Ultraljud behandling av nanopartiklar för läkemedel

Sond-typ sonikatorer spelar en avgörande roll i farmaceutisk forskning och tillverkning genom att tillhandahålla ett kraftfullt och kontrollerat sätt att uppnå partikelstorleksminskning, cellstörning, och homogenisering. Ultraljudsapparater använder ultraljudsvågor för att generera kavitation, vilket resulterar i bildandet och kollapsen av mikroskopiska bubblor. Detta fenomen genererar intensiva skjuvkrafter och stötvågor, vilket effektivt bryter ner partiklar eller stör celler.

Här är några viktiga aspekter av användningen av sond-typ sonikatorer i farmaceutiska tillämpningar:

  • Minskning av partikelstorlek: Sondsonikatorer används för att minska partikelstorleken på aktiva farmaceutiska ingredienser (API) eller andra föreningar. En liten och enhetlig storlek på partiklarna är avgörande för att förbättra biotillgängligheten, upplösningshastigheten och den totala effekten av farmaceutiska formuleringar.
  • Cellstörning: I biofarmaceutisk forskning, sond sonikatorer används för cellstörningar för att frigöra intracellulära komponenter. Detta är särskilt viktigt för extraktion av proteiner, enzymer och andra biomolekyler från mikrobiella celler eller odlade däggdjursceller.
  • Homogenisering: Homogenisering av farmaceutiska formuleringar är avgörande för att säkerställa enhetlig distribution av ingredienser. Sond sonikatorer hjälper till att uppnå homogenitet genom att bryta ner agglomerat och sprida komponenter jämnt.
  • Nanoemulsion och liposombildning: Ultraljudsbehandling används för att skapa stabila nanoemulsioner och liposomer i farmaceutiska formuleringar. Dessa leveranssystem i nanoskala används för läkemedelstillförsel för att förbättra löslighet och biotillgänglighet.
  • Kvalitetskontroll och processoptimering: Ultraljudsbehandling är ett värdefullt verktyg för kvalitetskontroll inom läkemedelstillverkning. Det hjälper till att optimera processer genom att säkerställa konsekvent partikelstorleksfördelning och homogenitet, vilket bidrar till reproducerbarhet från batch till batch.
  • Formulering och utveckling av läkemedel: Under läkemedelsformulering och utveckling, sond sonikatorer används för att förbereda stabila suspensioner, emulsioner, eller dispersioner. Detta är avgörande för att designa läkemedelsprodukter med önskade fysikaliska och kemiska egenskaper.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud upprörd reaktor för förbättrad peptidsyntes.

Ultraljudsomrörd reaktor för förbättrad och accelererad syntes. Bilden visar ultraljudsapparaten UP200St i en omrörd glasreaktor.

Nanomaterial i läkemedel

Ultraljudsteknik spelar en central roll i beredning, bearbetning och funktionalisering av nanomaterial inom läkemedelsforskning och tillverkning. De intensiva effekterna av ultraljud med hög effekt, inklusive akustisk kavitation, bidrar till att bryta agglomerat, sprida partiklar och emulgera nanodroppar. Hielscher högpresterande sonikatorer ger en pålitlig och effektiv lösning för farmaceutiska standarder, vilket säkerställer säker produktion och underlättar uppskalning utan ytterligare optimeringsinsatser.

Bearbetning av nanomaterial

Nanomaterial, särskilt nanopartiklar, har revolutionerat läkemedelstillförseln i läkemedel och erbjuder en beprövad metod för att administrera aktiva ämnen oralt eller genom injektion. Denna teknik förbättrar effektiviteten i dosering och leverans av läkemedel, vilket öppnar nya vägar för medicinska behandlingar. Förmågan att leverera läkemedel, värme eller andra aktiva substanser direkt till specifika celler, särskilt sjuka celler, markerar ett betydande framsteg.

Inom cancerterapi har nanoformulerade läkemedel visat lovande resultat och utnyttjar fördelen med partiklar i nanostorlek för att leverera höga läkemedelsdoser direkt till tumörceller, vilket maximerar terapeutiska effekter samtidigt som biverkningar på andra organ minimeras. Storleken på nanoskalan gör det möjligt för dessa partiklar att passera genom cellväggar och membran och frisätta aktiva ämnen exakt mot målcellerna.

Bearbetning av nanomaterial, definierade som partiklar med dimensioner mindre än 100 nm, innebär utmaningar som kräver större ansträngningar. Ultraljudskavitation framträder som en väletablerad teknik för deagglomerering och dispergering av nanomaterial. Kolnanorör (CNT), särskilt flerväggiga kolnanorör (MWCNT) och enkelväggiga kolnanorör (SWCNT), uppvisar unika egenskaper och erbjuder en stor inre volym för inkapsling av läkemedelsmolekyler och distinkta ytor för funktionalisering.
 

Sonochemically beredd enkelväggiga kolnanorör (SWNTs/SWCNTs)

Sonokemisk produktion av SWCNT. Kiseldioxidpulver i en lösning av ferrocen-xylenblandning har sonikerats i 20 minuter vid rumstemperatur och under omgivningstryck. Ultraljudsbehandling producerar SWCNTS med hög renhet på ytan av kiseldioxidpulvret. (Jeong et al. 2004)

 

Funktionaliserade kolnanorör (f-CNT) spelar en avgörande roll för att förbättra lösligheten, möjliggöra effektiv tumörinriktning och undvika cytotoxicitet. Ultraljudstekniker underlättar deras produktion och funktionalisering, såsom den sonokemiska metoden för SWCNT:er med hög renhet. Dessutom kan f-CNT fungera som vaccinleveranssystem och länka antigener till kolnanorör för att inducera specifika antikroppssvar.
Keramiska nanopartiklar som härrör från kiseldioxid, titan eller aluminiumoxid har porösa ytor, vilket gör dem till idealiska läkemedelsbärare. Ultraljudssyntes och utfällning av nanopartiklar, med hjälp av sonokemi, ger en bottom-up-strategi för att förbereda föreningar i nanostorlek. Processen förbättrar massöverföringen, vilket resulterar i mindre partikelstorlekar och högre enhetlighet

Ultraljud syntes och utfällning av nanopartiklar

Ultraljud spelar en viktig roll för att funktionalisera nanopartiklar. Tekniken bryter effektivt upp gränsskikt runt partiklar, vilket gör att nya funktionella grupper kan nå partikelytan. Till exempel stör ultraljudsfunktionalisering av enkelväggiga kolnanorör (SWCNT) med PL-PEG-fragment icke-specifikt cellupptag samtidigt som det främjar specifikt cellulärt upptag för riktade applikationer.

Ultraljud Homogenisatorer möjliggöra en effektiv dispersing, deagglomeration och mfunctionalization av Nano material.

Hielscher lab ultraljudsbehandling UP50H för ultraljudsbehandling av små volymer, e.g. spridning mwnts.

För att erhålla nanopartiklar med specifika egenskaper och funktioner måste partiklarna ha modifierats. Olika nanosystem som polymera nanopartiklar, liposomer, dendrimers, kolnanorör, kvantprickar etc. kan framgångs rikt funktionaliseras för effektiv användning i farmaceutisk.

Praktiskt exempel på ultraljudspartikelfuktionalisering:

Ultraljud funktionalisering av SWCNTs av PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) visade att spridningen av enkelväggiga kolnanorör (SWNTs) av ultraljud med fosfolipid-polyetylenglykol (PL-PEG) fragment det, vilket stör dess förmåga att blockera icke-specifikt upptag av celler. Emellertid, ofragmenterad PL-PEG främjar specifika cellulära upptag av riktade SWNTs till två distinkta klasser av receptorer som uttrycks av cancer celler. Ultraljuds behandling i närvaro av PL-PEG är en vanlig metod som används för att skingra eller functionalize kolnanorör och integriteten av PEG är viktigt att främja specifika cellulära upptag av ligand-functionalized nanorör. Eftersom fragmentering är en sannolik följd av ultraljud, en teknik som vanligen används för att skingra SWNTs, detta kanske ett bekymmer för vissa applikationer såsom läkemedels leverans.
 

Ultraljudsbehandling är en mycket effektiv metod för att modifiera och funktionalisera nanopartiklar

Ultraljudsdispersion av SWCNTs med PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

 

Ultraljud Liposome bildning

En annan framgångsrik tillämpning av ultraljud är beredning av liposomer och nano-liposomer. Liposombaserade läkemedels- och genleveranssystem spelar en viktig roll i många olika terapier, men också i kosmetika och näring. Liposomer är bra bärare, eftersom vattenlösliga aktiva ämnen kan placeras i liposomens vattenhaltiga centrum eller, om medlet är fettlösligt, i lipidskiktet. Liposomer kan bildas med hjälp av ultraljud. Grundmaterialet för liposomberedning är amfila molekyler härledda eller baserade på biologiska membranlipider. För bildandet av små unilamellära vesiklar (SUV) är lipiddispersionen sonikerad försiktigt – t.ex. med den handhållna ultraljudsapparaten UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter eller ultraljudskopphorn. Varaktigheten av en sådan ultraljudsbehandling varar ca 5 – 15 minuter. En annan metod för att producera små unilamellära vesiklar är ultraljudsbehandling av de multilamellära vesiklarna liposomer.
Dinu-Pirvu et al. (2010) rapporterar erhållande av transferosomes av son ICA ting MLVs vid rums temperatur.
Hielscher Ultrasonics erbjuder olika Ultrasonic enheter, sonotrodes och tillbehör för att möta kravet på alla typer av processer.
Läs mer om ultraljudsextraherat och inkapslat Aloe vera-extrakt!

Ultraljud inkapsling av agenter i liposomer

Liposomer fungerar som bärare för aktiva substanser. Ultraljud är ett effektivt verktyg för att förbereda och bilda liposomer för Entrapment av aktiva substanser. Innan inkapsling, liposomer tenderar att bilda kluster på grund av ytan avgift-avgift interaktion av fosfolipid Polar huvuden (Míckova et al. 2008), dessutom måste de öppnas. Som exempel, Zhu et al. (2003) beskriver inkapsling av biotin pulver i liposomer av ultraljud. Eftersom biotin pulvret lades in i vesikler SUS pension lösning, har lösningen varit sonicated för ca. 1 timme. Efter denna behandling, var biotin anhållna i liposomer.

Liposomalt emulsioner

För att förbättra vårdande effekten av återfuktande eller anti-aging krämer, lotion, geler och andra kosmeceutical formuleringar, emulgeringsmedel läggs till Liposomalt dispersioner att stabilisera högre mängder av lipider. Men undersökningar hade visat att förmågan hos liposomer är i allmänhet begränsad. Med tillsats av emulgeringsmedel, denna effekt kommer att visas tidigare och de ytterligare emulgeringsmedel orsaka en försvagning på barriären affinitet av fosfatidylkolin. Nanopartiklar – består av fosfatidylkolin och lipider – är svaret på detta problem. Dessa nanopartiklar bildas av en oljedroppe som täcks av en enskiktslager av fosfatidylkolin. Användningen av nanopartiklar tillåter formuleringar som kan absorbera mer lipider och förbli stabila, så att ytterligare emulgeringsmedel inte behövs.
Ultraljud är en beprövad metod för produktion av nanoemulsioner och nanodispersioner. Mycket intensivt ultraljud levererar den kraft som behövs för att skingra en flytande fas (dispergerad fas) i små droppar i en andra fas (kontinuerlig fas). I spridning zonen, implodera kavitation bubblor orsaka intensiva chock vågor i den omgivande vätskan och resultera i bildandet av flytande jets av hög vätske hastighet. För att stabilisera de nybildade droppar av skingra fas mot koalescens, emulgeringsmedel (ytaktiva ämnen, tensider) och stabilisatorer läggs till emulsionen. Som sammansmältning av droppar efter avbrott påverkar den slutliga DROPP storleks fördelningen, effektivt stabiliserande emulgeringsmedel används för att bibehålla den slutliga droplet storleks fördelningen på en nivå som är lika med fördelningen omedelbart efter störningar i ultraljud spridning zonen.

Liposomalt dispersioner

Liposomala dispersioner, som är baserade på omättade fosfatidylklor, brist på stabilitet mot oxidation. Stabiliseringen av spridningen kan uppnås genom antioxidanter, såsom genom ett komplex av vitamin C och E.
Ortan et al. (2002) uppnått i sin studie om ultraljud beredning av Anethum graveolens eterisk olja i liposomer goda resultat. Efter ultraljudsbehandling, dimensionen av liposomer var mellan 70-150 nm, och för MLV mellan 230-475 nm; dessa värden var ungefär konstant också efter 2 månader, men inupphörde efter 12 månader, särskilt i SUV Dispersion (se histogram nedan). Stabilitets mätningen, som gällde eterisk olje förlust och storleks fördelning, visade också att liposomala dispersioner behöll halten av flyktig olja. Detta tyder på att Entrapment av eterisk olja i liposomer ökade olje stabiliteten.
 

Ultraljud beredd multi-lamellär blåsor (MLV) och enda Uni-lamellar blåsor (SUV) visar en god stabilitet när det gäller eterisk olja förlust och partikel storleks fördelning.

Stabilitet hos MLV- och SUV-dispersioner efter 1 år. Liposomala formuleringar förvarades vid 4±1 ºC.
(Studie och grafik: ©Ortan et al., 2009):

 
Klicka här för att läsa mer om ultraljud Liposom beredning!

Högpresterande sonikatorer för farmaceutisk forskning och tillverkning

Hielscher Ultrasonics är din främsta leverantör av högkvalitativa, högpresterande sonicatorer för forskning och tillverkning av läkemedel. Enheter i intervallet från 50 watt upp till 16 000 watt gör det möjligt att hitta rätt ultraljudsprocessor för varje volym och varje process. Genom sin höga prestanda, tillförlitlighet, robusthet och enkla drift är ultraljudsbehandlingen en viktig teknik för framställning och bearbetning av nanomaterial. Utrustad med CIP (clean-in-place) och SIP (sterilize-in-place), Hielscher sonikatorer garanterar säker och effektiv produktion enligt farmaceutiska standarder. Alla specifika ultraljudsprocesser kan enkelt testas i labb- eller bänkskala. Resultaten av dessa försök är helt reproducerbara, så att följande uppskalning är linjär och enkelt kan göras utan ytterligare ansträngningar när det gäller processoptimeringen.

Varför Hielscher Ultrasonics?

  • hög effektivitet
  • Toppmodern teknik
  • Tillförlitlighet & Robusthet
  • Justerbar, exakt processtyrning
  • Batch & Inline
  • för valfri volym
  • intelligent programvara
  • smarta funktioner (t.ex. programmerbar, dataprotokoll, fjärrkontroll)
  • Enkelt och säkert att använda
  • lågt underhåll
  • CIP (clean-in-place)

Hielscher Sonicators: Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultrasonicators är kända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integration av våra ultrasonicators i industrianläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultrasonicators med state-of-the-art teknik och användarvänlighet. Naturligtvis är Hielscher ultrasonicators CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch VolymFlödeshastighetRekommenderade Devices
0.5 till 1,5 mln.a.VialTweeter
1 till 500 ml10 till 200 ml / minUP100H
10 till 2000 ml20 till 400 ml / minUf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L0.2 till 4L / minUIP2000hdT
10 till 100 liter2 till 10 1 / minUIP4000hdT
15 till 150L3 till 15 liter/minUIP6000hdT
n.a.10 till 100 l / minUIP16000
n.a.störrekluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudsprocessorer, applikationer och pris. Vi diskuterar gärna din farmaceutiska process med dig och erbjuder dig en ultraljudsbehandling som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Ultraljud utvinning setup: Probe-typ ultrasonicator UIP2000hdT (2000 watt) i en pharma-grade rostfritt stål reaktor.

Inställning av ultraljudsprocess: Sond-typ ultrasonicator UIP2000hdT (2000 watt) i en reaktor av rostfritt stål av läkemedelskvalitet.



Litteratur / Referenser

     

    Ultraljud är en innovativ teknik som används framgångsrikt för sonokemisk syntes, deagglomerering, dispersion, emulgering, funktionalisering och aktivering av partiklar. Särskilt inom nanoteknik är ultraljud en viktig teknik för syntes och bearbetning av material i nanostorlek. Eftersom nanotekniken har fått detta enastående vetenskapliga intresse används partiklar i nanostorlek inom utomordentligt många vetenskapliga och industriella områden. Läkemedelsindustrin har också upptäckt den stora potentialen hos detta flexibla och variabla material. Följaktligen är nanopartiklar involverade i olika funktionella tillämpningar inom läkemedelsindustrin, dessa inkluderar:

    • läkemedels leverans (transportör)
    • diagnostiska produkter
    • produkt förpackningar
    • bio markör upptäckt
Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.

Vi diskuterar gärna din process.

Låt oss komma i kontakt.