DE3905354C2 - Vorrichtung zum Zerkleinern von Liposomen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von Liposomen, bei der eine Liposomen-Dispersion unter hohem Druck in ein Kammergehäuse strömt, das zumindest einen den Liposomenstrom leitenden Kanal aufweist.

Insbesondere für kosmetische Zwecke ist es bekannt, Wirk­ stoffe unterschiedlichster Art und zu unterschiedlichsten Anwendungen in Liposomen zum einzukapseln und die Wirkstoffe mittels der Liposome Zielort zu schleusen. Beispiels­ weise ist es in der Haarkosmetik üblich, Wirkstoffe wie Schwefelderivate, Aminosäuren, Vitamine, Durchblutungsver­ besserer und Pflanzenextrakte in Liposomen einzukapseln und diese hydrophilen, normalerweise nur schwer in die lipo­ philen Bereiche von Haarwurzeln eindringenden Wirkstoffe dennoch an ihren Zielort zu bringen und somit deren Wirkung zu verbessern. Als Liposomenbildner dienen beispielsweise Lecithin oder Glykolipide allein oder in Kombination mit Cholesterin und/oder Cethylphosphat. Als problematisch ha­ ben sich die großen Liposomen herausgestellt; sie verhin­ dern, daß die Liposome und damit die Wirkstoffe in tiefen Hautschichten eindringen.

Durch die US 46 21 023 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, mit der sich Liposome bis zu einer Größe von wenigen hundert Nanometern dadurch zer­ kleinern lassen, daß eine Liposomen-Dispersion von einer Pumpe angesaugt und anschließend unter hohem Druck über zwei enge Kanäle in zwei Sammelkammern gedrückt wird. Die Kammern sind durch eine gegen den Liposomenstrom gerich­ tete, keilförmig in einen Strömungsdurchgang ragende Wand voneinander getrennt. Zwischen den Keilflächen der Trenn­ wand und Begrenzungswänden des Strömungsdurchgangs befinden sich die gegenüber dem Strömungsdurchgang im Querschnitt engeren, zu den Sammelkammern führenden Zweigkanäle. Die Liposome der einströmenden Dispersion sind größer als der Querschnitt der Zweigkanäle, so daß die Liposome beim Ein­ tritt in die Kanäle und auf ihrem Weg zu den nachgeschal­ teten Sammelkammern zerkleinert werden, wobei aufgrund der Querschnittsverengung Scherkräfte auf die Liposome einwir­ ken. Allerdings hat es sich herausgestellt, daß sich auf diese Weise die Liposome nur begrenzt zerkleinern lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum besseren bzw. weitergehenden zerkleinern von Liposomen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art die Mündung des Kanals auf eine Prallwand gerichtet ist. Die im Kanal, insbesondere in einer im Durchmesser verkleinerten Mündung des Kanals zusammengepreßten Liposome zerplatzen dann näm­ lich nicht nur beim Austritt aus der Mündung, sondern treffen außerdem noch auf die das Zerkleinern der Liposome unterstützende Prallwand.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind Mündungen von Zweig­ kanälen einander gegenüberliegend angeordnet. Der Haupt- Liposomenstrom wird aufgrund der Abzweigungen somit unter­ teilt und damit erreicht, daß die Liposome der Abzweigströ­ me nach dem Austritt aus den Mündungen zunächst zerplatzen, dann aufeinandertreffen und sich bedingt durch ihr aufgrund der Druckerhöhung von beispielsweise 7 bis 10 bar auf ca. 1000 bar gewonnenes kinetisches Potential somit außerdem gegenseitig zerteilen; anschließend fügen sie sich in sehr kleine Vesikelgrößen wieder zusammen. Auf einfache Weise, beispielsweise durch Schieber oder Einführen von Verschluß­ stiften, lassen sich bis auf einen Zweigkanal alle anderen Abzweigkanäle sperren bzw. stillsetzen; es kann dann nach dem Prallwandprinzip gearbeitet werden.

Zur Druckerhöhung läßt sich beispielsweise eine bekannte Lufthydraulikpumpe verwenden, die stufenlos regelbar ist und mit Druckluft von 0,5 bis 10 bar an der Niederdrucksei­ te einen Hydraulikdruck von 500 bar und mehr an der Hoch­ druckseite erzeugt. Eine selche Pumpe besteht an der Luft­ seite aus einem Luftzylinder mit großflächigem Luftkolben, einem Luftsteuerungsventil, einem Auslaßschalldämpfer so­ wie einem Luftregelventil mit einem Manometer. An der Hy­ draulik- bzw. Hochdruckseite besitzt sie einen Hochdruckzy­ linder mit Kolben und ein Ein- und Auslaß-Rückschlagventil. Die Arbeitsweise basiert auf des Druckübersetzer-Prinzip. Der Luftkolben wird wechselseitig mit Druckluft beauf­ schlagt und nimmt den mit ihm starr verbundenen Hochdruck- Kolben mit, und zwar abwechselnd ansaugend und drückend, bis der auf der Luftseite vorgewählte Hydraulikdruck er­ reicht und ohne weiteren Energieverbrauch beliebig lange gehalten wird.

Wenn sich vorzugsweise das Durchlaß-Volumen der Mündungen der Zweigkanäle zum Austrittsende hin verringert, läßt sich das Zerkleinern der aufeinandertreffenden Liposome optimie­ ren. Es stellt sich dann nämlich im engsten Querschnitt der Mündung ein Druckrückgang, d. h. ein Unterdruck ein, der die vorher zusammengepreßten Liposome beim Ausströmen aus den Mündungen der Zweigkanäle aufgrund des zwangsläufigen Druck­ anstieges explosionsartig auseinanderplatzen läßt, ver­ gleichbar dem Auseinanderplatzen einer Seifenblase. Das Aus­ einanderplatzen der Liposome in Kombination mit ihrem durch die Anordnung der Mündungen erreichten Aufeinandertreffen oder Auftreffen auf eine Prallwand ergibt Liposomengrößen von unterhalb 200 Nanometer, wie Versuche bestätigt haben.

Das Kammergehäuse kann aus einem massiven Block bestehen, der mit die Zweigkanäle bildenden, von außen vorzugsweise mittels Stopfen verschlossenen Quer- und Längsbohrungen ver­ sehen ist. Die den Liposomenstrom zu- und ableitenden Haupt­ kanäle und die Zweigkanäle lassen sich somit durch Aufboh­ ren des massiven, insbesondere aus Edelstahl bestehenden Blockes einfach herstellen. Die Stopfenverschlüsse der Boh­ rungen ermöglichen ein einfaches Reinigen des Kammergehäu­ ses beim Übergang von dem einen auf den anderen Liposomen­ typ; es können nach dem Entfernen der Stopfen die Bohrungen nämlich einfach mit Wasser und/oder Reinigungsmitteln durch­ spült werden. Der massive, lediglich mit den Bohrungen durchsetzte Block besitzt somit keine Einzel-Bauteile, die aufgrund der großen Beanspruchung durch die hohen Drücke und großen Geschwindigkeiten der hindurchgeförderten Lipo­ somen-Dispersion mechanisch beeinträchtigt werden könnten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläu­ tert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Schema einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Liposomen;

Fig. 2 eine Kammer mit einander gegenüberliegenden Mün­ dungen von Zweigkanälen, schematisch dargestellt, und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Kammer gemäß Fig. 2.

Die Vorrichtung zum Zerkleinern von Liposomen besteht aus einem Vorratsbehälter 1 sowie einer sich daran in Strömungs­ richtung der Liposomen-Dispersion gemäß Pfeil 2 anschlie­ ßenden Pumpe 3, einem Kammergehäuse 4 und einem Sammelgefäß 5 für die im Kammergehäuse 4 zerkleinerten Liposome. Die einzelnen Bauteile sind durch eine Leitung 6 miteinander verbunden, bzw. die Leitung 6 mündet auslaßseitig über dem Sammelgefäß 5. Die Pumpe 3 saugt aus dem Vorratsbehälter 1 einen Liposomenstrom an und drückt diesen unter hohem Druck durch das Kammergehäuse 4.

Das Kammergehäuse 4 ist mit je zwei Quer- und Längsboh­ rungen 7, 8 versehen, die das Kammergehäuse durchdringen und endseitig, d. h. von außen mittels Stopfen 9 verschlos­ sen sind. Die in Strömungsrichtung 2 vordere Querbohrung 7 kreuzt sowohl die Längsbohrungen 8 als auch einen Haupt- Strömungskanal 10 einer demgegenüber in ihrem Querschnitt sehr viel größeren Zuströmkammer 11; zwar kreuzt die in Strömungsrichtung 2 hintere Querbohrung 7 ebenfalls die Längsbohrungen 8, nicht jedoch den Haupt-Strömungskanal 12 einer sich anschließenden Abströmkammer 13. Die sich im Gehäuse 4 in dem Bereich zwischen der Zuström- und der Abströmkammer 11, 13 aufgrund der sich kreuzenden Quer- und Längsbohrungen 7, 8 ergebenden Zweigkanäle 14, 15 besitzen in Strömungsrichtung, d. h. zum Austrittsende hin ein verrin­ gertes Durchlaß-Volumen 16, 17. Die Mündungen 16, 17 liegen sich vor der Abströmkammer 13 mit einem vom Durchmesser des Haupt-Strömungskanals 12 bestimmten Abstand gegenüber.

Der von der Pumpe 3 angesaugte und in die Zuströmkammer 11 gedrückte Förderstrom mit Liposomen 18 gelangt in den Haupt-Strömungskanal 10, wird an dessen Ende unterteilt und über die beiden Zweigkanäle 14, 15 den Mündungen 16, 17 zugeleitet. Auf ihrem Weg bis zu den Mündungen 16, 17 werden die Liposome 18 zusammengepreßt und aufgrund der Geschwindigkeitszunahme des Liposomenstroms im Bereich der Durchlaßverengung einem Unterdruck ausgesetzt; beides führt dazu, daß die Liposome 18 nach ihrem Austritt aus den Mündungen 16, 17, d. h. in dem der Abströmkammer 13 vorge­ schalteten Strömungskanal 12 explosionsartig zerplatzen. Da die Mündungen 16, 17 einander mit Abstand genau gegenüber­ liegen, treffen die Liposome 18 außerdem aufeinander und zerlegen sich gegenseitig. Die auf diese Weise anfallenden, über die Abströmkammer 13 und die Leitung 6 in das Sammelge­ fäß 5 strömenden Liposome 18 sind somit erheblich kleiner als die eingangsseitig des Gehäuses über die Zuströmkammer 11 eingeleiteten Liposomen. Falls entweder die Zuströmung zu dem Zweigkanal 14 oder dem Zweigkanal 15 gesperrt wird, beispielsweise durch Entfernen der Stopfen 9 und Einsetzen von Verschlußstiften in die Querbohrung 7, bildet jeweils die entweder der Mündung 16 des Zweigkanals 15 oder der Mündung 17 des Zweigkanals 14 gegenüberliegende Wand des Hauptkanals 12 eine Prallwand 19, 20, auf die der Liposomen­ strom auftrifft.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Zerkleinern von Liposomen, bei der eine Liposomen-Dispersion unter hohem Druck in ein Kammergehäuse strömt, das zumindest einen den Liposo­ menstrom leitenden Kanal aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mündung (16; 17) des Kanals (14; 15) auf eine Prallwand (19; 20) gerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich Mündungen (16; 17) von Zweigkanälen (14; 15) einander gegenüberliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich das Durchlaßvolumen der Mündungen (16, 17) zum Austrittsende hin vermindert.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammergehäuse (4) aus einem massiven Block mit Quer- und Längsbohrun­ gen (7, 8) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Bohrungen (7, 8) von außen verschließende Stopfen (9).