas 1 viti. Formulat liposomale u ruajtën në 4 ± 1 ºC.

Kliko këtu për të lexuar më shumë rreth përgatitjes së liposomës tejzanor!

Efektet tejzanor

Pranë prodhimit tejzanor të nanopartikulave, përpunimi i këtyre substancave është një fushë e gjerë për aplikimet e ultrasonication. Aglomeratët duhet të thyhen, grimcat duhet të jenë detangled dhe / ose të shpërndara, sipërfaqet duhet të aktivizohen ose të funksionalizohen dhe nano-pika duhet të emulgohen. Për të gjitha këto hapa të përpunimit, ultratingulli është një metodë e provuar esenciale. Ultratinguj me fuqi të lartë gjenerojnë efekte intensive. Kur sonicating lëngjet me intensitete të larta, valët e zërit që propagandojnë në media të lëngshme të rezultojë në alternimin e cikleve të presionit të lartë (compression) dhe presionit të ulët (rarefaction), me norma në varësi të frekuencës. Gjatë ciklit të presionit të ulët, valët tejzanor me intensitet të lartë krijojnë flluska të vogla vakumi ose zbrazëti në lëng. Kur flluska të arrijë një volum në të cilin ata nuk mund të absorbojnë më shumë energji, ato kolaptohen me dhunë gjatë një cikli të lartë presioni. Ky fenomen quhet cavitation.
Implosioni i flluskave të cavitation rezulton në mikro-turbulenca dhe mikro-avionë deri në 1000km / orë. Grimcat e mëdha janë subjekt i erozionit të sipërfaqes (nëpërmjet kolapsit të kavitetit në lëngun përreth) ose reduktimit të madhësisë së grimcave (për shkak të ndarjes përmes përplasjes ndër-grimcave ose kolapsit të flluskave të cavitation të formuara në sipërfaqe). Kjo çon në përshpejtimin e mprehtë të përhapjes, proceseve të transferimit në masë dhe reagimeve të fazës së ngurtë për shkak të ndryshimit të madhësisë dhe ndryshimit të strukturës. (Suslick 1998)

Pajisje për përpunim tejzanor

Hielscher është furnizuesi më i lartë i përpunuesve tejzanor me cilësi të lartë dhe performancë të lartë për aplikim laboratorik dhe industrial. Pajisjet në rangun nga 50 vat deri në 16,000 vat lejoni të gjeni procesorin e duhur ultrasonik për çdo vëllim dhe çdo proces. Me performancën e tyre të lartë, besueshmërinë, qëndrueshmërinë dhe funksionimin e lehtë, trajtimi tejzanor është një teknikë thelbësore për përgatitjen dhe përpunimin e nanomaterialeve. Pajisur me CIP (clean-in-place) dhe SIP (sterilize-in-place), pajisjet tejzanore të Hielscher ofrojnë prodhim të sigurt dhe efikas sipas standardeve farmaceutike. Të gjitha proceset specifike me ultratinguj mund të testohen me lehtësi në laborator ose në shkallë të lartë. Rezultatet e këtyre testeve janë tërësisht të riprodhueshme, kështu që shkalla e lartpërmendur është në mënyrë lineare dhe mund të bëhet lehtë pa përpjekje shtesë lidhur me optimizimin e procesit.