ITFI20100016A1 - Processo per la preparazione di nanoparticelle ed apparecchiatura per la sua realizzazione. - Google Patents
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Classifications
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-
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Description
Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:
Processo per la preparazione di nanoparticelle ed apparecchiatura per la sua realizzazione
Classe:
Campo dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce al campo delle nanoparticelle ed in particolare alla loro preparazione
Stato della tecnica
Le nanoparticelle rappresentano uno dei settori più sviluppati di ricerca visto che le nanotecnologie sono ormai applicate in campi profondamente diversi dalla elettronica alla farmacologia.
In particolare sono interessanti nanoparticelle costituite da un nucleo idrofobo che siano opportunamente stabilizzate in ambiente acquoso o viceversa nanoparticelle idrofile stabilizzate in ambiente non acquoso.
Questo tipo di approccio è particolarmente interessante per esempio in campo farmacologico (dove in questo modo si realizza la possibilità di ottenere la “solubilizzazione” di principi attivi in un ambiente acquoso e quindi biodisponibile) sia nel campo elettronico dove, variando opportunamente la polarità delle nanoparticelle è possibile selezionare il substrato su cui si possono depositare. Le tecniche attualmente in uso per ottenere tali nanoparticelle consistono generalmente nella miscelazione in “batch” cioè nell’aggiunta di una soluzione contenente il materiale con cui si vuole formare le nanoparticelle ad un solvente miscibile con il primo ma avente una diversa polarità. In tal modo il materiale è “costretto” a precipitare nel solvente di diluizione in cui non è solubile e quindi (in opportune condizioni di concentrazione e di rapporti di polarità dei solventi) a formare nanoparticelle.
Il metodo correntemente utilizzato presenta due problemi fondamentali:
- e nanoparticelle ottenute presentano una distribuzione di dimensioni piuttosto ampia con una dimensione media non ben riproducibile
- il metodo è difficilmente scalabile, cioè non si hanno risultati riproducibili al variare della scala dell’esperimento.
Alla luce di quanto detto sopra è evidente l’importanza di poter disporre di un processo che consente una produzione in continuo di dette particelle in modo semplice ed efficace.
Descrizione della figura
La figura 1 allegata illustra schematicamente un’apparecchiatura per l’esecuzione del processo secondo l’invenzione.
La figura 2 (a e b) mostra schematicamente un particolare dell’apparecchiatura secondo la figura 1 rispettivamente in assonometria ed in sezione.
Descrizione dettagliata dell’invenzione
La presente invenzione consente di superare i problemi suddetti grazie ad un processo in cui le nano particelle possono essere prodotte in continuo attraverso una reazione di nano-precipitazione che consente un’elevata produttività.
E' stato infatti sorprendentemente trovato che le dimensioni (e in particolare l’uniformità dimensionale) delle nanoparticelle ottenibili con il metodo della miscelazione di solventi sono strettamente legate alle modalità di miscelazione dei solventi stessi.
In particolare si è trovato che è fondamentale che la formazione delle nanoparticelle avvenga all’interno di un moto turbolento ad elevato numero di Reynolds (preferibilmente superiore a 15000).
In tal modo le particelle appena generate rimangono isolate dalla corrente turbolenta e sono impossibilitate ad accrescersi per collisione con altre particelle appena formate.
L’invenzione si riferisce inoltre ad un’apparecchiatura per l’esecuzione di detto processo.
Secondo l’invenzione il materiale o la miscela di materiali con cui devono essere costruite le particelle nanometriche viene solubilizzato in un solvente appropriato (qui di seguito definito “solvente”) che viene miscelato in continuo (sotto forte agitazione) in un liquido (qui di seguito definito “liquido non solvente”) capace di mescolarsi con il solvente ma in cui il materiale, come sopra definito, non è solubile.
Inoltre, se preferito, il liquido non solvente può contenere altre sostanze (solubili o disperdibili nello stesso) che agiscono come agenti stabilizzanti delle nanoparticelle in formazione e in genere tutti quei prodotti che possano mostrare un’affinità sia per il liquido non solvente che per le nanoparticelle.
La miscelazione del solvente e del liquido non solvente come sopra definiti , sotto forte agitazione meccanica, provoca la precipitazione del prodotto insolubile nel liquido non solvente (in cui come detto i materiali sono insolubili) in forma di nanoparticelle che (eventualmente protette dall’agente di superficie) vengono poi trascinate dal flusso di liquido non solvente in un recipiente di raccolta.
Si ottengono quindi delle nanoparticelle costituite dal materiale di partenza insolubile nel liquido; quando poi si utilizzino agenti stabilizzanti questo nucleo risulta rivestito da uno strato protettivo che conferisce una particolare stabilità nanoparticelle ibride così ottenute.
1 Secondo l’invenzione i materiali che formano le nanoparticelle sono scelti fra, ad esempio, prodotti idrofobici come :acidi grassi come ad esempio acido stearico, acido palmitico acido oleico: idrocarburi alifatici come ad esempio idrocarburi lineari o ramificati C10-18, alcoli alifatici con un numero di atomi di carbonio maggiore o uguale a 8, polimeri lineari o ramificati con peso molecolare preferibilmente compreso fra 10 e 200 Kdalton , ossidi e solfuri metallici nanoparticellari come ad esempio cobaltoferrite, magnetite, maghemite; ossidi e solfuri metallici funzionalizzati con reagenti che impartiscano loro solubilità ad esempio: acido stearico, acido oleico, anfisolo.
I materiali che possono essere utilizzati come agenti di rivestimento stabilizzanti sono costituiti da prodotti che possano mostrare un’affinità sia per il liquido non solvente che per le nanoparticelle.
In particolare possono essere utilizzati allo scopo:
- proteine, polipeptidi e aminoacidi o loro derivati funzionalizzati solubili nel liquido non solvente
- polimeri solubili o disperdibili in maniera omogenea nel liquido non solvente - tensioattivi e in genere tutti quei prodotti che possano mostrare un’affinità sia per il liquido che per le nanoparticelle
La definizione di solvente e di liquido non solvente è ovviamente una definizione di relazione in funzione dei prodotti utilizzati.
Per esempio nel caso in cui il non solvente sia acqua per solvente si possono intendere acetone, metiletilchetone, etanolo, isopropanolo, dietilenglicole, NNdimetilformammide, dimetilsolfossido.; nel caso in cui il liquido non solvente sia etanolo per solvente si possono intendere esano, cloroformio, dicloroetano.
Il rapporto relativo fra liquido non solvente e solvente è generalmente compreso fra 5:1 e 80:1 espresso in volume.
Il materiale o la miscela di materiali con cui devono essere costruite le particelle nanometriche viene utilizzato ad una concentrazione (riferita al solvente) compresa fra il 3% e lo 0.05,% espresso in peso su volume.
I prodotti stabilizzanti sono utilizzati ad una concentrazione (riferita al liquido non solvente) compresa fra 2000 e 50 ppm.
Oltre al processo come descritto, l’invenzione riguarda anche una apparecchiatura per l’esecuzione del processo suddetto.
La caratteristica essenziale dell’apparecchiatura e che questa sia in grado di generare un flusso liquido turbolento e di consentire l’iniezione in detto flusso liquido turbolento di un secondo flusso liquido, ugualmente turbolento e nel mantenere tali condizioni di non linearità per il tempo necessario alla stabilizzazione delle particelle formatesi.
L’ottenimento dell’indispensabile moto turbolento ad elevato numero di Reynolds (preferibilmente superiore a 15000) può avvenire attraverso diverse configurazioni fisiche.
Per esempio può essere ottenuto attraverso un sistema di agitazione meccanica o magnetica o attraverso un sistema di setti o barriere disposti in maniera opportuna all’interno di un tubo in cui si abbia un flusso di liquido.
La figura 1 rappresenta schematicamente una particolare apparecchiatura costruita secondo i criteri previsti dall’invenzione.
Come si vede dalla figura 1 l’apparecchiatura comprende una camera di miscelazione 10 munita di un agitatore magnetico 11, due pompe peristaltiche 12, uno stabilizzatore di pressione 13, una camera di raccolta 14, tre ugelli di iniezione 15 e un sistema di tubazioni.
Alla camera di reazione 10 (schematicamente illustrata in particolare nella figura 2 a e b) sono collegati tre ugelli di iniezione di cui due sono alimentati con il liquido non solvente (eventualmente contenente gli agenti di rivestimento stabilizzanti) proveniente dallo stabilizzatore di pressione (a sua volta alimentato da una pompa peristaltica) mentre il terzo è alimentato con il solvente in cui sono disciolti i materiali che formano il nucleo delle nanoparticelle (proveniente direttamente dalla seconda pompa peristaltica)
Gli ugelli 15 sono stati scelti per numero e dimensioni in maniera di aumentare ulteriormente la turbolenza all’interno della camera di miscelazione.
Le particelle che si formano a seguito del processo come sopra descritto sono poi convogliate in una camera di raccolta 14 attraverso il tubo scolmatore 16 disposto nella camera di miscelazione in posizione verticale rispetto al suo piano di appoggio e che forma un corpo continuo con la camera di miscelazione.
L’importanza della turbolenza del sistema e l’efficienza dell’apparecchiatura realizzata può essere confermata in base ai seguenti dati sperimentali.
Esempio
Sono state preparate preliminarmente delle soluzioni secondo il seguente schema:
SIGLA A1 A2 A3 A4 A5 A6 Solvente Acetone Acetone Acetone Acetone Acetone Dietilenglicole Soluto PLGA 0,50% PLGA PTMC 0,40% PLGA-PEG PLGA-PEG Magnetite CobaltoFerrite 0,80% CobaltoFerrite 0,25% 0,25% 0,10% modificata modificata Cobaltoferrite Magnetite
0,20% 0,20% modificata modificata
0,10 0,25
e dei liquidi non solventi secondo il seguente schema:
SIGLA B1 B2 B3 B4 B5 Solvente Acqua Acqua Acqua Acqua Acqua Stabilizzante Albumina 0,10% Gelatina 0,10% PVP 0,20% Pluronic F 127
0,03%
Si sono poi standardizzati i seguenti metodi di miscelazione :
Metodo 1: In un becker da 50 ml si pongono 40 ml di liquido non solvente, quindi sotto agitazione magnetica, si aggiungono con una pipetta 1 g di soluzione .
Metodo 2: In un becker da 50 ml si pongono 40 ml di liquido non
solvente, quindi sotto agitazione magnetica si aggiungono rapidamente con una siringa da insulina 1 g di soluzione .
Metodo 3: Si usa l’apparato descritto precedentemente regolando i
flussi delle pompe peristaltiche in modo che il rapporto di alimentazione delle soluzioni sia 40 g di liquido non solvente per 1 g di soluzione con una portata totale di 50 – 100
volumi rispetto al volume della camera di reazione.
Quindi si sono miscelate i liquidi non solventi con le soluzioni secondo i tre metodi
standardizzati, secondo la seguente tabella:
Sigla Prova Liquido Soluzione Metodo
11 B1 A1 1
12 B1 A1 2
13 B1 A1 3
21 B5 A4 1
22 B5 A4 2
23 B5 A4 3
31 B5 A5 1
32 B5 A5 2
33 B5 A5 3
41 B4 A3 1
42 B4 A3 2
43 B4 A3 3
51 B2 A2 1
52 B2 A2 2
53 B2 A2 3
61 B3 A2 1
62 B3 A2 2
63 B3 A2 3
71 B1 A5 1
72 B1 A5 2
73 B1 A5 3
81 B4 A6 1
82 B4 A6 2
83 B4 A6 3
A titolo di esempio si riporta la distribuzione di dimensioni ottenuta per le prove 11,
12, 13 effettuate con le stesse soluzioni nelle tre diverse condizioni sperimentali.
Si evidenzia che all’aumentare della turbolenza del sistema si ottengono particelle più piccole e con distribuzione più stretta.
16
14
12
10 prova 13
8 prova 12
6 prova 11
4
2
0
0,1 1 10 100 1000 10000
Nella tabella seguente sono riportate le dimensioni medie (in volume) delle particelle, la dimensione del picco massimo e il PDI selle soluzioni ottenute in tutte le prove:
Sigla Prova Dimensioni Dimensioni di PDI
medie (volume) picco max
11 224.6 190.10 0.372
12 143.6 122.40 0.230
13 95.6 78.82 0.140
21 80.24 71.98 0.232
22 71.46 63.10 0.228
23 59.36 54.48 0.185
31 73.19 68.06 0.274
32 68.30 58.77 0.187
33 57.4 50.75 0.123
41 73.9 68.06 0.286
42 59.21 50.75 0.223
43 49.53 43.82 0.165
51 45.39 43.82 0.198
52 31.56 28.21 0.111
53 24.74 21.04 0.092
61 65.43 58.77 0.211
62 57.12 50.75 0.197
63 48.20 43.82 0.186
71 85.19 78.82 0.211
72 79.36 68.06 0.162
73 61.54 58.77 0.098
Claims (9)
- Rivendicazioni 1. Processo per la produzione in continuo di nano particelle in cui una soluzione, costituita da un solvente in cui sono disciolti il materiale, o miscela di materiali, costituenti dette nano-particelle, è mescolata in modo turbolento con un liquido, liquido non-solvente, miscibile con detta soluzione ma in cui detti materiale, o miscela di materiali, sono insolubili.
- 2. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui detti materiali sono prodotti idrofobici scelti fra: acidi grassi, idrocarburi alifatici, alcoli alifatici con un numero di atomi di carbonio maggiore o uguale a 8, polimeri lineari o ramificati con peso molecolare compreso fra 10 e 200 Kdalton, ossidi e solfuri metallici nanoparticellari, ossidi e solfuri metallici funzionalizzati ed eventuali agenti stabilizzanti.
- 3. Processo secondo la rivendicazione 2 in cui detti agenti stabilizzanti sono scelti fra: proteine, polipeptidi e aminoacidi o loro derivati funzionalizzati solubili nel liquido non solvente, polimeri solubili o disperdibili in maniera omogenea nel liquido non solvente, tensioattivi.
- 4. Processo secondo la rivendicazioni 1 - 3 in cui il non solvente è acqua ed il solvente è scelto fra: acetone, metiletilchetone, etanolo, isopropanolo, dietilenglicole, NNdimetilformammide, dimetilsolfossido..
- 5. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 4 in cui il liquido non solvente è etanolo ed il solvente è scelto fra: esano, cloroformio, dìcloroetano.
- 6. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 5 in cui il rapporto relativo fra liquido non solvente e solvente è generalmente compreso fra 5:1 e 80:1.
- 7. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 6 in cui la quantità di materiale o di miscela di materiali costitutenti le particelle nanometriche è compresa fra il 3% e lo 0.05,% riferita al solvente e gli stabilizzanti sono utilizzati ad una concentrazione compresa fra 2000 e 50 ppm .riferita al liquido non solvente.
- 8. Apparecchio per l’esecuzione del processo secondo le rivendicazioni 1 - 7 comprendente una camera di miscelazione (10) munita di un agitatore magnetico (11), due pompe peristaltiche (12), uno stabilizzatore di pressione (13), una camera di raccolta (14), due o più ugelli di iniezione (15), un tubo scolmatore (16) disposto nella camera di miscelazione in posizione verticale rispetto al suo piano di appoggio e che forma un corpo continuo con la camera di miscelazione ed un sistema di tubazioni.
- 9. Nanoparticelle ottenute secondo il processo delle rivendicazioni 1 - 8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000016A ITFI20100016A1 (it) | 2010-02-10 | 2010-02-10 | Processo per la preparazione di nanoparticelle ed apparecchiatura per la sua realizzazione. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000016A ITFI20100016A1 (it) | 2010-02-10 | 2010-02-10 | Processo per la preparazione di nanoparticelle ed apparecchiatura per la sua realizzazione. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITFI20100016A1 true ITFI20100016A1 (it) | 2011-08-11 |
Family
ID=42782048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000016A ITFI20100016A1 (it) | 2010-02-10 | 2010-02-10 | Processo per la preparazione di nanoparticelle ed apparecchiatura per la sua realizzazione. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | ITFI20100016A1 (it) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008035028A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Fujifilm Manufacturing Europe B.V. | Preparation of fine particles |
| US20090045535A1 (en) * | 2005-05-09 | 2009-02-19 | Yousuke Miyashita | Method of producing organic particles and production apparatus usable for the same |
-
2010
- 2010-02-10 IT IT000016A patent/ITFI20100016A1/it unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090045535A1 (en) * | 2005-05-09 | 2009-02-19 | Yousuke Miyashita | Method of producing organic particles and production apparatus usable for the same |
| WO2008035028A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Fujifilm Manufacturing Europe B.V. | Preparation of fine particles |
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