Dоnau Lаb Moscоw Применение Инновационный метод распылительной сушки с высоким выходом

Инновационный метод распылительной сушки с высоким выходом

Сублимирование бычьего сывороточного альбумина

Категория оборудования: Распылительные сушилки

Используемое оборудование: Нано-распылительная сушилка B-90 HP, Сканирующий электронный микроскоп

Отрасль: фармацевтическая отрасль

Вид образцов: Бычий Сывороточный Альбиум (БСА

Сублимирование бычьего сывороточного альбумина

Распылительная сушка является быстрым, непрерывным, экономичным, воспроизводимым и масштабируемым методом для производства сухих порошков из жидкостей. Кроме того, в последние годы распылительная сушка стала применяться в фармацевтической промышленности для получения белковых частиц, которые используются при легочной, назальной и пероральной доставке.

Введение

Благодаря своему свойству Бычий Сывороточный Альбумин (БСА) имеет множество применений в таких областях науки, как культивирование клеток, диагностика Инвитро, фармацевтика, молекулярная биология, серология и общие исследования. БСА имеет  хорошие характеристики и часто применяется в многочисленных биохимических отраслях.

В этой статье будет показано, как применить распылительную сушилку Nano Spray Dryer B-90 для производства белковых субмикронных частиц с использованием BSA. Также будет изучено влияние концентрации БСА и рН на образование частиц.

Подготовка образцов

Растворы БСА 10%, 1% и 0,1%, полученные следующим образом. В деионизированную воду перед фильтрованием через фильтр из стекловолокна (Whatman GF / F) в вакууме, чтобы удалить частицы, которые могут засорить систему, добавили лиофилизированный порошок BSA (Sigma Aldrich, St Louis, MO, USA). Затем к раствору добавил Полисорбат 80 до концентрации 0,05% и pH раствора регулировали с помощью 5% уксусной кислоты [об / об] и 5% NaOH [об / об] (Таблица 1). Растворы BSA затем охлаждали перед использованием. Все растворы были приготовлены в виде % [вес / объем], если не указано иное.

Эксперимент

Микрочастицы получали методом распылительной сушки растворов BSA, используя распылительную сушилку BUCHI Nano B-90 HP. Во время процесса раствор BSA хранили на ледяной бане, чтобы охладить его и уменьшить разрушение белка системой нагрева. Скорость насоса была настроена таким образом, чтобы уменьшить время пребывания в системе нагрева и, следовательно, уменьшить степень разложения белка. Рекомендуется также сократить длину трубки, доводя раствор до небулайзера настолько, насколько это возможно, чтобы время нагрева уменьшалось.

Нано-распылительная сушилка B-90 HP работала в разомкнутом контуре и сжатом воздухе со скоростью насоса 90%, распыление было настроено на 80%, а частота на 125 кГц, если не указано иное. Кроме того, эксперименты проводились при температуре на входе 100 ° С с использованием малого, среднего и большого размеров распылителей (Small, Medium, Large соответственно). Такие параметры, как температура на входе, температура на выходе и скорость потока газа, изменялись между экспериментами и регистрировались (таблица 1).

Объем распыляемого раствора и время работы эксперимента определяли для каждого раствора, чтобы можно было получить достаточное количество образца для анализа. По возможности, выход рассчитывали из фактически восстановленного количества порошка в зависимости от содержания твердого вещества в используемом распыляемом растворе. Относительный выход (%) рассчитывали делением веса собранного порошка на теоретическое количество распыленного образца, затем умножали на 100.

С помощью сканирующего электронного микроскопа (типа JEOL 6380LVa) получили изображения частиц. Перед исследованием все образцы были покрыты золотом с напылением. Частицы БСА готовили с помощью распылительной сушилки B-90 HP с использованием разных параметров. Эти параметры приведены далее в таблице 1.

Таблица 1: Экспериментальные параметры.

ЭкспериментРазмер распылителяРаствор БСА [% вес/объем]Раствор Полисорбат 80 [%]pH [-]Расход газа [л / ч]Температура на входе [°C]
ASmall0,10,054,7150100
BSmall10,054,7150100
CSmall100,054,7150100
DMedium0,10,054,7150100
EMedium10,054,7150100
FMedium100,054,7150100
GLarge 0,10,054,7150100
HLarge 10,054,7150100
ILarge 100,054,7150100
JLarge 100,054,7150120
KSmall10,057.2150100


Результаты и выводы

Таблица 2: Экспериментально полученные значения

ЭкспериментРазмер распылителяКонцентрация раствора [%вес/объем]Производительность [мл / ч]Диаметр частиц

[Мкм]

ASmall0,146,60.722 – 0.133
BSmall124,51.61 – 0.185
CSmall1019,72.24 – 0.365
DMedium0,123,580.803 – 0.192
EMedium123,312.31 – 0.317
FMedium1017,893.24 – 0.584
GLarge 0,1113,33.14 – 0.300
HLarge 1127,54.34 – 0.320
ILarge 1070,36.34 – 0.528
JLarge 1061,35.9 – 1.44
KSmall125,461.3 – >0.5

 

Температура сушки была установлена на значение 100 °C для всех образцов, за исключением образца J, где она соответствовала значению 120 °C. Кроме температуры, все остальные настройки были одинаковы для экспериментов I и J. Более высокая температура сушки, установленная в эксперименте J, слегка уменьшала распределение по размерам. Хотя заданные температуры были относительно высокими, разложение белка под воздействием тепла вряд ли произойдет. Температура на выходе равная максимальной температуре, воздействию которой подвергается образец, регистрировалась между 38 °C и 61 °C и, следовательно, была благоприятна для распылительной сушки термочувствительных биологических веществ.

Фотографии частиц

Изображение 1.  Фотографии частиц, полученных с помощью малого распылителя и 0,1% раствора БСА (small слева), среднего распылителя 1% раствора БСА (medium в середине) и большого распылителя и 10% раствора БСА (large справа).

Заключение

Частицы БСА от 0,133 до 6,34 мкм получали с помощью распылительной сушилки B-90 HP с использованием параметра, суммированного в таблице 3.

Таблица 3: Параметры и сводка результатов распылительной сушки BSA (0,1-10%).

Размер распылителяLargeMediumSmall
Расход газа, л/мин144 – 148142 – 145143 – 144
Температура на входе, °C100100100
Температура на выходе, °C44 – 5038 – 5351 – 61
Скорость распыления, %808080
Давление, гПа65 – 6866 – 75 64 – 65
Скорость подачи, %90 – 1009090
Размер частицы, мкм0.3 – 6.340.192 – 3.240.133 – 2.24


Размер частиц и распределение по размерам увеличивались с диаметром распылителя и концентрацией раствора. Значение pН и температура сушки имели незначительное влияние на размер частиц, распределение и форму частиц по размеру, которые необходимо дополнительно исследовать. Сферические частицы были получены с использованием Полисорбат 80 в качестве поверхностно-активного вещества. Поскольку наблюдались также частицы в форме пончиков, можно было бы предусмотреть оптимизацию концентрации или типа поверхностно-активного вещества. Здесь применяемые параметры эксперимента могут служить в качестве начальных значений для оптимизации процесса и дают четкое указание на то, что материал можно успешно сушить распылением.