PL195106B1

PL195106B1 - Wieloetapowy sposób wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem oraz mikrokapsułki

Info

Publication number: PL195106B1
Application number: PL00351873A
Authority: PL
Inventors: Uwe Budde; Andreas Briel; Georg Rössling; Kai Lovis; Wolfgang Schmidt; Hans-Ulrich Moritz; Michael Gottfried; Jan-Peter Ingwersen
Original assignee: Acusphere
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2007-08-31
Also published as: WO2000072888A1; US6652782B1; EA004220B1; HUP0201640A2; EE200100630A; DE19925311B4; CN1189218C; PT1180043E; ZA200110482B; EP1180043B1; EA200101154A1; CN1377284A; NO20015745L; BR0011543A; YU84101A; KR20020013894A; CZ297351B6; ES2203496T3; ATE245034T1; NO20015745D0

Abstract

1. Wieloetapowy sposób wytwarzania mikrokapsulek wypelnionych gazem, znamienny tym, ze w pierwszym etapie prowadzi sie polimeryzacje jednego lub wiecej monomeru tworzacego powloke do utworzenia dyspersji obejmujacej koloidalne czastki polimeru i nastepnie tworzy sie mikrokapsulki poprzez agregacje koloidalnych czastek polimeru w obecnosci gazu, przy czym polimeryzacje jednego lub wiecej monomeru prowadzi sie w pierwszym etapie sposobu, natomiast tworzenie mikrokapsulek prowadzi sie w etapie sposobu oddzielonym w przestrzeni i/lub czasie od etapu polimeryzacji. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wieloetapowy sposób wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem oraz mikrokapsułki, znajdujące zastosowanie jako przechodzący przez kapilary środek kontrastowy do badań ultradźwiękowych.

W medycznej diagnostyce ultrasonograficznej, jako środki kontrastowe stosuje się z reguły substancje, które zawierają lub uwalniają gazy, ponieważ z ich użyciem można uzyskać wydajniejsze różnice gęstości, a przez to impedancji (opór zespolony), między gazem a krwią, niż między cieczami lub ciałami stałymi a krwią.

Obserwacja echa funkcji serca z użyciem roztworów, zawierających drobne pęcherzyki gazu, znana jest od dawna z piśmiennictwa [1]. Tak przygotowane roztwory nie nadają się jednak do zastosowania jako środki kontrastowe w medycznej diagnostyce ultrasonograficznej ze względu na bardzo krótki czas życia niestabilizowanych pęcherzyków gazu.

W patencie US 4,276,885 opisano sposób wytwarzania pęcherzyków gazu, które chroni się przed zlewaniem przy pomocy błony żelatynowej [2]. Takie mikropęcherzyki wytwarza się korzystnie przez iniekcję pożądanego gazu za pomocą kapilary do substancji zdolnej do żelifikacji (na przykład żelatyna). Przechowywanie tych mikropęcherzyków możliwe jest tylko w bardzo niskich temperaturach, zaś przed ich użyciem in vivo należy doprowadzić je do temperatury ciała. Sterylizacja z zastosowaniem wysokiej temperatury jest z założenia wykluczona, ponieważ mikropęcherzyki uległyby zniszczeniu, tak jak i podczas filtracji sterylizującej.

W europejskim opisie patentowym EP 0 052 575 B1 przedstawiono opis ultrasonograficznych środków kontrastowych, opartych na agregatach fizjologicznie dopuszczalnej substancji stałej, które po podaniu uwalniają pęcherzyki gazu do krwi [3]. Uwolnione pęcherzyki gazu nie są stabilizowane i nie przetrzymują transportu przez płuca, co powoduje, że po podaniu dożylnym możliwe jest uzyskanie kontrastu tylko prawej połowy serca.

W europejskich opisach patentowych EP 0 122 624 i EP 0 123 235 ujawniono ultrasonograficzne środki kontrastowe, składające się z mikrocząsteczek i pęcherzyków gazu [4, 5]. W przeciwieństwie do EP 0 052 575 B1, pęcherzyki gazu poddaje się stabilizowaniu za pomocą środków powierzchniowoczynnych. Możliwy zatem jest ich transport przez płuca, co pozwala na kontrastowanie całkowitej objętości naczyń krwionośnych przy pomocy tego środka kontrastowego. Sposób wytwarzania w obydwu przypadkach jest jednak bardzo skomplikowany.

Zgodnie z europejskim opisem patentowym EP 0 324 938 B1 można wytworzyć mikropęcherzyki z powłoką, przez wytworzenie mikropęcherzyków w roztworze białka za pomocą ultradźwięków i ich stabilizację przez lokalne podniesienie temperatury, prowadzące do częściowej denaturacji białka i zamknięcia pęcherzyków [6]. Zaproponowane zastosowanie albuminy osocza człowieka (HSA) kryje w sobie jednak znaczne ryzyko reakcji alergicznych.

W europejskim opisie patentowym EP 0 398 935 B1 przedstawiono jako ultrasonograficzny środek kontrastowy mikrocząsteczki, których powłoka zbudowana jest z syntetycznego materiału polimerowego, podlegającego biodegradacji. Jako substancję budującą powłokę można zastosować szereg polimerów, które rozpuszcza się w rozpuszczalniku lub mieszaninie rozpuszczalników nie mieszających się z wodą, a następnie, po ewentualnym dodaniu dalszego rozpuszczalnika, emulguje się z wodą. Jako rozpuszczalniki można stosować zgodnie z [7] między innymi furan, pentan i aceton. W jednym z wariantów sposobu wykonania polimeryzowano monomery rozpuszczone w jednym z wyżej wymienionych rozpuszczalników bezpośrednio w roztworze wodnym, zawierającym pęcherzyki powietrza.

We wszystkich wyżej opisanych sposobach wytwarzania zdecydowaną niedogodnością jest przymusowe zastosowanie rozpuszczalników organicznych, ze względu na konieczność ich całkowitego usunięcia podczas przebiegu sposobu wytwarzania.

Ujawnione w europejskim opisie patentowym EP 0 458 145 techniki umożliwiają wytwarzanie mikrokapsułek wypełnionych gazem o szerokim zakresie rozmiarów [8]. W tym celu najpierw emulguje się z wodą roztwór polimeru strukturalnego w rozpuszczalniku organicznym, a następnie poddaje się rozcieńczeniu, co prowadzi do utwardzenia drobno rozprowadzonych kropli roztworu polimeru. Obudowany polimerem rozpuszczalnik musi być usunięty na dodatkowym, pracochłonnym etapie. Korzystną cechą tego procesu jest możliwość bezpośredniego wpływu na rozmiar powstających mikrokapsułek przez wybór środka powierzchniowo czynnego lub szybkości mieszania. W tym przypadku sposób ten powinien obejmować różne formy podawania, zarówno takie jak iniekcje dożylne, do

PL 195 106 B1 których niezbędne są szczególnie małe cząsteczki dla transportu przez płuca, jak i zastosowania doustne z odpowiednio większymi cząsteczkami. Również w tym przypadku synteza mikrokapsułek wypełnionych gazem bez udziału rozpuszczalników nie jest możliwa.

Sposób suszenia rozpyłowego do wytwarzania mikrocząsteczek echogennych, których zasadniczą cechą charakterystyczną są wklęsłe segmenty powierzchni, ujawniono w europejskim opisie patentowym EP 0 535 387 B1 [9]. Opisano w nim między innymi syntezę różnych polimerów powłoki z zastosowaniem rozpuszczalników organicznych. Mikrocząsteczki echogenne otrzymuje się w sposobie suszenia rozpyłowego roztworu polimeru strukturalnego w rozpuszczalniku organicznym. Niedogodnością tego procesu jest również konieczność stosowania rozpuszczalników organicznych, jak również skomplikowany w warunkach sterylnych sposób suszenia rozpyłowego.

Dzięki optymalizacji procesu wytwarzania, będącej przedmiotem europejskiego opisu patentowego EP 00 644 777 B1, poprawiono zdecydowanie aktywność ultrasonograficzną mikrokapsułek opisanych w EP 0 327 490 [10]. Zwiększenie aktywności ultrasonograficznej (przy danej częstotliwości i mniejszej amplitudzie) uzyskano przez zwiększenie średnicy jądra gazowego przy zachowaniu tej samej średnicy cząsteczek. Mimo zmniejszenia grubości ścianek cząsteczki przetrzymują transport przez serce i płuca.

Ulepszenie sposobu polega na tym, że monomer poddaje się dyspergowaniu i polimeryzacji w kwaśnym, nasyconym gazem roztworze wodnym i w tym samym czasie zachodzi budowa mikrokapsułek. W ten sposób można wytwarzać mikrokapsułki bez konieczności stosowania rozpuszczalników organicznych.

Trudności z powyższym sposobem wytwarzania pojawiają się przy powiększeniu skali z laboratoryjnej na produkcyjną, jako że wkład energii w mieszaninę reakcyjną zależy w dużym stopniu od szybkości obrotów i średnicy mieszadła lub wirnika dyspergującego. Stąd też można oczekiwać, że nie będzie łatwym powiększenie skali dla wrażliwych warunków dopływu energii i powietrza lokalnie przy wirniku dyspergującym czy też spadku sił ścinających wewnątrz reaktora. Przy wysokim dopływie powietrza przez wirnik dyspergujący obserwuje się silne pienienie tak, że można uzyskać tylko niekompletne informacje o tym, na ile polimeryzacja monomerów i tworzenie powłoki zachodzą w założony sposób.

W patencie US nr 5,501,863 ujawniono mikrocząsteczki utworzone w pojedynczym etapie z polimeryzowalnych aldehydów, które opcjonalnie mogą być sprzężone w biocząsteczki. Opisany sposób wytwarzania mikrocząsteczek realizuje się w jednym etapie.

W publikacji WO 95/07072 ujawniono sposób enkapsulacji składnika aktywnego w mikrokapsułkę, zawierającą oprócz składnika aktywnego co najmniej jeden gaz lub fazę gazową. W opisie tym przedstawiono, że mikrokapsułki można wytworzyć każdym znanym sposobem. Po wytworzeniu mikrokapsułek, wypełnia się je składnikami aktywnymi rozpuszczonymi w gazach nadkrytycznych. W publikacji tej ujawniono proces wielokrotnej emulsji, który przydatny jest do enkapsulacji składników aktywnych nierozpuszczalnych w gazach nadkrytycznych lub mieszaninach gazowych, takich jak np. białek, czy związków zawierających cukier.

Zaś w publikacji WO 94/07539 ujawniono jednoetapowy sposób formowania mikrokapsułek. Sposób ten obejmuje polimeryzację monomerów i formowanie mikrokapsułek w tym samym czasie i w tym samym reaktorze. Otrzymane mikrokapsułki posiadają osłonkę utworzoną zarówno z polimeru syntetycznego, jak i biopolimeru.

Celem wynalazku było znalezienie sposobu wytwarzania echogennych mikrokapsułek, który przezwyciężałby powyżej wymienione utrudnienia, tj:

- wytwarzanie mikrokapsułek powinno być proste i powtarzalne również w warunkach sterylnych,

- synteza polimerów i tworzenie mikrokapsułek powinny zachodzić bez użycia rozpuszczalników organicznych,

- powiększenie skali powinno być możliwe przy zachowaniu kontroli procesu, która musi być prosta,

- mikrokapsułki wytworzone takim sposobem powinny posiadać optymalnie dopasowany profil właściwości ultrasonograficznego środka kontrastowego (zdefiniowany rozmiar lub rozkład rozmiarów, jakościowo i ilościowo powtarzalny kontrast ultrasonograficzny),

- mikrokapsułki powinny wykazywać wysoką stabilność przy przechowywaniu również w krytycznych warunkach klimatycznych. Wieloetapowy sposób wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie prowadzi się polimeryzację jednego lub więcej monomeru tworzącego powłokę do utworzenia dyspersji obejmującej koloidalne

PL 195 106 B1 cząstki polimeru i następnie tworzy się mikrokapsułki poprzez agregację koloidalnych cząstek polimeru w obecności gazu, przy czym polimeryzację jednego lub więcej monomeru prowadzi się w pierwszym etapie sposobu, natomiast tworzenie mikrokapsułek prowadzi się w etapie sposobu oddzielonym w przestrzeni i/lub czasie od etapu polimeryzacji.

Korzystnie, polimeryzację monomeru prowadzi się w roztworze wodnym w takich warunkach mieszania mieszanego ośrodka, że udział fazy gazowej w ośrodku mieszanym wynosi < 1%.

Korzystnie, mikrokapsułki tworzy się przez agregację koloidalnych cząstek polimeru w obecności gazu w takich warunkach dyspergowania w ośrodku dyspersyjnym, że udział fazy gazowej w ośrodku dyspersyjnym wynosi > 1%, korzystnie więcej niż 10%.

Korzystnie, polimeryzację jednego lub więcej monomeru przeprowadza się w naczyniu z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości wynoszącym 0,3 do 2,5 w trybie okresowym, półciągłym lub ciągłym.

Korzystnie, polimeryzację jednego lub więcej monomeru przeprowadza się w naczyniu z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości wynoszącym 0,3 do 2,5 w trybie okresowym, półciągłym lub ciągłym, przy czym sposób przeprowadza się z zastosowaniem obiegu zewnętrznego (reaktora cyrkulacyjnego) z umieszczoną jedno lub wielostopniową jednostką dyspergującą, którą włącza się na początku lub w trakcie trwania reakcji.

Korzystnie, polimeryzację jednego lub więcej monomeru przeprowadza się przy użyciu mieszadła pionowego, ukośnego lub poziomego, którego średnica w stosunku do średnicy reaktora mieści się w zakresie od 0,2 do 0,7.

Korzystnie, polimeryzację jednego lub więcej monomeru przeprowadza się w sposób ciągły przy użyciu przepływowego reaktora rurowego.

Korzystnie, polimeryzację jednego lub więcej monomeru przeprowadza się w hydraulicznie napełnianym pojemniku, zamkniętym z zewnątrz przed kontaktem z atmosferą.

Korzystnie, mikrokapsułki tworzy się przez agregację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu jednostki dyspergującej, korzystniej przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan.

W korzystnym sposobie, mikrokapsułki tworzy się przez agregację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan, przy czym gaz pochodzi z samoistnego nasycenia gazem i/lub gaz wprowadza się do mieszaniny reakcyjnej przez nasycenie gazem z zewnątrz.

W korzystnym sposobie, mikrokapsułki tworzy się przez agregację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan umieszczonego w naczyniu z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości od 0,3 do 2,5.

W korzystnym sposobie, mikrokapsułki tworzy się przez agregację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan umieszczonego w obiegu zewnętrznym reaktora cyrkulacyjnego.

W korzystnym sposobie według wynalazku, stosuje się jeden lub więcej monomerów wybranych z grupy obejmującej laktydy, estry alkilowe kwasu akrylowego, estry alkilowe kwasu metakrylowego oraz korzystnie estry alkilowe kwasu cyjanoakrylowego.

Korzystnie, stosuje się jeden lub więcej monomerów wybranych z grupy obejmującej kwas butylocyjanoakrylowy, kwas etylocyjanoakrylowy i kwas izopropylocyjanoakrylowy.

Korzystnie, polimeryzację jednego lub więcej monomerów tworzących powłokę przeprowadza się w kwaśnym roztworze wodnym, przy czym stosuje się stężenia monomerów wynoszące od 0,1 do 60%, korzystnie 0,1 do 10%.

Korzystnie, podczas polimeryzacji i/lub tworzenia mikrokapsułek stosuje się jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych, wybranych z grupy obejmującej sole alkaliczne siarczanu alkiloarylopoli(oksyetylenu), dekstrany, glikole poli(oksy)etylenowe, polimery blokowe poli(oksypropylen)-poli(oksyetylen), oksyetylenowane alkohole tłuszczowe (cetomakrogole), oksyetylenowane kwasy tłuszczowe, alkilofenolopoli(oksyetyleny), kopolimery alkilofenolopoli(oksyetylenu) i aldehydów, estry częściowo nasyconego kwasu tłuszczowego i sorbitanu, estry poli(oksyetylenu) sorbitanowego częściowo nasyconego kwasu tłuszczowego, estry kwasu tłuszczowego i glikolu poli(oksy)etylenowego, etery alkoholu tłuszczowego i poli(oksyetylenu), estry kwasów tłuszczowych i sacharozy lub estry glicerolowe z makrogolem, alkohole poliwinylowe, estry kwasu tłuszczowego i hydroksylowanego poli(oksyetylenu), makrogole alkoholi wielowartościowych i estry częściowo nasyconego kwasu tłuszczowego.

Korzystnie, podczas polimeryzacji i/lub tworzenia mikrokapsułek stosuje się jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych wybranych z grupy obejmującej oksyetylenowane nonylofenole, oksyetylenowane oktylofenole, kopolimery aldehydów i oktylofenolopoli(oksyetylenu), oksyetylenowane

PL 195 106 B1 estry glicerolowe częściowo nasyconych kwasów tłuszczowych, oksyetylenowany uwodorniony olej rycynowy, hydroksystearynian poli(oksyetylenu) i polimery blokowe poli(oksypropylen)-poli(oksyetylen) o masie cząsteczkowej <20000.

Korzystnie, podczas polimeryzacji i/lub tworzenia mikrokapsułek stosuje się jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych wybranych z grupy obejmującej para-oktylofenolo-poli(oksyloetylen) zawierający średnio 9-10 grup etoksylowych (np. Octoxynol 9,10), para-nonylofenolopoli(oksyetylen) zawierający średnio 30/40 grup etoksylowych (np. Emulan®30, Emulan®40), sól sodowa siarczanu para-nonylofenolo-poli(oksyetylenu) zawierająca średnio 28 grup etoksylowych (np. Disponil®AES), monostearynian poli(oksyetyleno)glicerolu (np. Tagat®S), alkohol poliwinylowy o stopniu polimeryzacji 600-700 i stopniu hydrolizy 85%-90% (np. Mowiol®4-88), ester kwasu hydroksystearynowego z poli(oksyetylenem)-600 (np. Solutol®HS 15), kopolimer formaldehydu i para-oktylofenolo-poli(oksyetylenu) (np. Triton®WR 1339), polimery blokowe polioksypropylen-polioksyetylen o masie cząsteczkowej około 12000 i zawartości polioksyetylenu około 70% (np. Lutrol® F127), oksyetylenowany alkohol cetylostearylowy (np. Cremophor®A25) i oksyetylenowany olej rycynowy (np. Cremophor® EL).

W korzystnym sposobie według wynalazku, jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych stosuje się w stężeniu od 0,1 do 10%.

W korzystnym sposobie według wynalazku, przynajmniej jeden z etapów sposobu przeprowadza się w kwaśnym roztworze wodnym.

Korzystnie, stosuje się kwas solny, fosforowy i/lub siarkowy.

W korzystnym sposobie według wynalazku, polimeryzację i tworzenie mikrokapsułek przeprowadza się w zakresie temperatur od -10°C do 60°C, korzystnie w zakresie od 0°C do 50°C, a zwłaszcza między, 10°C a 35°C.

W korzystnym sposobie, mikrokapsułki wypełnione gazem rozdziela się, zawiesza się w fizjologicznie kompatybilnym ośrodku i ewentualnie po dodaniu krioprotektora, poddaje się liofilizacji.

Korzystnie, jako fizjologicznie kompatybilny ośrodek stosuje się wodę lub 0,9% roztwór soli kuchennej.

Korzystnie, jako krioprotektor stosuje się poliwinylopirolidon, alkohol poliwinylowy, żelatynę i/lub albuminę surowicy krwi człowieka.

W korzystnym sposobie według wynalazku, etap polimeryzacji i etap tworzenia mikrokapsułek przeprowadza się w warunkach różniących się w zakresie temperatury, pH i/lub działaniem sił ścinających.

W korzystnym sposobie, ponadto pomiędzy etapem polimeryzacji i etapem tworzenia mikrokapsułek przeprowadza się etap rozdzielania koloidalnych cząstek polimeru przez filtrację.

Mikrokapsułki według wynalazku charakteryzują się tym, że obejmują stałą, polimerową powłokę o zmiennej grubości oraz gazowy rdzeń, a ich wielkość mieści się w zakresie od 0,2 do 50 mm, korzystnie od 0,5 do 10 mm, a zwłaszcza od 0,5 do 3 mm, przy czym mikrokapsułki utworzone są w procesie polimeryzacji jednego lub więcej monomeru tworzącego powłokę do utworzenia dyspersji zawierającej koloidalne cząstki polimeru i następnie formowane w mikrokapsułki przez agregację koloidalnych cząstek polimeru w obecności gazu, gdzie tworzenie mikrokapsułek przeprowadza się w etapie procesu oddzielonym w przestrzeni i/lub czasie od etapu polimeryzacji.

W niniejszym opisie wynalazku stosuje się następujące pojęcia zdefiniowane poniżej:

Mikrokapsułka jest cząsteczką o rozmiarze w zakresie kilku mm i składa się z jądra gazowego oraz stałej powłoki o zmiennej grubości. Jądro może również zawierać niewielką część cieczy, w której następuje wytwarzanie.

Mieszanie oznacza zmieszanie cieczy z substancją płynną, stałą lub gazową w taki sposób, że udział fazy gazowej w ośrodku mieszanym wynosi <1%.

Dyspergowanie oznacza zmieszanie cieczy z substancją płynną, stałą lub gazową w taki sposób, że udział fazy gazowej w ośrodku dyspersyjnym wynosi >1%, korzystnie więcej niż 10%.

Dyspersja jest układem wielofazowym koloidalnym (rozmiar cząstek < 500 nm) lub zawiesiną gruboziarnistą (rozmiar cząstek > 500 nm).

Dyspersja pierwotna jest koloidalną zawiesiną cząsteczek polimeru, wytworzonego przez polimeryzację monomerów.

Samoistne nasycenie gazem oznacza wprowadzenie gazu do cieczy przez jej poruszanie lub przez wytworzenie dynamicznego podciśnienia strumieniowego.

Zewnętrzne nasycenie gazem oznacza aktywne wprowadzenie gazu do cieczy.

PL 195 106 B1

Flotacja jest ruchem mikrocząsteczek skierowanym przeciwnie do siły przyciągania (przyciąganie ziemi g, przyciąganie radialne a), spowodowanym przez różnice gęstości między mikrocząsteczkami a ośrodkiem dyspersyjnym.

Piana flotacyjna jest warstwą mikrokapsułek wypełnionych gazem, która tworzy się na powierzchni cieczy w wyniku flotacji.

Napełnianie hydrauliczne odpowiada całkowitemu napełnieniu bez gazu resztkowego.

Przeprowadzenie echokardiografii (również: ultrasonokardiografia, kardiografia ultradźwiękowa) umożliwia zbadanie morfologii zastawek serca i przebiegu ich ruchów jak również kierunku, szybkości i jakości przepływu krwi. Taki sposób diagnozowania wymaga zastosowania ultradźwięków, których oddziaływanie przedstawia się w postaci kodów kolorowych (sposób Dopplera). Diagnostyka ultrasonograficzna jest szeroko rozpowszechniona w medycynie ze względu na jej nieskomplikowane, łatwe zastosowanie.

Jakość wyników ulega zdecydowanemu polepszeniu dzięki zastosowaniu środków kontrastowych.

Twórcy obecnego wynalazku nieoczekiwanie stwierdzili, że nie tylko natywne pierwotne cząsteczki lateksu tworzą mikrokapsułki podczas procesu polimeryzacji, ale że przez właściwe prowadzenie procesu można wywołać tworzenie mikrokapsułek również z użyciem dyspersji spolimeryzowanego lub pre-polimeryzowanego lateksu. Dzięki tej możliwości wytwarzania można rozłożyć stosunkowo skomplikowany jako całość sposób wytwarzania na mniejsze etapy. Tym samym można lepiej kontrolować przebieg sposobu wytwarzania jako całości.

Przedmiotem wynalazku jest więc wieloetapowy sposób wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem, w którym w pierwszym etapie zachodzi polimeryzacja jednego lub więcej monomeru tworzącego powłokę, a tworzenie mikrokapsułek zachodzi w oddzielonym w przestrzeni i/lub czasie etapie. Etapy polimeryzacji i tworzenia mikrokapsułek zachodzą więc oddzielnie.

Polimeryzacja monomerów zachodzi w roztworze wodnym, korzystnie kwaśnym, poddanym mieszaniu w taki sposób, że udział fazy gazowej w ośrodku mieszanym wynosi < 1%. Z reguły są to warunki umiarkowane, w otwartym reaktorze charakteryzują się wkładem energii mniejszym niż 5 W/dm³ i liczbą Reynoldsa (Re=n-d²/v) mniejszą niż 50000. Jeżeli polimeryzacja zachodzi na przykład w napełnianym hydraulicznie systemie zamkniętym, można ją przeprowadzić zgodnie z wymaganiami również przy zupełnie odmiennych parametrach roboczych. W każdym przypadku tworzenie wirów występuje w pomijalnym zakresie. Jako produkt pośredni otrzymuje się w tym etapie sposobu pierwotną dyspersję koloidalnych cząsteczek polimeru.

Tworzenie struktury mikrokapsułek z pierwotnej dyspersji polimeru zachodzi w takich warunkach dyspergujących, w których udział fazy gazowej wynosi > 1%, korzystnie więcej niż 10%. Są to z reguły warunki charakteryzujące się wkładem energii wyższym niż 5 W/dm3 i liczbą Reynoldsa (Re=n-d2/v) wyższą niż 50000. Można wyraźnie rozpoznać powstawanie wirów. Na tym etapie procesu następuje ukierunkowana agregacja koloidalnych cząsteczek polimeru do utworzenia struktury.

Znacząca poprawa procesu wytwarzania mikrokapsułek polega na tym, że każdy etap częściowy można przeprowadzić w warunkach dla tego etapu optymalnych, co obejmuje na przykład temperaturę, wartość pH, działanie sił ścinających, itp. Pojawia się więc możliwość przygotowania najpierw pierwotnej dyspersji polimeru powłoki, optymalnie dostosowanej do tworzenia mikrokapsułek, a następnie doprowadzenia warunków do wartości optymalnych dla tworzenia mikrokapsułek i wytworzenia ich na następnym etapie sposobu. Etap ten można korzystnie przeprowadzić bezpośrednio po zakończeniu polimeryzacji.

Ogólnie, wytwarzanie mikrokapsułek wypełnionych gazem można przeprowadzić w sposób ciągły, półciągły lub wsadowy. Do polimeryzacji stosuje się kombinację jednego lub wielu, identycznych lub różnych reaktorów typu zbiornikowego z mieszadłem, rurowego przepływowego lub obiegowego, które wyposażone są w odpowiednie urządzenie do przemieszania.

Reaktor zastosowany do wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem posiada odpowiednią jednostkę dyspergującą oraz daje możliwość odpowiedniego doprowadzenia powietrza do mieszaniny reakcyjnej.

W korzystnym sposobie wykonania, na etapie polimeryzacji wkrapla się monomer należący do grupy estrów alkilowych kwasu cyjanoakrylowego do kwaśnego roztworu wodnego. Mieszanie podczas dodawania jest tak dobrane, że nie dochodzi do samoistnego nasycania gazem.

Jako reaktor wsadowy szczególnie nadaje się zbiornik z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości w zakresie wartości od 0,3 do 2,5 i wyposażony w płaszcz termiczny.

PL 195 106 B1

Mieszanie prowadzi się korzystnie przy pomocy mieszadła o średnicy, której stosunek do średnicy reaktora wynosi od 0,2 do 0,7.

Jako urządzenie do mieszania można użyć w zasadzie wszystkie zwykłe mieszadła, w szczególności jednak takie, które stosuje się do mieszania cieczy o niskiej lepkości podobnych do wody (<10 mPas). Do tej grupy należą na przykład mieszadła śmigłowe, łopatkowe, łopatkowe ukośne, MIG®, tarczowe itp. Można je wprowadzić przez ścianę pojemnika w pozycji np. pionowej, normalnej w kierunku do powierzchni cieczy reaktora, ukośnie w stosunku do normalnej lub poprzecznie. Ta ostatnia możliwość wyłania się w przypadku pojemnika całkowicie napełnionego, wolnego od gazu i zamkniętego dla atmosfery zewnętrznej.

Ponadto możliwe jest zastosowanie łamaczy fal. Dzięki nim można zagwarantować, że tendencja do samoistnego nasycenia gazem podczas wytwarzania dyspersji pierwotnej w układzie otwartym jest szczególnie niska.

Mieszaninę reakcyjną można odgazować, ale nie jest to konieczne. Zazwyczaj mieszaniny reakcyjne zawierają zależną od temperatury ilość gazu (gazów) otaczającej atmosfery. Ogólnie wytwarzanie powinno tak zachodzić, że nie dochodzi do optycznie wykrywalnego zwiększenia objętości, spowodowanego wprowadzeniem gazu (Fg << 1%).

Ponadto, aby zapewnić możliwie szybkie przemieszanie monomerów w kwaśnym roztworze wodnym, należy tak wybrać zarówno miejsce dawkowania w połączeniu z innymi instalacjami przyczyniającymi się do przemieszania, jak i mieszadło oraz szybkość jego obrotów, żeby czas mieszania był bardzo krótki w porównaniu z czasem reakcji polimeryzacji.

Ze względu na stosunkowo przejrzystą hydrodynamikę wsadowego zbiornika z mieszadłem, powiększenie skali wytwarzania od laboratoryjnej do technicznej lub produkcyjnej nie stwarza znaczniejszych trudności, co jest zdecydowaną zaletą przy komercyjnym zastosowaniu tego sposobu.

Przy prawidłowym wykonaniu nie obserwuje się pienienia. Podczas polimeryzacji nie dochodzi do doprowadzenia gazu lub też dochodzi do wprowadzenia bardzo niewielkiej ilości, a efekty kawitacyjne są wykluczone ze względu na umiarkowane warunki mieszania. Dzięki temu możliwe jest przeprowadzenie kontroli przebiegu reakcji i automatyczne sterowanie ciągłego procesu technologicznego przy zastosowaniu odpowiednich sond (np. sondy IR, NIR lub Ramana dla przetworzonej ilości), które często są bezużyteczne w silnie pieniących się mieszaninach reakcyjnych. Ponadto można pobrać próbki dyspersji polimeru po zakończeniu reakcji i przeprowadzić konwencjonalną analizę off-line. W ten sposób można określić np. średni rozmiar cząsteczek i rozkład rozmiarów cząsteczek.

Dalszym, również skutecznym sposobem uzyskania pożądanego rozkładu rozmiarów cząsteczek, jest dopływ monomerów podczas polimeryzacji półciągłej, co pozwala na dokładną kontrolę rozmiarów cząsteczek w populacji wytworzonej w początkowej fazie polimeryzacji.

Dopasowania szybkości reakcji polimeryzacji estru kwasu cyjanoakrylowego i otrzymanych w jej wyniku średnich rozmiarów cząsteczek dokonuje się oprócz kontroli temperatury, również za pośrednictwem wartości pH, którą można regulować w zależności od kwasu i stężenia w zakresie od 1,0 do 4,5 za pomocą, przykładowo, kwasów takich jak kwas solny, fosforowy i/lub siarkowy. Dalszymi czynnikami, wpływającymi na szybkość reakcji, są rodzaj i stężenie substancji powierzchniowo czynnych oraz rodzaj i stężenie substancji dodatkowych.

Monomer dodaje się do roztworu wodnego, zazwyczaj kwaśnego, w stężeniu od 0,1 do 60%, korzystnie od 0,1 do 10%.

Przy prowadzeniu reakcji zgodnie z wyżej opisanymi warunkami, czas trwania polimeryzacji wynosi od 2 minut do 2 godzin, co można śledzić między innymi kalorymetrycznie. Tak szeroki zakres czasu reakcji jest wynikiem elastycznych możliwości zmian przy wyborze parametrów procesu, przy pomocy których można sterować 'zarówno rozmiarem cząsteczek jak i rozkładem rozmiarów cząsteczek powstających cząsteczek polimerów lateksowych. Są to główne czynniki, wpływające na wytwarzanie mikrokapsułek wypełnionych gazem w następnym etapie, który w ten sposób można korzystnie kontrolować przez właściwy dobór parametrów polimeryzacji.

Średnica cząsteczek polimeru lateksu, wytworzonych zgodnie z powyższym opisem dla obudowania gazu, znajduje się w zakresie od 10 nm do 500 nm, korzystnie w zakresie od 30 nm do 150 nm, a szczególnie korzystnie w zakresie od 60 nm do 120 nm. Rozkład rozmiarów cząsteczek polimeru wytworzonych w ten sposób można regulować i wykazują one polidyspersyjność w zakresie od 1,4 do

1,0 (dw/dn).

Przy tak prostym przebiegu reakcji nie istnieją problemy ze sterylnością. W celu aseptycznego wytwarzania mikrokapsułek można w łatwy sposób poddać dyspersję polimeru sterylnej filtracji.

PL 195 106 B1

Dalszą zaletą takiego wielostopniowego procesu jest możliwość oddzielenia (np. przez filtrację) po zakończeniu polimeryzacji gruboziarnistości, powstających ewentualnie w czasie jej trwania, tak że nie przeszkadzają one podczas procesu tworzenia mikrokapsułek.

Obok innych etapów sposobu, jak wyżej wymieniona filtracja, można również stosować dializę. W ten sposób można ponownie obniżyć zawartość substancji powierzchniowo czynnych w dyspersji pierwotnej. Przed następnym etapem wytwarzania mikrokapsułek ze spolimeryzowanych cząsteczek lateksu można substancję powierzchniowo czynną częściowo lub całkowicie wymienić na inną. Ponadto można dodać dalsze substancje pomocnicze.

Wytworzenie mikrokapsułek wypełnionych gazem zachodzi w dalszym etapie przez agregację koloidalnych cząsteczek polimeru do wykształcenia struktury. Ten etap sposobu jest przestrzennie i/lub czasowo oddzielony od wytwarzania dyspersji pierwotnej.

W tym celu, dyspersję pierwotną należy mieszać przy użyciu mieszadła tak, aby udział fazy gazowej F>g w mieszaninie reakcyjnej wzrósł do wartości zdecydowanie powyżej 1%, ogólnie powyżej 10%. Udział fazy gazowej w mieszaninie może często wynosić nawet więcej niż 50%. Związany jest z tym silny wzrost objętości mieszaniny reakcyjnej. Dochodzi do intensywnego pienienia, które można określać przez pomiar transmisji przy użyciu sensora turbidymetrycznego. Do wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem przy silnym dyspergowaniu wystarcza przestrzeń gazowa nad utworzonym wirem.

Rozmiar i rozkład rozmiarów tych mikrokapsułek określony jest przez różne parametry procesu, na przykład naprężenia ścinające lub czas trwania mieszania. Średnica mikrokapsułek wypełnionych gazem leży w zakresie od 0,2 - 50 mm, dla roztworów pozajelitowych korzystnie między 0,5 i 10 mm, a szczególnie korzystnie między 0,5 i 3 mm.

Jako mieszadła dyspersyjne w wytwarzaniu mikrokapsułek wypełnionych gazem szczególnie odpowiednie są mieszadła typu wirnik-stojan, które wytwarzają duże naprężenia ścinające. Dodatkowo zapewniają one jednoczesne wprowadzenie dużych ilości gazu w ramach czasu niezbędnego do wytwarzania mikrokapsułek. Wymiary i parametry robocze mieszadeł dyspergujących określają zasadniczo rozkład rozmiarów cząsteczek mikrokapsułek, ponadto rozmiary ich zależą od rozmiaru i wydajności instalacji chłodniczej.

Zaletą wieloetapowego sposobu według wynalazku jest to, że nie jest wymagane całkowite przetworzenie partii. Oznacza to, że możliwym jest połączenie wielu różnych dyspersji pierwotnych, z których każda może zawierać różne polimery i wytworzenie z tej mieszaniny mikrokapsułek wypełnionych gazem.

Ponadto, dyspersję pierwotną można podzielić na porcje, z których każda oddzielnie może być przetwarzana do wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem. Poza tym, można dodać substancje pomocnicze konieczne lub optymalnie dopasowane dla dalszych etapów procesu.

Po zakończeniu budowy mikrokapsułek możliwe są wszystkie możliwości dalszej przeróbki: np. oddzielenie mikrokapsułek wypełnionych gazem oparte na różnicy ich gęstości w stosunku do ciekłej mieszaniny. Przy wystarczającej stabilności mikrokapsułek pod ciśnieniem można je odwirować, itp.

Profil właściwości można zwłaszcza sterować dzieląc sposób wytwarzania na etapy częściowe.

Przy powiększeniu skali produkcji sposób według wynalazku jest również dogodniejszy w porównaniu do sposobów znanych ze stanu techniki. W jednostopniowym sposobie produkcji, mieszanie, polimeryzacja i wytwarzanie mikrokapsułek są sprzężone i przebiegają równolegle, stąd zwiększając skalę produkcji wszystkie muszą być jednocześnie dostosowane. Przy podzieleniu sposobu na pojedyncze etapy, łatwiejsza jest kontrola parametrów istotnych w procesie, ponieważ są one kontrolowane osobno w etapach częściowych, stąd bierze się pod uwagę ich mniejszą ilość.

Przy powiększeniu skali możliwym jest zachowanie niezmienionych wszystkich proporcji wymiarowych charakteryzujących proces, takich jak proporcja powierzchni wymiany cieplnej do objętości reaktora (A/V), stosunek średnicy mieszadła do średnicy reaktora (dmieszadło/dreaktor), zawartość fazy gazowej (F>g), liczba Reynoldsa (Re), liczba Nusselta (Nu), liczba Newtona (Ne), liczba Prandtla (Pr), proporcja wysokości reaktora do średnicy reaktora (h/d) itd.

Pojawiają się parametry, które dotyczą tylko właściwości materiału, jak liczba Prandtla, które w zasadzie nie powinny ulegać wpływom powiększenia skali. Jednakże również te wartości, przy czym chodzi tutaj np. o wydajność cieplną, gęstość, lepkość lub średni współczynnik cieplny mieszaniny reakcyjnej, są funkcją względnego udziału fazy gazowej (F>g) tak, że wszystkie te współczynniki dodatkowo zależą od względnego udziału fazy gazowej.

PL 195 106 B1

Obok wielkości podstawowych jak temperatura, skład, itp., wielkościami ważnymi dla wytwarzania dyspersji pierwotnej i reakcji utworzenia mikrokapsułek w tym kontekście są: udział fazy gazowej, specyficzny wkład energii i liczba Reynoldsa. Te ostatnie przyjmują oczywiście różne wartości dla każdego z etapów wytwarzania. Dodatkowo, ze względu na wysoki specyficzny wkład energii na etapie procesu tworzenia mikrokapsułek, szczególnie ważne są kontrola termiczna i związane z nią (współ)czynniki takie jak Nu (Φο), A/V, współczynnik przekazywania ciepła (a), Pr((Fo), itd. Rozważania te obowiązują, również dla wymienionych poniżej wariantów sposobu.

Jedna z odmian sposobu według wynalazku polega na wytwarzaniu dyspersji pierwotnej w reaktorze ciągłym, przy czym do tego celu lepiej nadaje się reaktor rurowy o ściśle zdefiniowanej charakterystyce czasu trwania procesu technologicznego, niż reaktor typu zbiornikowego z mieszadłem. Dla reaktora rurowego, dzięki właściwemu doborowi parametrów polimeryzacji, geometrii reaktora i średniego czasu trwania procesu technologicznego można zagwarantować, że polimeryzacja na końcu reaktora rurowego dobiegła końca. Podobnie jak w przypadku reaktora wsadowego możliwe jest przeprowadzenie analiz off-line.

Ponadto, na końcu reaktora rurowego można umieścić wielostopniowe mieszadło typu wirnikstojan dla reakcji wytwarzania mikrokapsułek, co pozwala na przeprowadzenie całego sposobu w jednej aparaturze, a mimo to obydwa etapy sposobu, wytwarzanie dyspersji polimeru i reakcja wytwarzania mikrokapsułek, pozostają oddzielone od siebie.

Dalszy wariant sposobu przewiduje zastosowanie reaktora cyrkulacyjnego, zawierającego naczynie z ciągłym mieszaniem lub ewentualnie naczynie z obiegiem zewnętrznym z mieszadłem działającym okresowo, w którym umieszcza się jedno- lub wielostopniową wbudowaną jednostkę dyspergującą lub jedno-lub wielostopniowe mieszadło typu wirnik-stojan, co dodatkowo zwiększa wydajność.

W takim przypadku wytwarzanie dyspersji pierwotnej zachodzi albo w obszarze zbiornika z mieszadłem w umiarkowanych warunkach mieszania i przy zamkniętym obiegu zewnętrznym, albo w całym reaktorze cyrkulacyjnym przy otwartym obiegu zewnętrznym i faktycznie w warunkach cyrkulacji, w których nie dopuszcza się do samoistnego nasycenia gazem dzięki odpowiednio ustawionym zakresom obrotów.

Sposób prowadzony przy otwartym obiegu zewnętrznym wykazuje zaletę szczególnie korzystnego mikrozmieszania monomerów z roztworem wodnym przez celowe dawkowanie monomerów w obszarze dopływu do mieszadła typu wirnik-stojan.

Po zakończeniu reakcji albo otwiera się obieg zewnętrzny, aby umożliwić reakcję tworzenia mikrokapsułek przy pomocy jednostki mieszadła typu wirnik-stojan wbudowanego w obieg zewnętrzny, albo, przy obiegu otwartym od początku, podwyższa się odpowiednio zakres obrotów mieszadła typu wirnik-stojan. Podczas tego etapu sposobu można przeprowadzić samoistne nasycenie gazem w obszarze zbiornika z mieszadłem przez utworzony wir wodny lub też zewnętrzne nasycenie gazem w postaci celowego dawkowania w obszarze dopływu do mieszadła typu wirnik-stojan. Zaletą tego ostatniego sposobu jest możliwość dokładnej kontroli dopływu.

Z punktu widzenia możliwie prostego powiększenia skali sposobu wytwarzania mikrokapsułek, wszystkie wymienione sposoby, w których mieszadło typu wirnik-stojan umieszczone jest w rurze cyrkulacyjnej reaktora cyrkulacyjnego lub w reaktorze rurowym, są korzystniejsze niż sposób przeprowadzany w zbiorniku z mieszadłem. Jednym z powodów jest to, że przy powiększeniu mieszanej lub przetwarzanej objętości nie jest konieczne odpowiednie powiększenie wbudowanego układu dyspergującego, zamiast tego można dopasować czas roboczy. Dalszym powodem jest fakt, że działanie dyspergujące mieszadła typu wirnik-stojan w reaktorze rurowym można ogólnie łatwiej mierzyć ilościowo niż w reaktorze typu zbiornika z mieszadłem, przez co powiększenie skali przedstawia się wyraźnie korzystniej.

Po zakończeniu obydwu etapów sposobu produkt reakcji można poddać dalszej obróbce.

Zalecane jest oddzielenie mikrokapsułek wypełnionych gazem od mieszaniny reakcyjnej. Można to przeprowadzić z wykorzystaniem różnicy gęstości przez flotację lub wirowanie. W obydwu przypadkach mikrokapsułki wypełnione gazem tworzą pianę flotacyjną, którą można łatwo oddzielić od mieszaniny reakcyjnej. Otrzymaną pianę flotacyjną można następnie zawiesić w fizjologicznie dopuszczalnym ośrodku, w najprostszym przypadku w wodzie lub fizjologicznym roztworze soli kuchennej.

Zawiesinę można podawać bezpośrednio. Ewentualnie zaleca się jej rozcieńczenie.

Przebieg oddzielania można powtórzyć jedno- lub wielokrotnie. Przez celowe ustalenie warunków flotacji można uzyskać frakcje o zdefiniowanych właściwościach.

PL 195 106 B1

Zawiesiny są stabilne przez długie okresy czasu a mikrokapsułki nie podlegają agregacji. Trwałość można jeszcze polepszyć przez liofilizację, ewentualnie po dodaniu poliwinylopirolidonu, alkoholu poliwinylowego, żelatyny, albuminy osocza człowieka lub innych krioprotektorów znanych specjaliście.

Przykłady

P r z y k ł a d 1

800ml wody w szklanym reaktorze o pojemności 1 l i stosunku średnicy do wysokości 0,5 doprowadzono do pH 2,5 przez dodanie 0,1 N kwasu solnego a temperaturę reaktora ustawiono na 17,35°C (290,5°K). Przy ciągłym, umiarkowanym mieszaniu, zapobiegającym wprowadzeniu powietrza, dodano 8,0 g

Octoxynolu i mieszano do całkowitego rozpuszczenia. Następnie wkraplano w tych samych warunkach mieszania 11,2 g kwasu cyjanoakrylowego w ciągu 5 minut i roztwór mieszano przez 30 minut. Po zakończeniu polimeryzacji filtrowano dyspersję polimeru w celu oddzielenia większych cząsteczek. Przefiltrowaną dyspersję mieszano przez 60 minut mieszadłem typu wirnik-stojan przy dużych naprężeniach ścinających. Przez intensywne mieszanie dochodzi do samoistnego nasycenia mieszaniny reakcyjnej gazem z następstwem silnego pienienia. Po zakończeniu reakcji tworzy się piana flotacyjna mikrokapsułek wypełnionych gazem.

Pianę flotacyjną oddzielono od mieszaniny reakcyjnej i zawieszono w 600 ml wody do iniekcji. Następnie rozpuszczono w zawiesinie 60 g poliwinylopirolidonu, zawiesinę formowano w 5 g porcje i liofilizowano.

P r z y k ł a d 2.

W szklanym reaktorze o pojemności 2 l, stosunku średnicy do wysokości około 0,5, zawierającym obieg zewnętrzny z jednostopniowym mieszadłem typu wirnik-stojan umieszczono 1 l roztworu 1% Octoxynolu o wartości pH 2,5, następnie wkraplano 14 g estru butylowego kwasu cyjanoakrylowego w ciągu 5 minut i roztwór mieszano przez 30 minut, zapobiegając wprowadzeniu powietrza do mieszaniny reakcyjnej.

Następnie podłączono obieg zewnętrzny reaktora na 60 minut. Mieszadło w reaktorze szklanym nastawiono w ten sposób, że następowało samoistne nasycenie mieszaniny reakcyjnej gazem. Po zakończeniu doświadczenia tworzyła się piana flotacyjna.

Pianę flotacyjną oddzielono od mieszaniny reakcyjnej i zawieszono w 1,5 l wody do iniekcji. Następnie rozpuszczono w zawiesinie 150 g poliwinylopirolidonu, zawiesinę formowano w 10 g porcje i liofilizowano.

P r z y k ł a d 3.

W reaktorze stalowym o pojemności 50 l, stosunku średnicy do wysokości około 0,5, zawierającym obieg zewnętrzny z trójstopniowym mieszadłem typu wirnik-stojan, umieszczono 30 l roztworu 1% Octoxynolu o wartości pH 2,5. Do obiegu zewnętrznego bezpośrednio przed mieszadłem typu wirnikstojan wprowadzono 430 g estru butylowego kwasu cyjanoakrylowego. Mieszadło typu wirnik-stojan nastawiono przy tym w taki sposób, że nie dochodziło do samoistnego nasycenia mieszaniny gazem. Roztwór pompowano w układzie zamkniętym przez 30 minut.

Następnie przeprowadzono zewnętrzne nasycenie gazem w obiegu zewnętrznym doprowadzając powietrze bezpośrednio przed trójstopniowym mieszadłem typu wirnik-stojan, pracującym przy najwyższych obrotach. Równocześnie pompowano roztwór przez obieg zewnętrzny w układzie zamkniętym przez następne 60 minut. Po zakończeniu doświadczenia wytworzyła się piana flotacyjna.

Pianę flotacyjną oddzielono od mieszaniny reakcyjnej i zawieszono w 35 l wody do iniekcji. Następnie rozpuszczono w zawiesinie 3,5 kg poliwinylopirolidonu i zawiesinę tę formowano w 7,5 g porcje i liofilizowano.

P r z y k ł a d 4.

800 ml wody w szklanym reaktorze o pojemności 1 l i stosunku średnicy do wysokości 0,5 doprowadzono do pH 1,5 przez dodanie 0,1 N kwasu solnego i temperaturę reaktora ustawiono na 14,85°C (288°K). Przy ciągłym, umiarkowanym mieszaniu mieszadłem śmigłowym, zapobiegając wprowadzeniu powietrza, dodano 8,0 g siarczanu eteru alkiloarylowego (Disponil AES 72) i mieszano do całkowitego rozpuszczenia. Następnie wkraplano w tych samych warunkach mieszania 11,2 g estru butylowego kwasu cyjanoakrylowego w ciągu 5 minut i roztwór mieszano przez 30 minut. Po zakończeniu polimeryzacji filtrowano dyspersję polimeru w celu oddzielenia większych cząsteczek.

Przefiltrowaną dyspersję mieszano przez 60 minut przy pomocy Ultraturaxu przy wysokiej sile poprzecznej (około 14000s¹). Przez intensywne mieszanie dochodzi do samoistnego nasycenia

PL 195 106 B1 mieszaniny reakcyjnej gazem z następstwem silnego pienienia. Po zakończeniu reakcji tworzyła się piana flotacyjna mikrokapsułek wypełnionych gazem.

P r z y k ł a d 5.

1000 ml wody w szklanym reaktorze o pojemności 1 l i stosunku średnicy do wysokości 0,5 doprowadzono do pH 2,5 przez dodanie 0,1 N kwasu solnego i temperaturę reaktora ustawiono na 14,85°C (288°K). Przy ciągłym, umiarkowanym mieszaniu mieszadłem śmigłowym, zapobiegającym wprowadzeniu powietrza, dodano 10,0 g alkoholu poliwinylowego (Mowiol 4-88) i mieszano do całkowitego rozpuszczenia. Następnie wkraplano w tych samych warunkach mieszania 14 g estru butylowego kwasu cyjanoakrylowego w ciągu 5 minut i roztwór mieszano przez 45 minut. Po zakończeniu polimeryzacji filtrowano dyspersję polimeru w celu oddzielenia większych cząsteczek.

Przefiltrowaną dyspersję mieszano przez 60 minut przy pomocy Ultraturaxu przy dużych naprężeniach ścinających (około 14000s'¹). Przez intensywne mieszanie dochodziło do samoistnego nasycenia mieszaniny reakcyjnej gazem z następstwem silnego pienienia. Po zakończeniu reakcji tworzyła się piana flotacyjna mikrokapsułek wypełnionych gazem.

Pianę flotacyjną oddzielono od mieszaniny reakcyjnej i zawieszono w 1500 ml wody do iniekcji. Następnie rozpuszczono w zawiesinie 150 g poliwinylopirolidonu, zawiesinę formowano w 5 g porcje i liofilizowano.

J. ROELANDT, Contrast echocardiography (przegląd), Ultrasound Med. Biol. 8., S. 471-492,

1982

Patent US 4,276,885, 04.05.1979, E.G.TICKNER ET. AL., Ultrasonic Image Enhancement, Rasor Associates, Inc.

Patent europejski EP 0052575, 17.11.1980, J. S. RASOR, E. G. TICKNER, Composition generating microbubbles, Schering AG

Patent europejski EP 0122624, 15.04.1983, J. HILLMANN i in., Mikrokapsel und Gasblaschen enthaltendes Ultraschallkontrastmittel, Schering AG

Patent europejski EP 0123235, 15.04.1983, J. HILLMANN i in., Mikrokapsel und Gasblaschen enthaltendes Ultraschallkontrastmittel, Schering AG

Europejski opis patentowy EP 0324 938 B1, 29.12.1987, K. J. WIDDER, P. J WESTKAEMPER, Concentrated stabilized microbubble-type ultrasonic imaging agent and method of production, Molecular Biosystems Inc.

Europejski opis patentowy EP 0398 935 B1 , 05.02.1988 M. STELN i in., Ultraschallkontrastmittel, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Diagnostika und Therapeutika, Schering AG

Europejski opis patentowy EP 045S749, 16.05.1990, D. BICHON i in., Mit Gas oder Luft gefullte polymere Mikrokapseln, verwendbar in Form von Suspension bei flussigen Tragern fur Ultraschall-Echographie, Bracco Int

Europejski opis patentowy EP 0535367 B1, 03.09.1990, V. KRONE i in., Echogene Partikel, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung, Hoechst AG

Patent europejski EP 0644777 B1, 13.06.1992, M. STEIN i in., Microparticles, method of producing them and their use for diagnostic purposes, Schering AG

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wieloetapowy sposób wytwarzania mikrokapsułek wypełnionych gazem, znamienny tym, że w pierwszym etapie prowadzi się polimeryzację jednego lub więcej monomeru tworzącego powłokę do utworzenia dyspersji obejmującej koloidalne cząstki polimeru i następnie tworzy się mikrokapsułki poprzez agregację koloidalnych cząstek polimeru w obecności gazu, przy czym polimeryzację jednego lub więcej monomeru prowadzi się w pierwszym etapie sposobu, natomiast tworzenie mikrokapsułek prowadzi się w etapie sposobu oddzielonym w przestrzeni i/lub czasie od etapu polimeryzacji.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polimeryzację monomeru prowadzi się w roztworze wodnym w takich warunkach mieszania mieszanego ośrodka, że udział fazy gazowej w ośrodku mieszanym wynosi < 1%.

PL 195 106 B1
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzy się preez agregację koloidalnych cząstek polimeru w obecności gazu w takich warunkach dyspergowania w ośrodku dyspersyjnym, że udział fazy gazowej w ośrodku dyspersyjnym wynosi > 1%, korzystnie więcej niż 10%.
4. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że polimeryzację tednego lub więcej monomeru przeprowadza się w naczyniu z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości wynoszącym 0,3 do 2,5 w trybie okresowym, półciągłym lub ciągłym.
5. Sposób według zassrz. 1, znamienny tym, że pollmeryzacę tednego lub więcej monomeru przeprowadza się w naczyniu z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości wynoszącym 0,3 do 2,5 w trybie okresowym, półciągłym lub ciągłym, przy czym sposób przeprowadza się z zastosowaniem obiegu zewnętrznego (reaktora cyrkulacyjnego) z umieszczoną jedno lub wielostopniową jednostką dyspergującą, którą włącza się na początku lub w trakcie trwania reakcji.
6. Sposób według zassirz. 1 albo 4, albo 5, znamienny tym. że p<^llr^^r^^^cc^ tednego lub więcej monomeru przeprowadza się przy użyciu mieszadła pionowego, ukośnego lub poziomego, którego średnica w stosunku do średnicy reaktora mieści się w zakresie od 0,2 do 0,7.
7. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że pollmeryzacę tednego lub więcej monomeru przeprowadza się w sposób ciągły przy użyciu przepływowego reaktora rurowego.
8. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że pollmeryzacę tednego lub więcej monomeru przeprowadza się w hydraulicznie napełnianym pojemniku, zamkniętym z zewnątrz przed kontaktem z atmosferą.
9. Sposób według z^^st^. i , znamienny tym, że mikrokappułki tworzy ssę pr^^^^ agregagę koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu jednostki dyspergującej.

W. Sposób według 9, znamienny tym, że mikrokapsułki tworzy ssę proez agregagę koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan.

H. Sposób według zas^z. 1 albo 9, znamienny tym. że mikrokapsuuki tworzy się przez gację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan, przy czym gaz pochodzi z samoistnego nasycenia gazem i/lub gaz wprowadza się do mieszaniny reakcyjnej przez nasycenie gazem z zewnątrz.

,2. Sposób według zasSrz. 1 albo 9, znamienny tym. że mikrokapsuuki tworzy się przez gację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan umieszczonego w naczyniu z mieszadłem o stosunku średnicy do wysokości od 0,3 do 2,5.

,3. Sposób według zf^^st^^. 1 albo 5, albo 9, znamiennytym. że mikrokapsułki tt^c^r^^zy się pr^^^^ agregację koloidalnych cząstek polimeru przy użyciu zespołu typu wirnik-stojan umieszczonego w obiegu zewnętrznym reaktora cyrkulacyjnego.

M. Sposób według z^^st^. 1, znamienny tym, że psos^e się t eden tub więcej wybranych z grupy obejmującej laktydy, estry alkilowe kwasu akrylowego, estry alkilowe kwasu metakrylowego oraz korzystnie estry alkilowe kwasu cyjanoakrylowego.

,5. Sposób według z£^^st^^. 1, znamienny tym, że sios^e się t eden tub więcej monomerów wybranych z grupy obejmującej kwas butylocyjanoakrylowy, kwas etylocyjanoakrylowy i kwas izopropylocyjanoakrylowy.

W. Sposób według zasirz. 1 albo 2, znamienny tym, że pollmerę/zaccę tednego tub więcej monomerów tworzących powłokę przeprowadza się w kwaśnym roztworze wodnym, przy czym stosuje się stężenia monomerów wynoszące od 0J do 60%, korzystnie 0J do W%.

Π. Sposób według zasirz. 1, znamienny tym, że podczas pollmeryzacjj t/lub tworzenia mikrokapsułek stosuje się jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych, wybranych z grupy obejmującej sole alkaliczne siarczanu alkiloarylopoli(oksyetylenu), dekstrany, glikole poli(oksy)etylenowe, polimery blokowe poli(oksypropylen)-poli(oksyetylen), oksyetylenowane alkohole tłuszczowe (cetomakrogole), oksyetylenowane kwasy tłuszczowe, alkilofenolopoli(oksyetyleny), kopolimery alkilofenolopoli(oksyetylenu) i aldehydów, estry częściowo nasyconego kwasu tłuszczowego i sorbitanu, estry poli(oksyetylenu) sorbitanowego częściowo nasyconego kwasu tłuszczowego, estry kwasu tłuszczowego i glikolu poli(oksy)etylenowego, etery alkoholu tłuszczowego i poli(oksyetylenu), estry kwasów tłuszczowych i sacharozy lub estry glicerolowe z makrogolem, alkohole poliwinylowe, estry kwasu tłuszczowego i hydroksylowanego poli(oksyetylenu), makrogole alkoholi wielowartościowych i estry częściowo nasyconego kwasu tłuszczowego.

W. Sposób według z^^it^^. 17, znamienny tym. że podczas pollmeryzaccj t/lub ml· krokapsułek stosuje się jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych wybranych z grupy obejmującej oksyetylenowane nonylofenole, oksyetylenowane oktylofenole, kopolimery aldehydów

PL 195 106 B1 i oktylofenolopoli(oksyetylenu), oksyetylenowane estry glicerolowe częściowo nasyconych kwasów tłuszczowych, oksyetylenowany uwodorniony olej rycynowy, hydroksystearynian poli(oksyetylenu) i polimery blokowe poli(oksypropylen)-poli(oksyetylen) o masie cząsteczkowej < 20000.

19. Sposób wedługzastrz. 18, znamiennytym. że podczaspollmeryzacji i/lub tworzeniamikrokapsułek stosuje się jedną lub więcej substancji powierzchniowo czynnych wybranych z grupy obejmującej para-oktylofenolo-poli(oksyloetylen) zawierający średnio 9-10 grup etoksylowych (np. Octoxynol 9,10), para-nonylofenolo-poli(oksyetylen) zawierający średnio 30/40 grup etoksylowych (np. Emulan®30, Emulan®40), sól sodowa siarczanu para-nonylofenolo-poli(oksyetylenu) zawierająca średnio 28 grup etoksylowych (np. Disponil®AES), monostearynian poli(oksyetyleno)glicerolu (np. Tagat®S), alkohol poliwinylowy o stopniu polimeryzacji 600-700 i stopniu hydrolizy 85%-90% (np. Mowiol®4-88), ester kwasu hydroksystearynowego z poli(oksyetylenem)-600 (np. Solutol®HS 15), kopolimer formaldehydu i para-oktylofenolopoli(oksyetylenu) (np. Triton®WR 1339), polimery blokowe polioksypropylen-polioksyetylen o masie cząsteczkowej około 12000 i zawartości polioksyetylenu około 70% (np. Lutrol® F127), oksyetylenowany alkohol cetylostearylowy (np. Cremophor® A25) i oksyetylenowany olej rycynowy (np. Cremophor® EL).

20. Sposób według zassz. 17, znamienny tym, że 1 edną iub więcej substancji czynnych stosuje się w stężeniu od 0,1 do 10%.

21. Sposób według zassz. 1, znamienny tym, że przynajmniej teden z et:apów sposobu przeprowadza się w kwaśnym roztworze wodnym.

22. Sposób według zastrz. 1 albo 21, znamienny tym, że stosuje się kwas sdny, fosforowy i/lub siarkowy.

23. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polimeryzację i tworzenie mikrokapsułek przeprowadza się w zakresie temperatur od -10°C do 60°C, korzystnie w zakresie od 0°C do 50°C, a zwłaszcza między 10°C a 35°C.

24. Sposób według zassrz. 1, znamienny tym. że mikrokapsułki wypełnione gazem rozdziela się, zawiesza się w fizjologicznie kompatybilnym ośrodku i ewentualnie po dodaniu krioprotektora, poddaje się liofilizacji.

25. Sposóbwedługzastz. 24, znamiennytym, że j ako fizjdogiccnie kompatybiiny oSroOek stosuje się wodę lub 0,9% roztwór soli kuchennej.

26. Sposób według zassz. 24, znamienny tym, że 1 ako kriopro-ekror stosuj się pdlwinylopirolidon, alkohol poliwinylowy, żelatynę- i/lub albuminę surowicy krwi człowieka.

27. Sposób według zasSz. 1, znamienny tt^m, że etop pollr^^rr^^^cji i etop niamikrokapsułek przeprowadza się w warunkach różniących się w zakresie temperatury, pH i/lub działaniem sił ścinających.

28. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto pomiędzy etapem polimeryzacji i etapem tworzenia mikrokapsułek przeprowadza się etap rozdzielania koloidalnych cząstek polimeru przez filtrację.

29. IMikrokapsiukr znamienne tt^m, że obejmułąstałą, pdlmerowąpowłokę o zmiennej gr^Lusc^s^r^i oraz gazowy rdzeń, a ich wielkość mieści się w zakresie od 0,2 do 50 mm, korzystnie od 0,5 do 10 mm, a zwłaszcza od 0,5 do 3 mm, przy czym mikrokapsułki utworzone są w procesie polimeryzacji jednego lub więcej monomeru tworzącego powłokę do utworzenia dyspersji zawierającej koloidalne cząstki polimeru i następnie formowane w mikrokapsułki przez agregację koloidalnych cząstek polimeru w obecności gazu, gdzie tworzenie mikrokapsułek przeprowadza się w etapie procesu oddzielonym w przestrzeni i/lub czasie od etapu polimeryzacji.