Chương 3Sản xuất hạt nano trong y học bằng phương pháp EHDA

Jan C.M. Marijnissen, Caner U. Yurteri, Jan van Erven, và Tomasz Ciach

3.1 giới thiệu:

Nhìn chung các sản phẩm hóa học được sản xuất ở dạng lỏng hoặc khí.Tuy nhiên ,đối với hầu hết các loại thuốc,chứa nhiều phân tử phức tạp,nó tồn tại ở dạng lỏng sẽ thích hợp nhất. Để các hạt nano chứa thuốc có thể được thực hiện thông qua các tuyến đường ướt (chất keo) hoặc một con đường khô. Khi tách các hạt nano từ chất lỏng theo giai đoạn ,thì gần như không thể không có một số ô nhiễm, vì vậy để tránh ô nhiễm thì một phương pháp khô thuận lợi hơn nhiều. Vì vậy, sẽ có sự tan rã các phân đoạn các cấu trúc lớn trong nano. Tùy thuộc vào giai đoạn của các cấu trúc, kỹ thuật phân hủychất lỏng hoặc chất rắn tồn tại khác nhau , như mài, phun chất lỏng, in thạch bản và khắc, và bay hơi / ngưng tụ. Chú ý để phun chất lỏng thành giọt chất lỏng,kết quả là sẽ chuyển đổi hạt. Từ một số phương pháp phun, chúng tôi chỉ quan tâm đến phương pháp mà phá vỡ thành những giọt không thống nhất, vì vậy phải giới hạnlại để làm phun tan rã khu vực dòng chảy tầng (Lefebvre1989). Hạn chế khác chính là kích cỡ của giọt tạo ra ban đầu. Để tạo ra các hạt nanô cỡ giọt nhỏ thì ban đầuphải khá nhỏ, bởi vì nếu không nồng độ bắt đầu phải

thấp. Người ta nhận thấy rằng đường kính của hạt cuối cùng sau khi sấy khô bằng với đường kính giọt ban đầu,vào thời điểm căn bậc ba của nồng độ thể tích của vật liệu khi không bay hơi (van Erven et al. 2005).Vậy là trong trường hợp nồng độ thấp của vật chất sản phẩm, vai trò của tạp chất có thể trở thành rất quan trọng. Đối với phương pháp, nơi mà sương được đưa về bằng cáchbuộc dung dịch thông qua một vòi phun mỏng hoặc lỗ, chẳng hạn như đối với các Orifice Aerosol Generator (TSI mẫu 3450) kích thước giọt sẽ được tạo ra khoảng hai lần đường kính lỗ, trong khi kích thước lỗ bị hạn chế bởi rủi ro tắc nghẽn. Vì vậy,cần lựa chọn tốt nhấtlà một phương pháp, trong đó sản xuất có kích thước giọt đơn với đường kính nhỏ hơn đường kính ống hút bên trong. Một phương pháp như vậy được tìm thấy trong: ElectroHydrodynamic sương (EHDA) hoặc Electrospraying. EHDA là một phương pháp để sản xuất giọt nhỏ rất tốt từmột chất lỏng (phun sương) bằng cách sử dụng điện trường. Bằng cách áp dụng các điều kiện thích hợp, những giọt monodisperse từ nanomet đến vài micro mét sẽđược sản xuất. Một ví dụ như sản xuất nano hạt bạch kim, cách tổng quát được đưa ra là,để sản xuất các hạtnano từ vô số các tiền chất khác nhau. Sau đó, một số ví dụ của hạt y học được thực hiện bởi EHDA , trong nano và phạm vi vi mô, với tính chất khác nhau, chẳng hạn như kiểm soát thải ra , độ xốp cao và hình dáng thuôn dài. Ngoài ra một phương pháp làm đông lưỡng cực,nơi hai bình xịt có tiềm năng điện tử đối diện với đượcsử dụng sẽ được thảo luận. Trong phương pháp này, có sự

kết hợp của một cực và một giọt tích điện âm có thể được xem như là một nano hoặc vi lò phản ứng, do đó có thể sản xuất các hợp chất hóa học mới trong một chất lỏng, điều kiện khí dung. Làm đông lưỡng cực cũng có thể được sử dụng để áp dụng ở hạt nano trên một sân bay.

3.2 Điện động lực học tạo sương và sản xuất hạt nano:

EHDA dùng để chỉ một quá trình mà một máy bay phản lực phá vỡ chất lỏng thành những giọt dưới ảnh hưởng của lực điện. Tùy thuộc vào sức mạnh của ứng suất điện trênbề mặt tương đối lỏng sự căng bề mặt, và năng lượng động học của chất lỏng để lại vòi phun, chế độ phun khác nhau sẽ thu được (Cloupeau và Prunet-Foch 1994; Grace và Marijnissen 1994) . Để sản xuất của các hạt nano trong trường hợp của ta dùng các chế độ được gọi là nón máy bay phản lực . Trong chế độ này một chất lỏng được bơm qua một vòi phun ở tốc độ dòng chảy thấp (ml / h ml / h). Một điện trường được áp dụng giữa các vòi phun và một số điện cực đối. Điện trường này gây ramột điện tích bề mặt trong các giọt phát triển ở các vòi phun. Do điện tích bề mặt này, và do điện trường, một sự căng điện được tạo ra trên bề mặt chất lỏng. Nếuđiện trường và tốc độ dòng chảy chất lỏng nằm trong khoảng thích hợp, sau đó căng thẳng điện này sẽ vượt qua những căng thẳng sức căng bề mặt và biến đổi những giọt dầu vào một hình nón, hình nón Taylor (Taylor 1964). Các thành phần tiếp tuyến của điện trường tăng tốc độ các hạt mang điện (chủ yếu là ion) ở bề mặt chất

lỏng đi về phía đỉnh hình nón. Các ion va chạm với cácphân tử chất lỏng, do đó thúc đẩy chất lỏng xung quanh.Kết quả là, một máy bay phản lực chất lỏng mỏng xuất hiện ở đỉnh hình nón. Tùy thuộc vào tỷ lệ của sự căng điện bình thường trong sự căng bề mặt trên bề mặt máy bay phản lực, máy bay phản lực sẽ phá vỡ do những bất ổn, còn được gọi là bất ổn mạch hoặc do bất ổn suy tĩnhmạch và bất ổn bên cạnh, được gọi là bất ổn xoắn (Hartman et al. 2000). Với tỷ lệ ít căng trong mạch chếđộ loại thải những giọt monodisperse được sản xuất.

Những giọt sản xuất bởi EHDA mang điện tích cao gần vớigiới hạn Rayleigh (Hartman và cộng sự. 2000). Để tránh tan rã của những giọt Rayleigh (Davis and Bridges 1994năm 1994;. Smith và cộng sự 2002), các giọt nước phải được hoàn toàn trung hòa hoặc một phần trung hòa. Rayleigh tan rã xảy ra khi lực đẩy lẫn nhau của các điện tích vượt quá lực nhốt của sức căng bề mặt, kết quả là diễn ra sự bay hơi của các giọt nước. Để ước lượng điều kiện thích hợp và các thông số hoạt động khisản xuất những giọt nano của một kích thước nhất định, nhân rộng luật này được sử dụng. de la Mora và Loscertales (1994) và Gan ~ a'n-Calvo et al. (1997) đã phát triển mở rộng quy mô pháp luật mà ước lượng kích thước sản xuất giọt (hoặc đường kính phản lực) và dòng điện cần thiết cho một chất lỏng phun ở chế độ Cone-Jetcùng với chức năng của tốc độ dòng chảy chất lỏng và tính chất lỏng. Hartman tinh chế pháp luật rộng cho EHDA ở chế độ Cone-Jet sử dụng mô hình lý thuyết (Hartman và các cộng sự. 1999, 2000). Mở rộng quy mô

hiện tại cho chất lỏng với một vận tốc xuyên tâm phẳngtrong máy bay phản lực, mà còn bởi tính dẫn cao của giải pháp, ông rút ra những điều sau đây mối quan hệ

(3.1)

Trong đó Q là tốc độ dòng chảy (m3 / s), I là thông lượng qua các hình nón lỏng (A), g là sức căng bề mặt (N / m), K là dẫn (S / m), và b là một hằng số, nó khoảng bằng 2.Đường kính giọt chế độ phá vỡ được cho bởi phương trình.3.2

Tại dd,v, v là đường kính giọt khi mạch vỡ và c là một hằng số, đó là khoảng 2. Thay thế phương trình. 3.1 vàosản lượng Eq.3.2:

Đối với một hạt hình cầu, đường kính của (cuối cùng) hạt (dp) có liên quan đến đường kính giọt (Eq. 3.3) bằng phương trình. 3.4:

Trong đó f là phần khối lượng của vật liệu (),p giọt(droplet) là mật độ của các giải pháp và p hạt (particle) được mật độ cuối cùng (sản phẩm) hạt (kg/m3).

Chương này mô tả việc sản xuất (y tế) các hạt nano bằngEHDA .Các tác giả khác đã báo cáo tình hình sản xuất của các hạt nano bằng EHDA (Rulison và Flagan 1994;.. Hull và cộng sự năm 1997;. Ciach et al 2002; Lenggoro et al. 2000) nhưng bên cạnh trình bày hai phương pháp sản xuất hạt nano cụ thể bằng cách EHDA, phương pháp của chúng tôi xem như là cách chung chung để sản xuất hạt nano .Trước khi chúng tôi mô tả việc sản xuất của các hạt nano y tế, chúng tôi bắt đầu với một ví dụ, giải thích từng bước ban đầu sau đó vào chi tiết, trongđó có phản ứng hóa học. Hai cấu hình khác nhau EHDA đã được sử dụng để sản xuất các hạt nano Pt, liên quan đếnhai tuyến đường khác nhau của bước phân hủy của tiền chất bạch kim vào đĩa bạch kim. Trong tuyến đường đầu tiên những giọt tiền thân được thu hỗ trợ và sau đó xửlý nhiệt. Trong các tuyến đường thứ hai giọt tiền thân sản xuất được giữ ở trạng thái không khí, trung hòa và xử lý nhiệt trước khi xuất ra.

3.2.1 Thí nghiệmHai tuyến đường sản xuất của các hạt nano bạch kim đượcsử dụng như mô tả của van Erven et al. (2005). Trong cảhai tuyến đường ,những giọt được sản xuất từ một dung dịch axit chloroplatinic (H2PtCl6.6H2O Alfa-Aesar 99,9%) trong ethanol. Khi đun nóng trên 500 0C tiền thânbạch kim sẽ phân hủy thành bạch kim, axit clohydric khí, và clo (Hernandez và Choren 1983). Trong các tuyếnđường đầu tiên của EHDA sản xuất hạt axit chloroplatinic được gửi trên một hỗ trợ phản lực. Sau khi lắng đọng các hỗ trợ được đặt trong một lò hình ốngvà các hạt bị phân hủy tạo thành các hạt nano bạch kim.Trong con đường thứ hai giọt sản xuất được trung hòa vàngầm hoá trong một khu vực trong không khí thông qua một ống lò, nơi nó bị phân hủy. Sau khi lò hạt được

lắng đọng trên một chất nền, chẳng hạn như một mạng lưới TEM. Hai tuyến đường khác nhau sẽ được thiết lập khác nhau.Đầu tiên, các mao mạch tấm thiết lập và bộ phận thứ hai,thì các lò phản ứng bình xịt thiết lập.

3.2.2 Thiết lập mao dẫnMao mạch tấm thiết lập được hiển thị trong hình. 3.1. Giọt được sản xuất bằng cách bơm (Harvard PHD2000) một giải pháp 1% trọng lượng của axit chloroplatinic trong ethanol (K ¼ 0,04 S / m, g ¼ 0.022 N / m) thông qua mộtmao mạch (B). Tốc độ dòng chảy của dung dịch là 13 ml /h. Lĩnh vực điện yêu cầu được tạo ra bằng cách áp dụng một điện áp giữa các mao mạch (B) (đường kính bên trong60 m, đường kính ngoài 160 mm) và một điện cực đối đất (D) sử dụng một nguồn cung cấp điện áp cao (C) (quanh quẩn ở nhà HCL 14-12.500 ). Đối với các thí nghiệm thì sự khác biệt tiềm năng giữa B và D là 1. 26 kV và khoảng cách giữa các đỉnh của maomạch (B) và (E) là 1 mm.

Hình 3.1

Những giọt lắng đọng vào sự hỗ trợ vận chuyển (E) mà về nguyên tắc có thể được bất kỳ vật liệu có khả năng kháng nhiệt ở nhiệt độ phân hủy của chloroplatinicaxit và dẫn điện để xả giọt. Trong nghiên cứu này các tấm silicon mỏng, với 0,4 mm oxy hóa lớp trên, khoảng 20 20 mm đã được sử dụng như nhà cung cấphỗ trợ. Các thiết lập hoạt động ở nhiệt độ phòng. Sau khi bay hơi của dung môi hỗ trợ với các hạt nano axit chloroplatinic được đặt trong một ống lò sưởi đốt củi trong 10 phút ở T =700 C, để phân hủy các axit chloroplatinic và biến hạt thành các hạt bạch kim. Các hạt đã được kiểm tra trước và sau khi phân hủy bởi một SEM (Hitachi Model S-4700). 3.2.3 Thiết lập lò phản ứng của Sol khí Các lò phản ứng bình phun thiết lập được hiển thị trong hình. 3.2a. Các thiết lập có thể được chia làm hai phần, A và B. Phần A là phần sản xuất mà là dựa trên các Delft Sol khí Generator (Meesters et al. 1992). Trong phần B các hạt axit chloroplatinic đang phân hủy, trong trạng thái không khí, trong khi vận chuyển nó thông qua lò ống. Phần A, thổi khí lên khu vực sản xuất, được thể hiện ở phần trên của hình. 3.2a.Một giải pháp 0,2% khối lượng của axit chloroplatinic trong ethanol (K ¼ 0,01 S / m, g ¼ 0.022 N / m) được bơm (Harvard PHD2000) thông qua một mao mạch kim loại (ID 60 mm, 160 mm OD) với lưu lượng 8 ml / h. Trong nàythiết lập một vòng được sử dụng để tiếp cận điện cực. Vòng được kết nối với một nguồn cung cấp điện áp cao (quanh trong nhà nhà HCL 14 12500), nhưng ở một điện ápthấp hơn so với các mao mạch, tương ứng 5,57 và 8,8 kV. Khoảng cách giữa các vòng và mao mạch là khoảng 15mm.Sự khác biệt giữa các các vòi phun và vòng tạo nên việc sản xuất giọt, sẽ đi qua các vòng. Bằng cách này,

những giọt không lắng đọng , nhưng được lưu giữ trong không khí.

Xả điện cao được sử dụng trong thiết lập này.Kim có mộtđầu nhọn và cường độ điện trường cao đó, tạo ra một vầng hào quang điện.Khoảng cách giữa các mũi kim và vòng là 60 mm.

Các hạt axit chloroplatinic sau đó ngầm hoá vào lò ống (T = 700 C) với không khí được lọc . Thời gian lưu ước tính là 2 phút. Sau khi lò các hạt nano bạch kim lắng đọng trên một mạng lưới TEM.

Sự lắng đọng diễn ra bởi hai hiện tượng; thermophoresisvà khuếch tán. Khi thermophoresis bắt đầu là rất quan trọng bởi vì lưới TEM lạnh so với khí. Khi lưới điện đãđược làm nóng lên, sẽ diễn ra quá trình lắng đọng. Sau khi lắng đọng các hạt nano được kiểm tra bởi một HR-TEM(Philips CM30UT).

3.2.4 Các kết quả sản xuất hạt Pt

Một khu vực nhỏ của một chất nền Si/SiO2 với các hạt axit chloroplatinic, được sản xuất bởi các mao mạchdạng đĩa thiết lập, được thể hiện trong hình. 3.1b. Nồng độ bề mặt được thu thập bằng cách phun cho 5 s. Vịtrí kích cỡ như trong hình. 3.1b khác nhau giữa 80 và 120 nm. Cách thay thế các giá trị của các biến khác nhau như mô tả trong phần thử nghiệm trong luật rộng (Eq. 3.3) và sử dụng phương trình. 3.4, sản lượng hạt có kích thước 63 nm (ở đây trong phương trình. 3,4 f làphần khối lượng của axit chloroplatinic trong ethanol, p droplet là mật độ ethanol và p particle là mật độ củaaxit chloroplatinic.

Hình 3.1c cho thấy các hạt sau khi phân hủy axit chloroplatinic trong lò ống trong 10 phút ở 7000 C. Có thể thấy rằng các hạt axit chloroplatinic ban đầu được hình thành vào cụm được cho là hạt bạch kim của 5-15

nm. Điều này là do thực tế là bạch kim không bay hơi ở 7000C; Trong khi các sản phẩm phân hủy khác là khí.

Hạt bạch kim được sản xuất bởi lò phản ứng bình phun được nêu tại mục 3.2.3 được hiển thị trong hình. 3.2. Trong hình. 3.2b, một ảnh chụp hiển vi TEM của hạtduy nhất của khoảng 7 nm được hiển thị. Các hạt sản xuất không tính và do đó có thể hình thành agglomerates. Một ví dụ về một kết khối được thể hiện trong hình. 3.2c. Phân tích nguyên tố sử dụng điện cơ (Hình 3.2d) cho thấy các hạt chỉ chứa bạch kim. Những hình ảnh TEM cũng chứng minh rằng các hạt bạch kim tinhthể. Sử dụng các giá trị của các biến như mô tả trong phần thử nghiệm luật rộng (Eqs. 3.3 và 3.4) dự đoán kích thước hạt của 13 nm. Bằng cách quan sát các khu vực khác nhau của lưới điện TEM, chúng tôi nhận thấy rằng kích thước của hạt không kết tụ là rất giống nhau.Để có được một ước lượng kích thước với số lượng hạn chế , thì các hạt được đo cho kích thước trung bình trong khoảng 10 nm.

3.3 Nano y học và hạt micro được sản xuất bằng EHDA Trong phần trước đã giới thiệu chung về sản xuất hạtnano với EHDA. Từ bây giờ chúng tôi sẽ tập trung vào các hạt thuốc. Electrospraying là con đường lý tưởng cho việc sản xuất của các hạt thuốc như vậy hoặc ở dạngtinh khiết hoặc pha trộn polymer. Trong trường hợp này một loại thuốc hoặc một sự kết hợp polymer / thuốc hòa tan trong một dung môi thích hợp thì sẽ được electrosprayed. Thiết lập lò phản ứng aerosol hình. 3.1 được sử dụng để chứng tỏ rằng nanohạt y tế hoặc kết hợp polymer pha trộn có thể được tạo ra.

(Taxol ) được chọn để minh họa ví dụ. Taxol được sử dụng để điều trị các dạng ung thư khác nhau như vú, phổi, buồng trứng , và nó cũng được sử dụng như một cách để phòng chống tái hẹp (van tim). Taxol có thể được phân phối một mình hoặc pha trộn với một loại polymer phân hủy sinh học như PVP, PLA , hoặc PLGA . Taxol ( Sigma- Aldrich ) được hòa tan trong ethanol theo tỉ lệ khối lượng 1%. Với tốc độ dòng chảy 22 ml / h và một sự khác biệt tiềmnăng của 2,1 kV , giọt được sản xuất và nhắm mục tiêu vào một sơ khai SEM đặt 3 cm phía hạ lưu của vòi phun .Dựa trên đường kính giọt ban đầu là 1,5 mm, một giọt bay hơi để gửi tiền như một hạt Taxol khô trong kích thước của 300 nm trên bề mặt của stub SEM, hình. 3.3a .Khi tốc độ dòng chảy thấp hơn 10 ml / h , kích thước hạt là theo thứ tự 200 nm hoặc ít hơn,theo xác nhận củaSEM (Philips XL20 ) . Để chế tạo polymer và polymer hỗnhợp / thuốc hạt nano một giải pháp PVP và một giải phápPVP / Taxol được sử dụng. Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện môi trường bình thường. Hình 3.3b và c là một ví dụ của các hạt nano polyme pha trộn tinh khiết và Taxol . Điều kiện phun để chế tạo các hạt này

được liệt kê trong chú thích của hình . 3.3. Kích thướccủa các hạt trong hình . 3.3 là giữa 200 và 300 nm.

3.3.1 loại thải chậm và mật độ hạt thấp Bên cạnh việc sản xuất của các hạt nano y tế , EHDA cũng cung cấp khả năng sản xuất hạt phức tạp hơn như loại thải chậm và mật độ hạt thấp, có thể được sử dụng trong điều trị đường hô hấp. Hai ví dụ sau xem xétcác hạt có kích thước micromet, nhưng các phương pháp đều có thểđược sử dụng cho việc sản xuất của các hạt nano (Ciach et al. 2002) Trước tiên chúng ta thảo luận về việc sử dụng các giải pháp polymer phân hủy sinh họcđể sản xuất hạt thuốc phóng thích chậm. Chúng tôi lựa chọn poly-(axit lactic-co-glycolic) (PLGA) (50:50, Aldrich) như polymer và Polyethylene glycol chính (PEG)là một phụ gia để thay đổi tốc độ phân hủy. Một ví dụ về thuốc paclitaxel (taxol) đã được sử dụng một lần nữa. Một hỗn hợp dichloromethane acetone làm dung môi (04:01 trọng lượng) được sử dụng. Các giải pháp đã đượcphun với một thiết lập như trong hình. 3.2, nhưng thay vào đó là làm nóng xung quanh một lò ống, ống đầu ra của một phần sản xuất được sử dụng.

Hình 3.4a cho thấy các hạt PLGA chứa paclitaxel,được sản xuất theo cách được mô tả. Có thể thấy sự phânbố kích thước hẹp nhưng hạt nhỏ . Sự đóng góp của các hạt trong tổng khối lượng của hệ thống là không đáng kểnhưng một số nỗ lực sẽ được thực hiện trong tương lai để tránh hình thành các phần tử nhỏ. Để xem xét những đặc điểm loại thải thuốc, hạt cùng với các bộ lọc, họ đã được thu thập được ngâm trong dung dịch 200 mL đệm pH = 7 ở nhiệt độ phòng với một bổ sung nhỏ natri azit để ngăn chặn vi khuẩn phát triển. Đo lường việc phát hành paclitaxel vào chất lỏngnhư một hàm của thời gian, mẫu 1 ml dung dịch đã được thực hiện trong khoảng thời gian nhất định và sau đó thông qua một màng lọc phân tích về nội dung paclitaxelvới sắc ký lỏng. Trong dung dịch đệm việc loại thải thuốc chậm xảy ra. Các cơ chế liên quan có vai trò phải được phân hủythủy phân trong ma trận polymer tiếp theo giải thể thuốc kẹt trong polymer. Ngoài ra, hợp chất hoạt động bề mặt và giải thể có thể cũng diễn ra. Kết quả của

việc thải ra paclitaxel là một tích lũy theo thời gian được trình bày trong hình. 3.4b. Rõ ràng là việc loại thải tích lũy của thuốc là khá tuyến tính với thời gian, với một số lần nhanh hơn trong vài ngày đầu tiên và làm chậm lại sau khoảng 35 ngày. Việc bùng nổ ban đầu của hoạt chất có thể bắt nguồn từ sự phân hủy của các hạt nhỏ và / hoặc từ các loại thuốc có sẵn trên bề mặt hạt. Cho một khoảng thời gian cao hơn (khoảng 30 ngày) tỷ lệ loại thải là nhiều hơn hoặc ít liên tục. Cóthể thấy lựa chọn một hỗn hợp polymer thích hợp (ở đây PLGA + PEG) có thể phục vụ như một phương pháp điều chỉnh cho thời gian phân hủy hạt. Để sản xuất hạt mật độ thấp bằng EHDA, chúng tôi đãsử dụng hai cách khác nhau. Qủa rỗng hoặc quả bóng giống như các hạt có thể thu được với các điều kiện bayhơi ngay và tập trung. Trong thực tế các yếu tố khác cũng đóng một vai trò quan trọng, chẳng hạn như tính chất cơ học và độ xốp của vỏ rắn được hình thành,bên cạnh đó còn có sức căng bề mặt của dung dịch và sự hiệndiện của các hợp chất hoạt động bề mặt.

Vẫn không có cách nào khoa học để dự đoán chính xác nếu chúng ta có giải pháp sẽ tạo ra những quả cầu rỗng.Cách duy nhất vẫn là thử và sai. Một ví dụ của các hạt

thu được từ 1% (khối lượng), giải pháp của Budesonide1 trong nước ethanol (1:10, khối lượng) hỗn hợp, được thểhiện trong hình. 3.5a. Trên hình ảnh chúng ta có thể thấy các hạt vỏ như thế nào. Các phần thể tích tính của các bức tường liên quan đến toàn bộ hạt là khoảng 1%. Một số hạt cóbức tường bị phá vỡ. Trong số vỏ lớn chúng ta thấy các hạt nhỏ, mà có thể làhình thành từ những giọt vệ tinh siêu nhỏ. Một cách khác để có được các hạt mật độ thấp là thổi phồng chúng bằng cách giải phóng một loại khí bên trong cấu trúc polymer sau khi hình thành hạt. Một chấtkhí có thể giải phóng, chúng ta dùng NaHCO3 hoặc (NH4) 2CO3. Các tác nhân lạm phát bị phân hủy ở nhiệt độ cao (khoảng 60) thải ra carbon dioxide. Ở nhiệt độ này polymer đã mềm. Khí được hình thành bên trong các cấu trúc polymer của các hạt ,và toàn bộ quá trình có thể được so sánh với một chiếc bánh nướng nơi mà polyme phân hủy sinh học là bột. Để xác minh ý kiến này, chúng tôi sử dụng dung dịch PEG (10 kDa MW) có chứa 0,5% (khối lượng) của NaHCO3 và0,1% (khối lượng) của bề mặt (liên quan đến trọng lượngcủa polymer). Trong một thử nghiệm đầu tiên chúng tôi tạo ra những giọt trên một dây 50 mm bằng cách dìm dây trong dung dịch. Điều này dẫn đến những giọt nhỏ xíu treo ở cuối dây dẫn. Sau khi bay hơi của dung môi chúngtôi đặt các dây với các hạt trong năm phút trong lò ở 60. Ở nhiệt độ này đã trở thành polymer mềm và các đại lý lạm phát bị phân hủy, giải phóng CO2. Khí được mở rộng thành hạt. Một hạt ví dụ thể hiện trong hình. 3.5b. Chúng ta có thể thấy trong hình. 3.5c rằng hạt có cấu trúc xốp với lỗ chân lông. Độ xốp đo được của hạt này là khoảng 80%. Hạt nhẹ. Chúng ta cũng cố gắng để

thực hiện quá trình tương tự trong trạng thái bình phunbằng cách nung nóng trong không khí. Hạt được sản xuất bởi EHDA và sau khi bay hơi dung môi chúng đi vào một buồng nóng nơi mà khí được thả bên trong các hạt polyme.

3.3.2 Hình dạng khác nhauEHDA có thể sản xuất các hình dạng thuôn dài và chất xơ. Tùy thuộc vào nồng độ, loại polymer và điều kiện dung môi và làm khô, nó có thể tạo ra các hạt dài xem ví dụ Hình. 3.6A. Thậm chí nó còn có thể làm cho sợi (điện xoay), xem hình. 3.6b và c. Nếu sợi hoặc các hạt được hình thành phụ thuộc vào mức độ vướng mắc chuỗi của polyme. Bằng cách sử dụng một hệ thống đồng trục quay nó cũng có thểsản xuất (nano) ống của một vật chất nhất định (polymer

hoặc gốm) lấp đầy hoặc không có vật liệu khác (Hình 3.6d và e).3,4 Lưỡng cực có keo tụ và mang hạt: Ta cũng có thể sử dụng hai thuốc xịt giọt tích điện trái dấu. Nếu nó hướng về từng cực keo tụ thông qua sự hấp dẫn điện giữa chúng. Hai thuốc xịt được tạo ra sử dụng trong EHDA chế độ hình nón máy bay phản lực. Keo tụ có thể được sử dụng chỉ để trung hòa những giọt, nhưng cũng là một phản ứng hóa học có thể xảy ratrong những giọt dầu mới ,và tạo thành sản phẩm mong muốn, xem hình. 3.7. Nếu điều kiện thích hợp được lựa chọn, nó cũng có thể phủ lên một vật liệu khác nhau.

Nhiều hơn hoặc ít hơn cùng một phương pháp có thể được sử dụng để nạp các hạt vận chuyển với các hạt nano hay thuốc microsized. Điều này được quan tâm cao cho trong ngành công nghiệp dược phẩm.

Chúng tôi đã nghiên cứu một số khả năng tương tác lẫn nhau của các hat tích điện trái dấu để gửi vào các hạt nano , như một ví dụ về trường hợp thứ hai được mô tả trong hình. 3.8a, b và 3.9a. Các quá trình này có

thể được đặt tên là mục tiêu căn cứ di chuyển (GMT) phương pháp (Dabkowski 2006;. Dabkowski và cộng sự 2007), giảm phương pháp tấm màn (Coppens 2007;. Van Ommen và cộng sự 2008), và phương pháp rung đĩa tương ứng. Trong phương pháp GMT , các hạt máy chủ 165 mm nhôm được phủ 65 nm PS hạt nano, các hạt máy chủ bị buộc lại bởi tribocharging trên một feeder hạt, trong khi hệ thống treo của các hạt nano là phân cực đối diệnbằng sự electrospraying. Trong thí nghiệm đầu tiên các hạt máy chủ tính được vào băng tải, sau đây là một mô hình lắng đọng như hình. 3.8c.

Mức độ phủ sau đó có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi thời gian cư trú của các hạt máy chủ trong vùng phun qua tốc độ băng tải và thay đổi nồng độ của hệ thống treo. Khi các hạt máy chủ đang chuyển động, ba loại hình ký gửi hạt nano đã được xác định là: (only) duy nhất, trong nhóm và trong khối keo tụ, hình. 3.8d.

3.5 Thiết bị sản xuất

Một thiết lập EHDA điển hình cho sản xuất bột được trình bày trong hình. 3.10.Các thiết lập bao gồm một ống thủy tinh hình trụ đường kính từ 10-20 cm. Một đầu hoạt động như một đầu vào cho không khí được lọc và đầukia hướng các hạt được sản xuất với một bộ lọc cho thu thập.Đôi khi bước sưởi ấm trước khi thu thập là cần thiết để bay hơi dung môi. Các EHDA ống phun được đặt trong một ống thủy tinh, bên trong đó cũng là vòng điệncực đối được đặt gần với xi lanh thủy tinh chính. Một vầng hào quang xả ra, đâm kim tiêm vào trong xi lanh thủy tinh đối diện với với ống phun để trung hòa những

giọt tạo ra. Mô tả chi tiết hơn đã được đưa ra trong Phần 3.2.3. Một thiết lập được đề xuất bởi Ciach (2007), được thiết kế để có sự ổn định lâu dài, xem hình. 3.11.

Lò phản ứng bao gồm một xi lanh thủy tinh, 20 cm và có đường kính dài 50 cm.Vòi phun EHDA được đặt trên đỉnh của hình trụ và được bao quanh bởi một điện cực đối có hình dạng một ống vớicác cạnh tròn. Ống này cũng hoạt động như một đầu vào cho các dòng không khí, mang đi xa. Bốn hoặc sáu điện cực phóng điện phân cực đối diện với như các vòi phun và các vòng, được đặt đối xứng một khoảng cách từ đáy của hình trụ để trung hòa giọt. Cách cẩn thận lựa chọn vầng hào quang hiện tại, các hạt sẽ không được trung hoà hoàn toàn. Chúng theo dòng không khí, đi vào thông qua các điện cực ống và lỗ nhỏ trên nắp trên gần bức tường xi lanh (không hiển thị).Điện tích các hạt có thểthu thập trên một tấm thu của các lò phản ứng. Các tấm thu là một đĩa đường kính 18 cm đặt 2 cm ,bên dưới vànhổ cắm xi lanh quay chậm.

3.6 Tương lai của EHDA - Mở rộng quy mô

Electrospraying tạo sương được kiểm soát.Bình xịt với một phân bố kích thước hẹp có thể có kích thước, thành phần hóa học, hình thái học mong muốn, do đó việc cung cấp một cách an toàn và kiểm soát phân phối thuốc hô hấp. Ngoài ra để sản xuất hạt hít vào(đi vào đường hô hấp), EHDA có thể được sử dụng để làm hạt áo hoặc các bề mặt với các hạt nano trong y tế một cách rất hiệu

quả. Điều này dẫn đến tiết kiệm chi phí trong dược liệuđắt tiền.

Tuy nhiên, khi đưa vào công nghiệp vẫn còn bị giá sản xuất thấp mặc dù nhiều nỗ lực được đưa ra và nhân rộng các quy trình sản xuất. Để tạo ra các hạt có kích thướcnhỏ, tốc độ chảy thấp là bắt buộc. Ví dụ, một dòng chảym tỷ lệ ít hơn 0,1 ml / h cho vòi phun duy nhất là cần thiết để có được giọt trong phạm vi đường kính micromet. Có được một kích thước mong muốn chủ yếu đượcxác định bởi dòng chảy tỷ lệ và độ dẫn điện của chất lỏng (Eq. 3.3). Cho cùng một kích thước giọt thì không thể tăng tỷ lệ sản xuất bằng cách tăng tốc độ dòng chảy. Vì vậy, mở rộng quy mô là cần thiết của phương tiện sử dụng nhiều thuốc xịt. Có rất nhiều nỗ lực được báo cáo cho mở rộng phương pháp bao gồm việc sử dụng một mảng của các mao mạch, một loạt các lỗ hổng sự kết hợp của vật liệu không thấmướt, serrations, rãnh, nhiều chế độ hoạt động máy bay phản lực như tóm tắt của Deng và Gomez (2007). Tăng số lượng vòi phun mao mạch có vẻ là một đơn giản và cách hiệu quả để tăng số lượng các giọt. Thiết kế cũng có thể phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng.

Hình 3.13 cho thấy một biểu diễn sơ đồ của một hệ thốngvòi phun nhiều như đề xuất và thực hiện bởi Hartman (1998), trong đó tất cả các yêu cầu đã được hoàn thành.

tài liệu tham khảoCiach T (2007) Application of Electrohydrodynamic atomization in drug delivery: a review.J Drug Deliv Sci Technol 17(6):367–375Ciach T, Geerse KB, Marijnissen JCM (2002) EHDA in particle production. In: Kanuth P,Schoonman J (eds) Nanostructured materials. Kluwer Academic, BostonCloupeau M, Prunet-Foch B (1994) Electrohydrodynamic spraying functioning modes: a critical

review. J Aerosol Sci 25:1021–1036Coppens PF (2007) Coating of tribocharged model particles with nanoparticles using EHDA, MSThesis, Delft University of Technology, Faculty of Applied Sciences, NanostructuredMaterials Research Group, Process and Product EngineeringDabkowski MF (2006) Coating of particles with nanoparticles by means of electrostatic forces,MS Thesis, Delft University of Technology, Faculty of Applied Sciences, NanostructuredMaterials Research Group, Process and Product Engineering Research GroupDabkowski MF, van Ommen JR, Yurteri CU, Hochhaus G, Marijnissen JCM (2007) The coatingof particles with nanoparticles by means of electrostatic forces. In: Schreglmann C, PeukertW(eds) Partec 2007 – CD proceedings, Nuernberg, Germany,paper S37_2Davis EJ, Bridges MA (1994) The Rayleigh limit of charge revisited – light-scattering fromexploding droplets. J Aerosol Sci 25(6):1179–1199De la Mora JF, Loscertales IG (1994) The current emitted by highly conducting taylor cones.J Fluid Mech 260:155–184Deng W, Gomez A (2007) Influence of space charge on thescale up of multiplexed electrosprays.J Aerosol Sci 38:1062–1078Gan˜a´n-Calvo AM, Davila J, Barrero A (1997) Current and droplet size in the electrospraying ofliquids. Scaling laws. J Aerosol Sci 28:249–275Grace JM, Marijnissen JCM (1994) A review of liquid atomization by electrical means. J AerosolSci 25(6):1005–1019

Hartman RPA (1998) Electrohydrodynamic atomization in the cone-jet mode. From physicalmodeling to powder production. PhD thesis, Delft University of TechnologyHartman RPA, Brunner DJ, Camelot DMA, Marijnissen JCM, Scarlett B (1999) Electrohydrodynamicatomization in the cone-jet mode physical modeling of the liquid cone and jet. J AerosolSci 30(7):823–849Hartman RPA, Brunner DJ, Camelot DMA, Marijnissen JCM, Scarlett B (2000) Jet break-up inelectrohydrodynamic atomization in the cone-jet mode. JAerosol Sci 31(1):65–95Hernandez JO, Choren EA (1983) Thermal stability of some platinum complexes. ThermochimicaActa 71(3):265–272Hull P, Hutchison J, Salata O, Dobson P (1997) Synthesis of nanometerscale silver crystallites viaa room-temperature electrostatic spraying process. Adv Mater 9(5):413–417van Erven J, Moerman R, Marijnissen Jan CM (2005) Platinum nanoparticle production by EHDA.Aerosol Sci Technol 39(10):929–934Lefebvre AH (1989) Atomization and sprays. Hemisphere Publishing, WALenggoro I, Okuyama K, de la Mora J, Tohge N (2000) Preparation of ZnS nanoparticles byelectrospray pyrolysis. J Aerosol Sci 31(1):121–136Meesters G, Vercoulen PHW, Marijnissen JCM, Scarlett B (1992) Generation of micron-sizeddroplets from the Taylor cone. J Aerosol Sci 23(1):37–49

Rulison AJ, Flagan RC (1994) Synthesis of Yttria powders by electrospray pyrolysis. J AmCeramic Soc 77:3244–3250Smith JN, Flagan RC, Beauchamp JL (2002) Droplet evaporation and discharge dynamics inelectrospray ionization. J Phys Chem A 106(42):9957–9967Snarski SR, Dunn PF (1991) Experiments characterizing the interaction between two sprays ofelectrically charged liquid droplets. Exp Fluids 11(4):268–278Taylor GI (1964) Disintegration of water drops in an electric field. Proc R Soc A280:383–397van Ommen JR, Beetstra R, Nijenhuis J, Yurteri CU, Marijnissen JCM (2008) Coating oftribocharged host particles with nanoparticles using electrospraying, Particulate processes inthe pharmaceutical industry II, San Juan, Puerto Rico, 3–7 February

TRỜI ỜI MỪNG WAAA..XOGNGGG ÙI