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纳米喷雾干燥技术:一项全新的颗粒制备技术?

平安
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楼主 发表于:2020-08-03 13:27:12
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与传统的喷雾干燥技术相比,新兴的纳米喷雾干燥技术有何不同?

传统的喷雾干燥仪使用的是旋转雾化器、压力喷嘴或二流体喷嘴,通过大量压缩气体将料液导入毫米孔喷入到温度较高的湍流热空气中进行干燥,高温有助于料液干燥更彻底,但极易使多肽、蛋白质及疫苗等热敏性大分子生物活性物质降解,限制应用。

同时,其生成的干燥颗粒经旋风分离器收集,而旋风分离技术难以收集到粒径小于2μm的颗粒,导致所产生的颗粒粒径范围在2~25μm,纳米级颗粒基本没有产出,且颗粒收率低,颗粒均匀性较差。


纳米喷雾干燥仪与传统喷雾干燥仪比较


据中国粉体网编辑的了解,近些年发展起来的、新一代的纳米喷雾干燥技术可有效解决以上这些问题。瑞士Buchi公司2009年开发研制的B90型纳米喷雾干燥仪可从低至毫升级的样品中高产率(>90%)地直接获得平均粒径0.3~5μm的颗粒,整个操作过程快速、温和、性质可控。

该技术在制备药物颗粒方面的优势主要体现在:①使颗粒纳米化,增大比表面积,有利于提高药物的溶出速率、吸收率和生物利用度,从而增强治疗效果。②操作条件温和,能较好地保持药物的结构和活性,是目前较适合制备热敏性生物大分子纳米颗粒的技术手段,有望在创新药物制剂领域发挥重要作用。

作为一项全新的颗粒制备技术,纳米喷雾干燥技术的原理是什么?

纳米喷雾干燥装置包括高频振动雾化喷头、层流加热系统及高压静电收集器。纳米喷雾干燥仪通过压电陶瓷驱动多孔金属膜片(孔径为4、5.5和7μm)高频上下振动,将料液从微孔中喷出形成具有精确大小的微滴气雾进入热干燥气体中。

层流加热系统是通过多孔金属泡沫来实现的。操作时,气体透过热的多孔金属泡沫层而实现受热,这种加热方式有助于优化能量输入,可实现气体快速、均匀、细微受热,是热敏性药物干燥的理想途径。

在颗粒收集部分,纳米喷雾干燥仪创新采用了星状电极(负极)和圆筒状电极(正极)组成的高压静电场。在静电场中,微粒的收集不再依赖于其质量,实现了高效率的细微颗粒回收。


纳米喷雾干燥仪结构示意图

影响纳米喷雾干燥产物颗粒性能的工艺因素有哪些?

在纳米喷雾干燥技术的应用过程中,喷雾干燥温度、喷帽孔径大小及料液组成和浓度对于产物颗粒的大小、形貌、分散性、流动性及热敏性物质的保护等均至关重要。实际应用中各种因素相互作用,需要根据实际情况选择最优工艺处方。

喷雾干燥温度

进口温度可通过手动设置,并会影响喷头温度和出口温度,较高的进口温度,有利于物料干燥完全,但会破坏热敏性物质的活性。相反,温度较低,物料干燥不完全,容易结块,降低产率。进口温度的设置需要依据配方组分及物料的理化性质进行摸索。

出口温度主要受进口温度、气流速度及料液流速等因素的影响,出口温度的降低也有利于保护热敏性物质的活性。

而喷头温度的影响因素更为复杂和不确定,进口温度、气流速度、喷雾速率、物料性质及喷雾状态等都会影响喷头温度。

通常,进口温度的设定及出口温度的调控,都是喷雾干燥过程中试验设计的考虑因素。

喷帽孔径大小

喷帽孔径决定了雾化液滴的粒径,虽然小孔径有利于制备粒径更小的粒子,但物料所承受的剪切力会加大,会对一些敏感物质产生影响且不适于黏度较大的材料。据相关实验结果显示,喷帽孔径越大,所得纳米粒的平均粒径越大。总之,喷帽孔径是影响颗粒粒径的重要因素。

料液浓度

料液浓度是喷雾干燥工艺的重要参数之一,主要体现为对颗粒粒径大小和分布、形貌、产率等方面的影响,且对于不同物质,具体的影响也不同,因此需要根据试验目的和要求选择合适的料液浓度。

纳米喷雾干燥技术目前应用于哪些领域?

纳米喷雾干燥技术是近年来用于药物制剂领域的新技术,由于其独特的压电喷雾机制、层流加热方式和静电粒子收集系统,可以制备粒径分布均匀、高产率的粒径在300nm~5μm的不同类型药物的载药微粒,更好地适用于各给药部位的需求,解决各类药物生物利用度低的问题。

载难溶性药物

提高药物溶解度、口服生物利用度一直是药物制剂领域的研究热点。经纳米喷雾干燥可高效率制备纳米粒、固体分散体等,粒径均匀且达到纳米级别,有效分散于载体材料中,具有较为理想的性质。可有效增强药物的可润湿性,提高溶解度。

载生物大分子药物

生物大分子药物由于其独特的物理化学性质,使其难以透过体内屏障,稳定性低,容易被降解失活,生物利用度低,经研究表明将生物大分子类药物制备成纳米粒子或纳米复合微球可防止其在消化道降解失活,并有效提高稳定性与生物利用度。相对于冷冻干燥、传统的喷雾干燥,纳米喷雾干燥过程温和、不破坏药物结构与活性、进样量小、更适于价格昂贵的生物大分子药物。

载速效类药物

纳米粒、微球作为新型药物载体可以控制粒径并延缓控制药物释放。传统的喷雾干燥技术很难得到粒径小于2μm的粒子,而纳米喷雾干燥技术可以产生300nm~5μm的超精细液滴。通过调节载体材料种类及各项工艺参数可以制备出具有缓控释与靶向功效的纳米粒或纳米复合微球。

结语

喷雾干燥技术提供了干燥和颗粒形成的单步连续过程,并且不同的颗粒性质能通过工艺参数和组分的调节达到良好的控制效果,因此被广泛用于制药、食品、化学、材料工业等领域,尤其是药物制剂中的颗粒制备。

随着生物纳米技术的快速发展,生物活性物质如蛋白质和肽类的纳米疗法逐渐引起重视。目前临床应用的疫苗、激素类、生长因子、单克隆抗体及酶等,由于加工处理过程中的高敏感性,易降解降低或丧失活性,医药领域应用受限。

纳米喷雾干燥的出现取代了传统的喷雾干燥技术,让纳米级喷雾成为现实,该技术为研究者提供了一种简单快速、产率高的制备纳米/微粒、脂质体、固体分散体、纳米混悬剂等制剂新技术的方法。

纳米喷雾干燥技术创新性地应用了压电驱动的喷雾头、层流加热系统、高压静电收集器,过程温和,保障药物的活性、结构基本不改变,尤其适于蛋白质、多肽类、单克隆抗体等生物大分子药物,产品粒子范围在300nm~5μm,更加适用于口服、静脉注射和肺吸入给药的药物递送。随着纳米喷雾干燥技术的应用逐渐推广,越来越多的药物有望制成具有良好性质的颗粒,促进药物制剂的发展。

参考资料:

郭静,李浩莹:纳米喷雾干燥技术在药物研究中的应用进展,苏州大学生物制造研究中心

陈娟,王杏林等:纳米喷雾干燥技术的特点及其在药物制剂领域中的应用,天津医科大学、天津药物研究院有限公司



patebeng
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patebeng 发表于:2020-08-19 16:47:54
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sczjpe
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sczjpe 发表于:2020-10-10 10:26:15
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nihaosb
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nihaosb 发表于:2020-10-28 10:22:27
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