DE69024953T3

DE69024953T3 - Einkapselungsverfahren

Info

Publication number: DE69024953T3
Application number: DE69024953T
Authority: DE
Inventors: Thomas R. Birmingham TICE; Richard M. Birmingham GILLEY
Original assignee: SOUTHERN RES INST BIRMINGHAM; Southern Research Institute
Current assignee: SOUTHERN RES INST BIRMINGHAM; Southern Research Institute
Priority date: 1989-05-04
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2010-05-03
Also published as: FI103183B1; HK30897A; IL94296A0; IE901616L; MX20594A; WO1990013361A1; AU5741590A; CN1047223A; NZ233570A; KR920700762A; EP0471036A1; JP2582186B2; CA2050911A1; IE69313B1; EP0471036B1; GR1000614B; FI915129A0; ATE133087T1; DE69024953T2; CA2050911C

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mikroverkapselung bzw. Mikroeinkapselung eines Mittels zur Bildung eines mikroverkapselten Produkts und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln, Mikrokugeln, Nanokapseln und Nanokugeln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein auf Emulsionen basierendes Verfahren zur Herstellung von Kapseln oder Mikrokugeln, die wasserlösliche oder öllösliche Mittel, insbesondere sehr gut wasserlösliche Mittel, enthalten.
Stand der Technik
Bei Mikrokapseln und Mikrokugeln handelt es sich in der Regel um Pulver aus kugelförmigen Teilchen mit einem Durchmesser von 2 Millimeter oder weniger, in der Regel 50 μm oder weniger. Teilchen, die kleiner als 1 μm sind, werden oft als Nanokapseln oder Nanokugeln bezeichnet. Der Unterschied zwischen Mikrokapseln und Nanokapseln liegt in erster Linie in ihrer Größe; ihre innere Struktur ist ungefähr gleich. Analog liegt der Unterschied zwischen Mikrokugeln und Nanokugeln in ihrer Größe; auch ihre innere Struktur ist ungefähr gleich.
In einer Mikrokapsel (oder Nanokapsel) befindet sich das verkapselte Material, das im Folgenden als Mittel bezeichnet wird, zentral innerhalb einer einzigen Membran, in der Regel einer Polymermembran. Diese Membran, die man auch als wandbildendes Material bezeichnen kann, besteht in der Regel aus einem polymeren Material. Aufgrund ihrer inneren Struktur geben für Anwendungen mit kontrollierter Freigabe ausgeführte, durchlässige Mikrokapseln ihr Mittel mit konstanter Geschwindigkeit ab (Freisetzungsrate nullter Ordnung). Für Anwendungen für die Freigabe durch Zerstören der Kapselwand können auch undurchlässige Mikrokapseln verwendet werden. Im Folgenden soll der Begriff Mikrokapseln Nanokapseln, Mikroblasen (microbubbles, hohle Teilchen), poröse Mikroblasen und ganz allgemein Teilchen mit einem zentralen Kern und einer diesen umgebenden einzigen äußeren Membran einschließen.
In einer Mikrokugel ist das Mittel im gesamten Teilchen dispergiert, das heißt, die innere Struktur stellt eine Matrix aus dem Mittel und dem Träger, in der Regel einem polymeren Träger, dar. In der Regel geben Mikrokugeln für kontrollierte Freigabe ihr Mittel mit abnehmender Rate (erster Ordnung) ab. Mikrokugeln können jedoch so ausgeführt sein, dass sie Mittel mit einer Rate annähernd nullter Ordnung abgeben. Mikrokugeln sind gewöhnlich aufgrund ihrer festeren inneren Struktur schwerer zu zerstören als Mikrokapseln. Im Folgenden soll der Begriff Mikrokugel Nanokugeln, Mikroteilchen, Nanoteilchen, Mikroschwämme (poröse Mikrokugeln) und ganz allgemein Teilchen mit einer inneren Struktur aus einer Matrix aus Mittel und Träger einschließen.
In der Literatur wurden schon verschiedenste Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln und Mikrokugeln beschrieben. Bei einigen dieser Verfahren werden zur Herstellung von Mikrokugeln, insbesondere Mikrokugeln mit einem Durchmesser unter 2 Millimeter, Emulsionen verwendet. Bei derartigen Verfahren geht man allgemein beispielsweise so vor, dass man ein Polymer in einem geeigneten organischen Lösungsmittel (dem Polymerlösungsmittel) löst, in dieser Polymerlösung ein Mittel löst oder dispergiert, die erhaltene Polymer-Mittel-Mischung in einer wässrigen Phase (dem Arbeitsmedium) dispergiert, wobei sich eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit im Arbeitsmedium dispergierten Ölmikrotropfen ergibt, und das Lösungsmittel aus den Tröpfchen entfernt, wobei sich Mikrokugeln bilden. Diese Verfahren können auch mit Wasser-in-Öl-Emulsionen und mit Doppelemulsionen durchgeführt werden.
Die Verwendung von auf Emulsionen basierenden Verfahren, die diesem grundlegenden Ansatz folgen, wird in mehreren US-Patentschriften beschrieben. So wird beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4 384 975 die Herstellung von Mikrokugeln durch Bildung einer Emulsion und anschließendes langsames Abziehen des Polymerlösungsmittels aus den Mikrotropfen in der Emulsion mittels Vakuumdestillation beschrieben. Ein weiteres Beispiel ist die US-Patentschrift Nr. 3 891 570, der ein Verfahren zu entnehmen ist, bei dem man das Polymerlösungsmittel aus den Mikrotropfen in der Emulsion durch Erwärmen oder Verringern des Drucks im Herstellungsbehälter entfernt. In einem weiteren Beispiel, der US-Patentschrift Nr. 4 389 330, zieht man das Polymerlösungsmittel aus den Mikrotropfen in der Emulsion mittels Vakuumdestillation teilweise ab (vorzugsweise 40 bis 60% des Polymerlösungsmittels) und extrahiert dann zur Verfestigung der Mikrokugeln das restliche Polymerlösungsmittel.
Wie auch bei anderen Emulsionsverfahren besteht der Nachteil der oben beschriebenen Verfahren darin, dass bestimmte Mittel sich im Arbeitsmedium verteilen können, das heißt, dass die Mittel während der Entfernung des Polymerlösungsmittels aus den Mikrotropfen herauswandern, was eine schlechte Verkapselungswirksamkeit ergibt. Ferner ergeben alle oben beschriebenen Verfahren eher Mikrokugeln als Mikrokapseln.
Bei einem weiteren Emulsionsverfahren zur Herstellung von Mikrokugeln, das in der US-Patentschrift Nr. 3 737 337 beschrieben ist, wird das Polymerlösungsmittel aus den Mikrotropfen durch die Zugabe von Arbeitsmedium zu der Emulsion in kontrollierter Rate kontrolliert extrahiert. Die Lehre dieses Patents führt jedoch von der vorliegenden Erfindung weg, da beschrieben wird, dass die Extraktion langsam vorgenommen werden muss, da sich sonst keine kugelförmigen Teilchen bilden. In ähnlicher Weise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 4 652 441 ein Verfahren zur Verkapselung von wasserlöslichen Mitteln aus Wasser-in-Öl-in-Wasser-Emulsionen und lehrt, dass zur Zurückhaltung des Wirkstoffs in den Mikrotropfen während des Verdampfens des Polymerlösungsmittels in der inneren Wasserphase eine hochviskose, Wirkstoff zurückhaltende Substanz enthalten sein muss. Die Lehre der US-Patentschrift Nr. 4 652 441 führt jedoch insofern ebenfalls von der vorliegenden Erfindung weg, als die wirksame Verkapselung von wasserlöslichen Mitteln ohne die Verwendung von Wirkstoff zurückhaltenden Substanzen in der Emulsion als unmöglich angesehen wird.
Der US-A-3 943 063 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln zu entnehmen, bei dem man (1) eine Kernsubstanz in einem Film bildenden Polymer dispergiert oder löst; (2) diese Dispersion oder Lösung in einem Trägermedium (oder kontinuierlichen Arbeitsmedium), das mit dem Lösungsmittel der Polymerlösung schlecht mischbar ist und weder das Polymer noch die Kernsubstanz auflöst, emulgiert; (3) dieser Emulsion ein Nichtlösungsmittel für das Polymer (Ex traktionsmedium), das mit dem Lösungsmittel mischbar, mit dem Trägermedium schlecht mischbar ist und das Polymer nicht auflöst, zusetzt.
Ein ähnliches Verfahren wie das in der US-A-3 943 063 beschriebene ist der DE-A-2 930 248 zu entnehmen.
Es war bekannt aus EP 0 266 119 , mit wasserlöslichem Antigen beladene Mikrokapseln herzustellen, indem eine Mischung (die Mischung enthält ein wandbildendes Polymer gelöst in einem Lösungsmittel und ein Antigen gelöst in Wasser) in einem wässrigen Arbeitsmedium emulgiert wird; die entstehende Emulsion 10 Minuten lang gerührt wird und in deionisiertes Wasser zur Extraktion überführt wird. Diese Methode liefert eine Verkapselungseffizienz von 7,5 %.
Kurze Darstellung der Erfindung
Demgemäss besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Emulsionsverfahren bzw. ein auf einer Emulsion basierendes Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln mit Mitteln, die sich leicht innerhalb von Minuten in dem Arbeitsmedium, der kontinuierlichen Phase der Emulsion, verteilen, zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Mikrokapseln sowie Mikrokugeln aus einer Emulsion. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln oder Mikrokapseln, die ein Mittel mit einer Löslichkeit von mehr als 10 Milligramm pro Milliliter im Arbeitsmedium enthalten, zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Regulierung der Porosität der Mikrokapselwand oder der Trägers der Mikrokugeln durch Regulierung der Extraktionsrate des Lösungsmittels aus den Mikrotropfen der Emulsion. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln und Mikrokugeln mit Durchmessern von unter 1 μm bis über 2 mm zur Verfügung zu stellen. Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von wirkstoffbeladenen Mikrokugeln und Mikrokapseln zur Verfügung zu stellen, das freifließende Pulver aus nicht agglomerierten kugelförmigen Teilchen ergibt, die sich für die parenterale Verabreichung sowie andere Wege der Arzneimittelverabreichung eignen.
Demgemäss stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Mikroverkapselung eines Mittels zur Bildung eines mikroverkapselten Produkts zur Verfügung, bei dem man:

a) eine wirksame Menge des Mittels in einem Lösungsmittel, das ein gelöstes wandbildendes Material enthält, zur Bildung einer Dispersion dispergiert,
b) die Dispersion mit einer wirksamen Menge eines kontinuierlichen Arbeitsmediums zur Bildung einer Emulsion, welche das Arbeitsmedium sowie das Mittel, das Lösungsmittel und das wandbildende Material enthaltende Mikrotropfen enthält, innerhalb von 30 Sekunden vereinigt und
c) sofort innerhalb von bis zu 3 Minuten nach der Bildung der Emulsion die Emulsion zur Extraktion des Lösungsmittels aus den Mikrotropfen zur Bildung des mikroverkapselten Produkts mit einem Mal zu einer wirksamen Menge eines Extraktionsmediums gibt, wobei das Lösungsmittel eine Löslichkeit von etwa 1 Teil von 100 bis etwa 25 Teile von 100 im Extraktionsmedium aufweist.

Vorzugsweise sieht die Erfindung vor, dass man (1) ein oder mehrere Mittel (Flüssigkeiten oder Feststoffe) in einem ein oder mehrere gelöste wandbildende Materialien oder Träger (in der Regel handelt es sich bei dem wandbildenden Material oder Träger um ein in einem Polymerlösungsmittel aufgelöstes Polymer) enthaltenden Lösungsmittel auflöst oder dispergiert; (2) das Mittel-Polymer-Lösungsmittelgemisch (die diskontinuierliche Phase) in einem Arbeitsmedium (der kontinuierlichen Phase, die vorzugsweise mit dem Polymerlösungsmittel gesättigt ist) dispergiert, wobei sich eine Emulsion ergibt; und (3) die gesamte Emulsion sofort in ein großes Volumen Arbeitsmedium oder anderes geeignetes Extraktionsmedium überführt, so dass das Lösungsmittel sofort aus den Mikrotropfen in der Emulsion extrahiert wird und ein mikroverkapseltes Produkt entsteht, wie z.B. Mikrokapseln oder Mikrokugeln. Die dieses Verfahren hervorhebenden besonderen Merkmale werden nachfolgend beschrieben.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein wichtiges Merkmal dieser Mikroverkapselungstechnik ist die Rate der Entfernung des Polymerlösungsmittels aus den Mikrotropfen der Emulsion. Dadurch, dass die Emulsion auf ein mal zum Arbeitsmedium gegeben wird, wodurch der größte Teil des Polymerlösungsmittels sehr schnell (innerhalb von 3 Minuten) entfernt wird, können sowohl im Arbeitsmedium sehr gut lösliche als auch schlechter lösliche Mittel verkapselt werden.
Der bestehenden Fachliteratur zur Mikroverkapselung von wasserlöslichen Mitteln ist zu entnehmen, dass wasserlösliche Mittel wegen der Neigung des Mittels, aus den organischen Mikrotropfen in das wässrige Arbeitsmedium herauszuwandern, insbesondere dann, wenn hohe Beladungen, wie z.B. von mehr als 10 Gew.-% und insbesondere von mehr als 30 Gew.-% erwünscht sind, nicht leicht mit auf Öl-in-Wasser-Emulsionen basierenden Verfahren zu verkapseln sind. Diese Wanderung des Mittels tritt bei kleinen Emulsionsmikrotropfen aufgrund der vergrößerten Oberfläche verstärkt auf. Gegenüber anderen Emulsionsverfahren liegt der Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass sich sehr gut wasserlösliche Mittel, wie z.B. Mittel mit Wasserlöslichkeiten bis zu 2 Gramm pro Milliliter, mit Beladungen bis zu 80 Gew.-% wirksam verkapseln lassen. Außerdem bilden die sich ergebenden Mikrokugeln oder Mikrokapseln freifließende Pulver aus kugelförmigen Teilchen. In Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen können diese Teilchen Durchmesser im Bereich von unter 1 μm bis über 2 mm aufweisen.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von Mikrokapseln oder Mikrokugeln wird zunächst ein geeignetes wandbildendes Material, wie z.B. ein Polymer, in einem Lösungsmittel aufgelöst bzw. dispergiert. Der Begriff wandbildendes Material umfasst auch einzelne Membranen und Träger. Das zum Auflösen des Wandmaterials oder Trägers verwendete Lösungsmittel kann unter verschiedensten üblichen organischen Lösungsmitteln, einschließlich halogenierter aliphatischer Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Chloroform und dergleichen; Alkoholen; aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Toluol und dergleichen; halogenierten aromatischen Kohlenwasserstoffen; Ethern wie Methyl-t-butylether und dergleichen; cyclischen Ethern wie Tetrahydrofuran und dergleichen; Essigsäureethyl ester; Diethylcarbonat; Aceton; Cyclohexan und Wasser ausgewählt werden. Diese Lösungsmittel können für sich alleine oder in Kombination verwendet werden. Das ausgewählte Lösungsmittel muss das Wandmaterial bzw. den Träger auflösen können und ist im Idealfall gegenüber dem zu verkapselnden Mittel und dem Polymer chemisch inert. Ferner darf das Lösungsmittel im Extraktionsmedium nur begrenzt löslich sein. Im Allgemeinen bedeutet begrenzte Löslichkeit eine Löslichkeit von etwa 1 Teil pro 100 bis etwa 25 Teile pro 100.
Als wandbildende Materialien eignen sich u.a.: Polydiene, wie z.B. Polybutadien und dergleichen; Polyalkene, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen und dergleichen; Polyacrylverbindungen, wie z.B. Polyacrylsäure und dergleichen; Polymethacrylverbindungen, wie z.B. Polymethylmethacrylat, Polyhydroxyethylmethacrylat und dergleichen; Polyvinylether; Polyvinylalkohole; Polyvinylketone; Polyvinylhalogenide, wie z.B. Polyvinylchlorid und dergleichen; Polyvinylnitrile; Polyvinylester, wie z.B. Polyvinylacetat und dergleichen; Polyvinylpyridine, wie z.B. Poly-2-vinylpyridin, Poly-5-methyl-2-vinylpyridin und dergleichen; Polystyrole; Polycarbonate; Polyester; Polyorthoester; Polyesteramide; Polyanhydride; Polyurethane; Polyamide; Celluloseether, wie z.B. Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und dergleichen; Celluloseester, wie z.B. Celluloseacetat, Celluloseacetat-phthalat, Celluloseacetatbutyrat und dergleichen, Polysaccharide, Proteine, Gelatine, Stärke, Kautschuke oder Gummen, Harze und dergleichen. Diese Materialien können für sich alleine, als physikalische Mischungen (Blends) oder als Copolymere verwendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Zu einer bevorzugten Gruppe von wandbildenden Materialien gehören biologisch abbaubare Polymere, wie z.B. Polylactid, Polyglycolid, Polycaprolacton, Polyhydroxybutyrat und deren Copolymere, beispielsweise Poly(lactid-co-glycolid), Poly(lactid-co-caprolactam) und dergleichen.
Das flüssige oder feste zu verkapselnde Mittel wird dann in dem das gelöste wandbildende Material oder den gelösten Träger enthaltenden Lösungsmittel dispergiert oder gelöst. Beispiele für nach dieser Technik verkapselbare biologische Mittel sind u.a.: Analgetika, wie z.B. Acetaminophen, Acetylsalicylsäure und dergleichen; Anästhetika, wie z.B. Lidocain, Xylocain und dergleichen; Appetitzügler, wie z.B. Dexedrin, Phendimetrazintartrat und dergleichen; Antiarthritika, wie z.B. Methylprednisolon, Ibuprofen und dergleichen; Antiasthmatika, wie z.B. Terbutalinsulfat, Theophyllin, Ephedrin und dergleichen; Antibiotika, wie z.B. Sulfisoxazol, Penicillin G, Ampicillin, Cephalosporine, Amikazin, Gentamicin, Tetracycline, Chloramphenicol, Erythromycin, Clindamycin, Isoniazid, Rifampin und dergleichen; Pilzbefallverhütungsmittel, wie z.B. Amphotericin B, Nystatin, Ketoconazol und dergleichen; Antivirusmittel, wie z.B. Acyclovir, Amantadin und dergleichen; Antikrebsmittel, wie z.B. Cyclophosphamid, Methotrexat, Etretinat und dergleichen; Antikoagulationsmittel, wie z.B. Heparin, Warfarin und dergleichen; Antikrampfmittel, wie z.B. Phenytoinnatrium, Diazepam und dergleichen; Antidepressiva, wie z.B: Isocarboxazid, Amoxapin und dergleichen; Antihistamine, wie z.B. Diphenhydramin-HCl, Chlorpheniraminmaleat und dergleichen; Hormone, wie z.B. Insulin, Progestine, Östrogene, Corticoide, Glucocorticoide, Androgene und dergleichen; Beruhigungsmittel, wie z.B. Thorazin, Diazepam, Chlorpromazin-HCl, Reserpin, Chlordiazepoxid-HCl und dergleichen; Antispastika, wie z.B. Belladonna-Alkaloide, Dicyclominhydrochlorid und dergleichen; Vitamine und Mineralien, wie z.B. essentielle Aminosäuren, Calcium, Eisen, Kalium, Zink, Vitamin B₁₂ und dergleichen; Kreislaufmittel, wie z.B. Prazosin-HCl, Nitroglycerin, Propanolol-HCl, Hydralazin-HCl, Verapamil-HCl und dergleichen; Enzyme, wie z.B. Lactase, Pancrelipase, Bernsteinsäuredehydrogenase und dergleichen; Peptide und Proteine, wie z.B. LHRH, Somatostatin, Calcitonin, Wachstumshormon, Wachstumsauslösefaktor, Angiotensin, FSH, EGF, Vasopressin, ACTH, Humanserumalbumin, Gammaglobulin und dergleichen; Prostaglandine; Nucleinsäuren; Kohlenhydrate; Fette; Narkotika, wie z.B. Morphin, Codein und dergleichen; psychotherapeutische Mittel; Malariamittel; L-Dopa; Diuretika, wie z.B. Furosemid, Spironolacton und dergleichen; antiulcerogene Mittel, wie z.B. Ranitidin-HCl, Cimetidin-HCl und dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Beispiele für nach diesem Verfahren verkapselbare immunologische Mittel sind u.a.: Interleukine, Interferon, Kolonie-stimulierender Faktor, Tumornekrosefaktor und dergleichen; Allergene, wie z.B. Katzenhaare, Birkenpollen, Hausstaubmilben, Graspollen und dergleichen; Antigene solcher Bakterien wie Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus, Streptococcus pyrogenes, Corynebacterium diphtheriae, Listeria monocytogenes, Bacillus anthracis, Clostridium tetani, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Neis seria meningitidis, Neisseria gonnorrhoeae, Streptococcus mutans, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi, Haemophilus parainfluenzae, Bordetella pertussis, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Vibrio cholerae, Legionella pneumophila, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Treponema pallidum, Leptospirosis interrogans, Borrelia burgdorferi, Campylobacter jejuni und dergleichen; Antigene solcher Viren wie Pockenvirus, Influenzavirus A und B, Respiratory Syncytial Virus, Parainfluenza-Virus, Masernvirus, HIV-Virus, Varicella-Zoster-Virus, Herpes-simplex-Virus 1 und 2, Cytomegalovirus, Epstein-Barr-Virus, Rotavirus, Rhinovirus, Adenovirus, Papilloma-Virus, Polio-Virus, Mumps-Virus, Rabiesvirus, Rubella-Virus, Coxsackie-Viren, Pferdeenzephalitis-Virus, Japan-Enzephalitis-Virus, Gelbfiebervirus, Rifttalfieber-Virus, lymphozytäre Choriomeningitis-Virus, Hepatitis-B-Virus und dergleichen; Antigene solcher Pilze, Protozoen und Parasiten wie Cryptococcus neoformans, Histoplasma capsulatum, Candida albicans, Candida tropicalis, Nocardia asteroides, Rickettsia rickettsii, Rickettsia typhi, Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia psittaci, Chlamydia trachomatis, Plasmodium falciparum, Trypanosoma brucei, Entamoeba histolytica, Toxoplasma gondii, Trichomonas vaginalis, Schistosoma mansoni und dergleichen. Diese Antigene können in Form von vollständigen abgetöteten Organismen, Peptiden, Proteinen, Glycoproteinen, Kohlenhydraten oder Kombinationen daraus vorliegen.
Beispiele für nach diesem Verfahren verkapselbare nicht biologische Mittel sind u.a.: Klebstoffe, Pestizide, Riechstoffe, Antifoulingmittel, Farbstoffe, Salze, Öle, Tinten, Schönheitspflegemittel, Katalysatoren, Wasch- oder Reinigungsmittel, Härtungsmittel, Aromastoffe, Lebensmittel, Brenn- oder Kraftstoffe, Herbizide, Metalle, Anstrichmittel, fotografische Agentien, Biozide, Pigmente, Weichmacher, Treibmittel oder -stoffe, Lösungsmittel, Stabilisatoren, Polymeradditive und dergleichen.
Nach der Zugabe des Mittels zum Wandmaterial/Träger-Lösungsmittel wird die aus einer Mischung des Mittels und des Wandmaterial/Träger-Lösungsmittels bestehende Dispersion zur Bildung von Mikrotropfen zu einem kontinuierlichen Arbeitsmedium gegeben. Bei diesem Arbeitsmedium handelt es sich im Allgemeinen um Wasser, obwohl auch organische Lösungsmittel und Öle verwendet werden können, falls Wasser zur Auflösung des Wandmaterials oder Trägers verwendet wird. Das Arbeitsmedium enthält zur Ermöglichung der Bildung einer stabilen Emulsion und zur Verhinderung von Agglomeration vorzugsweise Tenside. Beispiele für kationische, anionische und nichtionische Verbindungen, die als Tenside verwendbar sind, sind u.a. ohne darauf beschränkt zu sein, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Gelatine, Polyvinylpyrrolidon, Tween 80, Tween 20 und dergleichen. Die Konzentration des Tensids im Arbeitsmedium sollte zur Stabilisierung der Emulsion ausreichend sein. Die Konzentration des anwesenden Tensids wird die Endgröße der Mikrokapseln oder Mikrokugeln beeinflussen. Im Allgemeinen wird die Konzentration des Tensids im Arbeitsmedium in Abhängigkeit vom verwendeten Tensid, Polymerlösungsmittel und Arbeitsmedium Wandmaterial/Träger 0,1% bis etwa 20% betragen.
Vor der Zugabe der das gelöste Wandmaterial/den gelösten Träger enthaltenden Mischung, dessen Lösungsmittel und des Mittels wird das Arbeitsmedium mit dem gleichen Lösungsmittel gesättigt, das zur Auflösung des Wandmaterials/Trägers verwendet wird, so dass bei der Bildung der Emulsion jegliche Extraktion von Lösungsmittel aus den Mikrotropfen vermieden wird. Das Arbeitsmedium wird dann während der Zugabe der Mischung aus Mittel, Wandmaterial und Lösungsmittel zum Arbeitsmedium mit Einrichtungen wie Homogenisatoren, Propellern oder dergleichen mechanisch bewegt. Bei diesem Verfahrensschritt wird kein Lösungsmittel verdampft oder aus den Mikrotropfen entfernt. Die Temperatur, bei der die Emulsion gebildet wird, ist nicht besonders kritisch, nur muss sie in einem Bereich liegen, in dem das Lösungsmittel nicht siedet bzw. das Arbeitsmedium nicht geliert oder gefriert bzw. das Wandmaterial oder Mittel nicht abgebaut wird. Die zur Bildung einer Emulsion erforderliche Zeitspanne ist recht kurz. Im Allgemeinen können Emulsionen in Abhängigkeit von dem verwendeten Tensid und der Methode der Bewegung des Arbeitsmediums innerhalb von 30 Sekunden bis 5 Minuten gebildet werden.
Sobald sich eine Emulsion gebildet hat, wird das die organischen Mikrotropfen enthaltende Arbeitsmedium so schnell wie möglich vollständig in ein Extraktionsmedium überführt, so dass mehr als 20% bis 30% des Lösungsmittels sofort aus den Mikrotropfen entfernt werden (d.h. innerhalb von 3 Minuten). Normaler weise verwendet man Wasser als Extraktionsmedium, jedoch kommen dafür auch andere Lösungsmittel oder Öle in Betracht. Ferner können dem Extraktionsmedium zur Einstellung der Ionenstärke oder des pH-Werts Salze zugefügt werden. Die verwendete Menge an Extraktionsmedium ist insofern kritisch, als eine zur möglichst sofortigen Extraktion des Lösungsmittels aus den Mikrotropfen ausreichende Menge an Medium vorhanden sein muss. Demgemäss wird das Volumen des Extraktionsmediums von dem zur Auflösung des Wandmaterials verwendeten Lösungsmittel und dessen Löslichkeit im Extraktionsmedium abhängig sein. Im Allgemeinen sollte das Volumen des Extraktionsmediums mindestens demjenigen Volumen entsprechen, das zum Herauslösen des gesamten Lösungsmittels aus den Mikrotropfen erforderlich ist, vorzugsweise das 10-fache Volumen oder mehr.
Nach der vollständigen bzw. fast vollständigen Extraktion des Lösungsmittels aus den Mikrotropfen (im Allgemeinen innerhalb von 15 bis 30 Minuten) werden die gehärteten Mikrokapseln oder Mikrokugeln durch Abzentrifugieren, Abfiltrieren oder dergleichen isoliert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es sich dabei um ein diskontinuierliches oder kontinuierliches Verfahren handeln kann.
Nach der allgemeinen Beschreibung der Erfindung werden nun bestimmte Verfahrensparameter erläutert, die die Struktur und die Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen. Bei der Mikroverkapselung von festen Verbindungen und unter bestimmten Umständen auch bei der Verkapselung von Flüssigkeiten erhält man als Produkt im Allgemeinen Mikrokugeln. Bei der Verkapselung von Flüssigkeiten koalesziert die Flüssigkeit im Allgemeinen im Inneren des Mikrotropfens, so dass sich ein Mikrokapselprodukt ergibt. Durch Entfernung der Flüssigkeit aus dem Mikrokapselprodukt, beispielsweise durch Vakuumtrocknen, lassen sich Mikroblasen erhalten.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass feste Mittel derart verkapselt werden können, dass das Endprodukt aus Mikrokapseln besteht, die eine Freigabekinetik nullter Ordnung oder nahezu nullter Ordnung zeigen. Dies wird durch die Verkapselung von sehr gut wasserlöslichen Mitteln erreicht. Sehr gut wasserlösliche Mittel ziehen insbesondere während der Bildung der Emulsion Wasser in den Mikrotropfen hinein, welches koalesziert und verhindert, dass das wandbildende Material als über den Mikrotropfen verteilte Matrix ausfällt. Zur Herstellung einer Mikrokapsel muss das zu verkapselnde feste Mittel offensichtlich eine zum Hineinziehen von Wasser in den Mikrotropfen ausreichende Wasserlöslichkeit besitzen. Wenn das aktive Mittel keine geeignete Löslichkeit aufweist, dann kann das Mitverkapseln einer sehr gut wasserlöslichen Hilfsverbindung, wie z.B. eines Zuckers oder eines Salzes, zusammen mit dem Mittel zur Bildung von Mikrokapseln führen bzw. es lassen sich Mikroblasen erhalten, wenn nur der Zucker oder das Salz verkapselt und anschließend wieder aus den Mikrokapseln entfernt wird.
Da wasserlösliche Mittel, wie z.B. Peptide und Proteine, nicht durch hydrophobes wandbildendes Material, wie z.B. die Lactid-Glycolid-Copolymere, hindurch diffundieren, müssen in der Mikrokapsel- oder Mikrokugelmembran Poren erzeugt werden, die diese Mittel für Anwendungen mit kontrollierter Freigabe herausdiffundieren lassen. Die erhaltene Porosität wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. So wird die Porosität von Mikrokugeln durch die Menge des verkapselten Mittels beeinflusst. Offensichtlich werden höher beladene Mikrokugeln (d.h. mehr als etwa 20 Gew.-% und vorzugsweise von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%) poröser als Mikrokugeln mit kleineren Mengen des Mittels (d.h. weniger als 20 Gew.-%) sein, da über die Mikrokugeln verteilt mehr Arzneimittelbereiche vorliegen. Das in die Mikrokugeln einarbeitbare Verhältnis von Mittel zu wandbildendem Material kann von 0,1% bis zu 80% betragen. Offensichtlich ist die für spezielle Mittel erhältliche Beladung in gewissem Ausmaß von den physikalischen Eigenschaften des Mittels und der gewünschten Anwendung der Mikrokugel-Formulierung abhängig.
Die Porosität der Membran wird auch durch das zur Auflösung des wandbildenden Materials verwendete Lösungsmittel beeinflusst. Aus einem Lösungsmittel wie Essigsäureethylester hergestellte Mikrokugeln oder Mikrokapseln werden poröser als aus Chloroform hergestellte Mikrokugeln oder Mikrokapseln sein. Das liegt daran, dass die Löslichkeit von Wasser in Essigsäureethylester höher ist als in Chloroform. Genauer gesagt, wird während des Emulsionsschritts kein Lösungsmittel aus den Mikrotropfen entfernt, da das Arbeitsmedium mit Lösungsmittel gesättigt ist. Beim Emulsionsschritt des Verfahrens kann sich jedoch Wasser im Lösungsmittel der Mikrotropfen lösen. Durch die Wahl des geeigneten Lösungsmittels oder Hilfslösungsmittels lässt sich die Menge des kontinuierlichen Arbeitsmediums, die sich in den Mikrotropfen löst, steuern, wodurch die Endporosität der Membran und die innere Struktur der Mikrokugeln oder Mikrokapseln beeinflusst wird.
Ein weiterer die Porosität der Membran beeinflussender Faktor ist die Anfangskonzentration des Wandmaterials/Trägers im Lösungsmittel. Hohe Konzentrationen an Wandmaterial im Lösungsmittel ergeben weniger poröse Membranen als niedrige Konzentrationen an Wandmaterial/Träger. Hohe Konzentrationen an Wandmaterial/Träger im Lösungsmittel verbessern außerdem die Verkapselungswirksamkeit von wasserlöslichen Verbindungen, da die Viskosität der Lösung höher ist. Im Allgemeinen wird die Konzentration an wandbildendem Material/Träger im Lösungsmittel in Abhängigkeit von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des wandbildenden Materials/Trägers, wie z.B. dem Molekulargewicht des wandbildenden Materials, und vom verwendeten Lösungsmittel im Bereich von etwa 3% bis etwa 40% liegen.
Nach der allgemeinen Beschreibung der Erfindung soll diese nun anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Beispiel 1
Zur Verkapselung von Cholinchlorid in Polystyrol wurde unter Verwendung eines wässrigen Arbeitsmediums wie folgt verfahren. Die Löslichkeit von Cholinchlorid in Wasser beträgt mehr als 3 Gramm pro Milliliter.
Zunächst wurde durch Auflösen von 1,0 g Polystyrol (Typ 6850, Dow Chemical Co., Midland, MI) in 9,0 g Methylenchlorid eine Polymerlösung hergestellt. Anschließend wurde 1,0 g Cholin-chlorid in 250 μl entionisiertem Wasser aufgelöst. Die Polystyrollösung wurde in ein 100 × 20 mm-Reagenzglas überführt. Die Cholinchloridlösung wurde unter Verwirbeln der Polystyrollösung in das Reagenzglas getropft. Das Cholinchlorid wurde unter Verwendung eines Brinkmann Polytrons (Modell 10, Prüfkopf PTA-10S, Geschwindigkeitseinstellung 5, Brinkmann Instruments Co., Westbury, NY) in der Polystyrollösung homogen dispergiert.
Ein 100-ml-Harzkessel wurde mit einem passgenau eingelassenen Rührwerk und einem 38,1 mm-(1,5 Zoll)-Turbinen-Schaufelrad aus TEFLON versehen. Anschließend wurden 50 ml einer 4 gew.-%igen wässrigen Polyvinylalkohol(PVA)-Lösung mit 0,8 g Methylenchlorid gesättigt und in den Harzkessel überführt. Die Polystyrol-Cholinchlorid-Dispersion wurde direkt in das PVA-Arbeitsmedium gegossen, wobei die PVA-Lösung mit etwa 550 U/min gerührt wurde. Nach 1-minütigem Rühren der resultierenden Öl-in-Wasser-Emulsion wurde der Harzkesselinhalt auf einmal in ein 4-1-Becherglas mit 3,5 l entionisiertem Wasser überführt und mit etwa 750 U/min mit einem 50,8 mm-(2 Zoll)-Schaufelrad aus rostfreiem Stahl gerührt. Die erhaltenen Mikrokugeln wurden etwa 25 Minuten lang in dem entionisierten Wasser gerührt, auf einem Sieb aus rostfreiem Stahl mit einer Maschenweite von 45 μm und einem Durchmesser von 203,2 mm (8 Zoll) isoliert, mit 4 l entionisiertem Wasser gespült und in einer Vakuumkammer 48 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet.
Das fertige Mikrokugelprodukt bestand aus freifließenden, kugelförmigen Teilchen mit Durchmessern von etwa 45 bis 250 μm und einem Gehalt von etwa 40 bis 45 Gew.-% Cholinchlorid.
Beispiel 2
Durch Auflösen von 0,75 g Poly(DL-lactid-co-glycolid) (DL-PLG) (50:50) in 4,25 g Methylenchlorid wurde eine 15 gew.-%ige Polymerlösung hergestellt. Anschließend wurden 30 mg mit Formalin behandeltes Staphylokokken-Enterotoxin B (SEB) in 110 μl entionisiertem Wasser gelöst. Die organische Polymerlösung wurde in ein 16 × 100 mm-Reagenzglas überführt und die SEB-Toxoid-Lösung in die mit einem Wirbelmischer bewegte Polymerlösung getropft. Diese Mischung wurde dann mit einem Polytron-Homogenisator homogenisiert, so dass das SEB-Toxoid in der DL-PLG-Lösung homogen dispergiert war.
In einem getrennten Behälter wurden 300 ml einer mit Methylenchlorid gesättigten 1,5-Gew.-%igen wässrigen Carboxymethylcelluloselösung auf 19,0 +/– 1,0°C äquilibriert. Der mit dem Emulsorsieb versehene Standardkopf eines Labormischers vom Typ Silverson Laboratory Mixer wurde unter der Oberfläche der Car boxymethylcelluloselösung angebracht und die Rührgeschwindigkeit des Mischers auf etwa 4200 U/min eingestellt.
Die Mischung aus SEB-Toxoid und DL-PLG wurde in der wässrigen Carboxymethylcelluloselösung als Mikrotropfen dispergiert. Die resultierende Öl-in-Wasser-Emulsion wurde etwa 3 Minuten lang gerührt, auf einmal in ein Becherglas mit 3,5 l entionisiertem Wasser überführt und mit einem 50,8 mm-(2 Zoll)-Schaufelrad aus rostfreiem Stahl mit etwa 500 U/min gerührt. Die erhaltenen Mikrokugeln wurden in dem gereinigten Wasser etwa 20 Minuten lang gerührt, auf einem 0,22 μm-Filter isoliert und in einer Vakuumkammer 48 Stunden lang getrocknet.
Das erhaltene Mikrokugelprodukt bestand aus kugelförmigen Teilchen mit etwa 1 bis 10 μm und einem Gehalt von 2,7 Gew.-% SEB-Toxoid in Poly(DL-lactid-co-glycolid).
Beispiel 3 (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
Eine 11,1 gew.-%ige Polymerlösung wurde durch Auflösen von etwa 2,5 g Poly(DL-lactid) (DL-PL) in der entsprechenden Menge Methylenchlorid hergestellt. Nach der vollständigen Auflösung des Polymers wurde eine vorbestimmte Menge Testosteronpropionat zugegeben und aufgelöst. Diese Polymer-Wirkstoff-Lösung wurde dann in einen 1-1-Harzkessel mit 400 g 5,0 gew.-%igem PVA gegossen. Das PVA wurde mit einem von einem Stedi-speed-Motor der Firma Fisher angetriebenen 63,5 mm-(2,5 Zoll)-Schaufelrad aus TEFLON mit einer Geschwindigkeit von etwa 750 gerührt und war außerdem vor der Zugabe der Polymer-Wirkstoff-Lösung mit 7 ml Methylenchlorid gesättigt worden. Die resultierende Emulsion wurde 7 Minuten lang gerührt und der Kesselinhalt auf einmal in 12,0 l gerührtes, entionisiertes Wasser überführt. Die Mikrokugeln wurden in dem entionisierten Wasser etwa 30 Minuten lang gerührt und anschließend auf hintereinander angeordneten Sieben aus rostfreiem Stahl mit Maschenweiten von 45 μm und 212 μm isoliert. Die Mikrokugeln wurden mit weiterem entionisierten Wasser gespült und an der Luft getrocknet.
Eine ähnliche Charge Testosteronpropionat-Mikrokugeln wurde mit einer 20,6 gew.-%igen Polymerlösung hergestellt. Die nachfolgend für diese beiden Chargen aufgeführten in-vitro-Freigaberaten zeigen, dass sich die Konzentration der Polymerlösung zur Einstellung der Freigabeeigenschaften von Mikrokugeln verwenden lässt, das heißt, höhere Polymerkonzentration ergab langsamere Freigabe aus den Mikrokugeln.
Beispiel 4 (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
0,5 g Etretinat [(AII-E)-9-(4-Methoxy-2,3,6-trimethyl)phenyl-3,7-dimethyl-2,4,6,8-nonatetraensäureethylester] und 0,33 g DL-PLG (50:50) wurden in 12,4 g Methylenchlorid gelöst. (Aufgrund der Lichtempfindlichkeit des Etretinats wurden alle Verfahrensschritte im Dunkeln durchgeführt.) Die organische Lösung wurde in 300 g 10 gew.-%iger wässriger Polyvinyl-alkohollösung in Form von Mikrotropfen dispergiert. Die Emulsion wurde durch Zugabe der organischen Lösung zu einer kräftig gerührten wässrigen Polyvinylalkohollösung in einem Glasbehälter erhalten. Zum Rühren der Emulsion wurde ein Labormischer des Typs Silverson Heavy Duty Laborstory Mixer verwendet.
Nach 5 Minuten langem Rühren der organischen Mikrotropfen in der Polyvinylalkohollösung zur Bildung einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion wurde die Emulsion in 4 l gerührtes, entionisiertes Wasser überführt. Die erhaltenen Mikrokugeln wurden in dem entionisierten Wasser 30 Minuten lang gerührt, von dem Polyvinylalkohol abzentrifugiert und durch Gefriertrocknen isoliert.
Das fertige Produkt bestand aus freifließenden Teilchen mit Durchmessern von 0,5 bis 5 μm und einem Gehalt von 40 Gew.-% Etretinat in Poly(DL-lactid-co-glycolid).
Beispiel 5 (Referenzbeispiel)
Durch Auflösen von 1,0 g DL-PLG (50:50) in 7,3 g Methylenchlorid wurde eine 12 gew.-%ige Polymerlösung hergestellt. Anschließend wurden 0,4 g mikronisiertes Cefazolinnatrium in der Polymerlösung dispergiert. Die Cefazolin-Polymer-Mischung wurde in 100 g mit 2,4 g Methylenchlorid gesättigter 6 gew.-%iger wässriger Polyvinylalkohollösung in Form von Mikro-tropfen dispergiert. Die Emulsion wurde in einem Harzkessel durch Zugabe der Cefazolin-Polymer-Mischung zu der mit 1000 U/min gerührten wässrigen Polyvinylalkohollösung erhalten. Zum Rühren der Emulsion wurde ein von einem Stedi-Speed-Motor der Firma Fisher angetriebenes Turbinen-Schaufelrad aus TEFLON verwendet. Während des Rührens der Emulsion trat Wasser in die Mikrotröpfchen ein, wie unter dem Mikroskop beobachtet wurde, und koaleszierte. Nach der Bildung einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion wurde der Harzkesselinhalt zur Extraktion des Methylenchlorids aus den Mikrokapseln auf einmal in 3,5 l mit 600 U/min gerührtes Wasser überführt. Nach vollständiger Extraktion wurden die Mikrokapseln absetzen gelassen, auf Sieben isoliert und mit mindestens 3 l Wasser gewaschen. Die Mikrokapseln wurden mindestens 24 h lang bei Raumtemperatur vakuumgetrocknet.
Das erhaltene Mikrokapselprodukt bestand aus kugelförmigen Teilchen mit einem in einer äußeren DL-PLG-Membran eingekapselten zentralen Cefazolinnatrium-Kern.
Beispiel 6 (Referenzbeispiel)
Durch Auflösen von 3 g DL-PLG (50:50) in 17 g Methylenchlorid wurde eine 15 gew.-%ige Polymerlösung hergestellt. Anschließend wurden 0,4 g LHRH in der mit einem Polytron-Homogeni-sator gerührten Polymerlösung dispergiert. Die Mischung aus LHRH und DL-PLG wurde in 200 g einer vorher durch Zugabe von 3,6 g Methylenchlorid gesättigten 5 gew.-%igen Polyvinylalkohol-(PVA)-Lösung in Form von Mikrotropfen dispergiert. Die Emulsion wurde in einem Harzkessel durch Zugabe der Mischung aus LHRH und DL-PLG zu dem mit 1060 U/min gerührten PVA-Arbeitsmedium erhalten. Zum Rühren der Emulsion wurde ein von einem Stedi-Speed-Motor der Firma Fisher angetriebenes Turbinen-Schaufelrad aus TEFLON verwendet.
Nach der Bildung einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion wurde die Emulsion zur Extraktion des Methylenchlorids auf einmal in 7 l gerührtes entionisiertes Wasser überführt. Die resultierenden Mikrokugeln wurden in dem Wasserbad 15 Minuten lang aushärten gelassen, auf 45- und 150-μm-Sieben isoliert, zur Entfernung von etwaigen PVA-Rückständen mit etwa 2 l entionisiertem Wasser gewaschen und 48 h lang an der Luft getrocknet.
Das fertige Produkt bestand aus einem freifließenden Pulver mit Durchmessern im Bereich von 45 bis 150 μm mit einem Gehalt von 8,2 Gew.-% in DL-PLG eingekapseltem LHRH.
Beispiel 7 (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
Durch Auflösen von 1 g Ethocel (Erste Qualität, Standard-Ethoxygehalt, Viskosität 20, Dow Chemical Co., Midland, MI) in 11,5 g Methylenchlorid wurde eine 8 gew.-%ige Ethylcelluloselösung hergestellt. Anschließend wurden 0,5 g Mannit in 3 ml entionisiertem Wasser gelöst. Die Ethylcelluloselösung wurde in ein 100 × 20 mm-Reagenzglas überführt. Unter Bewegen der Ethylcelluloselösung mit einem Wirbelmischer wurde die Mannitlösung in das Reagenzglas getropft. Zur Homogenisierung der Lösung wurde ein Brinkmann Polytron (Modell 10,m Prüfkopf PTA-10S, Geschwindigkeitseinstellung 5, Brinkmann Instruments Co., Westbury, NY) verwendet.
In einem 453,6 g-(16 Unzen)-Weithalskolben wurden 300 ml einer 5 gew.-%igen wässrigen PVA-Lösung mit 4,8 g Methylenchlorid gesättigt. Während des Arbeitsvorgangs wurde die PVA-Lösung auf 19°C gehalten. Zum Rühren der PVA-Lösung mit 4000 U/min wurde eine Emulgiervorrichtung des Typs Silverson Laboratory Mixer Emulsifier (Modell L2R, ausgerüstet mit einem mittleren Emulsorsieb, Silverson Machines Limited, Waterside Chesham, Buckinghamshire, Eng land) verwendet. Die Ethylcellulose-Mannit-Lösung wurde über einen Trichter mit 10-mm-Bohrung zu dem gerührten PVA gegeben. Nach 4 Minuten wurde der Kolbeninhalt auf einmal in 3 l mit etwa 750 U/min gerührtes entionisiertes Wasser überführt. Das Methylenchlorid wurde zusammen mit dem Mannit in das Wasser extrahiert, so dass Mikroblasen entstanden. Die Mikroblasen wurden 1 h lang gerührt, um die vollständige Entfernung des Mannits und des Methylenchlorids zu gewährleisten. Anschließend wurden die Mikroblasen isoliert.
Das fertige Mikroblasenprodukt besteht aus kugelförmigen Teilchen mit einem Durchmesser von 1 bis 10 μm und hohlem Inneren.
Beispiel 8 (Referenzbeispiel, nicht erfindungsgemäß)
Durch Auflösen von 0,5 g Poly(DL-lactid-coglycolid) (52:48) (DL-PLG, inhärente Viskosität 0,73 dl/g, gemessen mit einem Cannon-Viskosimeter bei 30°C und bei einer Polymerkonzentration von 0,5 g/dl in Hexafluorisopropanol) in 3,7 g Methylenchlorid wurde eine 11,9 gew.-%ige Polymerlösung hergestellt. Anschließend wurden 0,125 g einer Mischung aus 1 Gewichtsteil an ein Polyolpolymer konjugiertes Interleukin-2 (PEG-IL-2) und 20 Gewichtsteilen Humanserumalbumin in ein 16 × 75 mm-Reagenzglas eingewogen. Die DL-PLG-Lösung wurde in das Reagenzglas gegeben und die Mischung dreimal 30 Sekunden lang mit jeweils 15 Sekunden Pause homogenisiert. Die Homogenisierung erfolgte mit einem Brinkmann Polytron (Modell 10, Prüfkopf PTA-10S, Geschwindigkeitseinstellung 6).
Ein 200 ml-Harzkessel wurde mit einem passgenau eingelassenen Rührwerk und einem 38,1 mm-(1,5 Zoll)-Turbinen-Schaufelrad aus TEFLON versehen. Anschließend wurden 150 ml einer 6 gew.-%igen wässrigen Polyvinylalkohol-Lösung mit 2,4 g Methylen-chlorid gesättigt und in den Harzkessel überführt. Die homogenisierte organische Mischung wurde in dem Polyvinylalkohol in Form von Mikrotropfen dispergiert. Die Dispersion wurde durch Zugabe der organischen Mischung unterhalb der Oberfläche der Polyvinylalkohollösung erhalten. Dabei wurde der Polyvinylalkohol mit etwa 1000 U/min gerührt. Die Dispersion wurde in dem Harzkessel 5 Minuten lang gerührt, was eine stabile Öl-in-Wasser-Emulsion ergab.
Nach der Herstellung einer stabilen Öl-in-Wasser-Emulsion wurde der Harzkesselinhalt schnell in ein 12-l-Becherglas mit 10 l entionisiertem Wasser überführt, wobei mit einem 50,8 mm-(2 Zoll)-Schaufelrad aus rostfreiem Stahl mit etwa 800 U/min gerührt wurde. Die resultierenden Mikrokugeln wurden in dem entionisierten Wasser etwa 15 Minuten lang gerührt, auf einem 45-μm-Sieb aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 203,2 mm (8 Zoll) isoliert, mit 4 l entionisiertem Wasser gespült und in einer Vakuumkammer 48 h lang bei Raumtemperatur getrocknet. Das fertige Produkt bestand aus freifließenden Teilchen mit Durchmessern von 45 bis 200 μm und einem Gehalt von 15,6 Gew.-% der Mischung aus PEG-IL-2 und HSA in Poly(DL-lactid-co-glycolid):

Claims

Verfahren zur Mikroverkapselung eines Mittels zur Bildung eines mikroverkapselten Produkts, bei dem man: (a) eine wirksame Menge des Mittels in einem Lösungsmittel, das ein gelöstes wandbildendes Material enthält, zur Bildung einer Dispersion dispergiert; (b) die Dispersion mit einer wirksamen Menge eines kontinuierlichen Arbeitsmediums zur Bildung einer Emulsion, welche das Arbeitsmedium sowie das Mittel, das Lösungsmittel und das wandbildende Material enthaltende Mikrotropfen enthält, innerhalb von 30 Sekunden vereinigt und (c) sofort innerhalb von bis zu 3 Minuten nach der Bildung der Emulsion die Emulsion auf einmal zu einer wirksamen Menge eines Extraktionsmittels zugibt zur Extraktion des Lösungsmittels aus den (d) Mikrotropfen, um das mikroverkapselte Produkt zu bilden, wobei das Lösungsmittel in dem Extraktionsmedium eine Löslichkeit von etwa einem Teil von 100 bis etwa 25 Teilen von 100 hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dispergierschritt das Auflösen des Mittels im Lösungsmittel beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Lösungsmittel nicht mit dem Arbeitsmedium mischbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Arbeitsmedium Wasser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Arbeitsmedium ein organisches Lösungsmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Arbeitsmedium ein Öl ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Arbeitsmedium ein Tensid enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Tensid im Arbeitsmedium in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man vor der Zugabe des Dispergiermittels zum kontinuierlichen Arbeitsmedium das Arbeitsmedium mit dem Lösungsmittel sättigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man das Verdampfen des Lösungsmittels aus den Mikrotropfen verhindert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Extraktionsmittel Wasser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Extraktionsmittel ein organisches Lösungsmittel ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Extraktionsmittel ein Öl ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man zur Einstellung der Ionenstärke eine wirksame Menge eines Salzes im Extraktionsmittel auflöst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man den pH-Wert des Extraktionsmittels durch Zugabe einer Säure oder einer Base reguliert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man das mikroverkapselte Produkt vom Extraktionsmittel abtrennt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel eine wasserlösliche Verbindung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel eine Löslichkeit von mehr als 10 Milligramm pro Milliliter im kontinuierlichen Arbeitsmedium aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel eine Löslichkeit von mehr als 10 Milligramm pro Milliliter im Extraktionsmittel aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis von Mittel zu wandbildendem Material in der Dispersion zur Regulierung der Porosität des mikroverkapselten Produkts hoch ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das prozentuale Verhältnis des Mittels zum wandbildenden Material in der Dispersion höher als etwa 20 Gew.-% ist.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das prozentuale Verhältnis des Mittels zum wandbildenden Material in der Dispersion etwa 20 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem man für eine niedrige Porosität des mikroverkapselten Produkts ein niedriges prozentuales Verhältnis des Mittels zum wandbildenden Material in der Dispersion wählt.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das prozentuale Verhältnis des Mittels zum wandbildenden Material in der Dispersion niedriger als etwa 20 Gew.-% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man für eine hohe Porosität des mikroverkapselten Produkts ein in dem Lösungsmittel lösliches kontinuierliches Arbeitsmedium wählt.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das kontinuierliche Arbeitsmedium eine Löslichkeit von etwa 2 % bis etwa 25 % im Lösungsmittel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem das kontinuierliche Arbeitsmedium eine Löslichkeit von weniger als etwa 2 % im Lösungsmittel aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man das Lösungsmittel aus Essigsäureethylester, Diethylcarbonat, Chloroform und Methylchlorid auswählt und das kontinuierliche Arbeitsmedium Wasser ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel im kontinuierlichen Arbeitsmedium löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Mittel eine Löslichkeit von mehr als 100 mg/ml im kontinuierlichen Arbeitsmedium aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel eine Löslichkeit von mehr als 100 mg/ml im Extraktionsmittel aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man vor Schritt b) das Mittel mit einer wasserlöslichen Hilfsverbindung vermischt.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem die Hilfsverbindung eine Löslichkeit von mehr als 100 mg/ml im kontinuierlichen Arbeitsmedium aufweist.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, bei dem die Hilfsverbindung eine Löslichkeit von mehr als 100 mg/ml im Extraktionsmedium aufweist.
Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, bei dem die Hilfsverbindung eine Löslichkeit von mehr als 1 Gramm/ml im kontinuierlichen Arbeitsmedium aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, bei dem die Hilfsverbindung eine Löslichkeit von mehr als 1 Gramm/ml im Extraktionsmedium aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel ein Feststoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, bei dem das Mittel eine Flüssigkeit ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 37, bei dem das Mittel ein Feststoff ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das prozentuale Verhältnis des wandbildenden Materials zum Lösungsmittel in der Dispersion etwa 3 Gew.-% bis 40 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das wandbildende Material in einer Konzentration von mehr als 20 Gew.-% im Lösungsmittel vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei dem das wandbildende Material in einer Konzentration von weniger als 20 Gew.-% im Lösungsmittel vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren ein kontinuierliches Verfahren beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das mikroverkapselte Mittel ein Analgetikum, ein Anästhetikum, ein Appetitzügler, ein Antiarthritikum, ein Antiasthmatikum, ein Antibiotikum, ein Pilzbefallverhütungsmittel, ein Antivirusmittel, ein antikarzinogenes Mittel, ein Anitkoagulationsmittel, ein Antikrampfmittel, ein Antidepressivum, ein Antihistamin, ein Hormon, ein Beruhigungsmittel, ein Antispastikum, ein Vitamin, ein Mineral, ein Kreislaufmittel, ein Enzym, ein Peptid, ein Protein, ein Prostaglandin, eine Nukleinsäure, ein Kohlenhydrat, ein Fett, ein Narkotikum, ein psychotherapeutisches Mittel, ein Antimalariamittel, L-Dopa, ein Diuretikum, ein antiulcerogenes Mittel oder ein immunologisches Mittel ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das mikroverkapselte Mittel ein Klebstoff, ein Pestizid, ein Riechstoff, ein Antifoulingmittel, ein Farbstoff, ein Salz, ein Öl, eine Tinte, ein Schönheitspflegemittel, ein Katalysator, ein Wasch- oder Reinigungsmittel, ein Härtungsmittel, ein Aromastoff, ein Lebensmittel, ein Brenn- oder Kraftstoff, ein Herbizid, ein Metall, ein Anstrichmittel, ein photographisches Agens, ein Biozid, ein Pigment, ein Weichmacher, ein Treibmittel oder -stoff, ein Lösungsmittel, ein Stabilisator oder ein Polymeradditiv ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das wandbildende Material Poly(lactid), Poly(glycolid), Poly(caprolacton), Poly(hydroxybutyrat) oder deren Copolymere ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Produkt aus einem von einer äußeren Membran umgebenen zentralen Kern aus dem Mittel besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Mittel im kontinuierlichen Arbeitsmedium, im Extraktionsmittel oder in beiden Medien löslich ist.
Verfahren nach Anspruch 48, bei dem das Mittel wasserlöslich, das kontinuierliche Arbeitsmedium wässrig und das Extraktionsmittel wässrig ist.