Χημεία Υλικών · • “Και λαβών ((ο Μωυσής) τον ((χρυσό)...

Χημεία ΥλικώνΧημεία ΥλικώνΧημεία ΥλικώνΧημεία Υλικών

ΠεριεχόμεναΠεριεχόμεναΠεριεχόμεναΠεριεχόμεναΠολυμερικά Νανοσωματίδια• α. Νανοαντιδραστήρεςα. Νανοαντιδραστήρες• β. Νανοδοχεία και• γ. Νανομεταφορείς που σχηματίζονται από αμιγώς πολυμερικά υλικάπολυμερικά υλικά

Νανοσύνθετα (Υβριδικά) Υλικά:Π λ ή/Α ό Ν ίδ (A A SiO• α. Πολυμερή/Ανόργανα Νανοσωματίδια (Au, Ag, SiO2,

CdSe, CdTe, Fe3O4, Fe2O3)• β. Πολυμερή/Επίπεδα Aνόργανα Υποστρώματα (clay,

i )mica)• γ. Πολυμερή/Αλλοτροπικές μορφές Άνθρακα

(φουλερένια, νανοσωλήνες άνθρακα, γραφένιο, νανοταινίες γραφενίου)γραφενίου).

ΝανοτεχνολογίαΝανοτεχνολογία--ΝανοσύνθεταΝανοσύνθεταχ γχ γΥλικάΥλικά

“Νανοτεχνολογία είναι η κατανόηση και ο έλεγχος της ύλης σε διαστάσεις γχ ς ης ης ςπερίπου από 1 ως 100 nm, όπου παρατηρούνται μοναδικά φαινόμενα και τα οποία οδηγούν σε νέες εφαρμογές.”

National Nanotechnology Initiative, 20077

ΝανοκλίμακαΝανοκλίμακαΝανοκλίμακαΝανοκλίμακα

thw

orks

.com

Fullerenes C60

du

ww

.mat

12 756 Km 22 cm 0 7 nm

ww

w.p

hysi

cs.u

cr.e

d

1.27 × 107 m 0.22 m 0.7 × 10-9 m12,756 Km c 0.7 nm

10.000.000 1.000.000.000 φορές μικρότερο φορές μικρότερο

Τι είναι η νανοτεχνολογίαΤι είναι η νανοτεχνολογία;η χ γη χ γ ;

• Δημιουργία μικρών αντικειμένωνημ ργ μ ρ μ

• Δ α είρ η κρών αν κε ένων• Διαχείριση μικρών αντικειμένων

• Δημιουργία νέων υλικών με μεταβολή του μεγέθους των αντικειμένωνμ γ ς μ

• Δημιουργία δομών από μικρά• Δημιουργία δομών από μικρά αντικείμενα

Ιστορία της Ιστορία της νανοτεχνολογίαςνανοτεχνολογίας• ~ 2000 πριν– Νανοκρύσταλλοι θειούχων αλάτωνχρησιμοποιούμενοι από Έλληνες και Ρωμαίους για τη βαφή μαλλιών

• ~ 1000 πριν (Μεσαίωνας) – Νανοσωματίδια χρυσού διαφόρων μεγεθών για την κατασκευή έγχρωμων υαλίνων παραθύρωνμεγεθών για την κατασκευή έγχρωμων υαλίνων παραθύρων διαφορετικού χρώματος.

• 1959 – “There is plenty of room at the bottom” R. Feynman• 1974 – “Nanotechnology” - χρησιμοποιείται για πρώτη φορά ο όρος αυτός από τον Taniguchi

• 1981 – Η IBM αναπτύσσει το Scanning Tunneling Microscope• 1985 – Φουλλερένια– Ανακάλυψη στο Rice University και το

University of Sussex του CUniversity of Sussex του C60

• 1986 – “Engines of Creation” - Πρώτο βιβλίο για νανοτεχνολογία από τον K. Eric Drexler. Μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων, ανακάλυψη από τους Binnig, Quate και Gerbe

• 1989 – IBM logo από ανεξάρτητα άτομα• 1991 – Ανακάλυψη των νανοσωλήνων άνθρακα από τον S.

Iijima1999 “N di i ” Π ώ ό β βλί ό R• 1999 – “Nanomedicine” – Πρώτο σχετικό βιβλίο από τον R. Freitas

• 2000 – “National Nanotechnology Initiative”

Είναι η νανοτεχνολογία νέα?Είναι η νανοτεχνολογία νέα?

Τ ίΤα περίφημα δαμασκηνά σπαθιά

ξ έμε τις εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες ί λ θ ίείχαν σφυρηλατηθεί με τέτοιο τρόπο, ώ ίζώστε να εμφανίζουν στη λεπίδα τους

λή

Εικόνα TEM

νανοσωλήνες και νανοσύρματα.

5 nm

Ατσάλι από τη ∆αμασκόΑτσάλι από τη ∆αμασκό

Λεπίδα από δαμασκηνό σπαθί με τη ή άχαρακτηριστική επιφάνεια

Είναι η νανοτεχνολογία νέα?Είναι η νανοτεχνολογία νέα?• Το ποτήρι του Λυκούργου, 4ος αιώνας π.Χ. (Βρεταννικό μουσείο, Λονδίνο)

Α ά ί•Αναπαριστά την τιμωρία του βασιλιά των Θρακών Λυκούργου από τον ΔιόνυσοΛυκούργου από τον Διόνυσο

• Όταν φωτίζεται από έξω φαίνεται πράσινο, ενώ όταν φωτίζεται από μέσα

ί όφαίνεται κόκκινο.

Είναι η Είναι η νανοτεχνολογίανανοτεχνολογία νέα?νέα?

Αιωρήματα από σφαιρικά σωματίδια χρυσού με διαφορετικές διαστάσεις

Το χρώμα οφείλεται σε μεταλλικά νανοσωματίδια εγκλωβισμένα στο

φ ρ ς ς(150, 100, 80, 60, 40, 20 nm από αριστερά προς τα δεξιά) σε νερόνανοσωματίδια εγκλωβισμένα στο

γυαλί και σε φαινόμενα σκέδασης του φωτός.

δεξιά) σε νερό.

Π ή ώ•Παρασκευή κεραμικών στη Μεσοποταμία, 9ος αιώνας

•Νανοσωματίδια χρυσού έχουν οπτικές ιδιότητες, που μ χρ χ ς η ςπροκαλούν τη γυαλάδα του αγγείου

Είναι η Είναι η νανοτεχνολογίανανοτεχνολογία νέα?νέα?• “Και λαβών (ο Μωυσής) τον (χρυσό) μόσχον• “Και λαβών (ο Μωυσής) τον (χρυσό) μόσχον, τον οποίον είχον κάμει, κατέκαυσε εν πυρί, και συντρίψας εωσού ελεπτύνθει έσπειρε επίκαι συντρίψας εωσού ελεπτύνθει, έσπειρε επί το ύδωρ και επότισε τους υιούς Ισραήλ” Έξοδος 32:20ξ ς

• Νανοσωματίδια χρυσού μπορούν ναΝανοσωματίδια χρυσού μπορούν να διασπαρούν σε νερό σχηματίζοντας κολλοειδή χρυσό. Το υλικό αυτό ή χρχρησιμοποιούνταν για αιώνες στην ιατρική για τη βελτίωση της διανοητικής ικανότητας και την εξασφάλιση της ισορροπίας των αισθημάτων.

ΦουλλερένιαΦουλλερένιαΦουλλερένιαΦουλλερένια

C60 C240 και C60

Νανοσωλήνες άνθρακαΝανοσωλήνες άνθρακαΝανοσωλήνες άνθρακαΝανοσωλήνες άνθρακα

ΓραφένιοΓραφένιορ φρ φ

• Δισδιάστατο εξαγωνικό πλέγμαεξαγωνικό πλέγμα άνθρακα

• sp2 υβριδισμέναsp υβριδισμένα άτομα άνθρακα

Κβαντικές τελείεςΚβαντικές τελείεςβ ς ςβ ς ς

• Νανοκρυσταλλικός ημιαγωγός

• Οι ηλεκτρικές ιδιότητές του είναι

ξύ λ ώμεταξύ των κλασικών ημιαγωγών και των διακριτών μορίωνδιακριτών μορίων

Εφαρμογές Εφαρμογές ΝανοτεχνολογίαςΝανοτεχνολογίαςφ ρμ γ ςφ ρμ γ ς χ γ ςχ γ ςΤεχνολογία πληροφοριών Ενέργεια

•Μικρότερα,•Πιο αποδοτικές και οικονομικές τεχνολογίες γιαΜικρότερα,

γρηγορότερα, ενεργειακά αποδοτικότερα και

ό

οικονομικές τεχνολογίες για παραγωγή ενέργειας− Ηλιακές κυψελίδες Solar

cells− Κυψελίδες καυσίμων Fuel

Ιατρική Κ λ ά θά

ισχυρότερα υπολογιστικά συστήματα

Κυψελίδες καυσίμων Fuel cells− Μπαταρίες− Βιοκαύσιμα Bio fuels

Ιατρική Καταναλωτικά αγαθά• Τρόφιμα και αναψυκτικά−Προηγμένα υλικά συσκευασίας, αισθητήρες, και lab on chips για ποιοτικό

•Θεραπεία καρκίνου•Ορθοπεδική•Αποδέσμευση και lab-on-chips για ποιοτικό

έλεγχο τροφίμων• Εφαρμογές και ίνες−Ατσαλάκωτες και αδιάβροχες ίνες

οδέσμευσηφαρμάκων

•Ανάπτυξη φαρμάκωνΙατρικά εργαλεία ίνες

• Οικιακή χρήση, καλλυντικά− Αυτοκαθαριζόμενα και χωρίς ρωγμές προϊόντα, προηγμένα καλλυντικά

• Ιατρικά εργαλεία•∆ιαγνωστικά τεστς• Imaging

ΝανοΝανο--προϊόντα στην αγοράπροϊόντα στην αγοράΝανοΝανο--προϊόντα στην αγοράπροϊόντα στην αγορά

Οθό β λήΟθό β λή Α ίΑ ίΟθόνες προβολήςΟθόνες προβολήςMotorola (NTs)Motorola (NTs)

ΨυγείαΨυγείαSamsung (Samsung (nanoparticlenanoparticle--

coated)coated)

ΑυτοκίνηταΑυτοκίνητα --HummerHummer

GM (GM (NanocompositesNanocomposites))

Tennis RacketsTennis RacketsWilson (C fibers)Wilson (C fibers)Wilson (C fibers)Wilson (C fibers)

ΝανοΝανο--προϊόντα στην αγοράπροϊόντα στην αγορά

N C f b iNano-Care fabric

Ανθεκτικά στο τσαλάκωμα–Απωθούν

τις ακαθαρσίες

(Eddie Bauer Lee Old Navy Tiger(Eddie Bauer, Lee, Old Navy, Tiger Woods, Bass, Nike)

Υπερυδρόφοβα υλικά

Plenitude Revitalift

L’oreal

Claynanocompositebarrier coating

ΝανοΝανο--προϊόντα στην αγοράπροϊόντα στην αγοράΝανοσωματίδια χρυσού χρησιμοποιούνται στην Ιαπωνία για να αποφεύγουν τη δυσοσμία στις τουαλέτες.

Μετατρέπουν τις δύσοσμες αμίνεςσε άοσμα νιτρικά άλατα

ΑυτοΑυτο--οργάνωση κατά συστάδεςοργάνωση κατά συστάδεςΑυτοΑυτο οργάνωση κατά συστάδες οργάνωση κατά συστάδες συμπολυμερώνσυμπολυμερών

Σε διάλυμα: Σχηματισμός μικκυλίων•Σε διάλυμα: Σχηματισμός μικκυλίων

•Σε στερεά κατάσταση: Μικροφασικός διαχωρισμόςΣε στερεά κατάσταση: Μικροφασικός διαχωρισμός(μορφολογία)

ΜικροφασικόςΜικροφασικός διαχωρισμός κατά διαχωρισμός κατά συστάδεςσυστάδες συμπολυμερώνσυμπολυμερώνσυστάδες συστάδες συμπολυμερώνσυμπολυμερών

PS PI

Double Diamond

SpheresBCC

CylindersHC

LamellaeDouble Gyroid

(φ < 0.17) (0.17 < φ < 0.28) (0.28 < φ < 0.34) (0.34 < φ < 0.62)

Volume fraction (φ) of theminority component

Σχεδιασμός και Σύνθεση Σχεδιασμός και Σύνθεση ΝανοπορωδώνΝανοπορωδών ΚεραμικώνΚεραμικών ΥμενίωνΥμενίωνΝανοπορωδώνΝανοπορωδών Κεραμικών Κεραμικών ΥμενίωνΥμενίων

P(PMDSS)

P(PMDSS): CH2 CH

Si

Si

CH3CH3

CH3CH3

CH3

Poly[isoprene-b-(p-pentamethyldisilyl styrene)]

PMMA PS

Απομάκρυνση PMMA με UV και οξικό οξύΣχηματισμός νανοπορώδους

PS-b-PMMA (φPS=0,71)Κύλινδροι ΡΜΜΑ με νανοπορώδους

υμενίουδιάμετρο14 nm

Κατασκευή νανοσυρμάτων

C ή C N iCu ή Co Nanowiresμε ηλεκτροαπόθεση

Σχηματισμός μικκυλίου από Σχηματισμός μικκυλίου από δισυσταδικό συμπολυμερέςδισυσταδικό συμπολυμερές

•Εκλεκτικός διαλύτηςU i i ll•Unimers-micelles

•cmc (critical micelle concentration) •cmt (critical micelle temperature)•Βαθμός συσσωμάτωσης Nw•Βαθμός συσσωμάτωσης, Nw•Γεωμετρικά χαρακτηριστικά (Rg, Rh, Rc, L)•Σχήμα και μορφολογία μικκυλίων (σφαίρες, κύλινδροι, κυστίδια, κλπ)

Επίδραση της προσθήκης νερού σε διαλύματα Επίδραση της προσθήκης νερού σε διαλύματα συμπολυμερούς συμπολυμερούς PSPS--bb--PAA PAA σε διοξάνιοσε διοξάνιο

Εφαρμογές μικκυλίωνΕφαρμογές μικκυλίωνΕγκλωβισμός και ελεγχόμενη αποδέσμευση Εγκλωβισμός και ελεγχόμενη αποδέσμευση γ β μ ς γχ μ η μ ηγ β μ ς γχ μ η μ η

φαρμακευτικών ουσιώνφαρμακευτικών ουσιών

Πλεονεκτήματα•Μπορούν να εγκλωβίσουν μη υδατοδιαλυτά φάρμακα, αυξάνοντας έτσι τηβιοδιαθεσιμότητά τους και έχουν μικρό σχετικά μέγεθος (<100 nm) αποτρέποντας

ί ά ύ ή Έτην ενεργοποίηση των φαγοκυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος. Έτσιμπορούν να παραμείνουν στο αίμα για μεγαλύτερα διαστήματα παρέχονταςσταδιακή συσσωμάτωση της δραστικής ουσίας στην επιθυμητή περιοχή.

•Παρασκευάζονται σε σχετικά μεγάλες ποσότητες, εύκολα και επαναλήψιμα.

• Συγκρινόμενα με άλλους φορείς φαρμάκων, τα μικκύλια χαρακτηρίζονται απόΣυγκρινόμενα με άλλους φορείς φαρμάκων, τα μικκύλια χαρακτηρίζονται απόμικρότερο μέγεθος, έλλειψη εσωτερικού υδατικού διαμερίσματος, ύπαρξηεσωτερικού υδρόφοβου διαμερίσματος και προστασία που παρέχεται στηνεγκλωβισμένη φαρμακευτική ουσία με τις εξωτερικές υδατοδιαλυτές αλυσίδες.γ β μ η φ ρμ ή μ ς ξ ρ ς ς ς

Επιθυμητά μικκύλια με μικρή τιμή CMC.

Άλλες εφαρμογές των μικκυλίωνΆλλες εφαρμογές των μικκυλίων•Δημιουργία μεταλλικών νανοσωματιδίων (νανοαντιδραστήρες)Με συμπολυμερή P2VP-b-PEO έχουν παρασκευασθεί νανοσωματίδια Au, Cu, Pd, Pt, Rh, Co κλπ., , , , ,

•Τροποποίηση επιφανειών (προσρόφηση ή χημική αλληλεπίδραση)Ικανότητα διαβροχής, αυξημένη βιοσυμβατότητα, δυνατότητα διασποράς και σταθεροποίησης στερεών σωματιδίων σε διάλυμα ή σε στερεά κλπ.Προσρόφηση PS-b-PMAΑ πάνω σε σωματίδια PS σε διαλύτη διοξάνιο/νερό 80:20

Ε ή λ ί θ ύ δ ύ•Εφαρμογή σε τεχνολογίες καθαρισμού και διαχωρισμούΧρήση συμπολυμερών ΡΕΟ-b-ΡΡΟ για την απομάκρυνση ελαίων και οργανικών ρυπαντών από υδατικά διαλύματα.

•Νανοαντιδραστήρες για την πραγματοποίηση καταλυτικών αντιδράσεων

•Τροποποιητές του ιξώδους σε λάδια μηχανώνρ η ς ξ ς μηχ

ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδια,, NPsNPsΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδια, , NPsNPs• Polyplexes

• Lipoplexes

• Πολυμερικά NPs

• Πολυμερικά μικύλλια

• Δενδριμερή

PolyplexesPolyplexesPolyplexesPolyplexes• Σύμπλοκα κατιοντικά φορτισμένων πολυμερών με DNAπολυμερών με DNA

• Ο σχηματισμός των Polyplexes καθορίζεταιΟ σχηματισμός των Polyplexes καθορίζεται από ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις, κάτι το οποίο επηρεάζεται από :– Το pH του μέσου– Την ιοντική ισχύΤην πυκνότητα των φορτίων– Την πυκνότητα των φορτίων

PolyplexesPolyplexesPolyplexesPolyplexes

Παραδείγματα:• Polyethylenimine (PEI)• Poly-L-Lysine (PLL)y y ( )

PEI PLL

PolyplexesPolyplexesPolyplexesPolyplexes

PolyplexesPolyplexesPolyplexesPolyplexes

Πλεονεκτήματα: Εύκολος σχηματισμός Απλή χημική τροποποίηση

Μειονεκτήματα:Κ ξ ό Κυτοτοξικότητα Προβλήματα σταθερότητας

LipoplexesLipoplexesLipoplexesLipoplexes

• Σύμπλοκα κατιοντικών λιπιδίων ή μ ήλιποσωμάτων με DNA

• Ο σχηματισμός των Lipoplexes επηρεάζεται από τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις και ς η ρ ς η ρ ςτα λιπαρά συστατικά του φορέα

LipofectionLipofectionLipofectionLipofection

LipoplexesLipoplexesLipoplexesLipoplexes

Παραδείγματα:• Lipofectin• Lipofectaminep

LipoplexesLipoplexesLipoplexesLipoplexes

Πλεονεκτήματα: Ευκολία σχηματισμού Προστασία του DNAΣύ ξ ή β ά Σύντηξη με την κυτταρική μεμβράνη Βιοσυμβατότητα

Μειονεκτήματα:Μ άλ ό Μεγάλου κόστους Μικρή σταθερότητα

Liposome versatilityLiposome versatilityLiposome versatilityLiposome versatility

ΛιποσώματαΛιποσώματα ως φορείς φαρμάκωνως φορείς φαρμάκωνμμ ς φ ρ ς φ ρμς φ ρ ς φ ρμ

05 March 2013 DDSEC, Prince of Songkla University, Hat Yai, Thailand. 40

• Developed in 1995Developed in 1995• Marketed by Ortho Biotech• Liposome-PEG doxorubicin HClposo e G do o ub c C• Anti-cancer drug used

in the treatment of HIV-related K i’Kaposi’s sarcoma

• Also used to treat breast cancer, ovarian cancer, and other solid ,tumors

• Administered intravenously every 4 weeks4 weeks

• Doxil is the drug doxorubicin HCl encapsulated in an antibody linked PEGylated liposome

• Composed of multipleComposed of multiple monoclonal antibodies to target cancer cells

• PEG (polyethylene glycol) makes the liposome less vulnerable to immune systemy

• Lipid composition: mainly diastearoylphospatidylcholine

d h l t l iand cholesterol - increases liposomal rigidity

• Doxil works through passing through fenestrations in the l d i ivasculature and concentrating at tumor sites

- Leads to reduced accumulation in other tissues

• Able to deliver the drug at moderate concentrations over a longer period of time- Half life: 54 hours

• Result: An anticancer drug that is delivered more effectively

decreased side effects and dosage- decreased side effects and dosage

• Doxil acts by the intercalation of DNA

• ΣτοματίτιδαΣτοματίτιδα• Πυρετός• Ουδετεροπενία• Ουδετεροπενία• Κούραση, αδυναμία, γρήγορη αναπνοή, τριχόπτωση, ναυτίατριχόπτωση, ναυτία

• Απώλεια όρεξης• Διάροια• Διάροια• Καρδιοτοξικότητα

• Approved by the FDA in 2004

• Marketed by SkyePharma• Marketed by SkyePharma

• Liposomal cytarabine

• Anticancer drug used in the treatment of malignant neoplastic

i itimeningitis

• Administered intravenously every 2 weeks

• Originally discovered in Europe in the 1960s

• works by damaging the DNA in cancerous cells

• Short half-life in the body; requires frequent dosage to attain cytotoxic levelsfrequent dosage to attain cytotoxic levels

• Clinical studies demonstrated that encapsulation of cytarabine intoencapsulation of cytarabine into liposomes leads to sustained release of cytotoxic cytarabine - improved therapeutic efficacy in patients with NMp p y p

ΠολυμερικάΠολυμερικά ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδιαΠολυμερικάΠολυμερικά ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδια• Νανοσωματίδια φτιαγμένα από πολυμερή

• Φυσικά Πολυμερή:– Chitosan– AlbuminAlbumin– Gelatin

Σ θ ά Π λ ή• Συνθετικά Πολυμερή:– Polylactic acid (PLA)– Polyglycolic acid (PGA)– Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA)

ΠολυμερικάΠολυμερικά ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδιαΠολυμερικάΠολυμερικά ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδια

• Νανοσφαίρες Nanospheres ή ΝανοκάψουλεςN lNanocapsules

Shell

Core

Nanosphere Nanocapsule

ΠολυμερικάΠολυμερικά ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδια

Πλεονεκτήματα: Βιοσυμβατότητα ΒιοαποικοδομησημότηταΕ λ β ό ό ό Εγκλωβισμός περισσότερων του ενός φαρμάκου ή γονιδίου

Μειονεκτήματα: Δύσκολη σύνθεση Δύσκολη σύνθεση Αποικοδόμηση του DNA κατά την παρασκευή Δε μπορούν να τροποποιηθούν εύκολα Δε μπορούν να τροποποιηθούν εύκολα

ΠολυμερικάΠολυμερικά ΜικύλλιαΜικύλλιαΠολυμερικάΠολυμερικά ΜικύλλιαΜικύλλια

ΠολυμερικάΠολυμερικά ΜικύλλιαΜικύλλιαΠολυμερικάΠολυμερικά ΜικύλλιαΜικύλλια

Πλεονεκτήματα: Βιοσυμβατότητα ΒιοαποικοδομησημότηταΕ λί ή Ευκολία παρασκευής Εύκολη χημική τροποποίηση

Μειονεκτήματα:Α θ ί δ έ Ασταθείς δομές Άμεση χρήση

∆ενδριμερή∆ενδριμερή∆ενδριμερή∆ενδριμερή

• Ισχυρά διακλαδισμένα μακρομόρια

DendrimersDendrimersDendrimersDendrimers

Advantages: Controls of molecular structure and size May be cost effective

Disadvantages:C t t i it Cytotoxicity Labor intensive

Purification intensive Purification intensive

ΠολυμερικάΠολυμερικά ΝανοσωματίδιαΝανοσωματίδια

•Νανοσωματίδια με μέγεθος από 10 ως 1.000 nm. •Κατασκευασμένα από φυσικά ή συνθετικά πολυμερή•Κατασκευασμένα από φυσικά ή συνθετικά πολυμερή.•Ανάλογα με τον τρόπο σύνθεσης μπορούν να είναι νανοσφαίρες ή νανοκάψουλες. •Οι νανοσφαίρες έχουν δομή μήτρας, στην οποία διασπείρεται η φαρμακευτική ουσία, ενώ οι νανοκάψουλες έχουν δομή μεμβράνης (δ λ βάδ ) ί ά ή(διπλοστοιβάδα) και η ουσία εισάγεται στον πυρήνα.•Εξαιτίας του ότι τα συστήματα αυτά έχουν μεγάλη ενεργή επιφάνεια, οι φαρμακευτικές ουσίες μπορούν να προσροφηθούν και στην επιφάνεια φ ρμ ς ς μ ρ ρ ρ φη η φτων σωματιδίων.

54

ΣύνθεσηΣύνθεση ΝανοσωματιδίωνΝανοσωματιδίων

Η επιλογή της μεθόδου σύνθεσης εξαρτάται από τη φύση τουπολυμερούς που θα παρασκευαστεί και από τη διαλυτότητα τουπολυμερούς που θα παρασκευαστεί και από τη διαλυτότητα τουδραστικού συστατικού που θα ενσωματωθεί στα νανοσωματίδια.

Η ε λογή ου ολυ ερούς καθορίζε α α ό η β ο υ βα ό η ά ουΗ επιλογή του πολυμερούς καθορίζεται από τη βιοσυμβατότητά του,τη συμπεριφορά αποικοδόμησης, τον επιθυμητό τρόπο χορήγησης,τον τρόπο απελευθέρωσης του φαρμάκου και τη βιοϊατρικήεφαρμογή.

55

11. . In situ In situ πολυμερισμός μονομερούςπολυμερισμός μονομερούς

ΝανοσφαίρεςΝανοσφαίρες

Δύο διαφορετικές προσεγγίσεις έχουν αναφερθεί για τη σύνθεση

νανοσφαιρών με in situ πολυμερισμό, ανάλογα με τον αν το προς

πολυμερισμό μονομερές :

•γαλακτωματοποιείται σε έναν μη διαλύτη (emulsion

polymerization), ή

•διαλύεται σε έναν διαλύτη που καταβυθίζει το παραγόμενο

πολυμερές (dispersion polymerization)

56

Emulsion Polymerization.Emulsion Polymerization.yy

Ανάλογα με τη φύση της συνεχούς φάσης στο γαλάκτωμα, αυτήΑνάλογα με τη φύση της συνεχούς φάσης στο γαλάκτωμα, αυτή

μπορεί να είναι υδατική (o/w emulsion), ή οργανική (w/o emulsion).

Και στις δύο περιπτώσεις το μονομερές γαλακτωματοποιείται στη

φάση του μη διαλύτη παρουσία επιφανειοδραστικών μορίων ταφάση του μη διαλύτη παρουσία επιφανειοδραστικών μορίων, τα

οποία οδηγούν στο σχηματισμό των monomer-swollen micelles και

των stabilized monomer droplets.

57

•Ο πολυμερισμός πραγματοποιείται παρουσία κατάλληλου φυσικού

ή ύ ήή χημικού απαρχητή.

•Ο απαρχητής δημιουργεί δραστικά μονομερή στη συνεχή φάση, τα

οποία συγκρούονται με τα περιβάλλοντα συσσωματωμένα μόρια

μονομερών για την πραγματοποίηση του πολυμερισμού.

•Ο πολυμερισμός είναι συνήθως ποσοτικός.

58

•Στον πολυμερισμό γαλακτώματος έχουμε πολυμερισμό σε μικυλλιακή

κατάσταση, αφού η αντίδραση γίνεται στα διογκωμένα μικύλλια των

μονομερών.μ μ ρ

•Τα διογκωμένα μικύλλια των μονομερών έχουν μεγέθη της τάξης των

νανομέτρων και έτσι έχουν μεγαλύτερη ενεργή επιφάνεια σε σχέση με τα

σταγονίδια των μονομερών.

•Αφού ενεργοποιηθούν τα μονομερή στη συνεχή φάση από τον

απαρχητή εισέρχονται στα μικύλλια και συνεχίζουν τον πολυμερισμόαπαρχητή εισέρχονται στα μικύλλια και συνεχίζουν τον πολυμερισμό.

59

Τα ελάχιστα διαλυτά στη συνεχή

φάση μονομερή μπαίνουν στα

κύλλ α έ ω δ άχυ ης α ό αμικύλλια μέσω διάχυσης από τα

σταγονίδια των μονομερών, με

συνέπεια ο πολυμερισμός να γίνεται

εντός των μικυλλίων.

Τα σταγονίδια των μονομερών στο διάλυμα δρουν απλά ως αποθήκες

ς μ

μονομερών και δεν εμπλέκονται στη διαδικασία του πολυμερισμού.

60

Το φάρμακο που πρόκειται να ενσωματωθεί στις νανοσφαίρες μπορεί να

είναι παρόν κατά τη διάρκεια του πολυμερισμού ή μπορεί να προστεθεί

εκ των υστέρων στις σχηματισθείσες σφαίρες. Έτσι μπορεί ναρ ς χημ ς φ ρ ς μ ρ

ενσωματωθεί στην πολυμερική μήτρα ή να προσροφηθεί στην

επιφάνεια των νανοσφαιρών.

61

Μηχανισμός Πολυμερισμού σε Μηχανισμός Πολυμερισμού σε ΜικυλλιακήΜικυλλιακή ΦάσηΦάση..62

Πολυμερισμός ΑιωρήματοςΠολυμερισμός Αιωρήματος

Το μονομερές διαλύεται σε υδατικό περιβάλλον, όπου καταβυθίζεται τοπαραγόμενο πολυμερές.Για την παραγωγή νανοσφαιρών πολυμεθακρυλικών εστέρων ταυδατοδιαλυτά μονομερή πολυμερίζονται με γ-ακτινοβολία ή με χημικόαπαρχητή (ammonium or potassium peroxodisulfate) σε συνδυασμό μεθέρμανση σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 650Cθέρμανση σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 650C.

63

Σε περίπτωση έναρξης πολυμερισμού με χρήση απαρχητή το υδατικό

έ ώ δ βίβ ί ζώ 1 h ώμέσο απαερώνεται με διαβίβαση αερίου αζώτου για 1 h, ώστε να

απομακρυνθεί το οξυγόνο, το οποίο θα παρεμποδίσει το ριζικό

πολυμερισμό. Αρχικά σχηματίζονται ολιγομερή και μετά από μία τιμή

μοριακού βάρους τα πολυμερή καταβυθίζονται στο υδατικό μέσο ως

πρωτογεννή σωματίδια. Τελικά σχηματίζονται νανοσφαίρες από την

ανάπτυξη των αρχικών σωματιδίων ή τη συνένωσή τουςανάπτυξη των αρχικών σωματιδίων ή τη συνένωσή τους.

64

ΝανοκάψουλεςΝανοκάψουλεςΟι νανοκάψουλες αποτελούνται από ένα πολυμερικό κέλυφος, το

οποίο περιβάλλει μία εσωτερική υδρόφοβη περιοχή η οποία μπορείοποίο περιβάλλει μία εσωτερική υδρόφοβη περιοχή, η οποία μπορεί

να εγκλωβίσει ένα υδρόφοβο φάρμακο.

Interfacial Polymerization Mechanism

Το μονομερές (isobutyl cyanoacrylate) και ένα λιπόφιλο φάρμακο

(progesterone) διαλύονται σε αιθανολική φάση, που περιέχει ένα

έλαιο (Myglyol®, Lipiodol®) ή έναν μη συμβατό οργανικό διαλύτη

(benzylic alcohol).65

Το μίγμα ενίεται αργά μέσα από σύριγγα σε υδατική φάση (pH 4—Το μίγμα ενίεται αργά μέσα από σύριγγα σε υδατική φάση (pH 4

10), που αναδεύεται με μαγνητική ανάδευση και περιέχει μία μη

ιοντική επιφανειοδραστική πολυμερική ουσία (poloxamer 188).

Κατά την ανάμιξη με την υδατική φάση η αιθανόλη απομακρύνεται

από την οργανική φάση και σχηματίζεται ένα γαλάκτωμα στο

σύστημα έλαιο/μονομερές/φάρμακο.ημ μ μ ρ ς φ ρμ

Τα μόρια του μονομερούς πολυμερίζονται στη μεσεπιφάνεια νερού-

ελαίου οδηγώντας στο σχηματισμό σωματιδίων με στερεό τοίχωμαελαίου, οδηγώντας στο σχηματισμό σωματιδίων με στερεό τοίχωμα.

66

Το μίγμα γίνεται αμέσως γαλάκτωμα και οι νανοκαψουλες

σχηματίζονται άμεσα με διάμετρο 200-300 nm.

Το κολλοειδές αιώρημα μπορεί να συμπυκνωθεί με εξάτμιση υπό

ελαττωμένη πίεση και να διηθηθεί.

67

Γ λ β ό δ ό λ ώ ό d bi iΓια τον εγκλωβισμό υδρόφιλων ουσιών, όπως οι doxorubicin και

fluorescein, εφαρμόζεται η αντίστροφη πορεία γαλακτωματοποίησης.

Σύμφωνα με αυτήν το φάρμακο διαλύεται σε μικρή ποσότητα νερού

και γαλακτωματοποιείται με έναν εξωτερικό οργανικό διαλύτη (εξάνιο)

που περιέχει μία επιφανειοδραστική ουσία. Διάλυμα του

κυανοακρυλικού μονομερούς σε οργανικό διαλύτη προστίθεται στο w/o

γαλάκτωμα.

Οι νανοκάψουλες σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της πορείαςΟι νανο άψουλες σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της πορείας

πολυμερισμού στη μεσεπιφάνεια γύρω από τις νανοσταγόνες.

68

Μειονεκτήματα της σύνθεσης Μειονεκτήματα της σύνθεσης νανοσφαιρώννανοσφαιρών μεμεin situ in situ πολυμερισμό του μονομερούςπολυμερισμό του μονομερούς

1. Οι περισσότεροι φορείς που σχηματίζονται δεν έχουν κατάλληλη

μ ρ μ μ μ ρ ςμ ρ μ μ μ ρ ς

βιοαποικοδομησιμότητα με αποτέλεσμα να μη μπορούν να

χρησιμοποιηθούν σε θεραπευτικές πορείες. Ωστόσο, είναιχρη μ η ρ ς ρ ς ,

κατάλληλα για συστήματα εμβολιασμού, όπου απαιτείται

ό όμακροχρόνια απόκριση.

2. Πιθανή αναστολή της δραστικότητας του φαρμάκου, λόγω των

αλληλεπιδράσεων με ενεργοποιημένα μόρια μονομερών κατά τη

διάρκεια του πολυμερισμού.διάρκεια του πολυμερισμού.

69

3. Είναι πολύ δύσκολο να υπολογιστεί το μοριακό βάρος του

παραγόμενου πολυμερούς, λόγω της πολυπλοκότητας του

συστήματος. Ωστόσο, το μοριακό βάρος είναι μία κρίσιμηήμ ς , μ ρ β ρ ς μ ρ μη

παράμετρος που επηρεάζει σημαντικά τη βιοκατανομή των

καψουλών και τη συμπεριφορά απελευθέρωσης του φαρμάκου

από αυτές.

4. Η παρουσία τοξικών υπολειμμάτων από μη αντιδράσαντα

μονομερή απαρχητές και επιφανειοδραστικές ουσίες ημονομερή, απαρχητές και επιφανειοδραστικές ουσίες, η

απομάκρυνση των οποίων είναι δύσκολη και χρονοβόρος

διαδικασία και όχι πάντα επιτυχής.70

Για την αποφυγή των περιορισμών αυτών και για την παραγωγήΓια την αποφυγή των περιορισμών αυτών και για την παραγωγή

βιοαποικοδομήσιμων, καλά χαρακτηρισμένων, μη τοξικών

δί ύ έ λ ήνανοσωματιδίων χρησιμοποιούνται έτοιμα πολυμερή.

Τα πολυμερή αυτά μπορούν να είναι φυσικά (βιοπολυμερή) ή

συνθετικά.

71

22-- Διασπορά προκατασκευασμένου πολυμερούςΔιασπορά προκατασκευασμένου πολυμερούς

ΝανοσφαίρεςΝανοσφαίρες από φυσικά από φυσικά μακρομόριαμακρομόρια

Εξαιτίας της βιοαποικοδομησιμότητας και της βιοσυμβατότητάς τουςπαραδείγματα πολυμερών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή

ώ ί όλ θνανοσφαιρών είναι τα ακόλουθα:•Πρωτείνες, όπως αλβουμίνη, ζελατίνη

•Πολυσακχαρίτες, όπως αλγινικά ή αγαρόζη.

72

Χρησιμοποιούνται δύο τεχνικές για τη σύνθεση νανοσφαιρών από

φυσικά πολυμερή.

1. Σχηματισμός w/o γαλακτώματος ακολουθούμενος από μετουσίωση

ή χημική δικτύωση του πολυμερούς.ή χημ ή η μ ρ ς

2. Διαχωρισμός φάσεων σε υδατικό διάλυμα ακολουθούμενο από

χημική δικτύωση.

73

Μέθοδοι Μέθοδοι γαλακτωματοποίησηςγαλακτωματοποίησης

Υδατικό διάλυμα αλβουμίνης γαλακτωματοποιείται σε

θερμοκρασία περιβάλλοντος σε φυτικό έλαιο (π.χ. βαμβακέλαιο)θερμοκρασία περιβάλλοντος σε φυτικό έλαιο (π.χ. βαμβακέλαιο)

και ομογενοποιείται με ισχυρή ανάδευση ή με μικροκύματα.

Όταν επιτευχθεί μεγάλος βαθμός διασποράς το γαλάκτωμαΌταν επιτευχθεί μεγάλος βαθμός διασποράς το γαλάκτωμα

προστίθεται στάγδην σε μεγάλο όγκο προθερμασμένου ελαίου

(>120°C) υπό ανάδευση(>120 C) υπό ανάδευση.

Αυτό οδηγεί σε άμεση εξάτμιση του νερού, που περιέχεται στις

σταγόνες και στη μη αντιστρεπτή μετουσίωση της αλβουμίνης ησταγόνες και στη μη αντιστρεπτή μετουσίωση της αλβουμίνης, η

οποία συσσωματώνεται με τη μορφή στερεών νανοσφαιρών.

74

Το αιώρημα ψύχεται σε θερμοκρασία

περιβάλλοντος ή σε παγόλουτρο.

Για πλήρη απομάκρυνση του ελαίου ταήρη μ ρ η

σωματίδια εκπλένονται με μεγάλες

ποσότητες οργανικού διαλύτη (π.χ. ether,

ethanol, acetone).)

75

Μειονεκτήματα της τεχνικής:Μειονεκτήματα της τεχνικής:

Το στάδιο καθαρισμού μπορεί να προκαλέσει απώλεια σωματιδίων.

Το στάδιο της σκλήρυνσης με θερμική μετουσίωση μπορεί να είναι

επιζήμιο σε θερμο-ευαίσθητα φάρμακα. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί με

Μεγάλες ποσότητες οργανικών διαλυτών είναι απαραίτητες για την

χρήση αντιδραστηρίων που οδηγούν σε σχηματισμό σταυροδεσμών.

Μεγάλες ποσότητες οργανικών διαλυτών είναι απαραίτητες για την

απομάκρυνση των καταλοίπων των ελαίων.

Είναι δύσκολο να παραχθούν μικρές νανοσφαίρες (<500 nm) με στενήΕίναι δύσκολο να παραχθούν μικρές νανοσφαίρες (<500 nm) με στενή

κατανομή μεγεθών, εξαιτίας της μη σταθερότητας του γαλακτώματος

πριν τη σκλήρυνση με θέρμανση ή δικτύωσηπριν τη σκλήρυνση με θέρμανση ή δικτύωση.

76

Παρασκευή Παρασκευή νανοσφαιρώννανοσφαιρών με θερμική μετουσίωση με θερμική μετουσίωση αλβουμίνηςαλβουμίνης 77

Μέθοδοι βασισμένες σε διαχωρισμό φάσεωνΜέθοδοι βασισμένες σε διαχωρισμό φάσεωνσε υδατικό μέσοσε υδατικό μέσοσε υδατικό μέσοσε υδατικό μέσο

• Τα σωματίδια σχηματίζονται σε υδατικό μέσο με μία διαδικασία

διαχωρισμού φάσεων και σταθεροποιούνται με δικτύωση με

γλουταραλδεύδη.γ ρ η

• Νανοσφαίρες ζελατίνης και αλβουμίνης μπορούν να παραχθούν με

ή θή ό δ ί δ λ ί ( δέαργή προσθήκη ενός αντιδραστηρίου μη διαλυτοποίησης (ουδέτερο

αλάτι ή αλκοόλη) στο διάλυμα της πρωτείνης, για να σχηματιστούν

συσσωματώματα πρωτείνης

• Οι νανοσφαίρες σχηματίζονται με δικτύωση των συσσωματωμάτων

αυτών με γλουταραλδεύδη.78

Σχηματισμός Σχηματισμός νανοσφαιρώννανοσφαιρών αλβουμίνηςαλβουμίνης με χρήση με χρήση αντιδραστηρίου καταβύθισηςαντιδραστηρίου καταβύθισης.. 79

Το κύριο μειονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι η ανάγκη χρήσης

αντιδραστηρίου σκλήρυνσης (γλουταραλδεύδη) το οποίο μπορεί νααντιδραστηρίου σκλήρυνσης (γλουταραλδεύδη), το οποίο μπορεί να

αντιδράσει με το φάρμακο και να προκαλέσει τοξικότητα στα

νανοσωματίδια.

80

ΝανοσφαίρεςΝανοσφαίρες από Συνθετικά Πολυμερήαπό Συνθετικά Πολυμερή

Παραδείγματα συνθετικών πολυμερών για νανοσφαίρες:

i i ( A) ( i i ) ( GA)Polylactic acid (PLA), poly(glycolic acid) (PGA),

polylactic-co-glycolic acid) (PLGA), poly(ε-caprolactone)

(PCL), and poly(Polyhydroxybutyrate) (PHB).

Οι πολυεστέρες αυτοί εμφανίζουν βιοσυμβατότητα και

βιοαποικοδομησιμότητα.

Υπό φυσιολογικές συνθήκες διασπώνται σε ασφαλή προϊόντα όπωςΥπό φυσιολογικές συνθήκες διασπώνται σε ασφαλή προϊόντα, όπως

γλυκολικό και γαλακτικό οξύ.

81

Νανοσωματίδια πολυεστέρων μπορούν να σχηματιστούν με δύο

διαφορετικές μεθόδουςδιαφορετικές μεθόδους.

Μέθοδος βασισμένη σε Μέθοδος βασισμένη σε γαλακτωματοποίησηγαλακτωματοποίηση..Η μέθοδος βασίζεται στη γαλακτοματοποίηση διαλύματος

πολυμερούς σε οργανικό διαλύτη (χλωροφόρμιο, μεθυλενοχλωρίδιο,

οξικός αιθυλεστέρας) σε υδατική φάση (o/w γαλάκτωμα), η οποία

περιέχει γαλακτωματοποιητές (π.χ., polysorbate, poloxamer, sodiumρ χ γ μ η ς ( χ , p y , p ,

dodecyl sulfate).

Η ά δ λύ ό ό ίΗ απομάκρυνση του διαλύτη από τις νανοσταγόνες πραγματοποιείται

με εξάτμιση του οργανικού διαλύτη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος

υπό ανάδευση .82

Μέθοδος Μέθοδος γαλακτωματοποίησηςγαλακτωματοποίησης--εξάτμισης διαλύτηεξάτμισης διαλύτη83

Μία δεύτερη μέθοδος βασίζεται στην άμεση καταβύθιση του

διαλυτοποιημένου πολυμερούς με την salting out process

Δύο διαφορετικά salting-out agents, χλωριούχο μαγνήσιο και οξικόφ ρ g g , χ ρ χ μ γ ή ξ

μαγνήσιο χρησιμοποιούνται δίνοντας όξινη ή βασική υδατική φάση

ίαντίστοιχα.

Αν και η salting-out process αποδείχτηκε κατάλληλη για την

παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων νανοσφαιρών με μεγάλη

χωρητικότητα εγκλωβισμένων φαρμακευτικών ουσιών, η χρήσηχωρητικότητα εγκλωβισμένων φαρμακευτικών ουσιών, η χρήση

μεγάλων ποσοτήτων αλάτων μπορεί να προκαλέσει πρόβλημα

συμβατότητας με ενεργές βιολογικά ουσίες.84

SaltingSalting--out processout process 85

Μέθοδοι βασισμένες στην άμεση καταβύθισηΜέθοδοι βασισμένες στην άμεση καταβύθιση

Αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη λήψη νανοσφαιρών χωρίς προηγούμενη

γαλακτοματοποίηση.γ μ η η

Η τεχνική περιλαμβάνει τη χρήση ενός οργανικού διαλύτη, ο οποίος

είναι πλήρως συμβατός με την υδατική φάση (ακετόνη, αιθανόλη,ήρ ς μβ ς μ η ή φ η ( η, η,

μεθανόλη).

Το πολυμερές καταβυθίζεται άμεσα στην υδατική φάση (μη διαλύτης),Το πολυμερές καταβυθίζεται άμεσα στην υδατική φάση (μη διαλύτης),

με σταδιακή προσθήκη διαλύματος πολυμερούς υπό συνεχή ανάδευση.

Αυτή η μέθοδος περιορίζεται σε φάρμακα, τα οποία είναι διαλυτά σεΑυτή η μέθοδος περιορίζεται σε φάρμακα, τα οποία είναι διαλυτά σε

πολικούς διαλύτες, αλλά ελάχιστα διαλυτά σε νερό (π.χ.indomethacin).

86

Μέθοδος άμεσης καταβύθισηςΜέθοδος άμεσης καταβύθισης 87

Φαρμακευτική χρήσηΦαρμακευτική χρήση

Προϋποθέσεις για χρήση των νανοσωματιδίων σε φαρμακευτική χρήσηΠροϋποθέσεις για χρήση των νανοσωματιδίων σε φαρμακευτική χρήση

σε ανθρώπους:

(1)Να είναι απαλλαγμένα από τοξικές ακαθαρσίες

(2)Να είναι εύκολη η αποθήκευση και η χορήγηση

(3)Να είναι αποστειρωμένα αν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για

ή ό ή δόεισαγωγή από την εντερική οδό.

88

ΚαθαρισμόςΚαθαρισμός

Ανάλογα με τη μέθοδο παρασκευής, διάφορες τοξικές ακαθαρσίες

μπορεί να βρίσκονται στα νανοσωματίδια :μπορεί να βρίσκονται στα νανοσωματίδια :

Οργανικοί διαλύτες, υπολείμματα μονομερών, απαρχητές

λ ύ λ λύ δ έ ίπολυμερισμού, ηλεκτρολύτες, επιφανειοδραστικές ουσίες,

σταθεροποιητές, μεγάλα πολυμερικά συσσματώματα.

Ο βαθμός καθαρισμού που απαιτείται εξαρτάται από την τελική

χρήση του σκευάσματος.

89

Για παράδειγμα, ο σταθεροποιητής PVA, ο οποίος χρησιμοπιιείται

συχνά για τη σύνθεση πολυεστερικών νανοσωματιδίων, δεν είναι

αποδεκτός για εντερική χορήγηση, ενώ δεν είναι τόσο σημαντικός

κατά τη χορήγηση από το στόμα ή με ένεση.

Τα μεγάλα πολυμερικά συσσωματώματα μπορούν να

απομακρυνθούν με απλή διήθηση.

Η απομάκρυνση των άλλων ακαθαρσιών απαιτεί πιο πολύπλοκες

τεχνικές και μεθόδους, gel filtration, dialysis, και

υπερφυγοκέντρηση.

90

Οι κύριες μέθοδοι καθαρισμού των Οι κύριες μέθοδοι καθαρισμού των νανοσωματιδίωννανοσωματιδίων

91

FreezeFreeze--dryingdrying

Η διαδικασία freeze-drying (λυοφιλιοποίηση) είναι μία από τις πιο

χρήσιμες μεθόδους για την μακράς διαρκείας διατήρηση τωνχρήσιμες μεθόδους για την μακράς διαρκείας διατήρηση των

νανοσωματιδίων.

Σύμφωνα με την τεχνική το αιώρημα των νανοσωματιδίων ψύχεταιΣύμφωνα με την τεχνική το αιώρημα των νανοσωματιδίων ψύχεται

και το νερό απομακρύνεται με εξάχνωση υπό ελαττωμένη πίεση. Τα

νανοσωματίδια λαμβάνονται υπό μορφή ξηρής σκόνης κάτι το οποίονανοσωματίδια λαμβάνονται υπό μορφή ξηρής σκόνης, κάτι το οποίο

διευκολύνει τη χρήση και αποθήκευσή τους. Τα νανοσωματίδια, που

έχουν προκύψει με αυτή τη διαδικασία μπορούν άμεσα να διασπαρούνέχουν προκύψει με αυτή τη διαδικασία μπορούν άμεσα να διασπαρούν

σε νερό χωρίς να χρειαστούν κάποια άλλη τροποποίηση των

ώ δ ήφυσικοχημικών τους ιδιοτήτων.92

Οι νανοκάψουλες που έχουν έναν ελαιώδη πυρήνα και ένα λεπτό

λ ό ί ί θ ύ ά δ άπολυμερικό τοίχωμα τείνουν να συσσωματωθούν κατά τη διάρκεια της

διαδικασίας freeze-drying.

Αυτό το πρόβλημα μπορεί να επιλυθεί με την ξήρανση αυτών των

συστημάτων παρουσία κατάλληλων λυοπραστατευτικών και

κρυοπροστατευτικών αντιδραστηρίων, όπως μονο- και δισακχαρίτες

(π.χ. lactose, sucrose, glucose).

Ο μηχανισμός με τον οποίο τα σάκχαρα προστατεύουν τα

νανοσωματίδια περιλαμβάνουν την αλληλεπίδραση με τα υπό

προστασία υλικά (λιποσώματα, πρωτείνες κλπ) μέσω δεσμών

υδρογόνου.

93

Ως αποτέλεσμα το υπό προστασία υλικό παραμένει σε μία

κατάσταση «ψευδο-εφυδάτωσης» κατά τη διάρκεια της εξάχνωσης

του νερού και συνεπώς προστατεύεται από την καταστροφή κατά

την αφυδάτωση και της μετέπειτα πιθανής ενυδάτωσης.

94