Hielscher ultraljud teknik

Ultraljud behandling av nanopartiklar för läkemedel

Ultraljud är en innovativ teknik som används framgångs rikt för sonochemical Syntes, Deagglomeration, Spridning, emulgerande, funktionalisering och aktivering av partiklar. Särskilt inom nano teknik, ultraljud är en viktig teknik för syntes och bearbetning ändamål av nano-storlek material. Eftersom nano tekniken har fått detta enastående vetenskapliga intresse, används nanostora partiklar på utomordentligt många vetenskapliga och industriella områden. Läkemedels branschen har upptäckt den stora potentialen hos detta flexibla och variabla material. Följaktligen är nanopartiklar inblandade i olika funktionella tillämpningar inom läkemedels industrin, dessa inkluderar:

  • läkemedels leverans (transportör)
  • diagnostiska produkter
  • produkt förpackningar
  • bio markör upptäckt

Nanomaterial i läkemedel

Speciellt, läkemedels leverans via nanopartiklar är redan en beprövad metod för att leverera aktiva substanser som har administrerats före oral eller genom injektion. (Bawa 2008) Nano-formulerade droger kan doseras och levereras mycket effektivare som nya tekniker öppnar helt nya sätt att medicinska behandlingar. Denna högpotentialteknik hjälper till att leverera droger, värme eller andra aktiva substanser till specifika celler, d.v.s. sjuka celler. Genom denna direkta läkemedels leverans, friska celler är oroliga av läkemedels effekter. En sätta in, däri nano-formulerade droger visar redan deras lova resultat är cancer terapin. I cancer behandling är det den stora fördelen med nano-sized ämnen som höga doser av läkemedels molekyler kan levereras direkt till tumör cellerna för maximal effekt och samtidigt minimera biverkningar till andra organ. (LiU et al. 2008) Denna fördel resulterar i nano-storlek genom att partiklarna kan passera cell väggar och membran och släppa läkemedlet aktiva substanser direkt på de riktade cellerna.

Bearbetning av nanomaterial

Eftersom nanomaterial definieras som partiklar med en dimension som unders Tiger 100nm innebär detta att produktionen och bearbetningen av dessa ämnen kräver högre insatser.
För att bilda och bearbeta nanopartiklar måste agglomerater brytas och bindnings krafterna måste övervinnas. ultraljud kavitation är en välkänd teknik för att deagglomerate och skingra nanomaterial. Mångfalden av nanomaterial och former öppnar många förändringar för farmaceutisk forskning. kolnanorör (CNTs) har en stor inre volym som gör att fler läkemedels molekyler kan kapslas in, och de har distinkta inre och yttre ytor för funktionalisering. (Hilder et al. 2008) Genom att, CNTs kan bära olika molekyler såsom aktiva agenter, DNA, proteiner, peptider, inriktning ligander etc. i celler. CNTs har erkänts som kvintessensen nanomaterial och har förvärvat status som en av de mest aktiva områdena nanovetenskap och nano teknik. MWCNT består av 2 – 30 koncentriska grafitskikt, vars dia metrar sträcker sig från 10 till 50 nm och längd mer än 10 μm. Å andra sidan, SWCNT är mycket tunnare, med diameter som sträcker sig från 1,0 till 1,4 Nm. (I Srinivasan 2008) Nanopartiklar samt nanorör kan komma in i celler och kan tas upp av dem helt. I synnerhet funtionalized kolnanorör (f-CNTs) är kända för att förbättra löslighet och möjliggöra en effektiv tumör inriktning. Genom att, f-CNTs, SWNTs och MWNTs hindras från att vara cytotoxiska (= giftigt för celler) och ändra funktionen av immun systemet. Till exempel Enkelväggiga kolnanorör (SWCNTs) av hög renhet kan produceras på sonochemical sätt: hög renhet SWCNTs kan erhållas i en flytande lösning genom att sonicera kiseldioxid pulver för 20 min. vid rums temperatur och omgivnings tryck. (I Srinivasan 2005)

Sonochemically beredd enkelväggiga kolnanorör (SWNTs/SWCNTs)

Fig. 1: Sonochemical produktion av SWCNTs. kiseldioxid pulver i en lösning av ferrocene-xylen blandningen har varit sonicated för 20 min. vid rums temperatur och under omgivnings tryck. Ultraljudsbehandling producerar hög renhet SWCNTS på ytan av kiseldioxid pulvret. (Jeong et al. 2004)

Functionalized kolnanorör (f-CNTs) kan också fungera som vaccin leverans system. Det grundläggande konceptet är att koppla antigen till kolnanorör samtidigt behålla sin kon formation, därigenom framkalla anti kropps svar med rätt specificitet.
Keramiska nanopartiklar, dvs härledda från kiseldioxid, Titania eller aluminium oxid, har en porös partikel yta som gör dem till en idealisk drog bärare.

Ultraljud syntes och utfällning av nanopartiklar

Nanopartiklar kan genereras nerifrån och upp genom syntes eller nederbörd. sonochemistry är en av de tidigaste teknikerna som används för att framställa nanostorleks-föreningar. Suslick i sitt ursprungliga arbete, sonicated Fe (CO) 5 antingen som en snygg vätska eller i en deaclin lösning och erhållna 10-20Nm storlek amorft järn nanopartiklar. I allmänhet börjar en övermättad blandning att bilda fasta partiklar ur ett högkoncentrerat material. Ultraljud förbättrar blandning av pre-markörer och ökar Mass-överföring vid partikel ytan. Detta leder till mindre partikel storlek och högre enhetlighet.

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

Pic. 1: Hielscher ' s Lab enhet UP50H för ultraljudsbehandling av små volymer, e.g. spridning mwnts.

Ultraljud funktionalisering av nanopartiklar

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.
För att functionalize den kompletta ytan av varje enskild partikel, en bra dispersion metod krävs. När dispergerade, partiklar är typiskt omgiven av ett gräns skikt av molekyler lockas till partikel ytan. För att nya funktionella grupper ska komma till partikel ytan måste detta gräns skikt brytas upp eller tas bort. Den flytande jets till följd av ultraljud kavitation kan nå hastigheter på upp till 1000km/tim. Denna stress hjälper till att övervinna de locka krafterna och bär de funktionella molekylerna till partikel ytan. I sonochemistry, denna effekt används för att förbättra prestandan hos dispergerade katalysatorer.

Praktiskt exempel:

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.

Ultraljud spridning utrustning såsom ultrasonicator UP400S är det perfekta verktyget för att skingra och fragmentera swcnts för att förbereda farmaceutiska substanser.

Fig. 2: ultraljud spridning av SWCNTs med PL-PEG (Zeineldin et al. 2009)

Ultraljud Liposome bildning

En annan framgångs rik tillämpning av ultraljud är beredningen av liposomer och nano-liposomer. Liposome-baserade läkemedel och gen leverans system spelar en viktig roll i mångfaldiga terapier, men också i kosmetika och nutrition. Liposomer är bra bärare, som vattenlösliga aktiva substanser kan placeras i liposomer vatten centrum eller, om agenten är fett lösligt, i lipidskiktet. Liposomer kan bildas genom användning av ultraljud. Den grundläggande material för Liposom preperation är amphilic molekyler som härrör eller baserat på biologiska membran lipider. För bildandet av små unilamellar blåsor (SUV), lipidspridningen är sonicated försiktigt – t. ex. med den handhållna ultraljud enheten UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter eller ultraljud reaktorn UTR200 – i ett isbad. Varaktigheten av en sådan Ultraljuds behandling varar ca. 5-15 minuter. En annan metod för att producera små unilamellar blåsor är ultraljudsbehandling av multi-lamellära vesikler 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.

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.

Fig. 3: Ortan et al. (2009): stabilitet MLV och SUV dispersioner efter 1 år. Liposomala formuleringar lagrades vid 4 ± 1 º C.

Klicka här för att läsa mer om ultraljud Liposom beredning!

Ultraljud effekter

Bredvid ultraljud produktion av nanopartiklar, bearbetning av dessa ämnen är ett brett fält för tillämpningar av ultraljud. Agglomeraterna måste brytas, partiklar måste reda ut och/eller dispergerade, ytorna måste aktive ras eller funktionaliseras, och nano-droppar måste emulgerade. För alla dessa bearbetning steg, ultraljud är en beprövad nödvändig metod. Hög effekt ultraljud genererar intensiva effekter. När sonicera vätskor vid höga intensiteter, ljud vågor som propagerar i flytande Media resultera i omväxlande högtrycks (kompression) och lågtrycks (förtunning) cykler, med priser beroende på frekvensen. Under lågtrycks cykeln skapar hög intensiva ultraljudsvågor små vakuum bubblor eller håligheter i vätskan. När bubblorna uppnår en volym där de inte längre kan absorbera energi, kollapsar de våldsamt under en högtrycks cykel. Detta fenomen kallas kavitation.
Implosion av kavitation bubblor resulterar i mikro-turbulenser och mikro-jets på upp till 1000km/HR. stora partiklar utsätts för erosion (via kavitation kollaps i den omgivande vätskan) eller partikel storleks reduktion (på grund av fission genom mellan partikel kollision eller kollapsen av kavitation bubblor bildas på ytan). Detta leder till skarp acceleration av diffusion, Mass överföring processer och solida fas reaktioner på grund av crystallit storlek och struktur förändras. (Suslick 1998)

Ultraljud bearbetnings utrustning

Hielscher är den bästa leverantören av hög kvalitet och högpresterande ultraljud processorer för Lab och industriell tillämpning. Enheter i intervallet från 50 watt upp till 16 000 watt möjligt att hitta rätt ultraljud processorn för varje volym och varje process. Genom sin höga prestanda, tillförlitlighet, robusthet och enkel drift, är Ultraljuds behandling en viktig teknik för beredning och bearbetning av nanomaterial. Utrustad med CIP (ren-in-Place) och SMUTTA (sterilisera-in-Place), Hielscher ' s Ultrasonic enheter garantera säker och effektiv produktion enligt farmaceutiska standarder. Alla specifika ultraljud processer kan enkelt testas i Lab eller bänk skala. Resultaten av dessa prövningar är helt reproducerbara, så att följande skala upp är linjärt och lätt kan göras utan ytterligare ansträngningar när det gäller process optimering.

Sono-syntes kan utföras som ett parti eller som kontinuerlig process.

Pic. 2: ultraljud flöde cell reaktorn möjliggör kontinuerlig bearbetning.

Litteratur / Referenser

  • Bawa Raj (2008): Nanoparticle-baserade Therapeutics i människor: en undersökning. I: nanoteknik lag & Business, sommar 2008.
  • Dinu-Pirvu, Cristina; Mer från hlevca, Cristina; Ortan, Alina; Prisada, Razvan (2010): elastiska vesikler som narkotika bärare även om huden. I: Farmacia Vol. 58, 2/2010. Bukarest.
  • Hilder, Tamsyn A.; Kullen James M. (2008): inkapsling av cancer drogen cisplatin in i nanotubes. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Jeong, so-hwan; Ko, ju-Hye; Park, Jing-Bong; Park, Wanjun (2004): en Sonochemical väg till Enkelväggiga Kolnanotubes under omgivnings förhållanden. I: föra journal över av Amerikankemiskt samhälle 126/2004; s. 15982-15983.
  • Ko, WEON Bae; Park, Byoung Eun; Lee, ung min; Hwang, Sung Ho (2009): syntes av Fullerene [C60]-Guldnanopartiklar med nonjoniska tensispolysorbat 80 och Brij 97. I: föra journal över av keramiskt bearbeta forskning Vol. 10, 1/2009; PP. 6-10.
  • LiU, Zhuang; Chen, Kai; Davis, Corrine; Sherlock, Sarah; Cao, Qizhen; Chen Xiaoyuan; Dai, Hongjie (2008): Drug leverans med kolnanorör för in vivo cancer behandling. I: cancer forskning 68; 2008.
  • 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): ultraljud Shock-Wave som en kontrollmekanism för Liposome läkemedel delivery system för eventuell användning i ställningen implanteras till djur med iatrogena artikulära brosk defekter. I: Acta Veterianaria Brunensis Vol. 77, 2008; s. 285-280.
  • Nahar, M.; Dutta, T.; Mer från murugesan, S.; Asthana, A.; Mishra, D.; Rajkumar, V.; Tare, M.; Saraf, S.; Jain, N. K. (2006): funktionella polymera nanopartiklar: ett effektivt och lovande verktyg för aktiv leverans av bioactives. I: kritiskt granskar i terapeutiska drog bärare system, Vol. 23, 4/2006; s. 259-318.
  • Ortan, Alina; Campeanu, GH.; Dinu-Pirvu, Cristina; Popescu, Lidia (2009): studier om Entrapment av Anethum graveolens eterisk olja i liposomer. I: Poumanian biotechnological märker Vol. 14, 3/2009; s. 4411-4417.
  • Srinivasan, C. (2008): kolnanorör i cancer terapi. I: aktuell vetenskap, Vol. 93, No. 3, 2008.
  • Srinivasan, C. (2005) en "SOUND" metod för syntes av enkelväggiga kolnanorör under omgivnings förhållanden. I: aktuell vetenskap, Vol. 88, No. 1, 2005. s. 12-13.
  • Suslick Kenneth S. (1998): Kirk-Othmer encyklopedi av kemisk teknologi; 4. ED. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. s. 517-541.
  • Zeineldin, Reema; Al-Haik, Marwan; Hudson, Laurie G. (2009): roll av polyeten glykol integritet i specifika receptor inriktning av kolnanorör till cancer celler. I: Nano märker 9/2009; s. 751-757.
  • Mer från Zhu, Hai Feng; Li, juni Bai (2003): erkännande av biotin-functionalized liposomer. I: kinesiska kemikalier Letters Vol. 14, 8/2003; s. 832-835.

Kontakta oss / Fråga mer

Prata med oss ​​om dina behandlingsbehov. Vi kommer att rekommendera den mest lämpliga inställningar och processparametrar för ditt projekt.





Observera att våra Integritetspolicy.