6.5.2 voorbereiding
bij de ontwikkeling van een microparticulaatsysteem moet rekening worden gehouden met het totale systeem: het deeltje zelf, het afgiftemechanisme en de componenten. Elk van deze parameters moet worden geoptimaliseerd om een bevredigend product te verkrijgen. Daarom bestaan er veel micro-inkapselingsmethoden, afhankelijk van de kenmerken van het materiaal dat moet worden ingekapseld, de oplosbaarheid van het wandvormende materiaal, de deeltjesgrootte, wanddikte en permeabiliteit, afgiftesnelheid en fysische eigenschappen van stoffen.
bij de keuze van het microencapsulatieproces moet rekening worden gehouden met verschillende fysische eigenschappen, zoals oplosbaarheid en capaciteit van de kern die door het wandmateriaal moet worden omgeven. Het is mogelijk dat de kern niet oplosbaar is in het oplosmiddel van het wandvormende polymeer en dat de kern in de vloeibare kern niet nagenoeg onmeetbaar is. In de spraycoating kan een in water oplosbare vaste stof worden gecoat met een in water oplosbare polymeeroplossing, door de snelle verdamping van water tijdens de vorming van het microdeeltjes.
de elasticiteit van de wand wordt bepaald door de aard van het materiaal (bv. polymeer of mengsels), de dikte en de grootte van microdeeltjes, omdat de permeabiliteit ervan bepaalt hoe lang het kerngehalte kan worden vrijgegeven of behouden in een vooraf bepaalde snelheid, zoals bij toepassingen met gecontroleerde afgifte. De kleefeigenschappen van wandvormende materialen worden sterk beïnvloed door de temperatuur en concentratie, afhankelijk van de fysische eigenschappen van het polymere wandmateriaal (smeltpunt, glasovergangstemperatuur, kristallijne graad en afbraaksnelheid).
Microencapsulatiematerialen kunnen van natuurlijke, semi-synthetische en synthetische oorsprong zijn en worden geselecteerd op basis van de fysische eigenschappen van de kern en de beoogde toepassing:
(1)
natuurlijke materialen: acacia gum (gum arabic), agar, agarose, maltodextrin, sodium alginate, calcium alginate, dextran, fats and fatty acids, cetyl alcohol, milk solids, gelatin, gluten, albumin, starch, caseinates, stearin, sucrose, and waxes (e.g., beeswax, carnauba wax, and spermaceti).
(2)
Semi-synthetic materials: cellulose acetate; cellulose acetate butyrate; cellulose acetate phthalate; cellulose nitrate; ethylcellulose; hydroxypropylcellulose; hydroxypropylmethylcellulose phthalate; methylcellulose; sodium carboxymethylcellulose; myristyl alcohol; glycerol mono- or dipalmitate; oil hydrogenated castor mono-, di- or tristearate and glycerol 12-hydroxystearyl alcohol.
(3)
Synthetic materials: acrylic polymers and copolymers , aluminum monostearate, carboxyvinyl polymers (Carbopol®), polyamides, poly(methyl vinyl ether maleic anhydride), polycarbonates, polyterephthalamide, polyvinyl acetate phthalate, polyarylsulphones, poly(methyl methacrylate), polyvinylpyrrolidone, polydimethylsiloxane, polyoxyethylene, polyester, polyglycolic acid and copolymers, polyglutamic acid, polylysine, polystyrene, polyimides, and polyvinyl alcohol.
de fysisch-chemische eigenschappen van de materialen die moeten worden gebruikt bij de bereiding van microparticulaatsystemen zijn van groot belang bij de toepassing van de gereguleerde afgifte, verlengde afgifte en/of targeting van het geneesmiddel, omdat de farmacokinetiek van het ingekapselde geneesmiddel afhankelijk wordt van het systeem waarin het zich bevindt.
Micro-inkapseling technieken zijn voorgesteld met vele variaties in details, afhankelijk van het materiaal dat moet worden ingekapseld en de oplosbaarheid van polymeren, deeltjesgrootte, dikte en doorlaatbaarheid van de wand, het type en de snelheid van de vereiste afgifte, fysische eigenschappen en economische haalbaarheid productie. Veel van deze methoden zijn uitsluitend gebaseerd op fysische verschijnselen. Sommigen gebruiken chemische reacties zoals polymerisatie of polycondensatie. Andere combineren fysische en chemische verschijnselen. Tegenwoordig is er een enorm en groeiend aantal inkapselingsprocessen, nieuwe patenten en geavanceerde ontwikkelingen. Daarom kan een systemische nomenclatuur voor inkapseling classificatie worden verkregen.
veel microencapsulatiesystemen maken gebruik van een combinatie van verschillende processen, en soms is het moeilijk om de methoden te classificeren. Op farmaceutisch gebied kunnen de belangrijkste technologieën in drie groepen worden ingedeeld. De eerste is de groep technologieën die gebruik maken van fysisch-chemische methoden:
I.
Coacervatie (fasescheiding)
ii.
methoden met emulgatie
iii.
Methoden met behulp van superkritische vloeistof
iv.
Thermische gelation
Chemische methoden opstellen van de tweede groep:
ik.
In situ en grensvlakken polycondensatie
ii.
Gelation
iii.
Polymerisatie
De derde groep bestaat uit technologieën die betrekking hebben op een mechanische (fysieke) methoden:
ik.
verdamping van Oplosmiddelen
ii.
sproeidrogen
iii.
de Luchtstroom of fluidized bed
iv.
Druppeltjes bevriezen
v.
Druppel gelation
vi.
Extrusie
vii.
centrifugatie
de techniek van coacervatie (fasescheiding) is gebaseerd op het desolvatiefenomeen van macromoleculen en leidt tot fasescheiding In aanvankelijk homogene colloïdale oplossingen. Alle factoren die het colloïde oplossen wijzigen, of die zich mengen in de eigenschappen van het oplosmiddel belast met macromoleculen, veroorzaken coacervatie.
hierbij wordt gebruik gemaakt van een veel voorkomend fenomeen van polymeer–polymeercompatibiliteit, waarbij het polymeer dat het capsulewandmateriaal is geworden, wordt gedispergeerd en aan deze dispersie wordt een ander polymeer toegevoegd, dat de fase induceert. De twee polymeren zijn onverenigbaar en vormen twee fasen. Het wandvormende materiaal wordt op verschillende manieren als viskeuze vloeibare fase afgescheiden, zoals door temperatuur, pH, elektrolytenconcentratie, toevoeging van een niet-oplosbare stof of door toevoeging van een tweede materiaal met een hoge oplosbaarheid in de polymeerkern of tegengestelde lading. Daarom komt het verminderen van de oplosbaarheid van het colloïde hoofdzakelijk door veranderingen in systeemvoorwaarden voor die de eigenschappen van het oplosmiddel beà nvloeden.
dit proces is ook bekend als fasescheiding, wat wordt herkend door het verschijnen van troebelheid, druppelvorming of scheiding van vloeibare lagen. Het kan eenvoudig of complex zijn, en kan ook optreden als gevolg van het uitzouten (figuur 6.16). De vorming van het coacervaat kan plaatsvinden in een homogeen medium, resulterend in monolithische deeltjes, of in een heterogeen medium, waarin het coacervaat wordt afgezet op het oppervlak van de gedispergeerde fase, wat reservoirachtige systemen oplevert.
figuur 6.16. Microcapsulatie door coacervatie of fasescheiding: a) dispersie van het actieve agens in de polymeeroplossing; B) begin van coacervatie; C) geleidelijke adsorptie van microcoacervaten aan het oppervlak van het actieve agens; d) samensmelting van het microcoacervaat op de wand van het agens, uitharding van de coating en volledige desolvatie.
in een eenvoudig coacervatieproces veroorzaakt de toevoeging van een niet-oplosbare stof aan het systeem de vorming van een fase die rijk is aan polymeren. Het is gebaseerd op de ontwikkeling van chemische reacties of de uitwisseling van ionen in het raakvlak van een waterige fase/organische fase, voor het verharden van de wanden van de microcapsule. Sommige typische waterige polymeerdispersies en hun niet-oplossingsmiddelen kunnen bijvoorbeeld gelatine en ethanol of aceton zijn; agar en aceton; pectine en dioxaan of 2-propanol; methylcellulose en aceton; polyvinylalcohol en 1-propanol; of fibrinogeen en 1-propanol.
complexe coacervatie is het resultaat van wederzijdse neutralisatie van twee of meer tegengesteld geladen colloïden in een waterige oplossing. Deze methode bestaat uit het dispergeren van het actieve bestanddeel dat moet worden ingekapseld in een waterige oplossing van een polyelektrolyt, en het afzetten van het micro-coacervaat rond het materiaal dat moet worden ingekapseld door het toevoegen van een waterige oplossing van een tweede tegengesteld geladen elektrolyt. Het industriële belang van inkapseling door de complexe coacervatietechniek is groter toe te schrijven aan het feit dat deze techniek geen chemische kruisende agenten gebruikt.
Coacervatie is een reversibel proces en over het algemeen is de vorming van microcapsules een evenwichtsproces. Als de balans wordt vernietigd, wordt ook de fasescheiding vernietigd.
emulgatie en verdamping van oplosmiddelen is een veelgebruikte methode, waarbij de inwendige fase van een emulsie wordt gestold en microdeeltjes worden geproduceerd (figuur 6.17). De werkzame stof kan worden opgelost of gesuspendeerd in de polymeeroplossing (bekledingsmateriaal) met behulp van een Vluchtig organisch oplosmiddel. Deze fase wordt vervolgens geëmulgeerd in een onmengbaar dispergeermiddel waterig medium dat een oppervlakteactieve stof (emulgator) bevat die agglomeratie van de microdeeltjes vermijdt. Het oplosmiddel wordt verdampt bij lage temperatuur en verminderde druk. De oplosbaarheid van het polymeer neemt af naarmate het oplosmiddel verdampt, wat resulteert in microdeeltjes die worden gescheiden door centrifugeren of filtreren. De methode kan microdeeltjes opleveren van 5 tot 5000 µm (Benita, 2006).
figuur 6.17. Schematische weergave van het verkrijgen van microsferen door emulgering en verdamping van oplosmiddelen.
de structuur van geproduceerde microdeeltjes is in wezen een matrix, waarbij de werkzame stof in de polymeermatrix wordt gedispergeerd en zo microsferen worden gevormd.
de fusie – en emulgatiemethode omvat het smelten van het polymeer (bekledingsmateriaal), gevolgd door het oplossen van de geneesmiddelkern of co-fusie van de twee componenten. Het bereiden van een emulsie en de binnenste laag wordt gestold door het verlagen van de temperatuur van het systeem. De scheiding van de microdeeltjes wordt uitgevoerd door filtratie of centrifugeren. De werkzame stof moet thermoresistent zijn, wat voor de meeste organische verbindingen onwaarschijnlijk is.
polymerisatie of de interfaciale copolymerisatiemethode is gebaseerd op Eigenschappen van polymeren. Dit zijn macromoleculen die vaak filmvormende capaciteit hebben en coatings kunnen vormen, die worden verkregen door reacties van de monomere eenheden te groeperen. Aldus, zijn methodes ontwikkeld die de vorming in situ van microcapsulewanden gebruikend deze polymeren bevorderen. Identieke monomeren ondergaan polymerisatie en verschillende monomeren ondergaan polycondensatie.
Gewoonlijk is dit een spontane chemische reactie en kan het actieve agens verder worden geadsorbeerd aan het oppervlak van de microdeeltjes. Vele malen, worden nanoparticles verkregen met een grote capaciteit om specifieke plaatsen van therapeutische actie te richten. Deze reactie kan voorkomen in het externe medium waarin de actieve stof wordt gedispergeerd als een vaste of vloeibare stof, en de gevormde polymeren diffuus aan de interface, waar ze hechten. Het kan ook in situ op het raakvlak optreden, hetzij spontaan, hetzij door contact van het in de ene zijde verspreide monomeer en de katalysator in de andere. Het kan nog steeds in situ op het raakvlak voorkomen door chemische condensatie van twee monomeren, Chemisch Verschillend in tegengestelde fasen, die op het raakvlak reageren (figuur 6.18).
Figuur 6.18. Schematische weergave van microdeeltjes verkregen door interfaciale polymerisatie.
de belangrijkste methoden voor Micro-inkapseling door interfaciale polymerisatie omvatten doorgaans een chemische reactie tussen een diacylchloride en een amine of een alcohol. De resulterende polymeerfilm kan polyester, polyurea, polyurethaan of polycarbonaat zijn. Over het algemeen worden reservoir-Type apparaten gevormd en de deeltjesgrootte is direct afhankelijk van de diameter van de interne fase en de controle van de reactie (initialisatie, voortplanting, en beëindiging van de polymeerketen).
bovendien wordt de interfaciale polycondensatiemethode gekenmerkt door een chemische reactie tussen twee chemisch verschillende monomeren, die plaatsvindt in een organische fase-waterige fase-interface, waardoor een polymeerfilm ontstaat. In het kort wordt een emulsie bereid waarvan de inwendige fase het werkzame bestanddeel en een van de monomeren bevat. De externe fase bevat een oppervlakteactieve stof en andere monomeren. De monomeren migreren naar de interface waar zij reageren om een polymeer te vormen dat de binnenfase inkapselt. De oorzaak van de reactie kan een chemisch of fysisch agens zijn. Als alternatief kan het therapeutische middel worden toegevoegd door interactie met een suspensie van voorgevormde microsferen. De eerste methode maakt echter de opname in hoge opbrengst, terwijl de tweede een niet-specifieke Adsorptie Met een laag inkomen mogelijk maakt.
volgens de geleermethode wordt het kerngeneesmiddel gedispergeerd in een natriumalginaatdispersie, die wordt geleld door toevoeging van calciumchloride. De “druppels” worden overgebracht naar een polykation-oplossing (bijv., polylysine) die het calciumion verplaatst, waardoor het membraan verhardt. De gel in de microcapsule kan vloeibaar worden gemaakt door toevoeging van natriumcitraat, waardoor de resterende calciumionen worden verplaatst. De methode wordt vooral gebruikt om insuline en cellulair materiaal te microencapsuleren (Benita, 2006).
De verstuivings-en droogmethode bestaat uit het dispergeren van het geneesmiddel in het gesmolten bekledingsmateriaal en het verstuiven van het mengsel in een omgeving met omstandigheden die een snelle stolling van het materiaal bevorderen. Dit proces wordt bereikt door snelle verdamping van het oplosmiddel van het bekledingsmateriaal of door bevriezing. De sneldrogende wordt bereikt door het mengsel in een stroom van verwarmde lucht te verstuiven of het bevroren materiaal te lyofiliseren.
sproeidrogen is een proces dat op grote schaal wordt gebruikt om vaste stoffen te drogen door verstuiving (spray) uit een dispersie van het geneesmiddel en wandvormend materiaal als fijne druppels in een heteluchtomgeving. Het water verdampt dan en de gedroogde vaste stof wordt verkregen. Verschillende punten in het proces zijn belangrijk, waaronder de kern (hoeveelheid wandmateriaal, viscositeit en temperatuur).
Er kan een waterige oplossing, een organische oplossing of een mengsel van het te coaten materiaal worden gebruikt. Bovendien kan het ontwerp van de sproeidroger belangrijk zijn (structuur van de droogkamer, toevoer en luchtafvoer, de droogtemperatuur en het soort collector). Er zijn twee soorten vernevelaars: het turbinemodel (verneveling wordt bereikt door perslucht in een roterende schijf of roterende verstuiving) en het verstuivermodel (verneveling wordt gedaan door perslucht op een vast mondstuk). Verschillende factoren zoals uitwisseling en warmteverlies, equity en de geometrie van de vernevelaar maken het moeilijk om laboratoriumapparatuur te transformeren voor industriële schaal.
de eerste stap in de inkapseling door middel van sproeidrogen bestaat erin het kernmateriaal te dispergeren in een geconcentreerde oplossing (40-60 gewichtsprocent) van het deeltjesvormende materiaal, zodat druppels met een diameter tussen 1 en 3 µm worden verkregen. De polymeren verhogen meestal de viscositeit bij hogere concentraties. Water wordt gebruikt als oplosmiddel voor deze techniek. De toxiciteit en ontvlambaarheid beperken het gebruik van conventionele organische oplosmiddelen voor inkapseling door sproeidrogen sterk. Verder onderzoeken verschillende groepen deze techniek met organische media om microdeeltjes te produceren met biologisch afbreekbare polymeren.
de dispersie die naar de kamer van de sproeidroger wordt gestuurd, wordt snel gedehydrateerd en produceert droge deeltjes. Deze worden door de verzamelaar gevangen (figuur 6.19). Microdeeltjes die op deze manier worden geproduceerd, hebben meestal een diameter tussen 1,0 en 300 µm. Ze hebben de neiging om een sferische geometrie te hebben en kunnen worden samengevoegd.
figuur 6.19. Schema van een sproeidroger en het proces van microencapsulatie.
herdrukt uit Jamekhorshid, Sadrameli, and Farid (2014), met toestemming van Elsevier.
deze microencapsulatietechniek heeft vele voordelen: het is een gevestigde techniek; het is relatief goedkoop en is nog in volle ontwikkeling; het maakt gebruik van gemakkelijk beschikbare apparatuur; het kan in grote hoeveelheden worden geproduceerd; en veel van de materialen die door deze techniek worden gebruikt, zijn goedgekeurd voor gebruik in levensmiddelen en zijn oplosbaar in water, waardoor de oplossing van de microdeeltjes wordt bevorderd en het ingekapselde materiaal wordt vrijgegeven.
aan de andere kant heeft de sproeidroogtechniek problemen en beperkingen. Als water het gekozen oplosmiddel is, is de techniek beperkt tot materialen die oplosbare of dispergeerbare polymeren in water zijn. De inkapseling tarief is typisch rond 20-30%, hoewel er protocollen zijn die een tarief tussen 50% en 60% melden. Het niet-ingekapselde materiaal is een ander probleem. Het lage kookpunt van sommige polymeren is gebleken een persistent probleem voor de inkapseling, omdat ze kunnen vervluchtigen in de kamer. Zo zijn de polymere materialen die kunnen worden gebruikt polysachariden (zetmeel en arabische gom) of eiwitten (gelatine, albumine, caseïne).
Spray freezing is een haalbare methode voor het produceren van microdeeltjes, voorgesteld door Rogers, Hu, Yu, Johnston, and Williams (2002). Een oplossing die het geneesmiddel en hulpstoffen bevat, wordt onder het oppervlak van een vloeibaar cryogeen (bijvoorbeeld vloeibare stikstof) geatomiseerd. De druppels gevormd in de verstuiving stollen onmiddellijk (figuur 6.20). Bevroren microdeeltjes worden dan verzameld en gevriesdroogd.
figuur 6.20. Schematische voorstelling van het invriezen van de spray in vloeistof, waarbij vloeibare stikstof als cryogeen medium wordt gebruikt: A) laboratoriumprocédé; B) proefprocédé.
herdrukt van Rogers et al. (2002), met toestemming van Elsevier.
de techniek van luchtopschorting of vloeistofbed is gebaseerd op dispersie van het actieve agens in de vorm van kleine deeltjes (geneesmiddelkern) en wordt in een luchtstroom gehouden door een wervelbed, terwijl het coatermateriaal in de bewegende deeltjes wordt verstrooid (figuur 6.21).
figuur 6.21. Schematische weergave van het wervelbed (Wuster).
het drogen wordt uitgevoerd met de cyclische lucht in de bekledingskamer. Het is van toepassing voor vaste of vloeibare kernen geadsorbeerd aan vaste steunen. De grootte van de verkregen microcapsules ligt tussen 35-5000 µm, waarbij de bovenste waarde geen groottegrens heeft ten opzichte van het technologische proces, maar ten opzichte van het microdeeltjes-systeem.
verschillende mechanische middelen worden gebruikt voor Micro-inkapseling met behulp van centrifugale kracht. De multi-opening spin gebruikt centrifugale kracht om de kern vrij te geven door middel van een coater membraanmateriaal, het verstrekken van het mechanische effect van microencapsulatie.
een andere techniek is centrifugale extrusie, waarbij het kernmateriaal en het wandvormende materiaal van de microcapsule (niet mengbaar) door een verstuiver worden gepompt. Dit produceert een continue kolom van de twee vloeistoffen, spontaan op te breken in bolvormige druppels. Elke druppel bevat een continue centrale regio gebonden door een vloeibaar membraan. De manier waarop deze druppels in capsules worden omgezet, wordt bepaald door de aard van het wandvormende materiaal. Als het een lage viscositeit heeft bij het smelten, wat snel kristalliseert bij afkoeling (bijv., was of wax polymeer), worden de druppels omgezet in vaste deeltjes om het mondstuk te verlaten. De medicijnen die in dit geval het meest geschikt zijn, zijn polair, omdat deze niet mengbaar zijn met de meeste wandvormende materialen, zoals wassen.
de druppels die uit het mondstuk komen, kunnen ook een wand hebben die wordt gevormd door het hydrofiele polymeer, dat snel kan geleren. In dit geval vallen de druppels in een geleerbad, waar ze worden geleld. Een specifiek voorbeeld van dit type Micro-inkapseling is het deeltje dat wordt verkregen door het geleren van een waterige oplossing van natriumalginaat in een waterige oplossing van een calciumchloridebad. De apolaire actieve agenten zijn geschikt om door deze techniek te worden microencapsulated.
Rotatiesuspensie is een techniek van micro-inkapseling waarbij het te micro-inkapselen materiaal wordt gedispergeerd in een polymere oplossing. Deze dispersie gaat door een roterende schijf, die plat, taps toelopend of filet kan zijn. De afzonderlijke deeltjes worden verdreven door de roterende schijf met behulp van centrifugale kracht, en de microcapsules worden gevormd en gestold door te koelen.
BRACE® is een reeks gepatenteerde processen voorgesteld door Brandau (2002) voor de productie van microsferen en microcapsules. De techniek is gebaseerd op het gebruik van een trillende verstuiver, die uniforme deeltjesgrootte produceert. Het is mogelijk om microsferen en microcapsules te verkrijgen met een diameter van 30 tot 8000 µm. Voor de bereiding van microsferen kan het medicijn worden gedispergeerd, opgelost of geëmulgeerd in het matrixvormende materiaal. Voor microcapsules kan het kernmateriaal een waterige oplossing, emulsie, dispersie of gesmolten materiaal zijn. De enige beperking is dat het in te kapselen materiaal geen chemische reactie met het wandvormende materiaal veroorzaakt.
voor dit procédé kan een grote verscheidenheid aan materialen worden gebruikt, op voorwaarde dat zij in vloeibare vorm zijn en een viscositeit van minder dan 10 pa vertonen. De belangrijkste materialen zijn alginaten, gelatine, agar, wassen, thermoplasten, metaaloxiden, polyethyleenglycol, polyvinylalcohol, polyacrylaat, polystyreen en methacrylaat.
volgens Brandau (2002) is het proces gebaseerd op het pompen van het te microcapsuleren materiaal door een vernevelaar. Een trillingsapparaat veroorzaakt de afbraak van een gelijkmatige stroming, waardoor druppels ontstaan (figuur 6.22). De druppels worden gestold door een geleersysteem, door afkoeling, door chemische reactie of door droging tijdens het vallen in de kamer.
figuur 6.22. BRACE ® microcapsulatieproces en verschillende structuren verkregen: a) cosmetische was; b) agar-agar met oliën; (C) polymeerparels voor combinatorische synthese; (d) farmaceutica ingekapseld in was; (e) anorganische microdeeltjes als katalysatordragers
herdrukt uit Brandau (2002), met toestemming van Elsevier.
Pancoating is een proces dat veel wordt gebruikt in microencapsulatie, maar de toepassing ervan is beperkt tot vaste actieve stoffen. Het wordt van essentieel belang geacht dat de kerndeeltjes ten minste 600 µm bedragen om de coating effectief te maken. Dit proces is een van de oudste industriële methoden voor het verkrijgen van kleine, beklede deeltjes of tabletten, voornamelijk bij de bereiding van toedieningsvormen met verlengde werking. De geneesmiddeldeeltjes worden in een pan of een ander apparaat getrommeld, terwijl het coatingmateriaal over het algemeen langzaam wordt aangebracht met het bewegen van de pan. Daarom wordt de temperatuur verlaagd, zodat het coatingmateriaal de deeltjes van het actieve middel (kern) omsluit en vervolgens door afkoeling wordt gestold. Een andere procedure is om het bekledingsmateriaal geleidelijk aan toe te passen op kerndeeltjes die in een vat vallen, in plaats van vanaf het begin van de inkapseling volledig met de kerndeeltjes te worden gemengd. Het oplosmiddel dat wordt gebruikt om het coatermateriaal te verspreiden, moet gemakkelijk worden verwijderd door hete luchtstroom.
drug inkapseling is mogelijk met behulp van superkritische vloeistof, een toestand waarin de stof een intermediair gedrag heeft tussen de vloeistof en gas toestanden. Met karakteristieke temperatuur – en drukomstandigheden vertoont het sterk gecomprimeerde gas verschillende voordelige eigenschappen van zowel vloeistoffen als gassen.
de meest gebruikte zijn superkritisch CO2, alkanen (C2–C4) en lachgas (N2O). Ze hebben een lage koolwaterstof-achtige oplosbaarheid voor de meeste opgeloste stoffen en zijn mengbaar met gewone gassen zoals Waterstof (H2) en stikstof.
het gebruik van superkritische vloeistof in veel industriële toepassingen is afhankelijk van hun vermogen om de dichtheid te wijzigen met een kleine verandering in temperatuur of druk. Specifiek, superkritisch CO2 wordt veel gebruikt voor zijn lage kritische temperatuur (31 °C) en druk (73.836 bar) waarden. Bovendien is het niet-toxisch, niet-ontvlambaar, gemakkelijk beschikbaar, zeer zuiver en kosteneffectief.
superkritisch CO2 kan worden toegepast bij de inkapseling van actieve stoffen. Voor het inkapselen van kernstoffen wordt gebruik gemaakt van een grote verscheidenheid aan materialen die ofwel oplossen (paraffine, acrylaten, polyethyleenglycol) ofwel niet oplossen (eiwitten, polysachariden) in superkritisch CO2. De meest gebruikte methoden zijn snelle expansie van superkritische oplossingen (RESS), gas anti-solventen (GAS), en deeltjes uit gas-verzadigde oplossingen (PGSS).
RESS wordt gekarakteriseerd als een proces waarbij de superkritische vloeistof die het therapeutische agens en het inkapselingsmateriaal bevat, onder hoge druk wordt aangevoerd en vervolgens bij atmosferische druk via een klein mondstuk wordt afgegeven. Als de druk plotseling daalt, veroorzaakt het desolvatie en afzetting van het materiaal rond het geneesmiddel (kern), waardoor een coatinglaag wordt gevormd. Zowel de werkzame stof als het bekledingsmateriaal moeten zeer oplosbaar zijn in superkritische vloeistoffen. Over het algemeen zijn er zeer weinig polymeren met een lage cohesieve energiedichtheid (bijv., polydimethylsiloxanen, polymethacrylaten, en polyethyleenglycol) zijn oplosbaar in superkritische vloeistoffen zoals CO2. Nochtans, kunnen co-oplosmiddelen worden gebruikt om de oplosbaarheid van de polymeren te verhogen. In sommige gevallen worden nonsolvents gebruikt (bijvoorbeeld ethanol), waardoor de oplosbaarheid in superkritische vloeistoffen toeneemt, maar de polymere materialen lossen niet op bij atmosferische druk.
GAS wordt ook het superkritische anti-solvent (SAS) – proces genoemd, waarbij de superkritische vloeistof wordt toegevoegd aan een oplossing van bekledingsmateriaal en het actieve agens en onder hoge druk wordt gehouden. Dit leidt tot een volumeuitbreiding van de oplossing die superverzadiging veroorzaakt, die de opgeloste stof neerslaat. De opgeloste stof mag niet oplossen in het mengsel van oplosmiddel en superkritische vloeistof, maar moet oplosbaar zijn in het vloeibare oplosmiddel. Bovendien moet het vloeibare oplosmiddel mengbaar zijn met de superkritische vloeistof. Dit proces is ongeschikt voor de inkapseling van in water oplosbare ingrediënten, aangezien water een lage oplosbaarheid in superkritische vloeistoffen heeft. Het is ook mogelijk om submicrondeeltjes te produceren met behulp van deze methode.
het pgss-proces is gebaseerd op het mengsel van de werkzame stof (kern) en bekledingsmaterialen in superkritische vloeistof bij hoge druk. Tijdens dit proces dringt de superkritische vloeistof het inkapselende materiaal binnen, veroorzakend zwelling. Wanneer het mengsel boven de glastemperatuur wordt verwarmd, wordt het polymeer vloeibaar. Naarmate de druk afneemt, zet het ingekapselde materiaal zich echter af op het actieve middel. Het is duidelijk dat zowel de drug en inkapseling materialen niet oplosbaar in de superkritische vloeistof kan zijn.
een andere strategie die gebruik maakt van superkritische Vloeistoftechnologie is het gebruik van voorgevormde microdeeltjes voor de beknelling van actieve stoffen. Wanneer de druk wordt verlaagd, krimpen de microdeeltjes en keren ze terug naar hun oorspronkelijke vorm en vangen ze de ingrediënten in de val (Jain, 1997).
