Xử lý siêu âm các hạt nano cho dược phẩm

Máy siêu âm kiểu đầu dò đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu và sản xuất dược phẩm bằng cách cung cấp một phương tiện mạnh mẽ và có kiểm soát để giảm kích thước hạt, phá vỡ tế bào và đồng nhất. Máy siêu âm sử dụng sóng siêu âm để tạo ra sự xâm thực, dẫn đến sự hình thành và sụp đổ của các bong bóng siêu nhỏ. Hiện tượng này tạo ra lực cắt mạnh và sóng xung kích, phá vỡ các hạt hoặc phá vỡ tế bào một cách hiệu quả.

Dưới đây là một số khía cạnh chính của việc sử dụng máy siêu âm loại đầu dò trong các ứng dụng dược phẩm:

• Giảm kích thước hạt: Máy siêu âm đầu dò được sử dụng để giảm kích thước hạt của các thành phần dược phẩm hoạt tính (API) hoặc các hợp chất khác. Kích thước nhỏ và đồng đều của các hạt là rất quan trọng để tăng cường sinh khả dụng, tốc độ hòa tan và hiệu quả tổng thể của các công thức dược phẩm.
• Phá vỡ tế bào: Trong nghiên cứu dược phẩm sinh học, máy siêu âm thăm dò được sử dụng để phá vỡ tế bào để giải phóng các thành phần nội bào. Điều này đặc biệt quan trọng đối với việc chiết xuất protein, enzyme và các phân tử sinh học khác từ tế bào vi sinh vật hoặc tế bào động vật có vú nuôi cấy.
• Đồng nhất hóa: Đồng nhất hóa các công thức dược phẩm là điều cần thiết để đảm bảo phân phối đồng đều các thành phần. Máy siêu âm thăm dò hỗ trợ đạt được tính đồng nhất bằng cách phá vỡ các kết tụ và phân tán các thành phần đồng đều.
• Nhũ tương nano và hình thành liposome: Sonication được sử dụng để tạo ra nhũ tương nano và liposome ổn định trong các công thức dược phẩm. Các hệ thống phân phối quy mô nano này được sử dụng để phân phối thuốc nhằm tăng cường khả năng hòa tan và sinh khả dụng.
• Kiểm soát chất lượng và tối ưu hóa quy trình: Sonication là một công cụ có giá trị để kiểm soát chất lượng trong sản xuất dược phẩm. Nó giúp tối ưu hóa các quy trình bằng cách đảm bảo phân bố kích thước hạt nhất quán và tính đồng nhất, góp phần vào khả năng tái tạo từng lô.
• Công thức và phát triển thuốc: Trong quá trình pha chế và phát triển thuốc, máy siêu âm đầu dò được sử dụng để điều chế hỗn dịch, nhũ tương hoặc chất phân tán ổn định. Điều này rất quan trọng để thiết kế các sản phẩm dược phẩm có các đặc tính vật lý và hóa học mong muốn.

Vật liệu nano trong dược phẩm

Công nghệ siêu âm đóng một vai trò quan trọng trong việc chuẩn bị, xử lý và chức năng hóa vật liệu nano trong nghiên cứu và sản xuất dược phẩm. Các tác động mạnh mẽ của siêu âm công suất cao, bao gồm cả xâm thực âm thanh, góp phần phá vỡ các kết tụ, phân tán các hạt và nhũ hóa các giọt nano. Máy siêu âm hiệu suất cao Hielscher cung cấp một giải pháp đáng tin cậy và hiệu quả cho các tiêu chuẩn dược phẩm, đảm bảo sản xuất an toàn và tạo điều kiện mở rộng quy mô mà không cần nỗ lực tối ưu hóa thêm.

Xử lý vật liệu nano

Vật liệu nano, đặc biệt là các hạt nano, đã cách mạng hóa việc phân phối thuốc trong dược phẩm, cung cấp một phương pháp đã được chứng minh để quản lý các tác nhân hoạt tính bằng đường uống hoặc qua tiêm. Công nghệ này nâng cao hiệu quả của liều lượng và phân phối thuốc, mở ra những con đường mới cho các phương pháp điều trị y tế. Khả năng cung cấp thuốc, nhiệt hoặc các hoạt chất khác trực tiếp đến các tế bào cụ thể, đặc biệt là các tế bào bị bệnh, đánh dấu một tiến bộ đáng kể.

Trong điều trị ung thư, các loại thuốc có công thức nano đã chứng minh kết quả đầy hứa hẹn, tận dụng lợi thế của các hạt có kích thước nano để cung cấp liều lượng thuốc cao trực tiếp đến các tế bào khối u, tối đa hóa hiệu quả điều trị đồng thời giảm thiểu tác dụng phụ đối với các cơ quan khác. Kích thước nano cho phép các hạt này đi qua thành và màng tế bào, giải phóng các tác nhân hoạt tính chính xác tại các tế bào mục tiêu.

Xử lý vật liệu nano, được định nghĩa là các hạt có kích thước nhỏ hơn 100nm, đặt ra những thách thức đòi hỏi nỗ lực cao hơn. Xâm thực siêu âm nổi lên như một công nghệ được thiết lập tốt để giải kết tụ và phân tán vật liệu nano. Ống nano carbon (CNT), đặc biệt là ống nano carbon nhiều vách (MWCNT) và ống nano carbon một thành (SWCNT), thể hiện các đặc tính độc đáo, cung cấp thể tích bên trong lớn để đóng gói các phân tử thuốc và các bề mặt riêng biệt để chức năng hóa.
 

Sản xuất sonochemical của SWCNT. Bột silica trong dung dịch hỗn hợp ferrocene-xylene đã được siêu âm trong 20 phút ở nhiệt độ phòng và dưới áp suất môi trường xung quanh. Sonication tạo ra SWCNTS có độ tinh khiết cao trên bề mặt của bột silica. (Jeong và cộng sự, 2004)

Ống nano carbon chức năng (f-CNTs) đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng hòa tan, cho phép nhắm mục tiêu khối u hiệu quả và tránh độc tính tế bào. Các kỹ thuật siêu âm tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất và chức năng hóa chúng, chẳng hạn như phương pháp siêu âm hóa cho SWCNT có độ tinh khiết cao. Hơn nữa, f-CNT có thể đóng vai trò là hệ thống phân phối vắc-xin, liên kết kháng nguyên với ống nano carbon để tạo ra các phản ứng kháng thể cụ thể.
Các hạt nano gốm có nguồn gốc từ silica, titania hoặc alumina có bề mặt xốp, khiến chúng trở thành chất mang thuốc lý tưởng. Tổng hợp siêu âm và kết tủa các hạt nano, sử dụng sonochemistry, cung cấp cách tiếp cận từ dưới lên để điều chế các hợp chất kích thước nano. Quá trình này tăng cường truyền khối lượng, dẫn đến kích thước hạt nhỏ hơn và độ đồng đều cao hơn

Tổng hợp siêu âm và kết tủa các hạt nano

Siêu âm đóng một vai trò quan trọng trong việc chức năng hóa các hạt nano. Kỹ thuật này phá vỡ các lớp ranh giới xung quanh các hạt một cách hiệu quả, cho phép các nhóm chức mới tiếp cận bề mặt hạt. Ví dụ, chức năng siêu âm của ống nano carbon một thành (SWCNT) với các mảnh PL-PEG can thiệp vào sự hấp thụ tế bào không đặc hiệu đồng thời thúc đẩy sự hấp thụ tế bào cụ thể cho các ứng dụng mục tiêu.

Để có được các hạt nano với các đặc điểm và chức năng cụ thể, bề mặt của các hạt phải được sửa đổi. Các hệ thống nano khác nhau như hạt nano polyme, liposome, dendrimer, ống nano carbon, chấm lượng tử, v.v. có thể được chức năng hóa thành công để sử dụng hiệu quả trong dược phẩm.

Ví dụ thực tế về chức năng hạt siêu âm:

Chức năng siêu âm của SWCNT bằng PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) đã chứng minh rằng sự phân tán của các ống nano cacbon thành đơn (SWNT) bằng siêu âm với phospholipid-polyethylene glycol (PL-PEG) phân mảnh nó, do đó can thiệp vào khả năng ngăn chặn sự hấp thu không đặc hiệu của các tế bào. Tuy nhiên, PL-PEG không phân mảnh thúc đẩy sự hấp thu tế bào cụ thể của SWNT được nhắm mục tiêu thành hai lớp thụ thể khác nhau được biểu hiện bởi tế bào ung thư. Xử lý siêu âm với sự hiện diện của PL-PEG là một phương pháp phổ biến được sử dụng để phân tán hoặc chức năng hóa các ống nano carbon và tính toàn vẹn của PEG rất quan trọng để thúc đẩy sự hấp thu tế bào cụ thể của các ống nano chức năng phối tử. Vì sự phân mảnh có thể là hậu quả của siêu âm, một kỹ thuật thường được sử dụng để phân tán SWNT, đây có thể là mối quan tâm đối với một số ứng dụng nhất định như phân phối thuốc.
 

Phân tán siêu âm của SWCNT với PL-PEG (Zeineldin và cộng sự, 2009)

Hình thành liposome siêu âm

Một ứng dụng thành công khác của siêu âm là điều chế liposome và nano-liposome. Hệ thống phân phối gen và thuốc dựa trên liposome đóng một vai trò quan trọng trong các liệu pháp đa dạng, nhưng cũng trong mỹ phẩm và dinh dưỡng. Liposome là chất mang tốt, vì các hoạt chất hòa tan trong nước có thể được đặt vào trung tâm nước của liposome hoặc, nếu tác nhân hòa tan trong chất béo, trong lớp lipid. Liposome có thể được hình thành bằng cách sử dụng siêu âm. Vật liệu cơ bản để điều chế liposome là các phân tử amphilic có nguồn gốc hoặc dựa trên lipid màng sinh học. Để hình thành các túi đơn dạng nhỏ (SUV), sự phân tán lipid được siêu âm nhẹ nhàng – ví dụ: với máy siêu âm cầm tay UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter hoặc còi cốc siêu âm. Thời gian điều trị siêu âm như vậy kéo dài khoảng 5 - 15 phút. Một phương pháp khác để tạo ra các túi đơn dạng nhỏ là siêu âm các liposome túi nhiều lamellar.
Dinu-Pirvu et al. (2010) báo cáo việc thu được transferosome bằng cách siêu âm MLV ở nhiệt độ phòng.
Hielscher Ultrasonics cung cấp các thiết bị siêu âm, sonotrodes và phụ kiện khác nhau để đáp ứng yêu cầu của tất cả các loại quy trình.
Đọc thêm về chiết xuất lô hội được chiết xuất và đóng gói bằng siêu âm!

Đóng gói siêu âm của các tác nhân thành liposome

Liposome hoạt động như chất mang cho các tác nhân hoạt động. Siêu âm là một công cụ hiệu quả để chuẩn bị và hình thành các liposome để bẫy các tác nhân hoạt tính. Trước khi đóng gói, các liposome có xu hướng hình thành các cụm do tương tác điện tích-điện tích bề mặt của các đầu phân cực phospholipid (Míckova et al. 2008), hơn nữa chúng phải được mở. Ví dụ, Zhu et al. (2003) mô tả sự đóng gói bột biotin trong liposome bằng siêu âm. Khi bột biotin được thêm vào dung dịch huyền phù túi nước, dung dịch đã được siêu âm trong khoảng 1 giờ. Sau khi điều trị này, biotin bị mắc kẹt trong liposome.

Nhũ tương liposomal

Để tăng cường hiệu quả nuôi dưỡng của kem dưỡng ẩm hoặc chống lão hóa, kem dưỡng da, gel và các công thức mỹ phẩm khác, chất nhũ hóa được thêm vào các chất phân tán liposome để ổn định lượng lipid cao hơn. Nhưng các cuộc điều tra đã chỉ ra rằng khả năng của liposome nói chung là hạn chế. Với việc bổ sung chất nhũ hóa, tác dụng này sẽ xuất hiện sớm hơn và các chất nhũ hóa bổ sung gây suy yếu ái lực hàng rào của phosphatidylcholine. Hạt nano – bao gồm phosphatidylcholine và lipid - là câu trả lời cho vấn đề này. Các hạt nano này được hình thành bởi một giọt dầu được bao phủ bởi một lớp phosphatidylcholine đơn. Việc sử dụng các hạt nano cho phép các công thức có khả năng hấp thụ nhiều lipid hơn và duy trì ổn định, do đó không cần thêm chất nhũ hóa.
Siêu âm là một phương pháp đã được chứng minh để sản xuất nhũ chương nano và phân tán nano. Siêu âm cường độ cao cung cấp năng lượng cần thiết để phân tán pha lỏng (pha phân tán) thành các giọt nhỏ trong pha thứ hai (pha liên tục). Trong vùng phân tán, bong bóng xâm thực nổ ra gây ra sóng xung kích mạnh trong chất lỏng xung quanh và dẫn đến sự hình thành các tia chất lỏng có vận tốc chất lỏng cao. Để ổn định các giọt mới hình thành của pha phân tán chống lại sự kết dính, chất nhũ hóa (hoạt chất bề mặt, chất hoạt động bề mặt) và chất ổn định được thêm vào nhũ tương. Vì sự kết hợp của các giọt sau khi bị gián đoạn ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước giọt cuối cùng, chất nhũ hóa ổn định hiệu quả được sử dụng để duy trì sự phân bố kích thước giọt cuối cùng ở mức bằng với sự phân bố ngay sau khi gián đoạn giọt trong vùng phân tán siêu âm.

phân tán liposome

Phân tán liposome, dựa trên phosphatidylchlorine không bão hòa, thiếu tính ổn định chống lại quá trình oxy hóa. Sự ổn định của sự phân tán có thể đạt được nhờ các chất chống oxy hóa, chẳng hạn như phức hợp vitamin C và E.
Ortan et al. (2002) đã đạt được trong nghiên cứu của họ liên quan đến việc điều chế siêu âm tinh dầu Anethum graveolens trong liposome kết quả tốt. Sau khi siêu âm, kích thước của liposome nằm trong khoảng 70-150 nm, và đối với MLV từ 230-475 nm; các giá trị này cũng xấp xỉ không đổi sau 2 tháng, nhưng không ngừng sau 12 tháng, đặc biệt là trong sự phân tán của SUV (xem biểu đồ bên dưới). Phép đo độ ổn định, liên quan đến sự mất mát và phân bố kích thước của tinh dầu, cũng cho thấy sự phân tán liposome duy trì hàm lượng dầu dễ bay hơi. Điều này cho thấy rằng sự mắc kẹt của tinh dầu trong liposome làm tăng độ ổn định của dầu.
 

Độ ổn định của các phân tán MLV và SUV sau 1 năm. Các công thức liposomal được bảo quản ở 4±1 ºC.
(Nghiên cứu và đồ họa: ©Ortan et al., 2009):

 
Bấm vào đây để đọc thêm về chế phẩm liposome siêu âm!

Máy siêu âm hiệu suất cao cho nghiên cứu và sản xuất dược phẩm

Hielscher Ultrasonics là nhà cung cấp hàng đầu của bạn về máy siêu âm chất lượng cao, hiệu suất cao để nghiên cứu và sản xuất dược phẩm. Các thiết bị trong phạm vi từ 50 watt đến 16.000 watt cho phép tìm thấy bộ xử lý siêu âm phù hợp cho mọi khối lượng và mọi quy trình. Bằng hiệu suất cao, độ tin cậy, mạnh mẽ và vận hành dễ dàng, xử lý siêu âm là một kỹ thuật thiết yếu để chuẩn bị và xử lý vật liệu nano. Được trang bị CIP (làm sạch tại chỗ) và SIP (khử trùng tại chỗ), máy siêu âm Hielscher đảm bảo sản xuất an toàn và hiệu quả theo tiêu chuẩn dược phẩm. Tất cả các quy trình siêu âm cụ thể có thể dễ dàng được kiểm tra trong phòng thí nghiệm hoặc quy mô để bàn. Kết quả của các thử nghiệm này hoàn toàn có thể tái tạo, do đó việc mở rộng quy mô sau đây là tuyến tính và có thể dễ dàng thực hiện mà không cần nỗ lực bổ sung liên quan đến việc tối ưu hóa quy trình.

Hielscher Sonicators: Thiết kế, Sản xuất và Tư vấn – Chất lượng Sản xuất tại Đức

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

Văn học/Tài liệu tham khảo