RU2580279C2 - Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor - Google Patents

Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2580279C2
RU2580279C2 RU2014109375/15A RU2014109375A RU2580279C2 RU 2580279 C2 RU2580279 C2 RU 2580279C2 RU 2014109375/15 A RU2014109375/15 A RU 2014109375/15A RU 2014109375 A RU2014109375 A RU 2014109375A RU 2580279 C2 RU2580279 C2 RU 2580279C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carrier gas
temperature
substance
vacuum
gas
Prior art date
Application number
RU2014109375/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014109375A (en
Inventor
Юрий Николаевич Морозов
Глеб Борисович Сергеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2014109375/15A priority Critical patent/RU2580279C2/en
Publication of RU2014109375A publication Critical patent/RU2014109375A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580279C2 publication Critical patent/RU2580279C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: pharmaceutics.
SUBSTANCE: conversion of initial substance in gaseous phase and arrangement of directed flow of molecules of compounds is carried out in dynamic mode due to capture of substance vapours by heated inert carrier gas at molar ratio of carrier gas in range from 0.01 to 2.0 mol/(m2*s), degree of expansion of carrier gas flow (K) from values Kmin=10 to Kmax=3,060, distance between nozzle and flow condenser surface molecular generator in the range of 0.005-1.0 m. At that heating of carrier gas is performed in step-by-step first, to initial temperature corresponding to pressure of saturated vapour of the initial substance in the range of 10-2-104 Pa (Tn), then at output of carrier gas flow from container containing initial substance, to working temperature higher than initial on 5-300 °C (Tk), and condensation is carried out on surface with temperature in the range from -269 °C to Tmax, where Tmax is determined by nature of connection and corresponds to pressure of deposited connection saturated vapors not higher than 10-4 Pa.
EFFECT: disclosed is a method of producing nano-sized powders of medicinal substances, which includes conversion of initial substance in gaseous phase, arrangement of directed flow of molecules of compounds and subsequent condensation substance in form of nano-particles on cooled surface, and device for its implementation.
6 cl, 103 ex, 2 tbl, 10 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области наномедицины, в частности к технологии получения высокодисперсных порошков органических лекарственных соединений с заданным средним размером частиц и малой дисперсией распределения частиц по размерам, и может быть использовано при изготовлении высокоэффективных лекарственных форм, косметики и производстве биологически активных добавок (БАДов).The invention relates to the field of nanomedicine, in particular, to a technology for producing highly dispersed powders of organic drug compounds with a given average particle size and small dispersion of particle size distribution, and can be used in the manufacture of highly effective dosage forms, cosmetics and the production of biologically active additives (BAA).

В последние годы развитие нанотехнологии от материаловедения и электроники смещается в сторону биологии и медицины. Наночастицы в медицине находят применение в нескольких направлениях. Одно из них - ранняя диагностика заболеваний [U.H.F. Bunz, V.M. Rotello, "Gold nanoparticle - Fluorophor Complexes: Sensitive and Discerning "Noses" for Byosystems Sensing", Angev. Chem. Int. Ed., 2010, V. 49, Is. 19, pp. 3268-3279]. Другие активно развиваемые применения наночастиц в медицине - направленная доставка лекарственных средств к больным органам [Е. Ruoslahti, S.N. Bhatia, M.J. Sailor, "Targeting of drugs and nanoparticles to tumors", J. Cell Biol., 2010, V. 188, No 6, pp. 759-768], регенеративная [S. Rannarda, A. Owenb, "Nanomedicine: Not case One size fits all", Nano Today, 2009, V. 4, pp. 382-384] и персональная [K.K. Jain, Textbook of Personalized medicine, 2009, New York, Springer] медицина.In recent years, the development of nanotechnology from materials science and electronics has shifted towards biology and medicine. Nanoparticles in medicine are used in several directions. One of them is the early diagnosis of diseases [U.H.F. Bunz, V.M. Rotello, "Gold nanoparticle - Fluorophor Complexes: Sensitive and Discerning" Noses "for Byosystems Sensing", Angev. Chem. Int. Ed., 2010, V. 49, Is. 19, pp. 3268-3279]. Other actively developing applications of nanoparticles in medicine are targeted drug delivery to diseased organs [E. Ruoslahti, S.N. Bhatia, M.J. Sailor, "Targeting of drugs and nanoparticles to tumors", J. Cell Biol., 2010, V. 188, No. 6, pp. 759-768], regenerative [S. Rannarda, A. Owenb, "Nanomedicine: Not case One size fits all", Nano Today, 2009, V. 4, pp. 382-384] and personal [K.K. Jain, Textbook of Personalized medicine, 2009, New York, Springer] medicine.

Развитие наномедицины показало, что эффективность действия лекарственных веществ в большой степени зависит от размера частиц препарата.The development of nanomedicine has shown that the effectiveness of the action of drugs to a large extent depends on the particle size of the drug.

Многие современные лекарственные средства плохо растворимы в воде [C. Lipinski, Poor aqueous solubilty - an industry wide problem in drug discovery, Am. Pharm. Rev., 2002, v. 5, pp. 82-85], хотя одним из основных свойств, определяющих эффективность применения органических соединений в качестве лекарственных препаратов, является их растворимость и скорость растворения, которая сильно зависит от размера частицы. Поэтому синтез наночастиц лекарственных веществ - одно из основных направлений создания новых высокоэффективных лекарственных препаратов. Кроме того, перевод в наноразмерное состояние создает возможность создания лекарственных форм, пригодных для новых путей введения в организм: аэрозольного, трансдермального, внутривенного, внутримышечного и др. Наночастицы, за счет специфического взаимодействия с некоторыми тканями, могут усилить селективность действия лекарства, увеличить адсорбцию и биодоступность.Many modern drugs are poorly soluble in water [C. Lipinski, Poor aqueous solubilty - an industry wide problem in drug discovery, Am. Pharm. Rev., 2002, v. 5, pp. 82-85], although one of the main properties that determine the effectiveness of the use of organic compounds as drugs is their solubility and dissolution rate, which greatly depends on the particle size. Therefore, the synthesis of nanoparticles of drugs is one of the main directions in the creation of new highly effective drugs. In addition, the transfer to the nanoscale state makes it possible to create dosage forms suitable for new routes of administration into the body: aerosol, transdermal, intravenous, intramuscular, etc. Nanoparticles, due to the specific interaction with some tissues, can enhance the selectivity of the drug, increase adsorption and bioavailability.

Применение наночастиц в медицине связано с рядом проблем. Прежде всего это проблема стабилизации. В настоящее время для этих целей применяются стабилизаторы различной природы, причем побочные эффекты, связанные со стабилизаторами зачастую игнорируются [L. Wu, J. Chang, W. Watanabe, "Physical and chemical stability of drug nanoparticles", Adv. Drug Del. Rev., 2011, V. 63, pp. 456-469]. He решены проблемы увеличения производительности методов, снижения материальных затрат и уменьшения стоимости наноразмерных активных фармацевтических ингредиентов. Ни один из применяемых методов не позволяет получать конечный продукт с заданным в широких пределах средним размером частиц и малой дисперсией распределения их по размерам.The use of nanoparticles in medicine is associated with a number of problems. First of all, this is the stabilization problem. Currently, stabilizers of various nature are used for these purposes, and the side effects associated with stabilizers are often ignored [L. Wu, J. Chang, W. Watanabe, "Physical and chemical stability of drug nanoparticles", Adv. Drug Del. Rev. 2011, V. 63, pp. 456-469]. He solved the problems of increasing the productivity of methods, reducing material costs and reducing the cost of nanoscale active pharmaceutical ingredients. None of the methods used makes it possible to obtain a final product with a broadly defined average particle size and small dispersion of their size distribution.

Уровень техникиState of the art

Большинство методов детально разработанных для получения неорганических наночастиц, например химическое восстановление в растворе, неприменимо для получения наночастиц органических соединений, являющихся основой новых лекарственных препаратов.Most of the methods developed in detail for the production of inorganic nanoparticles, for example, chemical reduction in solution, are not applicable for the production of nanoparticles of organic compounds, which are the basis of new drugs.

Наиболее распространенная технология получения наночастиц органических соединений - сухое и мокрое механическое измельчение [G.H. Ward, Pharm. Res., 1995, V. 12, p. 773] [M.T.H. Nutan, I.K. Reddy, "Pharmaceutical suspensions: from formulation development to Manufacturing", Springer, 2009, pp. 39-66]. Эта технология доведена до промышленного внедрения и активно применяется фирмами для приготовления микросуспензий лекарственных соединений. Эта технология, однако, имеет целый ряд существенных недостатков:The most common technology for producing nanoparticles of organic compounds is dry and wet mechanical grinding [G.H. Ward, Pharm. Res., 1995, V. 12, p. 773] [M.T.H. Nutan, I.K. Reddy, "Pharmaceutical suspensions: from formulation development to Manufacturing", Springer, 2009, pp. 39-66]. This technology has been brought to industrial implementation and is actively used by companies for the preparation of micro suspensions of drug compounds. This technology, however, has a number of significant drawbacks:

- возможны частичное растворение лекарственного вещества и его неконтролируемая рекристаллизация при высушивании,- partial dissolution of the drug substance and its uncontrolled recrystallization upon drying are possible,

- неизбежное попадание материала измельчающего устройства в конечный продукт,- the inevitable ingress of the material of the grinding device into the final product,

- возможно разрушение термически неустойчивых веществ из-за выделения тепла в процессе измельчения,- the destruction of thermally unstable substances is possible due to heat generation during grinding,

- широкая дисперсия распределения частиц по размерам и наличие относительно большого количества частиц с размерами >5 мкм,- a wide dispersion of the distribution of particle sizes and the presence of a relatively large number of particles with sizes> 5 μm,

- для стабилизации суспензий используются вещества проявляющие дополнительные побочные эффекты.- substances with additional side effects are used to stabilize the suspensions.

Для получения наночастиц лекарственных соединений также применяют: методы замены растворителя и контролируемого испарения капель [Н-K. Chan, P.C.L. Kwok, "Production methods for nanodrug particles using the bottom-up approach", Advanced Drug Delivery Reviews, 2011, V. 63, pp. 406-416], лазерную абляцию [Y. Tamaki, T. Asahi, H. Masuhara, App. Surf. Sci, 2000, V. 168, p. 85], водно-масляные эмульсии [E. Kwon, H. Oikawa, H. Kasai, H. Nakanishi, Cryst. Growth Des., 2007, V. 7, p. 600].To obtain nanoparticles of drug compounds also apply: methods of replacing the solvent and the controlled evaporation of drops [N-K. Chan, P.C.L. Kwok, "Production methods for nanodrug particles using the bottom-up approach", Advanced Drug Delivery Reviews, 2011, V. 63, pp. 406-416], laser ablation [Y. Tamaki, T. Asahi, H. Masuhara, App. Surf Sci, 2000, V. 168, p. 85], water-in-oil emulsions [E. Kwon, H. Oikawa, H. Kasai, H. Nakanishi, Cryst. Growth Des., 2007, V. 7, p. 600].

Все более активно, для получения наноформ лекарственных веществ используются сверхкритические флюиды [Е. Reverchon, R. Adami, "Nanomaterials and supercritical fluids", J. of supercrit. fluids, 2006, V. 37, pp. 1-22]. Однако, поскольку круг органических веществ хорошо растворяющихся в сверхкритическом диоксиде углерода и других неполярных флюидах, весьма ограничен, использование прямого метода RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solution) для получения наночастиц большинства лекарственных соединений невозможно. Применение для этих целей флюидов на основе полярных соединений, например воды, невозможно вследствие высокой критической температуры (373°C для воды), при которой неизбежно химическое разложения органических соединений.More and more actively, supercritical fluids are used to obtain nanoforms of medicinal substances [E. Reverchon, R. Adami, "Nanomaterials and supercritical fluids", J. of supercrit. fluids, 2006, V. 37, pp. 1-22]. However, since the range of organic substances readily soluble in supercritical carbon dioxide and other non-polar fluids is very limited, the use of the direct RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solution) method for the preparation of nanoparticles of most drug compounds is impossible. The use of fluids based on polar compounds, for example water, for these purposes is impossible due to the high critical temperature (373 ° C for water), at which chemical decomposition of organic compounds is inevitable.

Для получения наночастиц малорастворимых веществ используют варианты, в которых сверхкритический флюид выполняет функции антирастворителя - метод SAS (Supercritical Anti-Solvent). Исходное лекарственное соединение растворяют в органическом растворителе, который полностью или частично смешивается со сверхкритическим флюидом. Получившийся раствор вводят при контролируемых условиях через распылительную насадку в емкость со сверхкритическим флюидом. В результате резкого уменьшения растворимости соединение кристаллизуется с образованием микро- и наночастиц. Существенным недостатком метода является загрязнение конечного продукта остаточными количествами используемых органических растворителей, при этом для уменьшения размеров получаемых наночастиц необходимо увеличение концентрации исходного вещества в органическом растворителе [I. De Marco, Е. Reverchon, "Influence of pressure, temperature and concentration on the mechanism of particle precipitation in supercritical antisolvent micronization", J. of Supercrit. fluids, 2011, V. 58, pp. 295-302], что ведет к росту степени загрязнения конечного продукта, снижению его выхода и росту затрат на производство единицы продукции.To obtain nanoparticles of sparingly soluble substances, variants are used in which the supercritical fluid acts as an anti-solvent - the SAS method (Supercritical Anti-Solvent). The starting drug compound is dissolved in an organic solvent that is fully or partially mixed with the supercritical fluid. The resulting solution is injected under controlled conditions through a spray nozzle into a container with supercritical fluid. As a result of a sharp decrease in solubility, the compound crystallizes with the formation of micro- and nanoparticles. A significant drawback of the method is the contamination of the final product with residual amounts of organic solvents used, and to reduce the size of the resulting nanoparticles, it is necessary to increase the concentration of the starting material in the organic solvent [I. De Marco, E. Reverchon, "Influence of pressure, temperature and concentration on the mechanism of particle precipitation in supercritical antisolvent micronization", J. of Supercrit. fluids, 2011, V. 58, pp. 295-302], which leads to an increase in the degree of contamination of the final product, a decrease in its output and an increase in the cost of producing a unit of production.

Известны способы получения микронизированных и наноразмерных форм органических лекарственных соединений, использующие перевод исходного соединения в газовую фазу и осаждение ее на холодной поверхности. Например, из патента [B.C. Комаров, «Способ микронизации органической лекарственной субстанции», Патент РФ №2301058 от 19.07.2006] известен способ микронизации органической лекарственной субстанции, согласно которому производят испарение исходной субстанции в газовой среде с разрежением 133-1,3 Па и ее осаждение со скоростью 1014-5*1017 молекул/(см2*с) на поверхность осаждения, имеющую стабильную температуру - 175-100°C под углом 5-90 градусов относительно направления вектора осаждения. Метод обеспечивает одностадийное получение порошков органических лекарственных субстанций с узким диапазоном размеров частиц в микронной и субмикронной областях размеров. Принципиальным ограничением способа является невозможность получения наноразмерных порошков лекарственных субстанций - средний размер частиц, как следует из описания изобретения, превышает 1 мкм.Known methods for producing micronized and nanoscale forms of organic drug compounds using the translation of the starting compound into the gas phase and its deposition on a cold surface. For example, from the patent [BC Komarov, “Method for the micronization of an organic drug substance,” RF Patent No. 2301058 of 07/19/2006], a method for micronization of an organic drug substance is known, according to which the initial substance is vaporized in a gaseous medium with a vacuum of 133-1.3 Pa and its deposition at a rate of 10 14 -5 * 10 17 molecules / (cm 2 * s) on the deposition surface having a stable temperature of 175-100 ° C at an angle of 5-90 degrees relative to the direction of the deposition vector. The method provides a one-stage production of powders of organic medicinal substances with a narrow range of particle sizes in the micron and submicron size ranges. The fundamental limitation of the method is the impossibility of obtaining nanosized powders of drug substances — the average particle size, as follows from the description of the invention, exceeds 1 μm.

Наиболее близким по своей технической сути к предложенному способу получения наноразмерных порошков лекарственных препаратов является известный из патента [Г.Б. Сергеев, B.C. Комаров, В.П. Шабатин, «Способ получения порошков лекарственных препаратов», Патент РФ №2195264 от 05.07.2001] способ, согласно которому исходные лекарственные препараты испаряют при температуре 160-220°C в вакууме 7*10-4…10-5 Торр (10-1-1,33*10-3 Па) и конденсируют на охлажденной до -180…-196°C поверхности. Изобретение позволяет получать порошки лекарственных препаратов с диаметром частиц 0,008-0,010 мкм. Недостатком вышеуказанного способа является то, что частицы получаемого порошка лекарственного соединения размером 0,008-0,018 мкм находятся в сросшемся состоянии и для перевода их в свободно-дисперсное состояние требуется приложение дополнительных усилий.The closest in its technical essence to the proposed method for producing nanosized powders of drugs is known from the patent [G. B. Sergeev, BC Komarov, V.P. Shabatin, “A Method for the Preparation of Pharmaceutical Powders”, RF Patent No. 2195264 of July 5, 2001] a method according to which the initial pharmaceutical preparations are evaporated at a temperature of 160-220 ° C in a vacuum of 7 * 10 -4 ... 10 -5 Torr (10 -1 -1.33 * 10 -3 Pa) and condense on a surface cooled to -180 ... -196 ° C. The invention allows to obtain powders of drugs with a particle diameter of 0.008-0.010 microns. The disadvantage of the above method is that the particles of the obtained powder of the drug compound with a size of 0.008-0.018 μm are in a fused state and additional efforts are required to translate them into a free-dispersed state.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Целью настоящего изобретения является получение стабильных нанодисперсных порошков органических лекарственных соединений с заданным средним размером частиц в интервале 10-2000 нм и малой дисперсией распределения частиц по размерам.The aim of the present invention is to obtain stable nanodispersed powders of organic drug compounds with a given average particle size in the range of 10-2000 nm and a small dispersion of the particle size distribution.

Поставленная цель достигается предложенным способом, который включает перевод исходного вещества в газовую фазу, организацию направленного потока молекул соединения и последующую конденсацию вещества в виде наноразмерных частиц на охлаждаемой поверхности при этом перевод исходного вещества в газовую фазу и организацию направленного потока молекул соединения осуществляют в динамическом режиме за счет захвата паров вещества потоком нагретого инертного газа-носителя при приведенном мольном расходе газа-носителя в интервале от 0,01 до 2,0 моль/(м2*с), степени расширения потока газа-носителя (К) от значений Kmin=10 до Kmax=3060, расстоянии между соплом генератора молекулярного потока и поверхностью конденсора в интервале 0,005-1,0 м, причем нагрев газа-носителя осуществляют ступенчато - сначала до начальной температуры соответствующей давлению насыщенных паров исходного вещества в интервале 10-2-104 Па (Тн), затем по выходе потока газа-носителя из контейнера, содержащего исходное вещество, до рабочей температуры, превышающей начальную на 5-300°C (Тк), а конденсацию проводят на поверхности с температурой в интервале от -269C° до Tmax, где Tmax определяется природой соединения и соответствует давлению насыщенных паров осаждаемого соединения не выше чем 10-4 Па.The goal is achieved by the proposed method, which includes the transfer of the starting substance into the gas phase, the organization of the directed flow of the compound molecules and the subsequent condensation of the substance in the form of nanoscale particles on the cooled surface, while the translation of the starting material into the gas phase and the organization of the directed flow of the compound molecules are carried out in dynamic mode the capture of vapor of the substance by the flow of a heated inert carrier gas at a given molar flow rate of the carrier gas in the range from 0.01 to 2.0 mol / (m 2 * s), the degree of expansion of the carrier gas stream (K) from the values of K min = 10 to K max = 3060, the distance between the nozzle of the molecular flow generator and the surface of the condenser in the range of 0.005-1.0 m moreover, heating of the carrier gas is carried out stepwise - first to the initial temperature corresponding to the pressure of saturated vapors of the starting material in the range of 10 -2 -10 4 Pa (T n ), then after the flow of the carrier gas from the container containing the starting material to the operating temperature exceeding the initial by 5-300 ° C (T to ), and the condensation is carried out on the surface temperature with a temperature in the range from -269 ° C to T max , where T max is determined by the nature of the compound and corresponds to the saturated vapor pressure of the precipitated compound not higher than 10 -4 Pa.

Дополнительно возможно в качестве газа-носителя использовать смесь двух или более газов, отличающихся по теплофизическим и адсорбционным характеристикам.It is additionally possible to use a mixture of two or more gases, which differ in thermophysical and adsorption characteristics, as a carrier gas.

Дополнительно возможно в качестве газа-носителя использовать индивидуальные вещества или смеси веществ, которые при используемых экспериментальных параметрах конденсируются на охлаждаемой поверхности, в том числе и те, что при стандартных условиях (температуре 25°C и атмосферном давлении 1,013*105 Па), находятся в жидком или твердом состояниях, а для получения целевого продукта дополнительно проводят удаление сконденсированных носителей посредством сублимации.In addition, it is possible to use individual substances or mixtures of substances that, under the used experimental parameters, condense on a cooled surface, including those under standard conditions (temperature 25 ° C and atmospheric pressure 1.013 * 10 5 Pa), in liquid or solid states, and to obtain the target product, additionally carry out the removal of condensed carriers by sublimation.

Дополнительно возможно в качестве газа-носителя использовать смесь двух или более веществ, включающую вещества, одна часть которых конденсируется на охлаждаемой поверхности при используемых экспериментальных параметрах, а другая часть не конденсируется, а для получения целевого продукта дополнительно проводят удаление сконденсированных носителей посредством сублимации.It is additionally possible to use a mixture of two or more substances as a carrier gas, including substances, one part of which condenses on the surface to be cooled under the used experimental parameters, and the other part does not condense, and to obtain the target product, the condensed carriers are additionally removed by sublimation.

Для осуществления способа получения наноразмерных порошков лекарственных веществ предложено устройство, включающее блок задания потока газа-носителя, блок генератора молекулярного потока с программаторами температурного режима, блок низкотемпературного конденсора, вакуумный блок, при этом:To implement a method for producing nanosized powders of medicinal substances, a device is proposed that includes a carrier gas flow setting unit, a molecular flow generator unit with temperature programmers, a low-temperature condenser unit, a vacuum unit, wherein:

- блок генератора молекулярного потока выполнен по ступенчатой схеме и включает предварительный регулируемый нагреватель потока газа-носителя, контейнер для размещения исходного вещества, конечный регулируемый нагреватель газа-носителя, выходное сопло, геометрическая форма которого обеспечивает параллельность струи потока газа-носителя,- the molecular flow generator block is made in a stepwise manner and includes a preliminary adjustable carrier gas flow heater, a container for containing the starting material, a final adjustable carrier gas heater, an output nozzle whose geometric shape ensures parallelism of the carrier gas stream,

- конструкция блока низкотемпературного конденсора обеспечивает возможность плавной регулировки температуры его поверхности,- the design of the block of low-temperature condenser provides the ability to smoothly adjust the temperature of its surface,

- блок задания потока газа-носителя состоит из двух или нескольких параллельных линий для независимой регулировки расхода каждого компонента газовой смеси, используемой в качестве газа-носителя,- block setting the flow of carrier gas consists of two or more parallel lines for independently adjusting the flow rate of each component of the gas mixture used as carrier gas,

- вакуумный блок, представляющий собой вакуумные насосы, вакуумные краны, вакуумные коммуникации, вакуумные датчики и вакуумметр, с возможностью измерения вакуума и регулирования степени расширения потока газа-носителя (К).- a vacuum unit, which consists of vacuum pumps, vacuum valves, vacuum communications, vacuum sensors and a vacuum gauge, with the ability to measure vacuum and control the degree of expansion of the carrier gas stream (K).

Дополнительно возможно в генераторе молекулярного потока для размещения исходного вещества использовать сеточные сублиматоры, в которых слой исходного вещества наносят на сетку из токопроводящего материала - металла и механически прижимают полученный слой к сетке, а для перевода вещества в газовую фазу сетку нагревают до определенной температуры за счет пропускания через сетку регулируемого электрического тока.It is additionally possible to use mesh sublimators in the molecular flow generator to place the starting material, in which a layer of the starting material is applied to a grid of conductive material - metal and mechanically press the resulting layer to the grid, and to transfer the substance into the gas phase, the grid is heated to a certain temperature by transmitting through a grid of adjustable electric current.

Прототип устройства описан в работе [Ю.Н. Морозов, А.Ю. Утехина, В.П. Шабатин, В.В. Чернышев, Г.Б. Сергеев, «Криосинтез наноразмерных лекарственных соединений», ЖРХО им. Д.И. Менделеева, 2012, т. LVI, №5-6, сс. 43-51] и в патенте: [B.C. Комаров, С.П. Михалев, Ю.Н. Морозов, Г.Б. Сергеев, «Способ сублимации труднолетучих органических соединений», Патент РФ №2295511 от 30.12.2005]. Суть их работы состоит в том, что слой органического материала наносят на сетку из токопроводящего материала и механически прижимают полученный слой к сетке. Нагревание слоя осуществляют посредством пропускания через сетку электрического тока. В качестве электропроводящего материала использовали металл с достаточно высоким электрическим сопротивлением. Предотвращение термического разложения органического лекарственного соединения достигается за счет нагревания только тонкого поверхностного слоя вещества, с которого и происходит сублимация.The prototype of the device is described in [Yu.N. Morozov, A.Yu. Utekhina, V.P. Shabatin, V.V. Chernyshev, G. B. Sergeev, "Cryosynthesis of nanoscale medicinal compounds", ZhRHO them. DI. Mendeleev, 2012, vol. LVI, No. 5-6, ss. 43-51] and in the patent: [B.C. Komarov, S.P. Mikhalev, Yu.N. Morozov, G.B. Sergeev, “Method for the sublimation of hardly volatile organic compounds”, RF Patent No. 2295511 from 12.30.2005]. The essence of their work is that a layer of organic material is applied to the grid of conductive material and mechanically presses the resulting layer to the grid. The layer is heated by passing electric current through the grid. As an electrically conductive material, a metal with a sufficiently high electrical resistance was used. Prevention of thermal decomposition of the organic drug compound is achieved by heating only a thin surface layer of the substance from which sublimation takes place.

Суть предложенного способа заключается в том, что при приближении к охлаждаемой поверхности поток газа-носителя с парами вещества быстро охлаждается, газовая фаза оказывается многократно пересыщенной относительно равновесной упругости паров соединения и в системе создаются условия для быстрого газофазного зародышеобразования, причем эти условия за счет высокого температурного градиента постоянно воссоздаются. В свою очередь, высокая скорость зародышеобразования обедняет газовую фазу парами соединения, что ограничивает дальнейший рост кристаллитов. Возникшие зародыши новой фазы растут за счет потока молекул или кластеров вещества из газовой фазы. Растущие частицы могут сталкиваться в газовой фазе и агрегировать. Далее сформировавшиеся в газовой фазе наночастицы захватываются холодной поверхностью и стабилизируются.The essence of the proposed method is that when approaching the surface to be cooled, the carrier gas stream with the vapor of the substance quickly cools, the gas phase is many times supersaturated with respect to the equilibrium vapor pressure of the compound and the system creates conditions for rapid gas-phase nucleation, and these conditions are due to high temperature gradient are constantly being recreated. In turn, the high nucleation rate depletes the vapor phase of the gas phase, which limits the further growth of crystallites. The resulting nuclei of a new phase grow due to the flow of molecules or clusters of matter from the gas phase. Growing particles can collide in the gas phase and aggregate. Further, the nanoparticles formed in the gas phase are captured by the cold surface and stabilized.

В качестве выходных параметров, характеризующих эффективность процесса, будем использовать следующие:As the output parameters characterizing the efficiency of the process, we will use the following:

- средний размер частиц получаемого вещества (1), и дисперсия распределения частиц по размерам,- the average particle size of the obtained substance (1), and the dispersion of the particle size distribution,

- выход конечного продукта - отношение массы полученного наноразмерного порошка к массе исходного соединения,- the yield of the final product is the ratio of the mass of the obtained nanosized powder to the mass of the starting compound,

- приведенная мольная скорость выноса вещества в газовую фазу, характеризующая производительность процесса - (S-1*dn/dt, моль/с).- reduced rate of removal mole substance in the gas phase, which characterizes the efficiency of the process - (S -1 * dn / dt , mol / s).

Для обеспечения воспроизводимо высоких характеристик конечного продукта, экспериментальные режимы процесса должны в максимальной степени предотвращать гетерогенное зарождение и рост частиц на поверхности конденсора, для чего концентрация вещества в потоке газа-носителя, достигающем поверхности должна быть пренебрежимо малой. Для этого на начальных стадиях процесса должны быть созданы условия, обеспечивающие высокую скорость зародышеобразования, а сформировавшиеся зародыши должны иметь достаточное для их роста время.To ensure reproducibly high characteristics of the final product, the experimental modes of the process should, to the maximum extent, prevent heterogeneous nucleation and growth of particles on the surface of the condenser, for which the concentration of the substance in the carrier gas stream reaching the surface should be negligible. For this, in the initial stages of the process, conditions must be created that ensure a high nucleation rate, and the formed nuclei must have sufficient time for their growth.

Основными экспериментальными параметрами, изменение которых позволяет регулировать средний размер получаемых частиц и поддержание которых обеспечивает малую дисперсию распределения частиц по размерам, являются:The main experimental parameters, the change of which allows you to adjust the average size of the resulting particles and the maintenance of which provides a small dispersion of the particle size distribution, are:

- начальная температура контейнера, содержащего исходное вещество,- the initial temperature of the container containing the starting substance,

- рабочая температура потока газа-носителя, выходящего из сопла генератора молекулярного потока (Т0) и начальная концентрация вещества в газовой фазе (C0),- operating the carrier gas stream temperature discharged from the nozzle molecular flow generator (T 0) and the initial concentration of the substance in the gaseous phase (C 0)

- температура конденсора (Tc),- condenser temperature (T c ),

- приведенный мольный расход газа-носителя (S-1*dN/dt),- reduced molar flow rate of the carrier gas (S -1 * dN / dt),

- расстояние между соплом генератора молекулярного потока и поверхностью конденсора (d),- the distance between the nozzle of the molecular flow generator and the surface of the condenser (d),

- степень разрежения потока газа-носителя (К).- the degree of rarefaction of the carrier gas stream (K).

Разогрев исходного вещества, размещенного в контейнере, осуществляется потоком нагретого газа-носителя, проходящего через контейнер, температура газа-носителя должна обеспечивать перевод исходного вещества в газовую фазу, давление насыщенных паров соединения должно лежать в интервале 10-2-104 Па. Понижение давления насыщенных паров ниже 10-2 Па нецелесообразно, поскольку скорость выноса вещества, а следовательно, производительность процесса будет недопустимо малой. Повышение давления насыщенных паров выше 104 Па нецелесообразно, поскольку скорость выноса вещества будет слишком высокой и на практике это приводит к тому, что все исходное вещество будет вылетать из контейнера до достижения искомой температуры.The heating of the starting material placed in the container is carried out by a stream of heated carrier gas passing through the container, the temperature of the carrier gas should ensure the transfer of the starting substance into the gas phase, the pressure of saturated vapor of the compound should be in the range 10 -2 -10 4 Pa. Lowering the pressure of saturated vapors below 10 -2 Pa is impractical, since the rate of removal of the substance, and therefore, the productivity of the process will be unacceptably low. An increase in the pressure of saturated vapors above 10 4 Pa is impractical, since the rate of removal of the substance will be too high and in practice this leads to the fact that all the starting substance will fly out of the container until the desired temperature is reached.

Давление насыщенных паров является однозначной функцией температуры, эта зависимость индивидуальна для каждого вещества. Для подавляющего числа лекарственных веществ данных по экспериментальному определению этих параметров не имеется. Для оценки давления насыщенных паров и ее зависимости от температуры для используемых лекарственных соединений использовали программу ACD/Labs. В этой программе производится теоретическая оценка температуры кипения (Тк) и энтальпии испарения (ΔHисп) вещества. При расчете давления насыщенных паров при определенной температуре использовали уравнение Клайперона-Клаузевица:Saturated vapor pressure is an unambiguous function of temperature, this dependence is individual for each substance. For the vast majority of drugs, data on the experimental determination of these parameters are not available. The ACD / Labs program was used to evaluate the saturated vapor pressure and its temperature dependence for the used drug compounds. In this program, a theoretical estimate of the boiling point (T k ) and the enthalpy of evaporation (ΔH isp ) of a substance is performed. When calculating the pressure of saturated vapors at a certain temperature, the Kliperon-Clausewitz equation was used:

Figure 00000001
Figure 00000001

Здесь P0(T1), Р02) - давление насыщенных паров соединения при температурах T1 и Т2, ΔHгаз - энтальпия перехода вещества в газовую фазу. При расчете давления насыщенных паров в интервале от температуры кипения (согласно данным расчета по программе ACD/Lab) до температуры плавления в качестве ΔHгаз использовали энтальпию испарения (согласно данным расчета по программе ACD/Lab): ΔHгаз=ΔHисп. При расчете давления насыщенных паров ниже температуры плавления в качестве ΔHгаз использовали сумму энтальпий испарения и плавления: ΔHгаз=ΔHисп+ΔHпл. Температуру и энтальпию плавления определяли экспериментально методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Рассчитанные по программе ACD/Lab и экспериментально определенные физико-химические данные по использованным в работе лекарственным соединениям приведены в Табл. 1.Here, P 0 (T 1 ), P 0 (T 2 ) is the saturated vapor pressure of the compound at temperatures T 1 and T 2 , ΔH gas is the enthalpy of transition of the substance into the gas phase. When calculating the saturated vapor pressure in the range from the boiling point (according to the calculation data according to the ACD / Lab program) to the melting temperature, the vaporization enthalpy was used as ΔH gas (according to the calculation data according to the ACD / Lab program): ΔH gas = ΔH isp . When calculating the saturated vapor pressure below the melting temperature, the sum of the enthalpies of evaporation and melting was used as ΔH gas : ΔH gas = ΔH isp + ΔH pl . The melting temperature and enthalpy were determined experimentally by differential scanning calorimetry. Calculated according to the ACD / Lab program and experimentally determined physicochemical data on the medicinal compounds used in the work are given in Table. one.

Для экспериментальной оценки давления насыщенных паров использовали данные по скорости выноса вещества из патрона и ее зависимости от температуры, полученные на установке №1 (Фиг. 1), в предположении, что поток газа-носителя по выходе из контейнера является насыщенным относительно паров исходного соединения, что можно показать, используя уравнение Герца-Кнудсена [М. Knudsen, «Die Gesetze der Molekularströmung und der inneren Reibungsströmung der Gase durch Röhren», Ann. Phys., 1909, V. 333, pp. 75-130], описывающего сублимационно-десублимационные процессы:For experimental estimation of saturated vapor pressure, we used data on the rate of removal of the substance from the cartridge and its temperature dependence, obtained at installation No. 1 (Fig. 1), under the assumption that the carrier gas stream at the outlet of the container is saturated relative to the vapor of the starting compound, what can be shown using the Hertz-Knudsen equation [M. Knudsen, Die Gesetze der Molekularströmung und der inneren Reibungsströmung der Gase durch Röhren, Ann. Phys., 1909, V. 333, pp. 75-130], describing the sublimation-sublimation processes:

Figure 00000002
Figure 00000002

Здесь Р0 - упругость насыщенных паров вещества при температуре Т, Р - реальное давление паров вещества в газовой фазе, µ - молекулярный вес вещества, β - коэффициент сублимации - конденсации (0≤β≤1), rэфф - скорость сублимации. Размерность rэфф - моль на квадратный метр за секунду.Here, P 0 is the elastic vapor pressure of the substance at temperature T, P is the real vapor pressure of the substance in the gas phase, μ is the molecular weight of the substance, β is the sublimation-condensation coefficient (0≤β≤1), r eff is the sublimation rate. Dimension r eff - mol per square meter per second.

Рассматривая контейнер с исходным веществом как реактор идеального смешения, полагая, что его температура во всех точках постоянна и равна Т, можно получить соотношение:Considering the container with the starting material as a perfect mixing reactor, assuming that its temperature at all points is constant and equal to T, we can obtain the ratio:

Figure 00000003
Figure 00000003

Здесь Р0 - упругость насыщенных паров вещества при температуре Т, Р - упругость паров вещества в потоке по выходе из контейнера генератора молекулярного потока, Sэфф - эффективная суммарная площадь поверхности сублимируемого вещества, dV/dt=K*dv/dt - объем газа-носителя, проходящий через контейнер в единицу времени, dv/dt - расход газа-носителя, задаваемый блоком задания потока газа-носителя, K - степень расширения потока газа-носителя.Here, P 0 - saturated vapor pressure material at a temperature T, P - elasticity substance vapor stream at the outlet of the molecular flow generator container, S eff - total effective surface area sublimed substance, dV / dt = K * dv / dt - volume gas- carrier passing through the container per unit time, dv / dt is the carrier gas flow specified by the carrier gas flow setting unit, K is the degree of expansion of the carrier gas flow.

Например, для моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола (µ=308,4 г/моль) при температуре 403 К, загрузке контейнера с исходным веществом в 0,1 г, среднем размере частиц сублимируемого вещества 100 мкм (S/m=5,2*10-2 м2/г), β=0,1, K=1000, dV/dt=0,9/3600*1000*403/293=0,34 л/с=0,34*10-3 м3/с. Здесь 0,9 л/ч - объемный расход газа-носителя, задаваемый газовой магистралью (расход соответствует температуре 293 К и давлению 1,013*105 Па), 1000 - степень расширения потока газа-носителя, 403/293 - температурная поправка. Подставляя величины в уравнение 2, получаем:For example, for 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate (μ = 308.4 g / mol) at a temperature of 403 K, a container with the starting material of 0.1 g is loaded, the average particle size of the sublimated substance is 100 μm (S / m = 5.2 * 10 -2 m 2 / g), β = 0.1, K = 1000, dV / dt = 0.9 / 3600 * 1000 * 403/293 = 0.34 l / s = 0.34 * 10 -3 m 3 / s. Here, 0.9 l / h is the volumetric flow rate of the carrier gas specified by the gas line (the flow rate corresponds to a temperature of 293 K and a pressure of 1.013 * 10 5 Pa), 1000 is the degree of expansion of the flow of carrier gas, 403/293 is the temperature correction. Substituting the values in equation 2, we obtain:

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, состав потока газа-носителя, вылетающего из сопла генератора молекулярного потока, должен быть близок к насыщенному относительно температуры контейнера, содержащего исходное вещество. Для расчета давления насыщенных паров использовали уравнение:Thus, the composition of the carrier gas stream leaving the nozzle of the molecular flow generator should be close to saturated with respect to the temperature of the container containing the starting material. To calculate the saturated vapor pressure, the equation was used:

Figure 00000005
откуда следует
Figure 00000005
whence follows

Figure 00000006
Figure 00000006

Здесь dn/dt - мольная скорость выноса вещества в газовую фазу, С0 - начальная концентрация вещества в газовой фазе.Here, dn / dt is the molar rate of transfer of the substance into the gas phase, С 0 is the initial concentration of the substance in the gas phase.

Повторный разогрев потока газа-носителя по выходе из контейнера необходим для предотвращения осаждения вещества из газовой фазы на выходном сопле генератора молекулярного потока, обращенном к холодной поверхности, а также для перевода в газовую фазу мелких частиц или капелек исходного соединения, захваченных потоком газа-носителя. Кроме того, повышение начальной температуры потока газа-носителя, вылетающего из сопла, приводит к смещению зоны эффективного зародышеобразования ближе к холодной поверхности в область более высоких значений температурного градиента, что служит дополнительным фактором управления процессами газофазного зарождения и роста наночастиц. Разность температур предварительно и повторно нагретого потока газа-носителя должна лежать в пределах 5-300°C. Понижение разницы температур ниже 5°C может приводить к частичному осаждению вещества из газовой фазы на выходном сопле генератора молекулярного потока и падению выхода конечного продукта. Повышение ее выше 300°C может приводить к подавлению процессов зародышеобразования в газовой фазе и, как следствие, к смене механизма зародышеобразования и роста частиц с газофазного гомогенного на поверхностный гетерогенный, что ведет к невоспроизводимости результатов эксперимента. Кроме того, для ряда лекарственных веществ значительное повышение температуры может приводить к частичному разложению соединения.The reheating of the carrier gas stream at the outlet of the container is necessary to prevent deposition of the substance from the gas phase at the outlet nozzle of the molecular flow generator facing the cold surface, as well as for transferring small particles or droplets of the initial compound captured by the carrier gas stream into the gas phase. In addition, an increase in the initial temperature of the carrier gas stream escaping from the nozzle leads to a shift of the effective nucleation zone closer to the cold surface to a region of higher temperature gradient, which serves as an additional factor in controlling the processes of gas-phase nucleation and nanoparticle growth. The temperature difference between the pre and reheated carrier gas stream must be between 5-300 ° C. Lowering the temperature difference below 5 ° C can lead to partial deposition of the substance from the gas phase at the output nozzle of the molecular flow generator and a decrease in the yield of the final product. Raising it above 300 ° C can lead to a suppression of nucleation processes in the gas phase and, as a result, to a change in the mechanism of nucleation and particle growth from gas-phase homogeneous to surface heterogeneous, which leads to irreproducibility of the experimental results. In addition, for a number of drugs, a significant increase in temperature can lead to partial decomposition of the compound.

Для минимизации дисперсии распределения конечного продукта по размерам необходимо обеспечение максимально возможной идентичности физических условий по сечению потока газа-носителя перпендикулярному направлению его движения. Это достигается за счет формирования в вакуумных условиях соплом генератора молекулярного потока практически не расходящейся струи газа-носителя заданной геометрии. Малая расходимость струи газа-носителя при движении от сопла генератора молекулярного потока к охлаждаемой поверхности подтверждается тем фактом, что при поддержании оптимальных экспериментальных параметров более 95% осажденного на конденсоре вещества находилось в области лежащей напротив сопла генератора молекулярного потока и строго повторяющей его геометрическую конфигурацию.To minimize the dispersion of the distribution of the final product by size, it is necessary to ensure the maximum possible identity of the physical conditions over the cross section of the carrier gas stream perpendicular to the direction of its movement. This is achieved due to the formation of a practically non-diverging jet of a carrier gas of a given geometry under vacuum conditions by the nozzle of a molecular flow generator. The small divergence of the carrier gas jet when moving from the nozzle of the molecular flow generator to the cooled surface is confirmed by the fact that, while maintaining the optimal experimental parameters, more than 95% of the substance deposited on the condenser was in the region of the molecular flow generator opposite the nozzle and strictly repeating its geometric configuration.

При условии нерасходимости потока газа-носителя и идентичности физических параметров по сечению потока газа-носителя перпендикулярному направлению его движения, для расчета стационарного теплового поля потока газа-носителя в рабочей области, можно применить одномерное дифференциальное уравнение теплопроводности, учитывающее перенос массы:Provided that the carrier gas flow is non-divergent and the physical parameters are identical over the carrier gas cross section perpendicular to the direction of its movement, to calculate the stationary thermal field of the carrier gas flow in the working area, we can apply the one-dimensional differential heat equation that takes into account mass transfer:

Figure 00000007
Figure 00000007

Здесь ν

Figure 00000008
- линейная скорость фронта газа-носителя, Cv, µ, ρ, λ - теплоемкость при постоянном объеме, молекулярная масса, плотность и теплопроводность газа-носителя, соответственно. Координата x направлена от сопла генератора молекулярного потока (x=0) к поверхности низкотемпературного конденсора (x=d).Here ν
Figure 00000008
is the linear velocity of the front of the carrier gas, Cv, µ, ρ, λ is the specific heat at constant volume, molecular weight, density and thermal conductivity of the carrier gas, respectively. The x coordinate is directed from the nozzle of the molecular flow generator (x = 0) to the surface of the low-temperature condenser (x = d).

Предполагается, что теплопроводность газа-носителя является функцией только температуры (λ ~ Т0,5) и не зависит от его плотности.It is assumed that the thermal conductivity of the carrier gas is a function of temperature only (λ ~ T 0.5 ) and does not depend on its density.

В стационарном режиме -

Figure 00000009
поэтому:In stationary mode -
Figure 00000009
so:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Принимая во внимание, что мольный расход газа-носителя можно записать в виде:

Figure 00000012
(здесь dN/dt - мольный расход газа-носителя, задаваемый газовой магистралью, S - площадь сопла генератора молекулярного потока), дифференциальное уравнение теплопроводности можно записать в виде:Taking into account that the molar flow rate of the carrier gas can be written as:
Figure 00000012
(here dN / dt is the molar flow rate of the carrier gas specified by the gas line, S is the nozzle area of the molecular flow generator), the differential heat equation can be written in the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Здесь S-1*dN/dt - приведенный (к единице площади сопла генератора молекулярного потока) мольный расход газа-носителя. Из вида уравнения следует, что именно этот параметр определяет стационарное тепловое поле в области между соплом генератора молекулярного потока и поверхностью низкотемпературного конденсора.Here S -1 * dN / dt - given (a unit area of the nozzle generator molecular flow) the molar flow rate of the carrier gas. It follows from the form of the equation that it is this parameter that determines the stationary thermal field in the region between the nozzle of the molecular flow generator and the surface of the low-temperature condenser.

Приведенное дифференциальное уравнение теплопроводности можно решить при наложении граничных условий: Т(0)=Т0, T(d)=ТС, где Т0 - начальная температура газа-носителя по выходе из сопла генератора молекулярного потока, T(d) - температура поверхности низкотемпературного конденсора.The given differential heat equation can be solved by imposing the following boundary conditions: T (0) = T 0 , T (d) = T C , where T 0 is the initial temperature of the carrier gas at the outlet of the molecular flow generator nozzle, T (d) is the temperature surface of a low temperature condenser.

Из вышеизложенного следует, что вид решения данного дифференциального уравнения теплопроводности задается набором следующих параметров:From the above it follows that the form of the solution of this differential heat equation is given by a set of the following parameters:

- приведенным к единице площади сопла генератора молекулярного потока мольным расходом газа-носителя (S-1*dN/dt),- reduced to the unit area of the nozzle of the molecular flow generator, the molar flow rate of the carrier gas (S -1 * dN / dt),

- начальной температурой газа-носителя, вылетающего из сопла генератора молекулярного потока (Т0),- the initial temperature of the carrier gas flying out of the nozzle of the molecular flow generator (T 0 ),

- температурой конденсора (ТС),- the temperature of the condenser (T C ),

- расстоянием между соплом генератора молекулярного потока и конденсором (d),- the distance between the nozzle of the molecular flow generator and the condenser (d),

- теплофизическими характеристиками газа-носителя (λ, Cv).- thermophysical characteristics of the carrier gas (λ, Cv).

Процесс газофазного зарождения и роста наночастиц в струе газа-носителя можно описывать как результат изменения температуры при движении фронта газа-носителя с определенной линейной скоростью ( ν )

Figure 00000014
в сформированном стационарном температурном поле.The process of gas-phase nucleation and growth of nanoparticles in a jet of a carrier gas can be described as a result of a change in temperature when the front of the carrier gas moves with a certain linear velocity ( ν )
Figure 00000014
in the formed stationary temperature field.

Приведенный мольный расход газа-носителя (S-1*dN/dt) должен лежать в пределах от 0,01 до 2 моль/(м2*с). Использование параметра S-1*dN/dt ниже 0,01 моль/(м2*с) нецелесообразно в силу следующих причин:The reduced molar flow rate of the carrier gas (S -1 * dN / dt) should be in the range from 0.01 to 2 mol / (m 2 * s). Using the parameter S -1 * dN / dt below 0.01 mol / (m 2 * s) is impractical due to the following reasons:

- скорость вылета вещества из генератора молекулярного потока пропорциональная S-1*dN/dt и, следовательно, производительность процесса падает ниже допустимых пределов,- the speed of departure of the substance from the molecular flow generator is proportional to S -1 * dN / dt and, therefore, the performance of the process falls below acceptable limits,

- падение линейной скорости движения фронта газа-носителя, ( ν )

Figure 00000014
, приблизительно пропорциональной S-1*dN/dt, приводит к понижению скорости зародышеобразования, вследствие уменьшения скорости снижения температуры, при одновременном увеличении времени эффективного роста частиц, что приводит к росту размеров частиц выше наноразмерного диапазона,- drop in the linear velocity of the front of the carrier gas, ( ν )
Figure 00000014
, approximately proportional to S -1 * dN / dt, leads to a decrease in the rate of nucleation, due to a decrease in the rate of decrease in temperature, while increasing the time of effective growth of particles, which leads to an increase in particle size above the nanoscale range,

- при уменьшении параметра S-1*dN/dt расходимость потока газа-носителя возрастает, что приводит к росту дисперсии распределения конечного продукта по размерам.- with a decrease in the parameter S -1 * dN / dt, the divergence of the carrier gas flow increases, which leads to an increase in the dispersion of the size distribution of the final product.

Использование параметра S-1*dN/dt выше 2 моль/(м2*с) нецелесообразно в силу следующих причин:Using the parameter S -1 * dN / dt above 2 mol / (m 2 * s) is impractical due to the following reasons:

- выход конечного продукта падает ниже разумных пределов вследствие того, что линейная скорость движения фронта газа-носителя становится настолько большой, что сформировавшиеся частицы приобретают большую кинетическую энергию и не могут удержаться на поверхности конденсора при первом соударении. Визуально это выглядит таким образом, что меньшая часть вещества в результате повторных соударений осаждается тонким слоем по всем поверхностям реактора, в том числе и не охлаждаемым, а большая часть вылетает в вакуумную систему,- the yield of the final product falls below reasonable limits due to the fact that the linear velocity of the front of the carrier gas becomes so large that the formed particles acquire large kinetic energy and cannot be held on the surface of the condenser during the first collision. Visually, it looks like that a smaller part of the substance as a result of repeated collisions is deposited with a thin layer on all surfaces of the reactor, including not cooled, and the majority part flies into the vacuum system,

- увеличение параметра S-1*dN/dt приводит к росту линейной скорости потока газа-носителя, снижению времени эффективного зародышеобразования, уменьшению времени нахождения растущих частиц в газовой фазе и, следовательно, увеличению концентрации молекул соединения в потоке газа-носителя, достигающем поверхности конденсора, что ведет к дополнительному гетерогенному поверхностному зародышеобразованию и неконтролируемому росту зафиксированных на поверхности частиц, что, в свою очередь, приводит к ухудшению выходных характеристик конечного продукта и росту их невоспроизводимости.- an increase in the parameter S -1 * dN / dt leads to an increase in the linear velocity of the carrier gas stream, a decrease in the effective nucleation time, a decrease in the residence time of the growing particles in the gas phase, and, consequently, an increase in the concentration of compound molecules in the carrier gas stream reaching the condenser surface , which leads to additional heterogeneous surface nucleation and uncontrolled growth of particles fixed on the surface, which, in turn, leads to a deterioration in the output characteristics of the final product and an increase in their non-reproducibility.

Охлаждение потока газа-носителя осуществляется за счет передачи тепла от него к холодной поверхности конденсора по механизму теплопроводности, поэтому уменьшение температуры поверхности конденсора приводит к равномерному росту температурного градиента в области между соплом генератора молекулярного потока и поверхностью конденсора, и, следовательно, к росту эффективной скорости зародышеобразования и к уменьшению среднего размера частиц конечного продукта, рост температуры поверхности конденсора, соответственно, приводит к обратному результату.The carrier gas stream is cooled by transferring heat from it to the cold surface of the condenser by the heat conduction mechanism, therefore, a decrease in the temperature of the condenser surface leads to a uniform increase in the temperature gradient in the region between the nozzle of the molecular flow generator and the surface of the condenser, and, consequently, to an increase in the effective speed nucleation and a decrease in the average particle size of the final product, an increase in the surface temperature of the condenser, respectively, leads to the opposite th result.

Минимальная температура конденсора, при которой проводились опыты, составляет - 269C°, что соответствует температуре кипения гелия. Проведение экспериментов при более низкой температуре практически не осуществимо из-за технологических трудностей. Верхний предел температуры конденсора определяется принципиальной возможностью осаждения вещества на его поверхности. Опыт показывает, что максимальная температура поверхности должна соответствовать давлению насыщенных паров осаждаемого соединения не выше чем 10-4 Па.The minimum condenser temperature at which the experiments were carried out is 269 ° C, which corresponds to the boiling point of helium. Carrying out experiments at a lower temperature is practically not feasible due to technological difficulties. The upper limit of the condenser temperature is determined by the fundamental possibility of deposition of a substance on its surface. Experience shows that the maximum surface temperature should correspond to the saturated vapor pressure of the deposited compound not higher than 10 -4 Pa.

От расстояния между соплом генератора молекулярного потока и конденсором (d) зависит время, отводимое на процессы зародышеобразования и роста наночастиц, распределение градиента температуры по стационарному температурному полю, а также расходимость потока газа-носителя, несущего молекулы и наночастицы лекарственного соединения. Уменьшение параметра d менее 0,005 м нецелесообразно в силу того, что время движения фронта потока газа-носителя от сопла генератора молекулярного потока до поверхности конденсора недостаточно для эффективного зародышеобразования и роста частиц, в связи с чем поток газа-носителя, достигающий поверхности конденсора, оказывается обогащенным молекулами соединения, что ведет, во-первых, к быстрому неконтролируемому росту частиц на поверхности и, во-вторых, к снижению выхода конечного продукта ниже допустимых пределов.The time taken for the nucleation and growth of nanoparticles, the distribution of the temperature gradient over the stationary temperature field, and the divergence of the carrier gas flow, the carrier molecule and the nanoparticle of the drug compound depend on the distance between the nozzle of the molecular flow generator and the condenser (d). A decrease in the parameter d of less than 0.005 m is impractical due to the fact that the time of motion of the carrier gas flow front from the nozzle of the molecular flow generator to the condenser surface is insufficient for effective nucleation and particle growth, and therefore the carrier gas flow reaching the condenser surface is enriched molecules of the compound, which leads, firstly, to the rapid uncontrolled growth of particles on the surface and, secondly, to a decrease in the yield of the final product below acceptable limits.

Увеличение параметра d более 1,0 м нецелесообразно в силу того, что на большей части пути движения фронта газа-носителя температурный градиент оказывается слишком малым для обеспечения эффективного зародышеобразования, а большое время нахождения сформировавшихся частиц в пути приводит к тому, что размеры частиц, достигающих поверхности конденсора, выходят из нанометрового диапазона. Кроме того, при увеличении параметра d увеличивается расходимость потока газа-носителя, что ведет к росту дисперсии распределения частиц по размерам, а также к уменьшению выхода конечного продукта.An increase in the parameter d of more than 1.0 m is impractical due to the fact that on most of the path of the front of the carrier gas the temperature gradient is too small to ensure effective nucleation, and the long residence time of the formed particles in the path leads to the fact that the particle sizes reaching the surface of the condenser is out of the nanometer range. In addition, with an increase in the parameter d, the divergence of the carrier gas flow increases, which leads to an increase in the dispersion of the particle size distribution, as well as to a decrease in the yield of the final product.

Непосредственное дистанционное определение линейной скорости движения фронта газа-носителя ( ν )

Figure 00000014
внутри реактора является сложной экспериментальной задачей, которая, как показывает анализ доступной литературы, до сих пор не решена. Для косвенного определения ( ν )
Figure 00000014
проводили оценку степени расширения газа-носителя - K. Действительно, выражение для приведенного мольного расход газа-носителя можно представить в виде:Direct remote determination of the linear velocity of the front of the carrier gas ( ν )
Figure 00000014
inside the reactor is a complex experimental task, which, as analysis of the available literature shows, has not yet been solved. For an indirect definition ( ν )
Figure 00000014
we evaluated the degree of expansion of the carrier gas — K. Indeed, the expression for the reduced molar consumption of the carrier gas can be represented as:

Figure 00000015
Figure 00000015

откуда следует:

Figure 00000016
здесь ρ - плотность потока газа-носителя, выходящего из сопла генератора молекулярного потока, ρ0 - начальная плотность газа-носителя (приблизительно равная плотности при комнатной температуре 298 К и стандартном давлении 1,01325*105 Па),
Figure 00000017
и
Figure 00000018
- соответствующие мольные объемы газа-носителя.whence follows:
Figure 00000016
here ρ is the density of the carrier gas flow leaving the nozzle of the molecular flow generator, ρ 0 is the initial density of the carrier gas (approximately equal to the density at room temperature 298 K and standard pressure 1.01325 * 10 5 Pa),
Figure 00000017
and
Figure 00000018
- the corresponding molar volumes of the carrier gas.

Газ-носитель, при движении через внутренние полости генератора молекулярного потока, преодолевает определенное газодинамическое сопротивление, нагревается, вследствие чего степень его расширения - K постоянно меняется. Для оценки эффективного значения K использовали соотношение:The carrier gas, when moving through the internal cavity of the molecular flow generator, overcomes a certain gas-dynamic resistance, heats up, as a result of which its expansion degree - K is constantly changing. To assess the effective value of K used the ratio:

K=Тн/293*Pат/Pэфф, Pэфф=0,5*(Pнач+Pкон),K = T n / 293 * P at / P eff , P eff = 0.5 * (P beg + P con ),

здесь Рат - атмосферное давление (1,013*105 Па), Рнач и Ркон - давление на входе в реактор и на выходе из него в вакуумную систему, соответственно, Тн - температура контейнера с исходным веществом. Температура газа-носителя на входе в реактор и на выходе из него близка к комнатной.here P at - atmospheric pressure (1,013 * 10 5 Pa), P beginning and P con - pressure at the inlet to the reactor and at the outlet from it into the vacuum system, respectively, T n - temperature of the container with the starting material. The temperature of the carrier gas at the inlet and outlet of the reactor is close to room temperature.

Степень расширения потока газа-носителя определяется соотношением расхода газа-носителя (dN/dt), задаваемого газовой магистралью, производительности применяемого вакуумного насоса и суммарного газодинамического сопротивления внутренней полости генератора молекулярного потока и вакуумных коммуникаций. В установках первого типа (Фиг. 1) поток газа-носителя проходит непосредственно через контейнер, поэтому по мере вылета из него исходного вещества газодинамическое сопротивление генератора молекулярного потока уменьшается, что приводит к росту K в ходе опыта. В установках второго типа (Фиг. 2) поток газа-носителя проходит параллельно поверхности сеточных сублиматоров, содержащих исходное вещество, поэтому изменение газодинамического сопротивления и K в ходе опыта не происходит.The degree of expansion of the carrier gas flow is determined by the ratio of the carrier gas flow (dN / dt) specified by the gas line, the productivity of the used vacuum pump and the total gas-dynamic resistance of the internal cavity of the molecular flow generator and vacuum communications. In plants of the first type (Fig. 1), the carrier gas flow passes directly through the container, therefore, as the starting material leaves it, the gas-dynamic resistance of the molecular flow generator decreases, which leads to an increase in K during the experiment. In plants of the second type (Fig. 2), the carrier gas flow passes parallel to the surface of the grid sublimators containing the initial substance, therefore, the change in gas-dynamic resistance and K does not occur during the experiment.

Для смонтированной стационарной вакуумной системы, при полностью открытых коммуникациях, можно достичь некого максимального значения K - Kmax. Применение управляемых вакуумных затворов позволяет регулировать газодинамическое сопротивление вакуумной системы и тем самым изменять значение K в пределах от 1 до Kmax. В этом качестве можно, например, использовать многооборотные тефлоновые вакуумные краны.For a mounted stationary vacuum system, with completely open communications, it is possible to achieve a certain maximum value of K - K max . The use of controlled vacuum valves allows you to adjust the gas-dynamic resistance of the vacuum system and thereby change the value of K in the range from 1 to K max . In this capacity, for example, multi-turn Teflon vacuum taps can be used.

При проведении опытов с неконденсирующимися газами-носителями, для создания вакуума, использовали только форвакуумные насосы (2НВР-5ДМ, 2НВР-60ДМ). При проведении опытов с конденсирующимися в условиях эксперимента газами-носителями подавляющая их часть осаждается на поверхности низкотемпературного конденсора. В этих условиях значение Kmax при открытых вакуумных коммуникациях практически полностью определяется расходом газа-носителя (dN/dt) и газодинамическим сопротивлением содержимого генератора молекулярного потока. Величина Kmax при этом мало зависит от типа и производительности используемых вакуумных насосов. Использование других типов вакуумных насосов, помимо форвакуумного, целесообразно для обеспечения эффективной теплоизоляции, например в опытах с использованием гелиевого проточного криостата.When conducting experiments with non-condensable carrier gases, to create a vacuum, we used only fore-vacuum pumps (2НВР-5ДМ, 2НВР-60ДМ). During experiments with carrier gases condensing under experimental conditions, the overwhelming majority of them are deposited on the surface of a low-temperature condenser. Under these conditions, the value of K max for open vacuum communications is almost completely determined by the flow rate of the carrier gas (dN / dt) and the gas-dynamic resistance of the contents of the molecular flow generator. The value of K max thus little depends on the type and performance of the used vacuum pumps. The use of other types of vacuum pumps, in addition to the forevacuum, is advisable to ensure effective thermal insulation, for example, in experiments using a helium flow cryostat.

Проведение экспериментов при полностью открытых вакуумных коммуникациях во всех случаях приводило к эффективному синтезу наноформ лекарственных веществ с высоким выходом.Conducting experiments with completely open vacuum communications in all cases led to the efficient synthesis of nanoforms of drugs with a high yield.

Уменьшение значения К приводит к снижению линейной скорости движения фронта газа-носителя ( ν )

Figure 00000014
и, как следствие, к росту размеров получаемых частиц, поскольку эффективная скорость зародышеобразования падает, а предоставляемое для роста частиц время растет. Таким образом, изменение параметра К позволяет регулировать размер частиц. Уменьшение значения К в определенных пределах приводит также к росту выхода конечного продукта. Дальнейшее уменьшение К приводит к снижению выхода, поскольку растет степень рассеивания потока газа-носителя и вещество начинает осаждаться тонким слоем на всех поверхностях, включая и неохлаждаемые. Уменьшение параметра К ниже 10 нецелесообразно, поскольку выход конечного продукта падает до недопустимо малых значений.A decrease in K leads to a decrease in the linear velocity of the front of the carrier gas ( ν )
Figure 00000014
and, as a consequence, to an increase in the size of the resulting particles, since the effective nucleation rate decreases, and the time provided for particle growth increases. Thus, a change in the parameter K allows you to adjust the particle size. A decrease in the value of K within certain limits also leads to an increase in the yield of the final product. A further decrease in K leads to a decrease in the yield, since the degree of dispersion of the carrier gas flow increases and the substance begins to deposit a thin layer on all surfaces, including uncooled ones. A decrease in the parameter K below 10 is impractical, since the yield of the final product drops to unacceptably small values.

В качестве газов-носителей возможно применение любых газов, инертных по отношению к переводимому в газовую фазу лекарственному соединению. Использование газов-носителей с различными теплофизическими свойствами обеспечивает дополнительные возможности для формирования оптимального стационарного теплового поля. Увеличение теплопроводности газа-носителя обеспечивает более равномерное распределение температурного градиента по стационарному температурному полю потока газа-носителя и тем самым увеличение градиента температур на начальных участках движения фронта газа-носителя, что ведет к расширению зоны эффективного зародышеобразования и смещению в эту область ее начала. Это, в свою очередь, при прочих равных условиях, должно приводить к уменьшению средних размеров получаемых наночастиц.As carrier gases, it is possible to use any gases that are inert with respect to the drug compound transferred to the gas phase. The use of carrier gases with various thermophysical properties provides additional opportunities for the formation of an optimal stationary thermal field. An increase in the thermal conductivity of the carrier gas provides a more uniform distribution of the temperature gradient over the stationary temperature field of the carrier gas stream and thereby an increase in the temperature gradient in the initial sections of the motion of the carrier gas front, which leads to the expansion of the effective nucleation zone and its displacement to this region of its beginning. This, in turn, ceteris paribus, should lead to a decrease in the average size of the resulting nanoparticles.

Характерной особенностью газообразного состояния является практическая независимость теплопроводности газов от плотности в диапазоне давлений при условии, что средняя длина свободного пробега молекул много меньше характерного размера системы. Из молекулярно-кинетической теории следует следующая зависимость средней длины свободного пробега от плотности:A characteristic feature of the gaseous state is the practical independence of the thermal conductivity of gases on density in the pressure range, provided that the mean free path of the molecules is much less than the characteristic size of the system. From the molecular-kinetic theory, the following dependence of the mean free path on density follows:

Figure 00000019
Figure 00000019

здесь µ - молекулярная масса, d - эффективный газокинетический диаметр молекул газа, Na - число Авогадро, ρ - плотность. Плотность азота при стандартных для используемых в работе газовых магистралей условиях (Т=293 К и Р=1,01325*105 Па) составляет:here µ is the molecular mass, d is the effective gas kinetic diameter of the gas molecules, N a is the Avogadro number, ρ is the density. The nitrogen density under standard conditions used in the work of gas pipelines (T = 293 K and P = 1.01325 * 10 5 Pa) is:

Figure 00000020
Figure 00000020

Плотность газа-носителя в условиях эксперимента составляет: ρ=ρ0/K. Типичное значение К в экспериментах составляет величину порядка 103, поэтому типичное значение ρ составляет 1,165*10-3 кг/моль. Подставляя это значение в формулу 10, используя для азота известное значение эффективного газокинетического диаметра молекул 3*10-9 м, получаем:The density of the carrier gas under the experimental conditions is: ρ = ρ 0 / K. The typical value of K in experiments is of the order of 10 3 ; therefore, the typical value of ρ is 1.165 * 10 -3 kg / mol. Substituting this value in formula 10, using for nitrogen the known value of the effective gas-kinetic diameter of the molecules 3 * 10 -9 m, we obtain:

Figure 00000021
Figure 00000021

Эта величина значительно превышает характерный размер системы ~10-2 м.This value significantly exceeds the characteristic size of the system ~ 10 -2 m.

Теплопроводность легких газов - водорода и гелия - значительно превышает теплопроводность более тяжелых газов. Для примера, при 0°C при нормальном давлении, коэффициенты теплопроводности водорода, гелия, азота и аргона составляют 0,1655, 0,1411, 0,0237 и 0,0165 Вт/(м*К) соответственно. Температурная зависимость коэффициентов теплопроводности этих газов подчиняется корневому закону:The thermal conductivity of light gases - hydrogen and helium - significantly exceeds the thermal conductivity of heavier gases. For example, at 0 ° C at normal pressure, the thermal conductivities of hydrogen, helium, nitrogen, and argon are 0.1655, 0.1411, 0.0237, and 0.0165 W / (m * K), respectively. The temperature dependence of the thermal conductivity of these gases obeys the root law:

Figure 00000022
Figure 00000022

здесь: Cv - теплоемкость при постоянном давлении, µ - молярная масса, Т - абсолютная температура, d - эффективный газокинетический диаметр молекул, R - универсальная газовая постоянная.here: Cv is the specific heat at constant pressure, µ is the molar mass, T is the absolute temperature, d is the effective gas kinetic diameter of the molecules, R is the universal gas constant.

Сравнение результатов, полученных при использовании в качестве газа-носителя азота и аргона, качественно подтверждает этот вывод, однако результаты, полученные при использовании чистого гелия, ему противоречат - средние размеры частиц, полученных в сопоставимых условиях при использовании чистого гелия, в несколько раз превышают таковые при использовании азота или аргона. По всей видимости, дело состоит в том, что газ-носитель оказывает влияние на процессы зародышеобразования. Этот факт хорошо известен [М.П. Анисимов, С.Д. Шандаков, И.Н. Шайморданов, А.С. Березина, Ю.И. Полыгалов, С.А. Тимошенко «Определение поверхностной энергии критических зародышей из экспериментов по нуклеации», ЖРХО имени Д.И. Менделеева, 2001, т. XLV, №3, сс. 38-44]. Такие газы, как азот или аргон, в отличие от гелия, способны адсорбироваться на поверхности образующихся зародышей, облегчая тем самым процессы зародышеобразования. Известно, что скорость зародышеобразования чрезвычайно сильно зависит от поверхностной энергии образующихся кристаллов. Например, в книге [В.М. Портнов, Е.В. Чупрунов, «Возникновение и рост кристаллов», М., «Физматлит», 2006, 328 с.] приводится следующая формула для расчета скорости зародышеобразования кристаллов кубической формы:A comparison of the results obtained when using nitrogen and argon as a carrier gas qualitatively confirms this conclusion, but the results obtained using pure helium contradict it - the average particle sizes obtained under comparable conditions when using pure helium are several times higher than those when using nitrogen or argon. Apparently, the fact is that the carrier gas influences the nucleation processes. This fact is well known [M.P. Anisimov, S.D. Shandakov, I.N. Shaimordanov, A.S. Berezina, Yu.I. Polygalov, S.A. Tymoshenko “Determination of the surface energy of critical nuclei from nucleation experiments”, DI I.R. Mendeleev, 2001, t. XLV, No. 3, ss. 38-44]. Gases such as nitrogen or argon, unlike helium, are capable of adsorbing on the surface of the formed nuclei, thereby facilitating nucleation processes. It is known that the nucleation rate depends extremely strongly on the surface energy of the crystals formed. For example, in the book [V.M. Portnov, E.V. Chuprunov, “The Appearance and Growth of Crystals”, M., “Fizmatlit”, 2006, 328 pp.], The following formula is given for calculating the nucleation rate of cubic crystals:

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

Здесь I - скорость зародышеобразования (ед./(м3*с)), σ - поверхностная энергия (Дж/м2), k - константа Больцмана, R - универсальная газовая постоянная, ρ - плотность вещества (кг/м3), µ - молекулярная масса вещества (кг/моль), Vm=µ/ρ - мольный объем (м3/моль), Р0(Т) - давление насыщенных паров, соответствующее температуре Т, Р - давление, Р/Р0(Т) - пересыщение, dk - размер (длина куба) критического зародыша.Here I is the nucleation rate (units / (m 3 * s)), σ is the surface energy (J / m 2 ), k is the Boltzmann constant, R is the universal gas constant, ρ is the density of the substance (kg / m 3 ), µ is the molecular weight of the substance (kg / mol), V m = µ / ρ is the molar volume (m 3 / mol), P 0 (T) is the saturated vapor pressure corresponding to the temperature T, P is the pressure, P / P 0 ( T) is the supersaturation, d k is the size (cube length) of the critical nucleus.

Поэтому даже незначительное уменьшение поверхностной энергии может привести к значительному росту скорости зародышеобразования и, следовательно, к уменьшению среднего размера образующихся наночастиц.Therefore, even a slight decrease in surface energy can lead to a significant increase in the rate of nucleation and, consequently, to a decrease in the average size of the resulting nanoparticles.

Конструктивные особенности установки, спроектированной и изготовленной для осуществления способа, позволяют использовать в качестве носителя смесь двух или более газов. В силу вышесказанного, использование таких смесей открывает новые возможности для управления процессами зародышеобразования и роста наночастиц. Действительно, беря в качестве одного компонента газовой смеси легкий газ с высокой теплопроводностью, например гелий, а в качестве другого - газ с нужными адсорбционными характеристиками, например азот, можно в широких пределах регулировать размер получающихся частиц. Теплопроводность смеси газов не является аддитивной функцией состава и сложным образом зависит от температуры, однако монотонность этих зависимостей, обеспечивает возможность ее простого регулирования.Design features of the installation, designed and manufactured for the implementation of the method, allow the use of a mixture of two or more gases as a carrier. In view of the foregoing, the use of such mixtures opens up new possibilities for controlling the processes of nucleation and growth of nanoparticles. Indeed, taking light gas with high thermal conductivity, such as helium, as one component of the gas mixture, and gas with the desired adsorption characteristics, such as nitrogen, as the other, it is possible to widely regulate the size of the resulting particles. The thermal conductivity of the gas mixture is not an additive function of the composition and depends on temperature in a complex way, however, the monotonicity of these dependences makes it possible to easily control it.

Использование в качестве газа-носителя смеси гелия и азота позволяет значительно уменьшить средний размер образующихся наночастиц и повысить выход конечного продукта по сравнению с опытами, в которых для этих целей использовали чистый азот, а тем более чистый гелий. Таким образом, зависимость среднего размера частиц от состава газовой смеси гелий - азот имеет экстремальный характер. Аналогичные зависимости должны наблюдаться для других газовых смесей, одни компоненты которых обеспечивают высокую теплопроводность, а другие обладают необходимыми адсорбционными характеристиками, например гелий - аргон, водород - азот, водород - аргон и др.The use of a mixture of helium and nitrogen as a carrier gas allows one to significantly reduce the average size of the formed nanoparticles and increase the yield of the final product in comparison with experiments in which pure nitrogen, and especially pure helium, was used for these purposes. Thus, the dependence of the average particle size on the composition of the helium-nitrogen gas mixture is extreme. Similar dependences should be observed for other gas mixtures, some components of which provide high thermal conductivity, while others have the necessary adsorption characteristics, for example, helium - argon, hydrogen - nitrogen, hydrogen - argon, etc.

В определенном интервале экспериментальных условий используемые газы-носители могут осаждаться на поверхности конденсора. Возможность осаждения определяется, прежде всего, температурой поверхности конденсора и природой газа-носителя. При использовании в качестве хладагента жидкого азота такой способностью обладают, например, СО2, N2O, Хе, С3Н8, С4Н10 и множество других газов. Такие газы, как N2, Ar, конденсируются только при использовании в качестве хладагента жидкого гелия. Для получения целевого продукта сконденсированные носители могут быть удалены посредством сублимации.In a certain range of experimental conditions used carrier gases can be deposited on the surface of the condenser. The possibility of deposition is determined primarily by the surface temperature of the condenser and the nature of the carrier gas. When using liquid nitrogen as a refrigerant, this ability is possessed, for example, by CO 2 , N 2 O, Xe, C 3 H 8 , C 4 H 10 and many other gases. Gases such as N 2 , Ar, condense only when using liquid helium as a refrigerant. Condensed carriers can be removed by sublimation to obtain the desired product.

Использование в процессе конденсирующихся газов целесообразно в силу следующих обстоятельств:The use of condensable gases in the process is advisable due to the following circumstances:

- отсутствует обратный поток газа-носителя, поскольку тот практически полностью осаждается на поверхности конденсора, поэтому в этих условиях можно использовать диффузионные, турбомолекулярные и другие насосы, позволяющие достичь состояние глубокого вакуума в основной части реактора. Все это обеспечивает большую степень идентичности физических условий по сечению потока газа-носителя перпендикулярному направлению его движения и тем самым снижение дисперсии распределения конечного продукта по размерам,- there is no reverse flow of the carrier gas, since it is almost completely deposited on the surface of the condenser, therefore, under these conditions, diffusion, turbomolecular and other pumps can be used to achieve a deep vacuum in the main part of the reactor. All this provides a greater degree of identity of physical conditions along the cross-section of the carrier gas stream perpendicular to the direction of its movement and thereby reducing the dispersion of the distribution of the final product by size,

- падающие на поверхность конденсора наночастицы попадают в «клетку», образованную молекулами замерзшего газа-носителя, что обеспечивает эффективное рассеивание их кинетической энергии, в связи с чем возрастает выход конечного продукта,- the nanoparticles falling on the surface of the condenser enter a “cell” formed by molecules of a frozen carrier gas, which ensures effective dissipation of their kinetic energy, and therefore the yield of the final product increases,

- зафиксированные на поверхности наночастицы быстро изолируются слоем конденсата от падающего на поверхность остаточного молекулярного потока, что предотвращает возможность дополнительного поверхностного роста частиц,- nanoparticles fixed on the surface are quickly isolated by a layer of condensate from the residual molecular flow incident on the surface, which prevents the possibility of additional surface growth of particles,

- молекулярное силовое поле молекул газа-носителя, обеспечивающее возможность конденсации, может облегчать процессы зародышеобразования и влиять на процессы роста наночастиц,- the molecular force field of the molecules of the carrier gas, which provides the possibility of condensation, can facilitate the nucleation processes and affect the processes of growth of nanoparticles,

- появляется возможность реализации более высокой степени расширения потока газа-носителя (К).- it becomes possible to implement a higher degree of expansion of the carrier gas stream (K).

Поскольку при высоких значениях степени расширения потока газа-носителя (K) давление на входе в реактор (Рнач) во всех опытах не превышало 1000 Па, а рабочие температуры, как правило, превышают 100°C, в качестве газа-носителя могут использоваться вещества, которые при нормальных условиях (температуре 25°C и давлении 1,013*105 Па) представляют собой жидкости и твердые вещества, но обладающие достаточно высоким давлением насыщенных паров не только при комнатной температуре, но и при температурах соответствующих твердой фазе соединения.Since at high values of the degree of expansion of the carrier gas stream (K), the pressure at the inlet of the reactor (P beg ) in all experiments did not exceed 1000 Pa, and the operating temperatures, as a rule, exceed 100 ° C, substances can be used as the carrier gas which under normal conditions (temperature 25 ° C and pressure 1.013 * 10 5 Pa) are liquids and solids, but possessing a fairly high saturated vapor pressure not only at room temperature, but also at temperatures corresponding to the solid phase of the compound.

Эти вещества должны быть безвредными в медицинском отношении. Высокое давление насыщенных паров над твердой фазой соединения при сравнительно низких температурах позволяет полностью отделить его от лекарственного соединения посредством сублимации в вакууме. Примером соединения удовлетворяющего этим требованиям является вода. Давление насыщенных паров воды составляет при 25, 0, -25°C, соответственно 3167, 611 и 63 Па.These substances must be medically harmless. The high saturated vapor pressure over the solid phase of the compound at relatively low temperatures allows it to be completely separated from the drug compound by sublimation in vacuum. An example of a compound satisfying these requirements is water. The pressure of saturated water vapor is at 25, 0, -25 ° C, respectively 3167, 611 and 63 Pa.

Использование воды в качестве газа-носителя позволяет уменьшить размер получаемых частиц почти на порядок по сравнению с опытами, где в качестве газа-носителя применяется азот. Помимо всего прочего предлагаемый способ позволяет непосредственно получать водные дисперсии лекарственных соединений, пригодные для использования в медицинских целях.The use of water as a carrier gas allows one to reduce the size of the resulting particles by almost an order of magnitude in comparison with experiments where nitrogen is used as a carrier gas. Among other things, the proposed method allows you to directly obtain aqueous dispersions of medicinal compounds suitable for medical use.

Вода является полярным соединением. В качестве соединения неполярной природы в качестве газа-носителя использовали 2,2,3,3-тетраметилбутан или гексаметилэтан (C8H18). Данное соединение представляет собой разветвленный высокосимметричный углеводород, обладающий аномально высокой температурой плавления (~100°C) и хорошей летучестью из твердого состояния (при 25, 0, -25°C давление насыщенных паров соединения, определенных посредством программы ACD/Labs составляет 5800, 1700, 390 Па соответственно). Использование 2,2,3,3-тетраметилбутана в качестве газа-носителя также позволяет уменьшить размер получаемых частиц, но в меньшей степени по сравнению с водой.Water is a polar compound. As a non-polar compound, 2,2,3,3-tetramethylbutane or hexamethylethane (C 8 H 18 ) was used as a carrier gas. This compound is a branched, highly symmetric hydrocarbon having an abnormally high melting point (~ 100 ° C) and good volatility from the solid state (at 25, 0, -25 ° C) the saturated vapor pressure of the compound determined by the ACD / Labs program is 5800, 1700 , 390 Pa, respectively). The use of 2,2,3,3-tetramethylbutane as the carrier gas also makes it possible to reduce the size of the resulting particles, but to a lesser extent than water.

В качестве газов-носителей могут быть использованы и другие вещества, которые при нормальных условиях представляют собой жидкости и твердые вещества, а также их смеси. Посредством выбора таких соединений, с учетом специфики конкретного лекарственного соединения, можно получать наноразмерные порошки с заданным средним размером частиц для конкретных медицинских применений.Other substances can also be used as carrier gases, which under normal conditions are liquids and solids, as well as mixtures thereof. By selecting such compounds, taking into account the specificity of a particular drug compound, it is possible to obtain nanosized powders with a given average particle size for specific medical applications.

С целью получения еще более мелких частиц, а также для тонкого регулирования их размеров, целесообразно использование в качестве газа-носителя смеси двух или более веществ, включающей вещества, одна часть которых конденсируется на охлаждаемой поверхности при используемых экспериментальных параметрах, а другая часть не конденсируется. Для получения целевого продукта сконденсированная часть газа-носителя может быть удалена посредством сублимации. Конденсирующаяся и неконденсирующаяся части газа-носителя могут выполнять разные функции, направленное сочетание которых является эффективным инструментом для достижения поставленных целей.In order to obtain even smaller particles, as well as to fine-tune their size, it is advisable to use as a carrier gas a mixture of two or more substances, including substances, one part of which condenses on the cooled surface under the experimental parameters used, and the other part does not condense. To obtain the desired product, the condensed portion of the carrier gas can be removed by sublimation. The condensing and non-condensing parts of the carrier gas can perform different functions, the directed combination of which is an effective tool to achieve the goals.

Например, в смеси Не+H2O роль гелия состоит в формировании температурного поля с высоким значением градиента на начальных участках движения фронта потока газа-носителя, а роль воды - в обеспечении эффективного зародышеобразования в газовой фазе, а также фиксации и изоляции образовавшихся наночастиц на поверхности конденсора. Применение в качестве газа-носителя смеси Не+H2O позволяет достичь в плане уменьшения размеров частиц таких же результатов, что и использование сверхнизких температур.For example, in the He + H 2 O mixture, the role of helium is to form a temperature field with a high gradient in the initial sections of the motion of the carrier gas flow front, and the role of water is to ensure effective nucleation in the gas phase, as well as the fixation and isolation of the formed nanoparticles on condenser surface. The use of a He + H 2 O mixture as a carrier gas allows one to achieve the same results in terms of particle size reduction as the use of ultra-low temperatures.

В системе N2+H2O роль азота состоит в разбавлении газовой смеси и снижении эффективности действия воды. Использование данной смеси с эквимольным соотношением компонентов позволило получить целевой продукт с промежуточным (по сравнению со случаями чистых компонентов) средним размером частиц. Это дает основание полагать, что задание определенного состава газовой смеси позволит плавно регулировать средние размеры частиц целевого продукта. Это важно для конкретных медицинских применений медицинских препаратов.In the N 2 + H 2 O system, the role of nitrogen is to dilute the gas mixture and reduce the effectiveness of the action of water. The use of this mixture with an equimolar ratio of the components made it possible to obtain the target product with an intermediate (compared with the case of pure components) average particle size. This gives reason to believe that the task of a certain composition of the gas mixture will allow you to smoothly control the average particle size of the target product. This is important for specific medical applications.

Использование в качестве газа-носителя систем, содержащих большие количества как конденсирующихся, так и неконденсирующихся компонентов, позволит достичь еще более тонкого регулирования свойств конечного продукта.The use of systems containing large quantities of both condensing and non-condensing components as a carrier gas will make it possible to achieve even finer control over the properties of the final product.

В качестве лекарственных соединений, для реализации способа использовали: феназепам, 5-андростен-3β-ол-17-он (ДГЕА), 5-андростен-3β,17β-диол (А-диол), моногидрат 5-андростен-3β,17β-диола (А-диол*H2O), флутиказона пропионат, пироксикам, габапентин, d-камфару и метронидазол. Их структурные формулы приведены ниже. Медицинское назначение и свойства использованных лекарственных веществ приведены в Табл. 1.As medicinal compounds, for the implementation of the method used: phenazepam, 5-androsten-3β-ol-17-one (DHEA), 5-androsten-3β, 17β-diol (A-diol), 5-androsten-3β monohydrate, 17β -diol (A-diol * H 2 O), fluticasone propionate, piroxicam, gabapentin, d-camphor and metronidazole. Their structural formulas are given below. The medical purpose and properties of the used medicinal substances are given in Table. one.

Figure 00000026
Figure 00000026

Лекарственные соединения образуют, как правило, несколько твердофазных полиморфных модификаций, отличающихся по физико-химическим свойствам. Поэтому исходные лекарственные соединения и полученные в результате применения способа наноформы исследовали методами термического анализа, ИК-спектроскопии, РФА, хроматографическими методами определяли химическую чистоту.Medicinal compounds form, as a rule, several solid-phase polymorphic modifications that differ in physicochemical properties. Therefore, the initial drug compounds and nanoforms obtained as a result of the application of the method were investigated by thermal analysis, IR spectroscopy, XRD, and chemical purity was determined by chromatographic methods.

Зафиксировано, что во всех случаях фазовое состояние исходных лекарственных соединений соответствовало наиболее термодинамически стабильной кристаллической модификации. Получаемые в результате применения способа наноформы лекарственных соединений представляют кристаллические вещества с видоизмененной относительно исходных соединений кристаллографической структурой. Также зафиксировано, что химическая чистота получаемых наноразмерных форм не хуже, а в ряде случаев и лучше по сравнению с исходными веществами.It was recorded that in all cases the phase state of the starting drug compounds corresponded to the most thermodynamically stable crystalline modification. The resulting nanoforms of drug compounds resulting from the application of the method are crystalline substances with a crystallographic structure modified relative to the starting compounds. It was also recorded that the chemical purity of the obtained nanoscale forms is not worse, and in some cases better, in comparison with the starting materials.

Для определения размеров частиц получаемых наноформ лекарственных соединений использовали: просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ), сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), измерение эффективной поверхности по количеству адсорбированного аргона (S-I(Ar)).To determine the particle sizes of the obtained nanoforms of medicinal compounds, we used: transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), measurement of the effective surface by the amount of adsorbed argon (S-I (Ar)).

Изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в Табл. 2.The invention is illustrated by the examples given in Table. 2.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фигура 1. Схема установки для получения наноразмерных порошков лекарственных соединений:Figure 1. Installation diagram for obtaining nanosized powders of drug compounds:

1 - источники газов-носителей (металлические баллоны с редукторами),1 - sources of carrier gases (metal cylinders with gears),

2 - газовые магистрали на основе серийно выпускаемых регуляторов расхода газов (РРГ-10),2 - gas pipelines based on commercially available gas flow controllers (RRG-10),

3 - вакуумные вводы электрических проводов и термопар первичного и конечного нагревателей потока газа-носителя,3 - vacuum inputs of electric wires and thermocouples of the primary and final heaters of the carrier gas stream,

4 - уплотнение,4 - seal

5 - первичный нагреватель потока газа-носителя,5 - primary heater flow of carrier gas,

6 - контейнер с исходным веществом,6 - container with the starting substance,

7 - теплоизолирующая вставка,7 - insulating insert,

8 - конечный нагреватель потока газа-носителя,8 - the final heater of the carrier gas stream,

9 - многоканальный ПИД регулятор температуры,9 - multi-channel PID temperature controller,

10 - сопло генератора молекулярного потока,10 - nozzle of the molecular flow generator,

11 - слой осажденного вещества,11 - layer of precipitated substance,

12 - съемная часть реактора,12 - removable part of the reactor,

13 - плоский вакуумный шлиф для стыковки съемной и неподвижной частей реактора,13 is a flat vacuum section for joining removable and fixed parts of the reactor,

14 - хладагент,14 - refrigerant

15 - неподвижная часть реактора,15 - fixed part of the reactor,

16 - вращающаяся часть реактора,16 - rotating part of the reactor,

17 - выход на вакуумную систему,17 - exit to the vacuum system,

18 - вакуумные датчики (ПМТ-6-3М-1),18 - vacuum sensors (PMT-6-3M-1),

19 - плоский вакуумный шлиф для соединения подвижной и неподвижной частей реактора,19 is a flat vacuum section for connecting the movable and stationary parts of the reactor,

20 - выходной тефлоновый вакуумный кран.20 - output teflon vacuum valve.

Фигура 2. Схема установки для получения наноразмерных порошков лекарственных соединений, использующая сеточные сублиматоры:Figure 2. Installation diagram for producing nanosized powders of drug compounds using mesh sublimators:

1 - источники газов-носителей (металлические баллоны с редукторами),1 - sources of carrier gases (metal cylinders with gears),

2 - газовые магистрали на основе серийно выпускаемых регуляторов расхода газов (РРГ-10),2 - gas pipelines based on commercially available gas flow controllers (RRG-10),

3 - вакуумные вводы электрических проводов и термопар первичного и конечного нагревателей потока газа-носителя,3 - vacuum inputs of electric wires and thermocouples of the primary and final heaters of the carrier gas stream,

4 - уплотнение,4 - seal

5 - первичный нагреватель потока газа-носителя,5 - primary heater flow of carrier gas,

7 - теплоизолирующая вставка,7 - insulating insert,

8 - конечный нагреватель потока газа-носителя,8 - the final heater of the carrier gas stream,

9 - многоканальный ПИД регулятор температуры,9 - multi-channel PID temperature controller,

10 - сопло генератора молекулярного потока,10 - nozzle of the molecular flow generator,

11 - слой осажденного вещества,11 - layer of precipitated substance,

12 - съемная часть реактора,12 - removable part of the reactor,

13 - плоский вакуумный шлиф для стыковки съемной и неподвижной частей реактора,13 is a flat vacuum section for joining removable and fixed parts of the reactor,

14 - хладагент,14 - refrigerant

15 - неподвижная часть реактора,15 - fixed part of the reactor,

16 - вращающаяся часть реактора - низкотемпературный конденсор,16 - the rotating part of the reactor is a low temperature condenser,

17 - выход на вакуумную систему,17 - exit to the vacuum system,

18 - вакуумные датчики (ПМТ-6-3М-1),18 - vacuum sensors (PMT-6-3M-1),

19 - плоский вакуумный шлиф для соединения подвижной и неподвижной частей реактора,19 is a flat vacuum section for connecting the movable and stationary parts of the reactor,

20 - выходной тефлоновый вакуумный кран.20 - output teflon vacuum valve.

21 - металлическая сетка,21 - metal mesh

22 - слой исходного лекарственного соединения,22 - layer of the parent drug compound,

23 - нижний шток сеточного сублиматора,23 - the lower rod of the mesh sublimator,

24 - пружина,24 - spring

25 - верхний шток сеточного сублиматора,25 - the upper rod of the mesh sublimator,

26 - фиксаторы пружины сеточного сублиматора,26 - spring retainers mesh sublimator,

27 - фиксаторы сеточного сублиматора,27 - latches mesh sublimator,

28 - плоский вакуумный шлиф для монтажа отсека сеточного сублиматора,28 is a flat vacuum section for mounting the mesh sublimator compartment,

29 - плоский вакуумный шлиф для соединения встроенной и съемной частей отсека сеточного сублиматора,29 is a flat vacuum section for connecting the built-in and removable parts of the mesh sublimator compartment,

30 - вакуумные вводы электрических проводов и термопар сеточного сублиматора,30 - vacuum inputs of electrical wires and thermocouples of a mesh sublimator,

31 - встроенная часть отсека сеточного сублиматора,31 - integrated part of the mesh sublimator compartment,

32 - съемная часть отсека сеточного сублиматора32 - removable part of the mesh sublimator compartment

Фигура 3. Микрофотография образца моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола полученная на сканирующем электронном микроскопе.Figure 3. A micrograph of a sample of 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate obtained using a scanning electron microscope.

Фигура 4. Микрофотография образца моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола полученная на сканирующем электронном микроскопе.Figure 4. A micrograph of a sample of 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate obtained by scanning electron microscope.

Фигура 5. Гистограмма распределения частиц моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола по размерам по данным сканирующего электронного микроскопа.Figure 5. A histogram of the particle size distribution of 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate according to scanning electron microscope.

Фигура 6. Микрофотография образца 5-андростен-3β,17β-диола полученная на просвечивающем электронном микроскопе.Figure 6. Micrograph of a sample of 5-androsten-3β, 17β-diol obtained by transmission electron microscope.

Фигура 7. Гистограмма распределения частиц моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола по размерам по данным просвечивающего электронного микроскопа.Figure 7. A histogram of the particle size distribution of 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate according to a transmission electron microscope.

Фигура 8. Микрофотография образца безводной формы 5-андростен-3β,17β-диола полученная на просвечивающем электронном микроскопе.Figure 8. A micrograph of a sample of the anhydrous form of 5-androsten-3β, 17β-diol obtained using a transmission electron microscope.

Фигура 9. Микрофотография образца безводной формы 5-андростен-3β,17β-диола полученная на просвечивающем электронном микроскопе.Figure 9. A micrograph of a sample of the anhydrous form of 5-androsten-3β, 17β-diol obtained using a transmission electron microscope.

Фигура 10. Гистограмма распределения частиц безводной формы 5-андростен-3β,17β-диола по размерам по данным просвечивающего электронного микроскопа.Figure 10. A histogram of the particle size distribution of the anhydrous form of 5-androsten-3β, 17β-diol in size according to a transmission electron microscope.

Осуществление изобретения в статике.The implementation of the invention in statics.

Для осуществления изобретения сконструированы устройства двух типов. Их схемы приведены на Фиг. 1 и Фиг. 2. Устройства отличаются по способу размещения исходного вещества и по организации выноса его паров.For the implementation of the invention designed device of two types. Their circuits are shown in FIG. 1 and FIG. 2. Devices differ in the method of placement of the starting substance and in the organization of the removal of its vapor.

Осуществление изобретения в статике в устройствах первого типа.The implementation of the invention in statics in devices of the first type.

В устройствах первого типа (Фиг. 1) газ-носитель поступает из источника (1) на газовую магистраль (2). В качестве источника газа-носителя используются газовые баллоны с соответствующим газом (N2, СО2, Ar, Не и др.) и сосуды, содержащие соответствующую жидкость (H2O) или твердое вещество (2,2,3,3-тетраметилбутан). Газовая магистраль служит для точного регулирования потока газа-носителя. Для осуществления изобретения используются серийные газовые магистрали производства фирмы «Элточприбор» (г. Зеленоград, Россия). Газовая магистраль включает регулятор давления, регулятор расхода газа (РРГ-10), выходной вентиль. В случае применения в качестве газа-носителя газовых смесей, для каждого компонента газовой смеси используется независимая газовая магистраль. Источник (источники) газа-носителя и газовая магистраль (магистрали) составляют блок задания потока газа-носителя.In devices of the first type (Fig. 1), the carrier gas flows from the source (1) to the gas line (2). As a source of carrier gas, gas cylinders with the corresponding gas (N 2 , CO 2 , Ar, He, etc.) and vessels containing the corresponding liquid (H 2 O) or solid (2,2,3,3-tetramethylbutane) are used ) The gas line serves to precisely control the flow of carrier gas. To implement the invention, serial gas pipelines manufactured by Eltochpribor (Zelenograd, Russia) are used. The gas main includes a pressure regulator, gas flow regulator (RRG-10), and an outlet valve. If gas mixtures are used as the carrier gas, an independent gas line is used for each component of the gas mixture. The source (sources) of carrier gas and the gas line (s) comprise a block for setting the carrier gas stream.

По выходу из газовой магистрали (магистралей) поток газа-носителя поступает в блок генератора молекулярного потока, который включает последовательно и герметично соединенные между собой: первичный нагреватель (5), контейнер с исходным веществом (6), теплоизолирующую вставку (7), конечный нагреватель (8) и сопло (10).Upon exit from the gas line (s), the carrier gas stream enters the molecular flow generator block, which includes in series and hermetically connected to each other: the primary heater (5), the container with the starting substance (6), the heat insulating insert (7), the final heater (8) and nozzle (10).

Первичный (5) и конечный (8) нагреватели, контейнер с исходным веществом (6) представляют собой цилиндрические медные трубки, на внешней стороне нагревателей смонтированы нагревательные элементы из нихромовой проволоки. Температура нагревателей контролируется и поддерживается с помощью термопар. Часть медной трубки первичного нагревателя (5) оставляется свободной и служит для жесткого закрепления генератора молекулярного потока на съемной части реактора. С этой целью, пространство между свободной внешней стенкой медной трубки и внутренней стенкой съемной части реактора, забивается уплотнителем (4), в качестве которого используется асбестовое волокно. Функция уплотнителя состоит и в том, чтобы сформированный поток газа-носителя полностью проходит только через генератор молекулярного потока. Термопарные и силовые провода протягиваются через уплотнитель и далее через вакуумные вводы (3) выводятся наружу и подсоединяются к соответствующим входам многоканального ПИД регулятора температуры (9), в качестве которого используется серийный прибор ТРМ-148 производства фирмы «Овен», Россия. Съемная часть реактора (12) с присоединенным к ней генератором молекулярного потока стыкуется с неподвижной частью реактора (15) при помощи плоского вакуумного шлифа (13). Для регулировки расстояния между соплом генератора молекулярного потока (10) и поверхностью конденсора (16) - d, между съемной и неподвижной частью реактора устанавливается вставка нужной длины.The primary (5) and final (8) heaters, the container with the starting material (6) are cylindrical copper tubes, and heating elements made of nichrome wire are mounted on the outside of the heaters. The temperature of the heaters is controlled and maintained using thermocouples. Part of the copper tube of the primary heater (5) remains free and serves to rigidly fix the molecular flow generator to the removable part of the reactor. To this end, the space between the free outer wall of the copper tube and the inner wall of the removable part of the reactor is clogged with a sealant (4), which uses asbestos fiber. The function of the sealant is to ensure that the generated carrier gas stream completely passes only through the molecular flow generator. Thermocouple and power wires are drawn through the seal and then through the vacuum inlets (3) are brought out and connected to the corresponding inputs of the multi-channel PID temperature controller (9), which is used as a serial device TPM-148 manufactured by Aries, Russia. The removable part of the reactor (12) with the molecular flow generator connected to it is joined to the fixed part of the reactor (15) using a flat vacuum section (13). To adjust the distance between the nozzle of the molecular flow generator (10) and the surface of the condenser (16) - d, an insert of the desired length is installed between the removable and fixed parts of the reactor.

Поток газа-носителя, нагретый до начальной температуры в первичном нагревателе (5), проходит через контейнер (6) непосредственно через слой исходного соединения, разогревает его, захватывает пары вещества и выносит их через теплоизолирующую вставку (7) в конечный нагреватель и далее, через сопло (10), в рабочее пространство. Для того чтобы исходное вещество в ходе опыта не выносилось из контейнера, его вход и выход закрываются сеткой из токопроводящего материала (металла), например из нержавеющей стали с отверстиями в 40 мкм.The carrier gas stream, heated to the initial temperature in the primary heater (5), passes through the container (6) directly through the layer of the starting compound, heats it, captures the vapors of the substance and carries them through the insulating insert (7) to the final heater and then through nozzle (10) into the working space. In order to prevent the starting material from being carried out of the container during the experiment, its entrance and exit are closed with a mesh of conductive material (metal), for example, stainless steel with openings of 40 μm.

Теплоизолирующая вставка (7) представляет собой фторопластовую или керамическую трубку цилиндрической формы. Ее роль состоит в том, чтобы не допустить перегрева исходного вещества. Длина теплоизолирующей вставки зависит от разности температур первичного и конечного нагревателей. Например, при разности в 300°C, длина вставки должна составлять не менее 5 см.The heat insulating insert (7) is a fluoroplastic or ceramic tube of cylindrical shape. Its role is to prevent overheating of the starting material. The length of the insulating insert depends on the temperature difference between the primary and final heaters. For example, with a difference of 300 ° C, the insert must be at least 5 cm long.

Сопло генератора молекулярного потока (10) представляет собой медную цилиндрическую деталь сложной конфигурации. Внутренняя часть сопла, обращенная к низкотемпературному конденсору (16), имеет параболическую форму, которая обеспечивает параллельность и нерасходимость потока газа-носителя, несущего молекулы исходного вещества. На внешней поверхности сопла монтировали нагревательный элемент из нихромовой проволоки.The nozzle of the molecular flow generator (10) is a copper cylindrical piece of complex configuration. The inner part of the nozzle, facing the low-temperature condenser (16), has a parabolic shape, which provides parallelism and the divergence of the carrier gas stream carrying the molecules of the starting material. A nichrome wire heating element was mounted on the outer surface of the nozzle.

При движении потока газа-носителя от сопла генератора молекулярного потока (10) до поверхности низкотемпературного конденсора (16) происходит его резкое охлаждение, приводящее к быстрому гомогенному зародышеобразованию, возникшие зародыши новой фазы растут за счет потока молекул или кластеров вещества из газовой фазы. Растущие частицы могут сталкиваться в газовой фазе и агрегировать. Далее сформировавшиеся в газовой фазе наночастицы захватываются холодной поверхностью конденсора и стабилизируются на ней (11).When the carrier gas stream moves from the nozzle of the molecular flow generator (10) to the surface of the low-temperature condenser (16), it suddenly cools, leading to rapid homogeneous nucleation, the new-phase nuclei that grow due to the flow of molecules or clusters of matter from the gas phase. Growing particles can collide in the gas phase and aggregate. Then, nanoparticles formed in the gas phase are captured by the cold surface of the condenser and stabilized on it (11).

Низкотемпературный конденсор (16) представляет собой замкнутый снизу сосуд цилиндрической формы. В верхней части сосуд соединен с плоским вакуумным шлифом (19). За счет этого шлифа низкотемпературный конденсор (16) может поворачиваться относительно неподвижной части реактора (15). За счет вращения низкотемпературного конденсора (16) слой осажденного вещества (11) равномерно распределяется по его поверхности.The low-temperature condenser (16) is a cylindrical vessel closed from below. In the upper part, the vessel is connected to a flat vacuum section (19). Due to this thin section, the low-temperature condenser (16) can rotate relative to the stationary part of the reactor (15). Due to the rotation of the low-temperature condenser (16), the deposited substance layer (11) is evenly distributed over its surface.

Необходимая температура конденсора (16) достигается за счет залитого внутрь него хладагента (14), в качестве которого в большинстве опытов использовали жидкий азот (Тк=-196°C). Для обеспечения температур поверхности конденсора выше -196°C используются охлажденные жидкости с низкими температурами плавления - изопентан (Тпл=-160°C), метилциклогексан (Тпл=-126,7°C). Для поддержания стабильности температуры поверхности конденсора в ходе опыта через объем жидкости-хладагента продувается холодные пары азота.The required temperature of the condenser (16) is achieved due to the refrigerant poured inside it (14), which was used as liquid nitrogen in most experiments (Т к = -196 ° C). To ensure the surface temperature of the condenser above -196 ° C, cooled liquids with low melting points are used - isopentane (T PL = -160 ° C), methylcyclohexane (T PL = -126.7 ° C). To maintain the stability of the surface temperature of the condenser during the experiment, cold nitrogen vapors are blown through the volume of the refrigerant liquid.

Для обеспечения температур в интервале -269÷-196°C, генератор молекулярного потока подсоединяется к входу погружного гелиевого криостата, который был сконструирован и изготовлен в ОКТБ Физико-технического института низких температур, г. Харьков.To ensure temperatures in the range of -269 ÷ -196 ° C, the molecular flow generator is connected to the inlet of a submersible helium cryostat, which was designed and manufactured at the OKTB of the Physical and Technical Institute of Low Temperatures, Kharkov.

Для обеспечения разрежения потока газа-носителя реактор соединяется с вакуумной системой (17). Для определения уровня вакуума в системе используются вакуумные датчики (18). Для измерения уровня вакуума от 0,133 до 104 Па используется вакуумметр «Мерадат-ВИТ16Т1» с преобразователем манометрическим терморезисторным ПМТ-6-3М-1 и преобразователем манометрическим термопарным - ПМТ-2, а для измерения более высокого вакуума - вакуумметр ВИТ-3 с преобразователем манометрическим ионизационным ПМИ-2.To ensure rarefaction of the carrier gas stream, the reactor is connected to a vacuum system (17). To determine the level of vacuum in the system, vacuum sensors are used (18). To measure a vacuum level from 0.133 to 10 4 Pa, a Meradat-VIT16T1 vacuum gauge is used with a PMT-6-3M-1 thermometer resistive pressure gauge and a PMT-2 gauge thermocouple converter, and a VIT-3 vacuum gauge with a converter for measuring higher vacuum manometric ionization PMI-2.

Степень разрежения потока газа-носителя (K) регулируется тефлоновым вакуумным краном (20), установленным на выходе из реактора. Для обеспечения более точного определения степени разрежения потока газа-носителя вакуумные датчики размещаются как на входе, так и на выходе реактора.The degree of rarefaction of the carrier gas stream (K) is regulated by a Teflon vacuum valve (20) installed at the outlet of the reactor. To provide a more accurate determination of the degree of rarefaction of the carrier gas stream, vacuum sensors are placed both at the inlet and at the outlet of the reactor.

Осуществление изобретения в статике в устройствах второго типа.The implementation of the invention in statics in devices of the second type.

В устройствах второго типа (Фиг. 2) газ-носитель поступает из источника (1) на газовую магистраль (2). В качестве источника газа-носителя используются газовые баллоны с соответствующим газом (N2, СО2, Ar, Не и др.) и сосуды, содержащие соответствующую жидкость (Н2О) или твердое вещество (2,2,3,3-тетраметилбутан). Газовая магистраль служит для точного регулирования потока газа-носителя. Для осуществления изобретения используются серийные газовые магистрали производства фирмы «Элточприбор» (г. Зеленоград, Россия). Газовая магистраль включает входной вентиль, регулятор давления, регулятор расхода газа (РРГ-10), выходной вентиль. В случае применения в качестве газа-носителя газовых смесей, для каждого компонента газовой смеси используется независимая газовая магистраль. Источник (источники) газа-носителя и газовая магистраль (магистрали) составляют блок задания потока газа-носителя.In devices of the second type (Fig. 2), the carrier gas flows from the source (1) to the gas line (2). As a source of carrier gas, gas cylinders with the corresponding gas (N 2 , CO 2 , Ar, He, etc.) and vessels containing the corresponding liquid (H 2 O) or solid (2,2,3,3-tetramethylbutane) are used ) The gas line serves to precisely control the flow of carrier gas. To implement the invention, serial gas pipelines manufactured by Eltochpribor (Zelenograd, Russia) are used. The gas main includes an inlet valve, a pressure regulator, a gas flow regulator (RRG-10), and an outlet valve. If gas mixtures are used as the carrier gas, an independent gas line is used for each component of the gas mixture. The source (sources) of carrier gas and the gas line (s) comprise a block for setting the carrier gas stream.

По выходу из газовой магистрали (магистралей) поток газа-носителя поступает в блок генератора молекулярного потока, который включает последовательно и герметично соединенные между собой: первичный нагреватель (5), отсек сеточного сублиматора, состоящий из встроенной (31) и съемной (32) частей, теплоизолирующую вставку (7), конечный нагреватель (8) и сопло (10).Upon exit from the gas line (s), the carrier gas stream enters the molecular flow generator block, which includes in series and hermetically connected together: a primary heater (5), a mesh sublimator compartment, which consists of an integrated (31) and removable (32) parts , insulating insert (7), end heater (8) and nozzle (10).

Сеточный сублиматор представляет собой цилиндрическую трубку, сделанную из термостойкого и непроводящего материала (тефлона, стекла или керамики). На одном из концов трубки закрепляется сетка (21), из токопроводящего материала (металла), например из нержавеющей стали, к которой присоединяются электрические шины. Сетка разогревается пропусканием через нее электрического тока. Использование электрических шин обеспечивает равномерное распределение плотности электрического тока и тем самым равномерное распределение температуры по поверхности сетки.The mesh sublimator is a cylindrical tube made of heat-resistant and non-conductive material (Teflon, glass or ceramic). At one end of the tube, a grid (21) is made of conductive material (metal), for example stainless steel, to which electric buses are connected. The grid is heated by passing an electric current through it. The use of busbars provides a uniform distribution of electric current density and thereby a uniform temperature distribution over the grid surface.

Исходное вещество равномерным слоем (22) размещается между металлической сеткой и нижним штоком (23). Диаметр штока и внутренний диаметр цилиндра строго одинаковы. Слой исходного вещества (22) спрессовывается между металлической сеткой (21) и нижним штоком посредством пружины (24). Противоположный край пружины опирается на верхний шток (25), который закрепляется в цилиндрической трубке посредством специальных фиксаторов (26). Конструкция фиксаторов (26) позволяет регулировать силу сжатия пружины (24). Верхний шток (25) посредством жестко закрепленного на нем стержня с помощью фиксаторов (27) соединяется со съемной частью отсека сеточного сублиматора (32).The starting material is placed in a uniform layer (22) between the metal mesh and the lower rod (23). The diameter of the rod and the inner diameter of the cylinder are exactly the same. A layer of the starting material (22) is compressed between the metal mesh (21) and the lower rod by means of a spring (24). The opposite edge of the spring rests on the upper rod (25), which is fixed in a cylindrical tube by means of special clamps (26). The design of the clips (26) allows you to adjust the compression force of the spring (24). The upper rod (25) is connected to the removable part of the mesh sublimator compartment (32) by means of clamps (27), which is rigidly fixed to it.

Соединение съемной (32) и встроенной (31) частей отсека сеточного сублиматора осуществляется посредством вакуумного шлифа (28). Для изоляции съемной части реактора от внешнего пространства используется вставка с плоским вакуумным шлифом (29), на которой монтируются вакуумные вводы силовых и термопарных проводов (30). Для регулировки температуры сетки сеточного сублиматора эти провода подсоединяются к входам многоканального регулятора температуры (9).The removable (32) and integrated (31) parts of the mesh sublimator compartment are connected by means of a vacuum section (28). To isolate the removable part of the reactor from the external space, an insert with a flat vacuum section (29) is used, on which the vacuum inlets of power and thermocouple wires (30) are mounted. To adjust the temperature of the grid of the grid sublimator, these wires are connected to the inputs of the multi-channel temperature controller (9).

Сеточные сублиматоры предназначены для перевода в газовую фазу термически нестабильных веществ. Суть их действия состоит в том, что нагреванию в них подвергается только тонкий слой вещества, непосредственно примыкающий к сетке. Этот слой постоянно обновляется за счет выноса вещества из приповерхностного слоя в газовую фазу.Mesh sublimators are designed to transfer thermally unstable substances into the gas phase. The essence of their action is that only a thin layer of the substance directly adjacent to the grid is exposed to heating in them. This layer is constantly updated due to the removal of substances from the surface layer into the gas phase.

Первичный (5) и конечный (8) нагреватели представляют собой цилиндрические медные трубки, на внешней стороне нагревателей монтируются нагревательные элементы из нихромовой проволоки. Температура нагревателей контролируется и поддерживается с помощью термопар. Часть медной трубки первичного нагревателя (5) оставляется свободной и служит для жесткого закрепления генератора молекулярного потока на съемной части реактора. С этой целью пространство между свободной внешней стенкой медной трубки и внутренней стенкой съемной части реактора забивается уплотнителем (4), в качестве которого используется асбестовое волокно. Функция уплотнителя состоит и в том, чтобы сформированный поток газа-носителя полностью проходил только через генератор молекулярного потока. Термопарные и силовые провода протягиваются через уплотнитель и далее через вакуумные вводы (3) выводятся наружу и подсоединяются к соответствующим входам многоканального ПИД регулятора температуры (9), в качестве которого используется серийный прибор ТРМ-148 производства фирмы «Овен», Россия. Съемная часть реактора (12) с присоединенным к ней генератором молекулярного потока стыкуется с неподвижной частью реактора (15) при помощи плоского вакуумного шлифа (13). Для регулировки расстояния между соплом генератора молекулярного потока (10) и поверхностью конденсора (16) - d, между съемной и неподвижной частью реактора устанавливается вставка нужной длины.The primary (5) and final (8) heaters are cylindrical copper tubes, and heating elements made of nichrome wire are mounted on the outside of the heaters. The temperature of the heaters is controlled and maintained using thermocouples. Part of the copper tube of the primary heater (5) remains free and serves to rigidly fix the molecular flow generator to the removable part of the reactor. To this end, the space between the free outer wall of the copper tube and the inner wall of the removable part of the reactor is clogged with a sealant (4), which uses asbestos fiber. The function of the sealant is to ensure that the generated carrier gas stream completely passes only through the molecular flow generator. Thermocouple and power wires are drawn through the seal and then through the vacuum inlets (3) are brought out and connected to the corresponding inputs of the multi-channel PID temperature controller (9), which is used as a serial device TPM-148 manufactured by Aries, Russia. The removable part of the reactor (12) with the molecular flow generator connected to it is joined to the fixed part of the reactor (15) using a flat vacuum section (13). To adjust the distance between the nozzle of the molecular flow generator (10) and the surface of the condenser (16) - d, an insert of the desired length is installed between the removable and fixed parts of the reactor.

Поток газа-носителя, нагретый до начальной температуры в первичном нагревателе (5), проходит через пространство над сеточным сублиматором (31) и сдувает пары вещества с его поверхности. Температура потока газа-носителя, выходящего из первичного нагревателя (5), поддерживается равной температуре сетки сеточного сублиматора (21).The carrier gas stream heated to the initial temperature in the primary heater (5) passes through the space above the grid sublimator (31) and blows off vapor from the surface. The temperature of the carrier gas stream exiting the primary heater (5) is maintained equal to the grid temperature of the grid sublimator (21).

Теплоизолирующая вставка (7) представляет собой фторопластовую или керамическую трубку цилиндрической формы. Ее роль состоит в том, чтобы не допустить перегрева исходного вещества. Длина теплоизолирующей вставки зависит от разности температур первичного и конечного нагревателей.The heat insulating insert (7) is a fluoroplastic or ceramic tube of cylindrical shape. Its role is to prevent overheating of the starting material. The length of the insulating insert depends on the temperature difference between the primary and final heaters.

Сопло генератора молекулярного потока (10) представляет собой медную цилиндрическую деталь сложной конфигурации. Внутренняя часть сопла, обращенная к низкотемпературному конденсору (16), имеет параболическую форму, которая обеспечивает параллельность и нерасходимость потока газа-носителя, несущего молекулы исходного вещества. На внешней поверхности сопла монтировали нагревательный элемент из нихромовой проволоки.The nozzle of the molecular flow generator (10) is a copper cylindrical piece of complex configuration. The inner part of the nozzle, facing the low-temperature condenser (16), has a parabolic shape, which provides parallelism and the divergence of the carrier gas stream carrying the molecules of the starting material. A nichrome wire heating element was mounted on the outer surface of the nozzle.

При движении потока газа-носителя от сопла генератора молекулярного потока (10) до поверхности низкотемпературного конденсора (16) происходит его резкое охлаждение, приводящее к быстрому гомогенному зародышеобразованию, возникшие зародыши новой фазы растут за счет потока молекул или кластеров вещества из газовой фазы. Растущие частицы могут сталкиваться в газовой фазе и агрегировать. Далее сформировавшиеся в газовой фазе наночастицы захватываются холодной поверхностью конденсора и стабилизируются на ней (11).When the carrier gas stream moves from the nozzle of the molecular flow generator (10) to the surface of the low-temperature condenser (16), it suddenly cools, leading to rapid homogeneous nucleation, the new-phase nuclei that grow due to the flow of molecules or clusters of matter from the gas phase. Growing particles can collide in the gas phase and aggregate. Then, nanoparticles formed in the gas phase are captured by the cold surface of the condenser and stabilized on it (11).

Низкотемпературный конденсор (16) представляет собой замкнутый снизу сосуд цилиндрической формы. В верхней части сосуд соединен с плоским вакуумным шлифом (19). За счет этого шлифа низкотемпературный конденсор (16) может поворачиваться относительно неподвижной части реактора (15). За счет вращения низкотемпературного конденсора (16) слой осажденного вещества (11) равномерно распределяется по его поверхности.The low-temperature condenser (16) is a cylindrical vessel closed from below. In the upper part, the vessel is connected to a flat vacuum section (19). Due to this thin section, the low-temperature condenser (16) can rotate relative to the stationary part of the reactor (15). Due to the rotation of the low-temperature condenser (16), the deposited substance layer (11) is evenly distributed over its surface.

Необходимая температура конденсора (16) достигается за счет залитого внутрь него хладагента (14), в качестве которого в большинстве опытов используется жидкий азот (Тк=-196°C). Для обеспечения температур поверхности конденсора (16) выше -196°C используются охлажденные жидкости с низкими температурами плавления и сравнительно высокими температурами кипения, например изопентан (Тпл=-160,0°C), метилциклогексан (Тпл=-126,7°C) и другие вещества. Для поддержания стабильности температуры поверхности конденсора в ходе опыта через объем жидкости-хладагента продуваются холодные пары азота.The required temperature of the condenser (16) is achieved due to the refrigerant (14) poured inside it, which is used in most experiments with liquid nitrogen (T k = -196 ° C). To ensure the surface temperature of the condenser (16) above -196 ° C, cooled liquids with low melting points and relatively high boiling points are used, for example, isopentane (T PL = -160.0 ° C), methylcyclohexane (T PL = -126.7 ° C) and other substances. To maintain the stability of the surface temperature of the condenser during the experiment, cold nitrogen vapors are blown through the volume of the refrigerant liquid.

Для обеспечения разрежения потока газа-носителя, реактор соединяется с вакуумной системой (17). Для определения уровня вакуума в системе используются вакуумные датчики (18). Для измерения уровня вакуума от 0,3 до 104 Па используется преобразователь манометрический терморезисторный ПМТ-6-3М-1, а для измерения более высокого вакуума - преобразователь манометрический термопарный - ПМТ-2 и преобразователь манометрический ионизационный ПМИ-2.To ensure rarefaction of the carrier gas stream, the reactor is connected to a vacuum system (17). To determine the level of vacuum in the system, vacuum sensors are used (18). To measure the vacuum level from 0.3 to 10 4 Pa, the PMT-6-3M-1 thermometer resistive pressure gauge is used, and the PMT-2 gauge thermocouple gauge and the PMI-2 gauge ionization gauge are used to measure a higher vacuum.

Степень разрежения потока газа-носителя регулируется тефлоновым вакуумным краном (20), установленным на выходе из реактора. Для обеспечения более точного определения степени разрежения потока газа-носителя вакуумные датчики размещаются как на входе, так и на выходе реактора.The degree of rarefaction of the carrier gas stream is regulated by a Teflon vacuum valve (20) installed at the outlet of the reactor. To provide a more accurate determination of the degree of rarefaction of the carrier gas stream, vacuum sensors are placed both at the inlet and at the outlet of the reactor.

Осуществление изобретения в динамике.The implementation of the invention in dynamics.

Осуществление изобретения в динамике в устройствах первого типа.The implementation of the invention in dynamics in devices of the first type.

Пример 1.Example 1

В закрытый с одной стороны металлической сеткой пустой контейнер (6) массой 15,4365 г добавили порошок моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола (А-диол*Н2О). Масса контейнера с веществом составила 15,9369 г. Масса добавленного вещества составила 0,5004 г. Контейнер с открытой стороны закрыли металлической сеткой и подсоединили его к первичному нагревателю потока газа-носителя (5), который заранее был соединен со съемной частью реактора посредством уплотнителя (4). Далее к контейнеру (6) последовательно подсоединили теплоизолирующую вставку (7) и конечный нагреватель газа-носителя (8) с присоединенным к нему соплом (10).Powder of 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate (A-diol * H 2 O) was added to an empty container (6), weighing 15.4365 g, closed on one side with a metal mesh. The mass of the container with the substance was 15.9369 g. The mass of the added substance was 0.5004 g. The container was closed on the open side with a metal mesh and connected to the primary heater of the carrier gas stream (5), which was previously connected to the removable part of the reactor by means of a sealant (four). Next, a heat insulating insert (7) and a final carrier gas heater (8) with a nozzle (10) connected to it were connected in series to the container (6).

Силовые и термопарные провода начального (5) и (8) конечного нагревателей подсоединили к свободным концам, выходящим из уплотнителя (4). Съемную часть реактора (12) с присоединенным к нему смонтированным генератором молекулярного потока подсоединили к неподвижной части реактора (15) посредством плоского вакуумного шлифа (13). Длину выступающего из съемной части реактора участка генератора молекулярного потока подобрали таким образом, чтобы расстояние между соплом генератора молекулярного потока (10) и низкотемпературным конденсором (16) составило 0,02 м. Съемную часть реактора соединили с газовой магистралью (2), а ее, в свою очередь, с металлическим баллоном, содержащим азот (1).Power and thermocouple wires of the initial (5) and (8) final heaters were connected to the free ends emerging from the seal (4). The removable part of the reactor (12) with the mounted molecular flow generator connected to it was connected to the fixed part of the reactor (15) by means of a flat vacuum section (13). The length of the molecular flow generator section protruding from the removable part of the reactor was selected so that the distance between the nozzle of the molecular flow generator (10) and the low-temperature condenser (16) was 0.02 m.The removable part of the reactor was connected to the gas line (2), and it, in turn, with a metal cylinder containing nitrogen (1).

Внешние силовые и термопарные провода начального (5) и (8) конечного нагревателей подсоединили к входам многоканального ПИД регулятора температуры ТРМ-148 (9). Собранный реактор подсоединили к вакуумной системе (17) через вакуумный тефлоновый кран (20), полностью его открыли, реактор откачали до вакуума в 2 Па по датчику (18), расположенному на выходе из реактора (17). Включили регулятор расхода газа (РРГ-10) газовой магистрали (2), установили на нем нулевой расход газа-носителя, открыли выходной вентиль газовой магистрали и повторно откачали реактор до вакуума в 2 Па.External power and thermocouple wires of the initial (5) and (8) final heaters were connected to the inputs of the multi-channel PID temperature controller TRM-148 (9). The assembled reactor was connected to the vacuum system (17) through a vacuum Teflon valve (20), it was completely opened, the reactor was pumped out to a vacuum of 2 Pa by a sensor (18) located at the outlet of the reactor (17). The gas flow regulator (RRG-10) of the gas line (2) was turned on, the carrier gas zero flow rate was installed on it, the outlet valve of the gas line was opened, and the reactor was again pumped out to a vacuum of 2 Pa.

Открыли вентили газового баллона с азотом (1) и входной вентиль газовой магистрали (2), установили на регуляторе давления газовой магистрали избыточное давление в 0,5 атм. Постепенно, с помощью РРГ-10, установили уровень расхода газа-носителя в 900 мл в час. Давление, согласно вакуумному датчику (18), расположенному на выходе из реактора (17), составило 144 Па.The valves of the gas cylinder with nitrogen (1) and the inlet valve of the gas line (2) were opened, an overpressure of 0.5 atm was installed on the gas line pressure regulator. Gradually, with the help of RRG-10, the carrier gas flow rate was set at 900 ml per hour. The pressure, according to the vacuum sensor (18) located at the outlet of the reactor (17), was 144 Pa.

Согласно паспортным данным прибора РРГ-10, расход газа, выраженный в объемных единицах, относится к температуре 293 К (20°C) и давлению 1,01325*105 Па. В переводе на мольные величины это составляет:According to the passport data of the RRG-10 device, the gas flow rate, expressed in volume units, refers to a temperature of 293 K (20 ° C) and a pressure of 1.01325 * 10 5 Pa. Translated to molar values, this is:

900·10-6*1,01325*105*(8,31*293)-1*(3600)-1=1,040*10-5 моль/с.900 · 10 -6 * 1.01325 * 10 5 * (8.31 * 293) -1 * (3600) -1 = 1.040 * 10 -5 mol / s.

Диаметр сопла генератора молекулярного потока (10) составляет 1 см. Таким образом, приведенный к единице площади сопла мольный расход газа-носителя (азота), составлял:The nozzle diameter of the molecular flow generator (10) is 1 cm. Thus, the molar flow rate of the carrier gas (nitrogen) reduced to the unit area of the nozzle was:

1,040*10-5*(3,1416·0,52)-1*104=0,1325 моль/(м2*с).1.040 * 10 -5 * (3.1416 · 0.5 2 ) -1 * 10 4 = 0.1325 mol / (m 2 * s).

Поток газа-носителя пропустили через реактор в течение 30 минут для того, чтобы удалить остатки атмосферных газов. После этого залили внутрь низкотемпературного конденсора (16) жидкий азот (14). Давление, согласно вакуумному датчику (18), расположенному на выходе из реактора (17), осталось при этом неизменным - 144 Па.The carrier gas stream was passed through the reactor for 30 minutes in order to remove residual atmospheric gases. After that, liquid nitrogen (14) was poured into the low-temperature condenser (16). The pressure, according to the vacuum sensor (18) located at the outlet of the reactor (17), remained unchanged - 144 Pa.

Далее включили многоканальный ПИД регулятор температуры ТРМ-148 (9), с его помощью постепенно симбатно подняли температуры начального нагревателя (5) до 110°C и конечного нагревателя (8) до 130°C, после чего поддерживали их на этом уровне в течение четырех часов. В ходе опыта в низкотемпературный конденсор (16) постоянно заливали жидкий азот, для равномерного осаждения вещества (11), его через каждые тридцать минут поворачивали на угол π/4. Давление в реакторе фиксировали с помощью вакуумных датчиков (18) в двух местах - на входе в съемной части реактора (12) и на выходе из реактора (17). Давление на выходе из реактора в ходе опыта оставалось неизменным и составляло 144 Па. Давление на входе в реактор в ходе опыта менялось от 255 Па в начале опыта до 190 Па в его конце. Уменьшение давления на входе в реактор связано с уменьшением газодинамического сопротивления при движении газа-носителя через генератор молекулярного потока по мере расхода исходного вещества.Next, we turned on the multi-channel PID temperature controller TRM-148 (9), with it gradually gradually increased the temperature of the initial heater (5) to 110 ° C and the final heater (8) to 130 ° C, after which they were maintained at this level for four hours. During the experiment, liquid nitrogen was constantly poured into the low-temperature condenser (16), for uniform deposition of the substance (11), it was rotated through the angle π / 4 every thirty minutes. The pressure in the reactor was recorded using vacuum sensors (18) in two places - at the inlet to the removable part of the reactor (12) and at the outlet of the reactor (17). The pressure at the outlet of the reactor during the experiment remained unchanged at 144 Pa. The pressure at the inlet to the reactor during the experiment varied from 255 Pa at the beginning of the experiment to 190 Pa at its end. The decrease in pressure at the inlet to the reactor is associated with a decrease in gas-dynamic resistance during the motion of the carrier gas through the molecular flow generator as the initial substance is consumed.

По показаниям вакуумных датчиков оценили степень разрежения потока газа-носителя (K). В начале опыта она составила: 101325*2/(144+255)*383/293=664, а в конце: 101325*2/(144+190)*383/293=794. Среднее значение степени расширения составило: (664+794)≈730.According to the testimony of vacuum sensors, the degree of rarefaction of the carrier gas stream (K) was estimated. At the beginning of the experiment, it amounted to: 101325 * 2 / (144 + 255) * 383/293 = 664, and at the end: 101325 * 2 / (144 + 190) * 383/293 = 794. The average value of the degree of expansion was: (664 + 794) ≈730.

По истечении четырех часов выключили нагреватели газа-носителя. По достижении температуры нагревателей ниже 50°C поток газа-носителя снизили до нуля, отключили реактор от газовой магистрали, выключили регулятор расхода газа РРГ-10, закрыли входной кран газовой магистрали и вентили металлического баллона с азотом.After four hours, the carrier gas heaters were turned off. When the temperature of the heaters reaches below 50 ° C, the carrier gas flow was reduced to zero, the reactor was disconnected from the gas line, the gas flow regulator RRG-10 was turned off, the gas line inlet cock and the valves of the metal cylinder with nitrogen were closed.

После этого откачали реактор до 2 Па согласно показаниям вакуумного датчика (18), расположенного на выходе из реактора (17), удалили из низкотемпературного конденсора остатки жидкого азота, довели его температуру до комнатной, отключили реактор от вакуумной системы, вскрыли его и собрали осажденное на поверхности конденсора (16) вещество (11). Масса собранного вещества составила 0,2673 г.After that, the reactor was pumped out to 2 Pa according to the testimony of the vacuum sensor (18) located at the outlet of the reactor (17), the residual liquid nitrogen was removed from the low-temperature condenser, brought to room temperature, the reactor was disconnected from the vacuum system, it was opened and the precipitate collected surface of the condenser (16) substance (11). The mass of the collected substance was 0.2673 g.

Отсоединили съемную часть реактора (12), разобрали генератор молекулярного потока, извлекли контейнер с остатками исходного вещества и взвесили его. Масса контейнера составила 15,5805 г. Из контейнера вылетело: 15,9369-15,5805=0,3564 г. Выход криохимически модифицированного вещества составил: 0,2673/0,3564=0,75 (75%). Производительность процесса составила:The removable part of the reactor was disconnected (12), the molecular flow generator was disassembled, the container with the remaining material was taken out and weighed. The mass of the container was 15.5805 g. The container flew out: 15.9369-15.5805 = 0.3564 g. The yield of the cryochemically modified substance was 0.2673 / 0.3564 = 0.75 (75%). The performance of the process was:

(0,3564/308,45)*(3600*4)-1*(π*0,0052)-1=1,02*10-3 моль/(м2*с).(0.3564 / 308.45) * (3600 * 4) -1 * (π * 0.005 2 ) -1 = 1.02 * 10 -3 mol / (m 2 * s).

Согласно данным ИК-Фурье спектроскопии, совмещенного термического анализа, рентгенофазового анализа, криохимически модифицированное вещество является моногидратом 5-андростен-3β,17β-диола.According to IR Fourier spectroscopy, combined thermal analysis, x-ray phase analysis, the cryochemically modified substance is 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate.

Размеры частиц полученного в результате опыта препарата определяли методами просвечивающей электронной микроскопии - ПЭМ (Фиг. 3, 4, 5) и сканирующей электронной микроскопии - СЭМ (Фиг. 6, 7), средний размер частиц определяли также по измерению эффективной поверхности по количеству адсорбированного азота - S-I(Ar).Particle sizes of the preparation obtained as a result of the experiment were determined by transmission electron microscopy - TEM (Fig. 3, 4, 5) and scanning electron microscopy - SEM (Fig. 6, 7), the average particle size was also determined by measuring the effective surface by the amount of adsorbed nitrogen - SI (Ar).

Опыты №2-4, 22-25, 27, 40-45, 69-74, 83-89 делали аналогично опыту №1.Experiments No. 2-4, 22-25, 27, 40-45, 69-74, 83-89 were done similarly to experiment No. 1.

В опытах №26, 28-32 с помощью регулятора расхода газа газовой магистрали меняли приведенный мольный расход газа-носителя. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.In experiments No. 26, 28-32, the reduced molar flow rate of the carrier gas was changed using the gas flow regulator of the gas line. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опыте №55 в качестве газа-носителя использовали гелий, который подавали из газового металлического баллона. Для точной регулировки потока газа-носителя регулятором расхода газа газовой магистрали и регулировки показаний вакуумметра вводили поправки на газ - Не. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.In experiment No. 55, helium was used as a carrier gas, which was supplied from a gas metal cylinder. To fine-tune the flow of carrier gas by the gas flow regulator of the gas line and to adjust the readings of the vacuum gauge, corrections for gas - He were introduced. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опыте №56 в качестве газа-носителя использовали аргон, который подавали из газового металлического баллона. Для точной регулировки потока газа-носителя регулятором расхода газа газовой магистрали и регулировки показаний вакуумметра вводили поправки на газ - Ar. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.In experiment No. 56, argon was used as a carrier gas, which was supplied from a gas metal cylinder. To fine-tune the flow of carrier gas by the gas flow regulator of the gas line and to adjust the gauge readings, gas corrections, Ar, were introduced. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №60-62 в качестве газа-носителя использовали двойную систему азот - гелий. Для подачи каждого газа-носителя использовали независимую газовую магистраль, снабженную регулятором расхода газа. Для каждого газа в соответствующем регуляторе расхода газа вводили нужный коэффициент. В качестве источника газов использовали металлические газовые баллоны.In experiments No. 60-62, the nitrogen – helium binary system was used as a carrier gas. An independent gas line equipped with a gas flow regulator was used to supply each carrier gas. For each gas in the corresponding gas flow controller, the desired coefficient was entered. As a source of gases used metal gas cylinders.

Гелий и азот обладают существенно различающимися теплофизическими характеристиками. Поскольку в этом случае теплофизические характеристики газовых смесей являются сложными неаддитивными свойствами состава, точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 практически невозможна. Поэтому в опытах по аналогии проводили оценку степени расширения газа-носителя К. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.Helium and nitrogen have significantly different thermophysical characteristics. Since in this case the thermophysical characteristics of gas mixtures are complex nonadditive compositional properties, accurate calibration of the PMT-6-3M-1 gauge thermistor converter is practically impossible. Therefore, in experiments by analogy, we evaluated the degree of expansion of the carrier gas K. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №7-9, 32-34, 57-59 в качестве газа-носителя использовали углекислый газ, который подавали из газового металлического баллона. Для точной регулировки потока газа-носителя регулятором расхода газа газовой магистрали и регулировки показаний вакуумметра вводили поправки на газ - СО2.In experiments No. 7-9, 32-34, 57-59, carbon dioxide was used as a carrier gas, which was supplied from a gas metal cylinder. To fine-tune the flow of carrier gas by the gas flow regulator of the gas main and to adjust the gauge readings, corrections for gas, СО 2, were introduced.

При температуре -196°C углекислый газ практически полностью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума углекислый газ полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, carbon dioxide almost completely condenses on the surface of a low-temperature condenser together with the drug substance. When the condenser is heated under vacuum, carbon dioxide completely sublimates, releasing a pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №63-65 в качестве газа-носителя использовали двойную систему азот - углекислый газ. Для подачи каждого газа-носителя использовали независимую газовую магистраль, снабженную регулятором расхода газа. Для каждого газа в соответствующем регуляторе расхода газа вводили нужный коэффициент. В качестве источника газов использовали металлические газовые баллоны.In experiments No. 63-65, the double nitrogen system — carbon dioxide — was used as a carrier gas. An independent gas line equipped with a gas flow regulator was used to supply each carrier gas. For each gas in the corresponding gas flow controller, the desired coefficient was entered. As a source of gases used metal gas cylinders.

Азот и углекислый газ обладают различными теплофизическими характеристиками. Поскольку в этом случае теплофизические характеристики газовых смесей являются сложными неаддитивными свойствами состава, точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 практически невозможна. Поэтому в опытах по аналогии проводили оценку степени расширения газа-носителя К.Nitrogen and carbon dioxide have various thermophysical characteristics. Since in this case the thermophysical characteristics of gas mixtures are complex nonadditive compositional properties, accurate calibration of the PMT-6-3M-1 gauge thermistor converter is practically impossible. Therefore, in experiments by analogy, we evaluated the degree of expansion of the carrier gas K.

При температуре -196°C углекислый газ большей частью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума углекислый газ полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, carbon dioxide condenses for the most part on the surface of a low-temperature condenser together with a drug substance. When the condenser is heated under vacuum, carbon dioxide completely sublimates, releasing a pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №66-68 в качестве газа-носителя использовали двойную систему гелий - углекислый газ. Для подачи каждого газа-носителя использовали независимую газовую магистраль, снабженную регулятором расхода газа. Для каждого газа в соответствующем регуляторе расхода газа вводили нужный коэффициент. В качестве источника газов использовали металлические газовые баллоны.In experiments No. 66-68, a double helium – carbon dioxide system was used as a carrier gas. An independent gas line equipped with a gas flow regulator was used to supply each carrier gas. For each gas in the corresponding gas flow controller, the desired coefficient was entered. As a source of gases used metal gas cylinders.

Гелий и углекислый газ обладают существенно различными теплофизическими характеристиками. Поскольку в этом случае теплофизические характеристики газовых смесей являются сложными неаддитивными свойствами состава, точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 практически невозможна. Поэтому в опытах по аналогии проводили оценку степени расширения газа-носителя К.Helium and carbon dioxide have significantly different thermophysical characteristics. Since in this case the thermophysical characteristics of gas mixtures are complex nonadditive compositional properties, accurate calibration of the PMT-6-3M-1 gauge thermistor converter is practically impossible. Therefore, in experiments by analogy, we evaluated the degree of expansion of the carrier gas K.

При температуре -196°C углекислый газ большей частью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума углекислый газ полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, carbon dioxide condenses for the most part on the surface of a low-temperature condenser together with a drug substance. When the condenser is heated under vacuum, carbon dioxide completely sublimates, releasing a pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №10-12, 36 в качестве газа-носителя использовали воду, которую подавали из круглодонной колбы, снабженной вакуумным краном. Перед проведением опыта сосуд с водой освобождали от растворенных в ней газов трехкратным повторением цикла: замораживание в жидком азоте - откачка в вакууме - разогрев с плавлением - повторное замораживание. При работе с водой между реактором и вакуумной установкой устанавливали дополнительную охлаждаемую жидким азотом вакуумную ловушку. Регулировку потока воды в качестве газа-носителя проводили с использованием регулятора расхода газа газовой магистрали, позволяющей вводить «коэффициент газа» исходя из химической формулы вещества. Для более точного задания потока воды в качестве газа-носителя проводили предварительную калибровку регулятора расхода газа по потере массы сосуда с водой. Поскольку точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 по воде практически невозможна, в опытах проводили по аналогии оценку степени расширения газа-носителя К.In experiments No. 10-12, 36, water was used as a carrier gas, which was supplied from a round-bottom flask equipped with a vacuum valve. Before the experiment, the vessel with water was freed from the gases dissolved in it by a three-fold repetition of the cycle: freezing in liquid nitrogen - pumping out in vacuum - heating with melting - re-freezing. When working with water, an additional vacuum trap cooled with liquid nitrogen was installed between the reactor and the vacuum unit. The flow of water as a carrier gas was adjusted using the gas flow regulator of the gas line, which allows you to enter the "gas coefficient" based on the chemical formula of the substance. To more accurately set the water flow as a carrier gas, a preliminary calibration of the gas flow regulator was performed according to the weight loss of the vessel with water. Since the accurate calibration of the ПМТ-6-3М-1 gauge thermistor transducer in water is practically impossible, the degree of expansion of the carrier gas K was estimated by analogy.

При температуре -196°C вода практически полностью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума вода полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, water almost completely condenses on the surface of a low-temperature condenser together with a drug substance. When the condenser is heated under vacuum, the water completely sublimates, releasing the pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №13-15, 37 в качестве газа-носителя использовали двойную систему азот - вода. При работе с газовой смесью, содержащей воду, между реактором и вакуумной установкой устанавливали дополнительную охлаждаемую жидким азотом вакуумную ловушку. Для подачи каждого газа-носителя использовали независимую газовую магистраль, снабженную регулятором расхода газа. Для каждого газа в соответствующем регуляторе расхода газа вводили нужный коэффициент. Для воды использовали коэффициент, ранее определенный в опытах с индивидуальным веществом.In experiments No. 13-15, 37, the nitrogen-water binary system was used as a carrier gas. When working with a gas mixture containing water, an additional vacuum trap cooled with liquid nitrogen was installed between the reactor and the vacuum unit. An independent gas line equipped with a gas flow regulator was used to supply each carrier gas. For each gas in the corresponding gas flow controller, the desired coefficient was entered. For water, a coefficient previously determined in experiments with an individual substance was used.

В качестве источника азота использовали металлический газовый баллон. В качестве источника воды использовали круглодонную колбу, снабженную вакуумным краном. Подготовку воды и калибровку регулятора расхода газа соответствующей газовой магистрали проводили так же, как в опытах №10-12, 36.As a source of nitrogen, a metal gas cylinder was used. A round bottom flask equipped with a vacuum valve was used as a water source. Water preparation and calibration of the gas flow regulator of the corresponding gas line was carried out in the same way as in experiments No. 10-12, 36.

Азот и вода обладают существенно различающимися теплофизическими характеристиками. Поскольку в этом случае теплофизические характеристики газовых смесей являются сложными неаддитивными свойствами состава, точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 практически невозможна. Поэтому в опытах по аналогии проводили оценку степени расширения газа-носителя К.Nitrogen and water have significantly different thermophysical characteristics. Since in this case the thermophysical characteristics of gas mixtures are complex nonadditive compositional properties, accurate calibration of the PMT-6-3M-1 gauge thermistor converter is practically impossible. Therefore, in experiments by analogy, we evaluated the degree of expansion of the carrier gas K.

При температуре -196°C вода практически полностью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума вода полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, water almost completely condenses on the surface of a low-temperature condenser together with a drug substance. When the condenser is heated under vacuum, the water completely sublimates, releasing the pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №16-18, 38 в качестве газа-носителя использовали двойную систему гелий - вода. При работе с газовой смесью, содержащей воду, между реактором и вакуумной установкой устанавливали дополнительную охлаждаемую жидким азотом вакуумную ловушку. Для подачи каждого газа-носителя использовали независимую газовую магистраль, снабженную регулятором расхода газа. Для каждого газа в соответствующем регуляторе расхода газа вводили нужный коэффициент. Для воды использовали коэффициент, ранее определенный в опытах с индивидуальным веществом. В качестве источника гелия использовали металлический газовый баллон. В качестве источника воды использовали круглодонную колбу, снабженную вакуумным краном. Подготовку воды и калибровку регулятора расхода газа соответствующей газовой магистрали проводили так же, как в опытах №10-12, 36.In experiments No. 16-18, 38, a double helium-water system was used as a carrier gas. When working with a gas mixture containing water, an additional vacuum trap cooled with liquid nitrogen was installed between the reactor and the vacuum unit. An independent gas line equipped with a gas flow regulator was used to supply each carrier gas. For each gas in the corresponding gas flow controller, the desired coefficient was entered. For water, a coefficient previously determined in experiments with an individual substance was used. A metal gas cylinder was used as a source of helium. A round bottom flask equipped with a vacuum valve was used as a water source. Water preparation and calibration of the gas flow regulator of the corresponding gas line was carried out in the same way as in experiments No. 10-12, 36.

Гелий и вода обладают существенно различающимися теплофизическими характеристиками. Поскольку в этом случае теплофизические характеристики газовых смесей являются сложными неаддитивными свойствами состава, точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 практически невозможна. Поэтому в опытах по аналогии проводили оценку степени расширения газа-носителя К.Helium and water have significantly different thermophysical characteristics. Since in this case the thermophysical characteristics of gas mixtures are complex nonadditive compositional properties, accurate calibration of the PMT-6-3M-1 gauge thermistor converter is practically impossible. Therefore, in experiments by analogy, we evaluated the degree of expansion of the carrier gas K.

При температуре -196°C вода практически полностью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума вода полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, water almost completely condenses on the surface of a low-temperature condenser together with a drug substance. When the condenser is heated under vacuum, the water completely sublimates, releasing the pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №19-21, 39 в качестве газа-носителя использовали 2,2,3,3-тетраметилбутан. При работе с этим веществом между реактором и вакуумной установкой устанавливали дополнительную охлаждаемую жидким азотом вакуумную ловушку. В качестве источника вещества использовали круглодонную колбу, снабженную вакуумным краном. Перед проведением опытов сосуд с 2,2,3,3-тетраметилбутаном освобождали от воздуха путем вакуумной откачки предварительно замороженного в жидком азоте вещества.In experiments No. 19-21, 39, 2,2,3,3-tetramethylbutane was used as the carrier gas. When working with this substance, an additional vacuum trap cooled with liquid nitrogen was installed between the reactor and the vacuum unit. A round bottom flask equipped with a vacuum valve was used as a substance source. Before the experiments, the vessel with 2,2,3,3-tetramethylbutane was released from the air by vacuum pumping of a substance previously frozen in liquid nitrogen.

Регулировку потока 2,2,3,3-тетраметилбутана в качестве газа-носителя проводили с использованием регулятора расхода газа газовой магистрали, позволяющей вводить «коэффициент газа» исходя из химической формулы вещества. Для более точного задания потока 2,2,3,3-тетраметилбутана в качестве газа-носителя проводили предварительную калибровку регулятора расхода газа по потере массы сосуда с веществом. Поскольку точная калибровка манометрического терморезисторного преобразователя ПМТ-6-3М-1 по 2,2,3,3-тетраметилбутану практически невозможна, в опытах проводили по аналогии оценку степени расширения газа-носителя К.The flow control of 2,2,3,3-tetramethylbutane as the carrier gas was carried out using the gas flow regulator of the gas line, which allows you to enter the "gas coefficient" based on the chemical formula of the substance. To more accurately set the flow of 2,2,3,3-tetramethylbutane as the carrier gas, a preliminary calibration of the gas flow regulator was performed based on the loss of mass of the vessel with the substance. Since the exact calibration of the PMT-6-3M-1 gauge thermistor converter with 2,2,3,3-tetramethylbutane is practically impossible, the degree of expansion of carrier gas K was estimated by analogy.

При температуре -196°C 2,2,3,3-тетраметилбутан частично конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума 2,2,3,3-тетраметилбутан полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Для сбора сублимируемого 2,2,3,3-тетраметилбутана использовали дополнительную азотную ловушку, расположенную между реактором и вакуумной системой. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.At a temperature of -196 ° C, 2,2,3,3-tetramethylbutane partially condenses on the surface of a low-temperature condenser together with the drug substance. When the condenser is heated under vacuum, 2,2,3,3-tetramethylbutane completely sublimates, releasing the pure drug substance. An additional nitrogen trap located between the reactor and the vacuum system was used to collect the freeze-dried 2,2,3,3-tetramethylbutane. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

В опытах №5, 6, 53, 54 - в качестве низкотемпературного конденсора использовали охлаждаемую пластину погружного гелиевого криостата (ОКТБ ФТИНТ, г. Харьков), к которому в ходе проведения опытов присоединяли генератор молекулярного потока. Конструкция криостата позволяет достичь температур в интервале -269÷-196°C, для чего необходима эффективная теплоизоляция, которая может быть достигнута только при практически полной конденсации газа-носителя на охлаждаемой поверхности, что достигается при использовании азота. Гелий и другие низкокипящие газы в этих условиях использовать нельзя.In experiments No. 5, 6, 53, 54 — a cooled plate of an immersion helium cryostat (OKTB FTINT, Kharkov) was used as a low-temperature condenser, to which a molecular flow generator was connected during the experiments. The design of the cryostat makes it possible to achieve temperatures in the range of -269 ÷ -196 ° C, which requires effective thermal insulation, which can be achieved only with almost complete condensation of the carrier gas on the cooled surface, which is achieved using nitrogen. Helium and other low boiling gases cannot be used under these conditions.

Порядок операций при работе с гелиевым криостатом отличался от описанного в примере 1. После подсоединения генератора молекулярного потока к криостату и монтажа электрических соединений систему подключали к вакуумной установке. Предварительно, для освобождения от воздуха, через систему в течение 30 минут пропускали газ-носитель - азот. После этого с помощью газовой магистрали устанавливали нулевой расход газа-носителя, реактор откачивали до установления стационарного давления (0,8 Па). Во внешнюю полость гелиевого криостата заливали жидкий азот, по истечении 60 минут, с помощью системы перелива, во внутреннюю полость заливали жидкий гелий. Температуру пластины криостата устанавливали на выбранном значении (-269 и -240°C), уровень расхода газа-носителя поднимали до необходимой величины, после чего включали разогрев начального и конечного нагревателей генератора молекулярного потока. Время поддержания рабочей температуры нагревателей составляло 60 минут. В дальнейшем последовательность операций была такая же, как в опыте, описанном в примере 1.The procedure for operations with a helium cryostat was different from that described in Example 1. After connecting the molecular flow generator to the cryostat and installing electrical connections, the system was connected to a vacuum unit. Previously, to release from air, a carrier gas, nitrogen, was passed through the system for 30 minutes. After that, using a gas line, the carrier gas flow was set to zero, the reactor was pumped out until a stationary pressure was established (0.8 Pa). Liquid nitrogen was poured into the external cavity of the helium cryostat, after 60 minutes, using the overflow system, liquid helium was poured into the internal cavity. The temperature of the cryostat plate was set to the chosen value (-269 and -240 ° C), the carrier gas flow rate was raised to the required value, after which the heating of the initial and final heaters of the molecular flow generator was turned on. The time to maintain the operating temperature of the heaters was 60 minutes. Subsequently, the sequence of operations was the same as in the experiment described in example 1.

В опытах №46-49 меняли расстояние между соплом генератора молекулярного потока (20) и поверхностью конденсора (26) - d, для чего устанавливали вставку необходимой длины между съемной и неподвижной частью реактора. Все остальные действия проводили аналогично опыту 1.In experiments No. 46-49, the distance between the nozzle of the molecular flow generator (20) and the surface of the condenser (26) —d was changed, for which an insert of the required length was installed between the removable and fixed parts of the reactor. All other actions were carried out similarly to experiment 1.

Опыты №50-52, 90-92 проводили при температурах поверхности конденсора выше -196°C. Для этого в низкотемпературный конденсор заливали предварительно охлажденный до необходимой температуры метилциклогексан (Тпл=-126,7°C). Температуру конденсора поддерживали используя термопары. Для поддержания стабильности температуры поверхности конденсора в ходе опыта через объем жидкости-хладагента продували холодные пары азота и проводили ее перемешивание. Все остальные действия проводили аналогично опыту, описанному в примере 1.Experiments No. 50-52, 90-92 were carried out at surface temperatures of the condenser above -196 ° C. To do this, methylcyclohexane (Т mp = -126.7 ° C), previously cooled to the required temperature, was poured into a low-temperature condenser. The condenser temperature was maintained using thermocouples. To maintain the stability of the surface temperature of the condenser during the experiment, cold nitrogen vapors were blown through the volume of the refrigerant liquid and mixed. All other actions were carried out similarly to the experiment described in example 1.

Опыты №75-82 проводили с d-камфарой. Это вещество обладает высокой летучестью даже при температуре 0°C, поэтому при откачке реактора между ним и вакуумной системой устанавливали дополнительную охлаждаемую жидким азотом вакуумную ловушку.Experiments No. 75-82 were performed with d-camphor. This substance has high volatility even at a temperature of 0 ° C; therefore, when pumping the reactor, an additional vacuum trap cooled with liquid nitrogen was installed between it and the vacuum system.

Подготовку системы к работе начинали с пропускания через контейнер с исходным веществом холодного азота в условиях вакуумной откачки. Для охлаждения поток азота, поступающий от газовой магистрали, пропускали через охлаждаемую жидким азотом трубку. Температуру патрона снижали до -30 - -35°C, после чего отключали подачу газа-носителя и проводили глубокую откачку реактора, затем вновь включали подачу газа-носителя - азота, освобождали коммуникации от остатков воздуха. После этого поднимали температуру нагревателей до заданных величин и проводили опыт. Повышение температуры конденсора до комнатной проводили поддерживая с помощью выходного тефлонового крана (20) давление в реакторе выше 104 Па.The preparation of the system for operation began with passing cold nitrogen through a container with the starting material under vacuum pumping conditions. To cool, the nitrogen stream from the gas line was passed through a tube cooled with liquid nitrogen. The temperature of the cartridge was reduced to -30 - -35 ° C, after which the carrier gas was turned off and the reactor was deeply pumped out, then the carrier gas - nitrogen was again turned on, and communications were freed from air residues. After that, the temperature of the heaters was raised to the set values and an experiment was conducted. The temperature of the condenser was increased to room temperature by maintaining the pressure in the reactor above 10 4 Pa with the help of an outlet Teflon valve (20).

При определении размеров частиц вещества посредством измерения эффективной поверхности по количеству адсорбированного аргона, в случае d-камфары соблюдали особые меры предосторожности, не допуская нагревания образца выше -30°C.When determining the particle size of a substance by measuring the effective surface by the amount of adsorbed argon, special precautions were taken in the case of d-camphor, preventing the sample from heating above -30 ° C.

В опытах 93-95 проводили изменение степени расширения газа-носителя - К. Для этого, после проведения предварительных операций, включающих монтаж генератора молекулярного потока, присоединение его к неподвижной части реактора, предварительную откачку при полностью открытом выходном тефлоновом вакуумном кране (20), освобождение трактов системы от воздуха, в низкотемпературный конденсор заливали жидкий азот. Далее, с помощью многооборотного выходного тефлонового крана (20), используя показания вакуумных датчиков (18), расположенных на входе в реактор и на выходе из него, устанавливали выбранное значение степени расширения газа-носителя К, учитывающее температурную поправку. После этого поднимали до необходимых величин температуры начального и конечного нагревателей генератора молекулярного потока. В случае необходимости проводили корректировку степени расширения газа-носителя - К.In experiments 93-95, a change was made in the degree of expansion of the carrier gas — K. For this, after carrying out preliminary operations, including mounting a molecular flow generator, attaching it to the fixed part of the reactor, preliminary pumping with a fully open Teflon vacuum tap (20), releasing paths of the system from air, liquid nitrogen was poured into a low-temperature condenser. Next, using a multi-turn outlet Teflon tap (20), using the readings of vacuum sensors (18) located at the inlet and outlet of the reactor, the selected value of the degree of expansion of the carrier gas K was established taking into account the temperature correction. After that, the temperature of the initial and final heaters of the molecular flow generator was raised to the required values. If necessary, adjustments were made to the degree of expansion of the carrier gas - K.

Необходимо отметить, что с падением степени расширения газа-носителя - К разность показаний вакуумных датчиков (18), расположенных на входе в реактор и на выходе из него, уменьшается. Уменьшается также и дрейф, в ходе проведения опытов, показаний вакуумного датчика (18), расположенного на входе в реактор. После отключения нагревателей молекулярного потока последующие операции проводили при полностью открытом выходном вакуумном кране (20) аналогично опыту, описанному в примере 1.It should be noted that with a decrease in the degree of expansion of the carrier gas - K, the difference in the readings of the vacuum sensors (18) located at the inlet and outlet of the reactor decreases. The drift also decreases during the experiments, the testimony of the vacuum sensor (18) located at the inlet to the reactor. After the molecular flow heaters were turned off, the subsequent operations were carried out with the exhaust valve (20) fully open, similar to the experiment described in Example 1.

Осуществление изобретения в динамике в устройствах второго типа.The implementation of the invention in dynamics in devices of the second type.

Пример 96Example 96

Смонтировали генератор молекулярного потока, для чего последовательно соединили начальный нагреватель (5), встроенную часть отсека сеточного сублиматора (31) и конечный нагреватель (8). Силовые и термопарные провода начального (5) и конечного (8) нагревателей подсоединили к свободным концам, выходящим из уплотнителя (4). Съемную часть реактора (12) с присоединенным к нему генератором молекулярного потока подсоединили к неподвижной части реактора (15) посредством плоского вакуумного шлифа (13). Съемную часть реактора (12) соединили с газовой магистралью (2), а ее, в свою очередь, с металлическим баллоном, содержащим азот (1).A molecular flow generator was mounted, for which the initial heater (5), the integrated part of the mesh sublimator compartment (31), and the final heater (8) were connected in series. Power and thermocouple wires of the initial (5) and final (8) heaters were connected to the free ends emerging from the seal (4). The removable part of the reactor (12) with the molecular flow generator connected to it was connected to the fixed part of the reactor (15) by means of a flat vacuum section (13). The removable part of the reactor (12) was connected to the gas line (2), and it, in turn, with a metal cylinder containing nitrogen (1).

На стеклянной трубке цилиндрической формы с внутренним диаметром 20 мм смонтировали металлическую сетку (21) с присоединенными к ней шинными проводами. Размер ячейки сетки составлял 40 мкм, живое сечение - 32,7%. В открытую часть цилиндрической трубки добавили 0,5003 г порошка моногидрата 5-андростен-3β,17β-диола (А-диол*H2O). Вещество равномерным слоем (22) распределили по поверхности металлической сетки. На слое вещества сверху разместили нижний шток (23). Стеклянный цилиндр с металлической сеткой (21), слоем исходного вещества (22) и нижним штоком (23) взвесили на аналитических весах. Его масса составила 23,7572 г.A metal grid (21) with bus wires connected to it was mounted on a cylindrical glass tube with an inner diameter of 20 mm. The mesh cell size was 40 μm, the living section was 32.7%. 0.5003 g of 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate powder (A-diol * H 2 O) was added to the open part of the cylindrical tube. The substance was distributed evenly over the surface of the metal mesh in a uniform layer (22). The lower rod (23) was placed on top of the substance layer. A glass cylinder with a metal mesh (21), a layer of the starting substance (22) and the lower rod (23) was weighed on an analytical balance. Its mass was 23.7572 g.

Собрали сеточный сублиматор, для чего в открытую часть цилиндрической трубки вставили пружину (24) и верхний шток (25). Пружину сжали верхним штоком и закрепили его внутри трубки с помощью фиксаторов (26). Сеточный сублиматор соединили со съемной частью отсека сеточного сублиматора (32) посредством закрепления стержня верхнего штока (25) с помощью фиксаторов (27). Съемную часть отсека сеточного сублиматора соединили со встроенной частью плоским вакуумным шлифом (28). Внутреннее пространство съемной части реактора (12) изолировали от внешнего пространства вставкой, соединяющейся со съемной частью реактора плоским вакуумным шлифом (29). Перед соединением провода сеточного сублиматора соединили с внутренними проводами вакуумного ввода силовых и термопарных проводов, смонтированных на вставке (30).A mesh sublimator was assembled, for which a spring (24) and an upper rod (25) were inserted into the open part of the cylindrical tube. The spring was squeezed by the upper rod and secured it inside the tube using clamps (26). The mesh sublimator was connected to the removable part of the compartment of the mesh sublimator (32) by fixing the rod of the upper rod (25) using latches (27). The removable part of the mesh sublimator compartment was connected to the built-in part by a flat vacuum section (28). The inner space of the removable part of the reactor (12) was isolated from the outer space by an insert connecting to the removable part of the reactor with a flat vacuum section (29). Before connecting, the wires of the grid sublimator were connected to the internal wires of the vacuum input of the power and thermocouple wires mounted on the insert (30).

Внешние силовые и термопарные провода сеточного сублиматора, начального (5) и конечного (8) нагревателей потока газа-носителя подсоединили к входам многоканального ПИД регулятора температуры ТРМ-148 (9). Собранный реактор подсоединили к вакуумной системе (17) через вакуумный тефлоновый кран (20), полностью его открыли и откачали реактор до вакуума в 2 Па по датчику (18), расположенному на выходе из реактора (17).External power and thermocouple wires of the grid sublimator, the initial (5) and final (8) carriers of the carrier gas flow were connected to the inputs of the multichannel PID temperature controller TRM-148 (9). The assembled reactor was connected to the vacuum system (17) through a vacuum Teflon valve (20), it was completely opened and the reactor was pumped out to a vacuum of 2 Pa using a sensor (18) located at the outlet of the reactor (17).

Включили регулятор расхода газа (РРГ-10) газовой магистрали (2), установили на нем нулевой расход газа-носителя, открыли выходной вентиль газовой магистрали и откачали реактор до вакуума в 2 Па повторно.The gas flow regulator (RRG-10) of the gas line (2) was turned on, the carrier gas zero flow rate was installed on it, the outlet valve of the gas line was opened and the reactor was pumped out to a vacuum of 2 Pa again.

Открыли вентили газового баллона с азотом (1) и входной вентиль газовой магистрали (2), установили на регуляторе давления газовой магистрали избыточное давление в 0,5 атм. Постепенно, с помощью РРГ-10, установили уровень расхода газа-носителя в 900 мл в час. Давление, согласно вакуумному датчику (18), расположенному на выходе из реактора (17), составило 144 Па.The valves of the gas cylinder with nitrogen (1) and the inlet valve of the gas line (2) were opened, an overpressure of 0.5 atm was installed on the gas line pressure regulator. Gradually, with the help of RRG-10, the carrier gas flow rate was set at 900 ml per hour. The pressure, according to the vacuum sensor (18) located at the outlet of the reactor (17), was 144 Pa.

Согласно паспортным данным прибора РРГ-10, расход газа, выраженный в объемных единицах, относится к температуре 293 К (20°C) и давлению 1,01325·105 Па. В переводе на мольные величины это составляет:According to the passport data of the RRG-10 device, the gas flow rate, expressed in volume units, refers to a temperature of 293 K (20 ° C) and a pressure of 1.01325 · 10 5 Pa. Translated to molar values, this is:

900·10-6*1,01325*105*(8,31*293)-1*(3600)-1=1,040*10-5 моль/с.900 · 10 -6 * 1.01325 * 10 5 * (8.31 * 293) -1 * (3600) -1 = 1.040 * 10 -5 mol / s.

Диаметр сопла генератора молекулярного потока (10) составляет 1 см. Таким образом, приведенный к единице площади сопла мольный расход газа-носителя (азота) составлял:The nozzle diameter of the molecular flow generator (10) is 1 cm. Thus, the molar flow rate of the carrier gas (nitrogen) reduced to the unit area of the nozzle was:

1,040*10-5*(3,1416·0,52)-1*104=0,1325 моль/(м2*с).1.040 * 10 -5 * (3.1416 · 0.5 2 ) -1 * 10 4 = 0.1325 mol / (m 2 * s).

Поток газа-носителя пропустили через реактор в течение 30 минут для того, чтобы удалить остатки атмосферных газов. После этого залили внутрь низкотемпературного конденсора (16) жидкий азот (14), Давление, согласно вакуумному датчику (18), расположенному на выходе из реактора (17), осталось при этом неизменным - 144 Па.The carrier gas stream was passed through the reactor for 30 minutes in order to remove residual atmospheric gases. After that, liquid nitrogen (14) was poured into the low-temperature condenser (16). The pressure, according to the vacuum sensor (18) located at the outlet of the reactor (17), remained unchanged - 144 Pa.

Далее включили многоканальный ПИД регулятор температуры ТРМ-148, с его помощью постепенно симбатно подняли температуры начального нагревателя (5) до 120°C, конечного нагревателя (8) до 140°C, после чего установили температуру сетки сеточного сублиматора (21) равной 120°C. Эти температуры поддерживали в течение четырех часов. В ходе опыта в низкотемпературный конденсор (16) постоянно заливали жидкий азот (14), для равномерного осаждения вещества, его через каждые тридцать минут поворачивали на угол π/4. Давление в реакторе фиксировали с помощью вакуумных датчиков (18) в двух местах - на входе в съемной части реактора (12) и на выходе из реактора (17). Давление на выходе из реактора в ходе опыта оставалось неизменным и составляло 144 Па. Давление на входе в реактор в ходе опыта также не менялось и составляло 172 Па.Then we turned on the multichannel PID temperature controller TRM-148, with it gradually gradually increased the temperature of the initial heater (5) to 120 ° C, the final heater (8) to 140 ° C, and then set the grid temperature of the grid sublimator (21) to 120 ° C. These temperatures were maintained for four hours. During the experiment, liquid nitrogen (14) was constantly poured into the low-temperature condenser (16), for uniform deposition of the substance, it was rotated through the angle π / 4 every thirty minutes. The pressure in the reactor was recorded using vacuum sensors (18) in two places - at the inlet to the removable part of the reactor (12) and at the outlet of the reactor (17). The pressure at the outlet of the reactor during the experiment remained unchanged at 144 Pa. The pressure at the inlet to the reactor during the experiment also did not change and amounted to 172 Pa.

По показаниям вакуумных датчиков оценили степень разрежения потока газа-носителя (K). Она составила: 101325*2/(144+172)*393/293=860.According to the testimony of vacuum sensors, the degree of rarefaction of the carrier gas stream (K) was estimated. It amounted to: 101325 * 2 / (144 + 172) * 393/293 = 860.

По истечении четырех часов выключили нагреватели газа-носителя. По достижении температуры нагревателей ниже 50°C поток газа-носителя снизили до нуля, отключили реактор от газовой магистрали (2), выключили регулятор расхода газа РРГ-10, закрыли входной кран газовой магистрали и вентили металлического баллона с азотом (1).After four hours, the carrier gas heaters were turned off. When the temperature of the heaters reaches below 50 ° C, the carrier gas flow was reduced to zero, the reactor was disconnected from the gas line (2), the gas flow regulator RRG-10 was turned off, the inlet valve of the gas line and the valves of the metal cylinder with nitrogen were closed (1).

После этого откачали реактор до 2 Па согласно показаниям вакуумного датчика (18), расположенного на выходе из реактора (17), удалили из низкотемпературного конденсора остатки жидкого азота, довели его температуру до комнатной, отключили реактор от вакуумной системы посредством вакуумного крана (20), вскрыли его и собрали осажденное на поверхности конденсора вещество (11). Масса собранного вещества составила 0,3280 г.After that, the reactor was pumped out to 2 Pa according to the testimony of the vacuum sensor (18) located at the outlet of the reactor (17), the residual liquid nitrogen was removed from the low-temperature condenser, brought to room temperature, the reactor was disconnected from the vacuum system using a vacuum valve (20), opened it and collected the substance deposited on the surface of the condenser (11). The mass of the collected substance was 0.3280 g.

Отсоединили съемную часть реактора (12), разобрали генератор молекулярного потока, извлекли сеточный сублиматор с остатками исходного веществ, разобрали и взвесили на аналитических весах. Масса стеклянного цилиндра с металлической сеткой (21), слоем оставшегося вещества (22) и нижним штоком (23) составила 23,3187 г.The removable part of the reactor was disconnected (12), the molecular flow generator was disassembled, the mesh sublimator with the residues of the initial substance was removed, disassembled and weighed on an analytical balance. The mass of the glass cylinder with a metal mesh (21), a layer of the remaining substance (22) and the lower stem (23) was 23.3187 g.

Из контейнера вылетело: 23,7572-23,3187=0,4315 г. Выход криохимически модифицированного вещества составил: 0,3280/0,4315=0,76 (76%). Производительность процесса составила: (0,4315/308,45)*(3600*4)-1*(π*0,0052)-1=1,24*10-3 моль/(м2*с).From the container flew: 23.7572-23.3187 = 0.4315 g. The yield of cryochemically modified substance was: 0.3280 / 0.4315 = 0.76 (76%). The productivity of the process was: (0.4315 / 308.45) * (3600 * 4) -1 * (π * 0.005 2 ) -1 = 1.24 * 10 -3 mol / (m 2 * s).

Согласно данным ИК-Фурье спектроскопии, совмещенного термического анализа, рентгенофазового анализа, криохимически модифицированное вещество является моногидратом 5-андростен-3β,17β-диола.According to IR Fourier spectroscopy, combined thermal analysis, x-ray phase analysis, the cryochemically modified substance is 5-androsten-3β, 17β-diol monohydrate.

Размеры частиц полученного в результате опыта препарата определяли методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, средний размер частиц определяли также по измерению эффективной поверхности по количеству адсорбированного азота.Particle sizes of the preparation obtained as a result of the experiment were determined by transmission and scanning electron microscopy, the average particle size was also determined by measuring the effective surface by the amount of adsorbed nitrogen.

Опыты №97, 100, 101 проводили аналогично опыту №96.Experiments No. 97, 100, 101 were carried out similarly to experiment No. 96.

В опытах №98, 99, 102, 103 в качестве газа-носителя использовали углекислый газ, который подавали из газового металлического баллона. Для точной регулировки потока газа-носителя регулятором расхода газа газовой магистрали и регулировки показаний вакуумметра вводили поправки на газ - СО2.In experiments No. 98, 99, 102, 103, carbon dioxide was used as a carrier gas, which was supplied from a metal gas cylinder. To fine-tune the flow of carrier gas by the gas flow regulator of the gas main and to adjust the gauge readings, corrections for gas, СО 2, were introduced.

При температуре -196°C углекислый газ практически полностью конденсируется на поверхности низкотемпературного конденсора совместно с лекарственным веществом. При разогреве конденсора в условиях вакуума углекислый газ полностью сублимируется, освобождая чистое лекарственное вещество. Все остальные действия проводили аналогично опыту 96.At a temperature of -196 ° C, carbon dioxide almost completely condenses on the surface of a low-temperature condenser together with the drug substance. When the condenser is heated under vacuum, carbon dioxide completely sublimates, releasing a pure drug substance. All other actions were carried out similarly to experiment 96.

Figure 00000027
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Claims (6)

1. Способ получения наноразмерных порошков лекарственных веществ, включающий перевод исходного вещества в газовую фазу, организацию направленного потока молекул соединения и последующую конденсацию вещества в виде наноразмерных частиц на охлаждаемой поверхности, отличающийся тем, что перевод исходного вещества в газовую фазу и организацию направленного потока молекул соединения осуществляют в динамическом режиме за счет захвата паров вещества потоком нагретого инертного газа-носителя при приведенном мольном расходе газа-носителя в интервале от 0,01 до 2,0 моль/(м2*с), степени расширения потока газа-носителя (К) от значений Кmin=10 до Кmax=3060, расстоянии между соплом генератора молекулярного потока и поверхностью конденсора в интервале 0,005-1,0 м, причем нагрев газа-носителя осуществляют ступенчато - сначала до начальной температуры, соответствующей давлению насыщенных паров исходного вещества в интервале 10-2-104 Па (Тн), затем по выходе потока газа-носителя из контейнера, содержащего исходное вещество, до рабочей температуры, превышающей начальную на 5-300°C (Тк), а конденсацию проводят на поверхности с температурой в интервале от -269°C до Тmax, где Тmax определяется природой соединения и соответствует давлению насыщенных паров осаждаемого соединения не выше чем 10-4 Па.1. The method of obtaining nanosized powders of medicinal substances, including the transfer of the starting substance into the gas phase, the organization of the directed flow of the molecules of the compound and the subsequent condensation of the substance in the form of nanosized particles on the cooled surface, characterized in that the conversion of the starting substance into the gas phase and the organization of the directed flow of the molecules of the compound carried out in a dynamic mode due to the capture of vapor by a stream of heated inert carrier gas at a given molar flow rate of the carrier gas ranging from 0.01 to 2.0 mol / (m 2 * s), the expansion ratio of the carrier gas flow (C) from the values K min = 10 and K max = 3060, the distance between the nozzle and a flow generator molecular surface of the condenser in the range 0.005-1.0 m, and heating of the carrier gas is carried out stepwise - first to the initial temperature, corresponding to the saturated vapor pressure of the starting material in the range of 10 -2 -10 4 Pa (T n ), then after the carrier gas stream leaves the container, containing the starting substance, to a working temperature exceeding the initial by 5-300 ° C (T to ), and condensation carried out on a surface with a temperature in the range from -269 ° C to T max , where T max is determined by the nature of the compound and corresponds to the saturated vapor pressure of the precipitated compound not higher than 10 -4 Pa. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют смесь двух или более газов, отличающихся по теплофизическим и адсорбционным характеристикам.2. The method according to claim 1, characterized in that as the carrier gas, a mixture of two or more gases is used, differing in thermal and adsorption characteristics. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют индивидуальные вещества или смеси веществ, которые при используемых экспериментальных параметрах конденсируются на охлаждаемой поверхности, в том числе и те, что при стандартных условиях (температуре 25°C и атмосферном давлении 1,013*105 Па), находятся в жидком или твердом состояниях, а для получения целевого продукта дополнительно проводят удаление сконденсированных носителей посредством сублимации.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as the carrier gas, individual substances or mixtures of substances are used that condense on the cooled surface under the experimental parameters used, including those under standard conditions (temperature 25 ° C and atmospheric pressure 1.013 * 10 5 Pa), are in a liquid or solid state, and to obtain the target product, additionally remove the condensed carriers by sublimation. 4. Способ п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют смесь двух или более веществ, включающую вещества, одна часть которых конденсируется на охлаждаемой поверхности при используемых экспериментальных параметрах, а другая часть не конденсируется, а для получения целевого продукта дополнительно проводят удаление сконденсированных носителей посредством сублимации.4. The method of claim 1 or 2, characterized in that the carrier gas is a mixture of two or more substances, including substances, one part of which condenses on the surface to be cooled under the experimental parameters used, and the other part does not condense, and to obtain the target the product is additionally carried out the removal of condensed carriers by sublimation. 5. Устройство для осуществления способа получения наноразмерных порошков лекарственных веществ, включающее блок задания потока газа-носителя, блок генератора молекулярного потока с программаторами температурного режима, блок низкотемпературного конденсора, вакуумный блок, отличающееся тем, что:
- блок генератора молекулярного потока выполнен по ступенчатой схеме и включает предварительный регулируемый нагреватель потока газа-носителя, контейнер для размещения исходного вещества, конечный регулируемый нагреватель газа-носителя, выходное сопло, геометрическая форма которого обеспечивает параллельность струи потока газа-носителя,
- конструкция блока низкотемпературного конденсора обеспечивает возможность плавной регулировки температуры его поверхности,
- блок задания потока газа-носителя состоит из двух или нескольких параллельных линий для независимой регулировки расхода каждого компонента газовой смеси, используемой в качестве газа-носителя,
- вакуумный блок, представляющий собой вакуумные насосы, вакуумные краны, вакуумные коммуникации, вакуумные датчики и вакуумметр, с возможностью измерения вакуума и регулирования степени расширения потока газа-носителя (К).
5. A device for implementing a method for producing nanosized powders of medicinal substances, including a unit for setting a carrier gas stream, a molecular flow generator unit with temperature programmers, a low-temperature condenser unit, a vacuum unit, characterized in that:
- the molecular flow generator block is made in a stepwise manner and includes a preliminary adjustable carrier gas flow heater, a container for containing the starting material, a final adjustable carrier gas heater, an output nozzle whose geometric shape ensures parallelism of the carrier gas stream,
- the design of the block of low-temperature condenser provides the ability to smoothly adjust the temperature of its surface,
- block setting the flow of carrier gas consists of two or more parallel lines for independently adjusting the flow rate of each component of the gas mixture used as carrier gas,
- a vacuum unit, which consists of vacuum pumps, vacuum valves, vacuum communications, vacuum sensors and a vacuum gauge, with the ability to measure vacuum and control the degree of expansion of the carrier gas stream (K).
6. Устройство для осуществления способа получения наноразмерных порошков лекарственных веществ по п.5, отличающееся тем, что в генераторе молекулярного потока для размещения исходного вещества используются сеточные сублиматоры, в которых слой исходного вещества наносят на сетку из токопроводящего материала - металла - и механически прижимают полученный слой к сетке, а для перевода вещества в газовую фазу сетку нагревают до определенной температуры за счет пропускания через сетку регулируемого электрического тока. 6. A device for implementing the method for producing nanosized powders of medicinal substances according to claim 5, characterized in that in the molecular flow generator for placement of the starting substance, mesh sublimators are used, in which a layer of the starting substance is applied to the grid of a conductive material - metal - and mechanically presses the resulting layer to the grid, and to transfer the substance into the gas phase, the grid is heated to a certain temperature by passing an adjustable electric current through the grid.
RU2014109375/15A 2014-03-12 2014-03-12 Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor RU2580279C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014109375/15A RU2580279C2 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014109375/15A RU2580279C2 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014109375A RU2014109375A (en) 2015-09-20
RU2580279C2 true RU2580279C2 (en) 2016-04-10

Family

ID=54147495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014109375/15A RU2580279C2 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580279C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196401U1 (en) * 2019-09-30 2020-02-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" (ФГУП "Комбинат "Электрохимприбор") Laboratory apparatus for determining the mass fraction of the main substance in alkali metal hydrides and carbides
RU2721562C1 (en) * 2019-06-04 2020-05-20 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Method of loading inorganic nanoparticles or organic molecules into porous particles of micron or submicron size
RU2756051C1 (en) * 2020-12-17 2021-09-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Device for producing nanoparticles from gases and vapors of liquids at ultra-low temperatures

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195264C1 (en) * 2001-07-05 2002-12-27 Химический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова Method of medicinal preparation powder preparing
RU2295511C1 (en) * 2005-12-30 2007-03-20 Ооо "Нанокриохимия" Method for sublimation of nonvolatile organic compounds
RU2331409C1 (en) * 2007-08-22 2008-08-20 Валерий Сергеевич Комаров Method for production of micronised powder of incapsulated organic drug substance with slow dissolution rate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2195264C1 (en) * 2001-07-05 2002-12-27 Химический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова Method of medicinal preparation powder preparing
RU2295511C1 (en) * 2005-12-30 2007-03-20 Ооо "Нанокриохимия" Method for sublimation of nonvolatile organic compounds
RU2331409C1 (en) * 2007-08-22 2008-08-20 Валерий Сергеевич Комаров Method for production of micronised powder of incapsulated organic drug substance with slow dissolution rate

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ю.Н. Морозов, А.Ю. Утехина, В.П. Шабатин, В.В. Чернышев, Г.Б. Сергеев. Криосинтез и свойства наноразмерных лекарственных соединений, ЖРХО им. Д.И. Менделеева, 2012, т. 56, N6, сс. 43-51. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721562C1 (en) * 2019-06-04 2020-05-20 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Method of loading inorganic nanoparticles or organic molecules into porous particles of micron or submicron size
RU196401U1 (en) * 2019-09-30 2020-02-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" (ФГУП "Комбинат "Электрохимприбор") Laboratory apparatus for determining the mass fraction of the main substance in alkali metal hydrides and carbides
RU2756051C1 (en) * 2020-12-17 2021-09-24 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Device for producing nanoparticles from gases and vapors of liquids at ultra-low temperatures

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014109375A (en) 2015-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pando et al. Preparation of pharmaceutical co-crystals through sustainable processes using supercritical carbon dioxide: a review
Lee et al. Thermal conductivity enhancement of ZnO nanofluid using a one-step physical method
Tong et al. Characterization of two polymorphs of salmeterol xinafoate crystallized from supercritical fluids
RU2580279C2 (en) Method of producing nano-sized powders of medicinal substances and device therefor
Bolten et al. Micronisation of carbamazepine through rapid expansion of supercritical solution (RESS)
Rehman et al. Solubility and precipitation of nicotinic acid in supercritical carbon dioxide
Türk et al. Formation and stabilization of submicron particles via rapid expansion processes
Park et al. Recrystallization of fluconazole using the supercritical antisolvent (SAS) process
Tanaka et al. Application of spray freeze drying to theophylline-oxalic acid cocrystal engineering for inhaled dry powder technology
Ogienko et al. Large porous particles for respiratory drug delivery. Glycine-based formulations
Duarte et al. Preparation of ethyl cellulose/methyl cellulose blends by supercritical antisolvent precipitation
Wang et al. Solid solubility measurement of ipriflavone in supercritical carbon dioxide and microparticle production through the rapid expansion of supercritical solutions process
Tsai et al. Phase equilibrium and micronization for flufenamic acid with supercritical carbon dioxide
Chen et al. Experimental investigation for the solubility and micronization of pyridin-4-amine in supercritical carbon dioxide
Blokhina et al. Experimental investigation of fluconazole: Equilibrium solubility and sublimation
Mezzomo et al. Nanosizing of sodium ibuprofen by SAS method
Baseri et al. Effects of expansion parameters on characteristics of gemfibrozil powder produced by rapid expansion of supercritical solution process
Saverchenko et al. Evaporation of a picoliter droplet on a wetted substrate at reduced pressure
Pu et al. Solubility of bicalutamide, megestrol acetate, prednisolone, beclomethasone dipropionate, and clarithromycin in subcritical water at different temperatures from 383.15 to 443.15 K
Bakhbakhi et al. Formation of biodegradable polymeric fine particles by supercritical antisolvent precipitation process
Prasad et al. Precipitation of curcumin by pressure reduction of CO2-expanded acetone
Sharapova et al. Solubility and vapor pressure data of bioactive 6-(acetylamino)-N-(5-ethyl-1, 3, 4-thiadiazol-2-yl) hexanamide
Zhiyi et al. Experimental investigation on the micronization of aqueous cefadroxil by supercritical fluid technology
Morozov et al. Cryosynthesis of nanosized drug substances
Dalvi et al. A novel process for precipitation of ultra-fine particles using sub-critical CO2