Hielscher ультразвукова технологія

Ультразвукове лікування наночастинок для фармацевтики

Ультразвук - це інноваційна технологія, яка успішно використовується для синхронних процесів Синтез, деагломерація, дисперсія, Емульгування, функціоналізація та активація частинок. Зокрема, в галузі нанотехнологій, ультразвукове дослідження є важливим методом для синтезу та обробки матеріалів нанорозмірних матеріалів. Оскільки нанотехнології отримали цей видатний науковий інтерес, нанорозмірні частинки використовуються в надзвичайно багатьох наукових та промислових сферах. Філія фармації виявила високий потенціал цього гнучкого та змінного матеріалу. Отже, наночастинки залучені до різних функціональних застосувань у фармацевтичній промисловості, зокрема:

  • доставка ліків (перевізник)
  • діагностичні продукти
  • упаковка продукту
  • відкриття біомаркерів

Наноматеріали в фармацевтиці

Особливо, доставка лікарських засобів через наночастинки вже є перевіреним способом доставки активних агентів, які вводилися до перорального або ін'єкційним шляхом. (Bawa 2008) Наноформовані ліки можна дозувати та доставляти набагато ефективніше, оскільки нові методи відкривають абсолютно нові способи лікування. Ця високопотенційна технологія допомагає доставляти ліки, тепла або інші активні речовини в конкретні клітини, тобто хворі клітини. Завдяки прямому доставленню ліків, здорові клітини не вражають ефектами ліків. Одне поле, в якому в наноформованих препаратах вже показані їхні перспективні результати, - це терапія раком. У терапії онкологічних захворювань великою перевагою є нанорозмірні речовини, що високі дози молекул лікарських засобів можуть бути доставлені безпосередньо до пухлинних клітин для максимального ефекту, при мінімізації побічних ефектів для інших органів. (Liu et al.2008) Ця перевага дає нанорозмір, завдяки чому частинки здатні пропускати клітинні стінки та мембрани і вивільняють активні агенти препарату безпосередньо в цільових клітинах.

Обробка наноматеріалів

Оскільки наноматеріали визначаються як частинки розміром менше 100 нм, це означає, що виробництво та обробка цих речовин вимагають більших зусиль.
Для формування та обробки наночастинок, агломерати повинні бути розбиті, а сили з'єднання повинні бути подолані. ультразвукова кавітація це добре відома технологія деагломератування та розсіювання наноматеріалів. Різноманіття наноматеріалів та форм відкриває різноманітні зміни для фармацевтичних досліджень. вуглецеві нанотрубки (УНТ) мають великий внутрішній об'єм, що дозволяє інкапсулювати більше молекул лікарських засобів, і вони мають особливу внутрішню і зовнішню поверхню для функціоналізації. (Hilder et al., 2008). Таким чином, CNT здатні переносити в клітини різні молекули, такі як активні агенти, ДНК, білки, пептиди, орієнтації лігандів тощо. УНТ були визнані квинтэссенциальными наноматериалами і набули статусу однієї з найбільш активних областей нанонауки та нанотехнологій. MWCNT складається з 2-30 концентричних графітових шарів, діаметром від 10 до 50 нм та довжиною більше 10 мкм. З іншого боку, SWCNT набагато тонше, діаметром від 1,0 до 1,4 нм. (Srinivasan 2008) Наночастинки, а також нанотрубки можуть надходити в клітини і їх можна повністю запозичити. Зокрема, функціональні вуглецеві нанотрубки (f-CNT), як відомо, підвищують розчинність та дозволяють ефективно орієнтуватися на пухлину. Таким чином, f-CNTs, SWNTs та MWNT не дозволяють бути цитотоксичними (= токсичними для клітин) та зміною функції імунної системи. Наприклад, Одношарові вуглецеві нанотрубки (SWCNTs) високої чистоти можна одержувати за допомогою сонохімічного способу: високоякісні SWCNT можуть бути отримані в рідкому розчині шляхом вилучення порошку кремнезему протягом 20 хв. при кімнатній температурі та навколишньому тиску. (Срінівасан 2005)

Сонохімічно готові одношарові вуглецеві нанотрубки (SWNTs / SWCNTs)

Рис.1: Сонохімічне виробництво SWCNTs. Порошок силікаси в розчині ферроцен-ксилолова суміш обробляли ультразвуком протягом 20 хв. при кімнатній температурі та під тиском навколишнього середовища. Sonication виробляє високочисті SWCNTS на поверхні порошків кремнезему. (Jeong et al., 2004)

Функціоналізовані вуглецеві нанотрубки (f-CNTs) також можуть виконувати функції системи доставки вакцин. Основною ідеєю є зв'язування антигену з вуглецевими нанотрубками при збереженні його конформації, тим самим індукуючи відповідь антитіл з правильною специфікою.
Керамічні наночастинки, тобто похідні від кремнезем, титана або глинозем, мають пористу поверхню, що робить їх ідеальним носієм для наркотиків.

Ультразвуковий синтез та осадження наночастинок

Наночастинки можуть бути сформовані знизу вгору шляхом синтезу або осадження. Сонохімія є одним з найперших методів, що використовуються для приготування нанорозмірних сполук. Піддавайте оригінальній роботі, обробіть ультразвуком Fe (CO) 5 або як акуратну рідину, або в деакліновому розчині, отримавши наночастинки аморфного заліза на 10-20 нм. Як правило, пересичена суміш починає формувати тверді частинки з високо концентрованого матеріалу. Ультразвукова реакція покращує змішування попередніх курсорів та збільшує масоперенос на поверхні частинок. Це призводить до меншого розміру частинок і вищої однорідності.

Ультразвукові гомогенізатори дозволяють ефективно диспергувати, деаггломерати та функціоналізувати наноматеріали.

Pic. 1: лабораторія Hielscher UP50H для ультразвукової обробки невеликих об'ємів, наприклад, розсіювання MWNTs.

Ультразвукова функціоналізація наночастинок

Щоб отримати наночастинки з певними характеристиками та функціями, поверхню частинок потрібно модифікувати. Різноманітні наносистеми, такі як полімерні наночастинки, ліпосоми, дендримери, вуглецеві нанотрубки, квантові точки тощо, можуть бути успішно функціоналізовані для ефективного використання в фармацевтиці.
Для того, щоб функціоналізувати повну поверхню кожної окремої частинки, потрібен метод гарної дисперсії. При розсіянні частинки, як правило, оточені пограничним шаром молекул, притягнутих до поверхні частинки. Щоб нові функціональні групи потрапляли на поверхню частинки, цей граничний шар повинен бути розбитий або вилучений. Рідини, що утворюються в результаті ультразвукової кавітації, можуть досягати швидкості до 1000 км / год. Це стрес допомагає подолати притягуючі сили і переносить функціональні молекули на поверхню частинки. У сонохімії цей ефект використовується для підвищення продуктивності дисперсних каталізаторів.

Практичний приклад:

Ультразвукова функціоналізація SWCNT PL-PEG: Zeineldin et al. (2009 р.) Продемонстрували, що дисперсія однотонних вуглецевих нанотрубок (SWNTs) шляхом ультразвуку з фосфоліпід-поліетиленгліколем (PL-PEG) фрагментує його, тим самим перешкоджаючи його здатності блокувати неспецифічне поглинання клітинами. Проте, нефрагментований PL-PEG сприяє специфічному клітинному поглинанню цілеспрямованих СВНТ на два різних класу рецепторів, виражених раковими клітинами. Ультразвукова терапія у присутності PL-PEG є звичайним методом, який використовується для розсіяння або функціонування вуглецевих нанотрубок, і цілісність PEG має важливе значення для сприяння специфічному клітинному поглинанню ліганд-функціоналізованих нанотрубок. Оскільки фрагментація є ймовірним наслідком ультразвукової передачі, яка звичайно використовується для розповсюдження СЗНТ, це може викликати занепокоєння щодо певних застосувань, таких як доставка ліків.

Ультразвукове диспергуюче обладнання, таке як ультразвуковий пристрій UP400S, є ідеальним інструментом для розгону та фрагментації SWCNT для підготовки фармацевтичних речовин.

Рисунок 2: Ультразвукова дисперсія SWCNTs з PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Ультразвукова ліпосомальна формація

Ще одним успішним застосуванням ультразвуку є підготовка ліпосом і наноліпосомами. Ліпосоми-препарати та системи доставки генів відіграють важливу роль у різноманітних терапіях, але також у косметиці та харчуванні. Ліпосоми є хорошими носіями, оскільки водорозчинні діючі речовини можуть бути поміщені в водний центр ліпосом або, якщо агент є жиророзчинні, у ліпідному шарі. Ліпосоми можуть утворюватися за допомогою ультразвуку. Основним матеріалом для підготовки ліпосом є амфілові молекули, отримані або засновані на ліпідів біологічних мембран. Для утворення малих однолінійних пухирців (позашляховиків), ліпідні дисперсії піддаються ультразвуковій обробці – наприклад, за допомогою портативного ультразвукового пристрою UP50H (50 Вт, 30 КГц), VialTweeter або ультразвуковий реактор UTR200 – на крижаній бані. Тривалість такого ультразвукового лікування триває приблизно. 5 - 15 хвилин. Іншим способом одержання малих однолінійних пухирців є ультразвукова обробка багатопластинних везикул ліпосом.
Діну-Пірву та ін. (2010) повідомляє про одержання трансферсомонів сонікаючими МЛЗ при кімнатній температурі.
Hielscher Ultrasonics пропонує різні ультразвукові пристрої, сонотроди та аксесуари, що відповідають вимогам усіх видів процесів.

Ультразвукова інкапсуляція агентів у ліпосоми

Ліпосоми працюють як носії для активних агентів. Ультразвук є ефективним інструментом для приготування та формування ліпосом для захоплення активних агентів. Перед інкапсуляцією ліпосоми, як правило, утворюють скупчення через взаємодію поверхневого заряду з зарядовою лінією фосфоліпідних полярних голів (Míckova et al., 2008), крім того, вони повинні бути відкриті. Наприклад, Чжу та ін. (2003) описують інкапсуляцію біотінного порошку у ліпосомах шляхом ультразвуку. Оскільки біотиновий порошок додавали у розчин суспензії везикула, розчин обробляли ультразвуком протягом приблизно. 1 година Після цього лікування біотин був захоплений у ліпосоми.

Ліпосомальні емульсії

Для поліпшення ефекту вирощування зволожуючих або проти старіння кремів, лосьйонів, гелів та інших косметичних композицій, емульгатор додають до ліпосомальних дисперсій для стабілізації більшої кількості ліпідів. Але дослідження показали, що здатність ліпосом загалом обмежена. З додаванням емульгаторів цей ефект з'явиться раніше, а додаткові емульгатори викликають ослаблення бар'єрної спорідненості фосфатидилхоліну. Наночастинки – що складається з фосфатидилхоліну та ліпідів - це відповідь на цю проблему. Ці наночастинки утворюються масляною краплею, яка покрита монослоєм фосфатидилхоліну. Використання наночастинок дозволяє створювати композиції, здатні поглинати більше ліпідів і залишатися стабільними, тому додаткових емульгаторів не потрібні.
Ультразвукове випромінювання є перевіреним методом виробництва наноеммульсій та нанодисперсій. Високо інтенсивний ультразвук забезпечує потужність, необхідну для розсіювання рідкої фази (дисперсної фази) у невеликих крапель на другій фазі (безперервна фаза). В зоні розсіювання, розмивання кавітаційних бульбашок викликає інтенсивні ударні хвилі в навколишній рідині і призводить до утворення рідких струменів з високою швидкістю рідини. Для стабілізації новосформованих крапель дисперсної фази проти коалесценції в емульсію додають емульгатори (поверхневі діючі речовини, поверхнево-активні речовини) та стабілізатори. Оскільки коалесценція крапель після розриву впливає на кінцевий розподіл розміру крапель, ефективно стабілізуючі емульгатори використовуються для підтримки остаточного розподілу розмірів крапель на рівні, рівному розподілу відразу після розбиття крапель у зоні ультразвукової дисперсії.

Ліпосомальна дисперсія

Ліпосомальна дисперсія, яка базується на ненасичених фосфатидилхлориді, не має стійкості до окислення. Стабілізація дисперсії може бути досягнута антиоксидантами, такими як комплекс вітамінів С і Е.
Ortan et al. (2002) досягнуто в їх дослідженні щодо ультразвукової підготовки ефірного масла Anethum graveolens в ліпосомах хороших результатів. Після ультразвукової обробки розмір ліпосом був між 70-150 нм, а для МЛО - від 230-475 нм; ці значення були приблизно постійними ще через 2 місяці, але після 12 місяців, особливо після розсіювання позашляховиків (див. гістограми нижче). Вимірювання стійкості щодо втрат ефірного масла та розподілу розмірів також показали, що ліпосомальна дисперсія зберігає вміст летючого масла. Це свідчить про те, що захоплення ефірного масла в ліпосомах збільшило стабільність нафти.

Ультразвучно підготовлені багатопластинні везикули (МЛВ) та одиничні однослойные пухирці (позашляховики) демонструють хорошу стійкість щодо ефірної втрати масла та розподілу розмірів частинок.

Рис.3: Ортан та співавт. (2009): стійкість дисперсій MLV та SUV після 1 року. Ліпосомальна композиція зберігалася при 4 ± 1 ºС.

Натисніть тут, щоб дізнатись більше про препарат ультразвукової ліпосом!

Ультразвукові ефекти

Поряд із виробництвом наночастинок ультразвуком, обробка цих речовин є широким полем для застосування ультразвуку. Агломерати повинні бути розбиті, частинки повинні бути відокремлені та / або дисперговані, поверхні повинні бути активізовані або функціоналізовані, а нано-краплі повинні бути емульговані. Для всіх цих етапів обробки ультразвук є перевіреним основним методом. Висока потужність ультразвуку генерує інтенсивні ефекти. При звукоізолюючій рідині при високій інтенсивності звукові хвилі, які поширюються в рідкі середовища, приводять до чергових циклів високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження) з частотою залежно від частоти. Під час циркуляції низького тиску ультразвукові хвилі високої інтенсивності створюють у рідині невеликі пухирці або пустоти. Коли бульбашки досягають об'єму, на якому вони більше не можуть поглинати енергію, вони сильно згортаються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітація.
Імпозія кавітаційних бульбашок призводить до мікро турбулентності та мікрострумів до 1000 км / год. Великі частинки піддаються ерозії поверхні (через колапс кавітації в навколишній рідині) або зменшення розміру частинок (через розподіл через міжчастинковий зіткнення або колапс кавітаційних бульбашок, що утворюються на поверхні). Це призводить до різкого прискорення процесів дифузії, мас-перенесення та твердофазних реакцій через зміну розміру кристаліту та структури. (Суслик 1998)

Ультразвукове обладнання

Hielscher є провідним постачальником високоякісних та високопродуктивних ультразвукових процесорів для лабораторного та промислового застосування. Пристрої в діапазоні від 50 ват аж до 16000 ват дозволяють знайти правильний ультразвуковий процесор для кожного об'єму та кожного процесу. Завдяки високій продуктивності, надійності, надійності та легкості експлуатації, ультразвукове лікування є важливою технікою для підготовки та обробки наноматеріалів. Ультразвукові пристрої Hielscher оснащені CIP (очищеними на місці) та SIP (стерилізуються на місці) гарантують безпечне та ефективне виробництво відповідно до фармацевтичних стандартів. Всі специфічні ультразвукові процеси легко випробовуються в лабораторних умовах або в настільній шкалі. Результати цих випробувань цілком відтворюються, так що наступне розширення є лінійним і його можна легко виконати без додаткових зусиль щодо оптимізації процесу.

Соно-синтез може здійснюватися як партійний або як безперервний процес.

Pic. 2: Ультразвуковий проточний елементний реактор дозволяє проводити безперервну обробку.

Література / Довідники

  • Bawa, рай (2008): наночастинки основі терапії у людей: обстеження. В: Закон нанотехнологій & Бізнес, літо 2008 року.
  • Дину-Пірву, Крістіна; Хльвца, Крістіна; Ортан, Аліна; Присада, Разван (2010): еластичні везикули як наркотики носіїв шкіри. В: Farmacia vol.58, 2/2010. Бухарест.
  • Хільдер, Тамсин А.; Хілл, Джеймс М. (2008): Інкапсуляція протипухлинного препарату цисплатин у нанотрубки. ICONN 2008. http://ro.uow.edu.au/infopapers/704
  • Чжонг, Су-Хван; Ko, Ju-Hye; Парк, Цзин-Бонг; Парк, Ванджун (2004): Сонохімічний шлях до одношарових вуглецевих нанотрубів в умовах навколишнього середовища. В: журнал American Chemical Society 126/2004; Стор. 15982-15983.
  • Ko, Weon Бе; Парк, Бмолодий Юн; -Лі, молодий хв; Хванг, співала Хо (2009): синтез фулерен [C60]-золото наночастинок з використанням неіонної поверхнево-споссорсаторат 80 і brij 97. В: Журнал з керамічної обробки дослідження Vol. 10, 1/2009; с. 6-10.
  • Лю, Чжуан; Чень, Кай; Девіс, Коррин; Шерлок, Сара; Цао, Каішен; Чень Xiaoyuan; Дай, Хонцзє (2008): Доставка ліків з вуглецевими нанотрубки для лікування VIVO раку. В: дослідження раку 68; 2008.
  • Mícková, A.; Томанкова, К .; Коларова, Г .; Байгар, Р .; Колар, П .; Сонка, П .; Plencner, M .; Якубова, Р .; Бенес, J .; Koláná, L .; Plánka, A .; Амлер, Е. (2008): Ультразвукова ударна хвиля як контрольний механізм для системи доставки ліпосомної лікарської сировини для можливого використання в будівельних майданчиках, імплантованих тваринам з ятрогенними суглобовими хрящовими дефектами. В: Acta Veterianaria Brunensis Vol. 77, 2008; с. 285-280.
  • Нахар, М .; Дутта, Т .; Муругезан, С.; Аштана, А.; Мішра, Д .; Радікумар В.; Таре, М .; Сараф, S .; Jain, NK (2006): Функціональні полімерні наночастинки: ефективний та перспективний інструмент для активної доставки біоактивних речовин. В: Критичні огляди в терапевтичних системах, що перевозять наркотики, Vol. 23, 4/2006; Стор. 259-318.
  • Ортан, Аліна; Кампейну, Г .; Дину-Пірву, Крістіна; Попеску, Лідія (2009): Дослідження, присвячені захопленню ефірного масла в гервеолені Anethum у ліпосомах. В: Poumanian Biotechnological Letters Vol. 14, 3/2009; С. 4411-4417.
  • Шрінівасан, К. (2008): вуглецеві нанотрубки при раковій терапії. В: Current Science, vol.93, No.3, 2008.
  • Шрінівасан, К. (2005) Метод "SOUND" для синтезу одношарових вуглецевих нанотрубок при навколишніх умовах. В: Current Science, Vol.88, No.1, 2005. pp. 12-13.
  • Suslick, Kenneth S. (1998): Енциклопедія хімії в Кірк-Отмер; 4-е Ред. Дж. Вілей & Сини: Нью-Йорк, Том. 26, 1998. С. 517-541.
  • Зейнелдін, Реема; Аль-Хайк, Марван; Гудзон, Лорі Г. (2009): Роль цілісності поліетиленгліколю в специфічних орієнтаціях рецепторів вуглецевих нанотрубок на ракові клітини. В: Nano Letters 9/2009; С. 751-757.
  • Чжу, Хай Фенг; Лі, Jun Bai (2003): Визнання Біотин-функціоналізованих ліпосом. В: Chinese Chemicals Letters Vol. 14, 8/2003; с. 832-835.

Зв'яжіться з нами / Запитуйте додаткову інформацію

Розкажіть нам про ваших вимогах до обробки. Ми будемо рекомендувати найбільш підходящі налаштування та параметри обробки для вашого проекту.





Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.