Funkcionális Nanorészecskék Kutatólaboratóium

MÜKKI logo

Szabályozott és célzott hatóanyag leadású gyógyszerhordozó nanorészecskék előállítása

Szklerózis multiplex kezelésére szolgáló interferon-béta hatóanyagot biológiailag lebontható, az élő szervezetre nem toxikus polimer nanorészecskékbe ágyaztunk be. Rákellenes szert szintén biokompatibilis nanokapszulákba zártunk. A létrehozott gyógyszerhordozó nanokompozitok az alkalmazott hatóanyagok szabályozott kibocsátására képesek. A rákellenes szer hordozó részecskéihez emellett kovalens kötéssel a mágneses rezonancia vizsgálat egyik kontrasztanyagát, gadolíniumot tartalmazó komplexet csatoltunkk, ezáltal diagnosztikai célokat is szolgáló nanorészecskéket nyertünkk. Másfelől a létrehozott nanokompozitokat olyan peptiddel funkcionalizáltuk, ami a ráksejteket permeábilissé teszi, és így lehetővé teszi a a hatékonyabb célzott hatóanyagleadást.

Gyógyszerhatóanyagokból új tulajdonságú nanorészecskék, kompozit részecskerendszerek, és nanokapszulák előállítási lehetőségeit vizsgáltuk. Nanorészecskék előállítása céljából vizsgálatokat végeztünk szabályozott precipitáció megvalósítására ultrahang jelenlétében. Egy adott hatóanyag esetében antiszolvens precipitációs módszert dolgoztunk ki kétféle szerves oldószer elegyítése és egyidejű hőmérsékletváltoztatás révén. Megállapítottuk, hogy ultrahang alkalmazása jelentősen elősegíti a megfelelő méretű és kívánt kristályforma kialakulását. Emellett vizes közegekben vizsgáltuk a kémiai kicsapás lehetőségeit, az ultrahangos energiaközlés és különböző adalékanyagok kristályforma változtató hatásait kihasználva.  

Nanoméretű kompozit gyógyszerhordozó részecskék és nanokapszulák előállítása területén többféle módszer kifejlesztésével foglalkoztunk, köztük az emulzióból történő oldószer elpárologtatás, a polimer hordozó anyag jelenlétében végzett precipitáció, az ionos gélképzés, valamint a termoszenzitív gélek alkalmazásának módszereivel. Jó eredményeket értünk el a hordozó polimer jelenlétében végzett kicsapással, ahol a polimer hordozó és az emulgeáló szer megfelelő kiválasztásával a hatóanyagból magas hozammal és jó kapszulázási hatékonysággal tudtunk szubmikronos méretű részecskéket előállítani. A termoszenzitív gélképzés módszerével is biztató eredményeket értünk el, mivel a képződő hidrogél képes volt az összes jelenlévő hatóanyagot magába zárni, és a gélben történő kicsapódás körülményei között sikerült a hatóanyag kristályok növekedésének korlátozása.  

 

Mikrokapszulázás

A laboratóriumunkban rendelkezésre álló, csepegtetéses (prilling) elven működő Büchi Encapsulator B-390 készülék mag-héj szerkezetű, mikrométeres és szubmikronos (néhány száz nanométer méretnagyságrendbe eső) mikrokapszulák laboratóriumi mennyiségekben történő előállítására alkalmazható.

A képen látható, laboratóriumunkban továbbfejlesztett berendezés ezen a területen a világ élvonalába tartozik. A készülék koncentrikus fúvókájának belső csatornájába bevezetett folyadék a fúvókát elhagyó apró folyadékcsepp belsejét (az úgynevezett mag fázist), a külső gyűrű alakú csatornába bevezetett folyadék pedig a csepp külső burkolatát, bevonatát hozza létre. A mag-héj struktúrájú mikrokapszulák igen sok felhasználási területen áttörő jelentőségűek: a szabályozott hatóanyag leadású gyógyszerektől kezdve, a rögzített biokatalizátorokig, és az energetikában alkalmazható PCM (fázisváltó hőtároló anyagok) mikrokapszulák létrehozása területén.

mikrokapszulázó

Büchi Encapsulator B-390 típusú kapszulázó berendezés és HPLC elemző készülék

Fázisváltó hőtároló anyagok mikrokapszulázása

A 2016-os évben folytattuk a már korábban megkezdett, mikrokapszulázott fázisváltó hőtároló anyagok előállítására és alkalmazására irányuló kutatásokat. Építőipari szerkezetekben és csomagolóanyagokban való felhasználás céljára környezetbarát hőtároló mikrokapszulák fejlesztését végeztük. Ehhez felmértük az alkalmazható fázisváltó hőtároló anyagok körét, és ennek alapján kókuszzsír fázisváltó anyag mikrokapszulázásával végeztünk kísérleteket, laboratóriumi, majd nagylaboratóriumi léptékben. Kísérlettervezési módszerek felhasználásával vizsgáltuk a paraméterek változtatásainak hatásait az előállított mikrokapszulák főbb jellemzőire, így az átlagos szemcseméretre és kókuszzsír tartalomra.

Az alkalmazási tulajdonságokat illetően kísérleteket végeztünk az előállított mikrokapszulák által létrehozott termikus tömegnövelés mértékére különböző csomagoló és hőszigetelő anyagokban. Az eredmények elemzése alapján megállapítottuk, hogy az adott hőmérsékleti tartományban a fázisváltó hőtároló anyagot tartalmazó mikrokapszulák a vizsgált anyagok termikus tömegét (vagyis fajlagos hőtároló kapacitását) hullámkarton csomagolóanyag esetében akár 4,4-szeresére képesek növelni. Poliuretán hab szigetelőanyag esetében a termikus tömeg növekedése még jelentősebb volt. A mikrokapszulák nagyobb mennyiségű előállításához megkezdtük egy pilot léptékű technológiai sor kialakítását és fejlesztését.

A kísérleteket nátrium-alginát oldat és kókuszzsír o/w (olaj a vízben) emulziójának kalcium-klorid oldattal történő, kémiai keresztkötésével végeztük, melynek során gélszerű fázisstabilizált mikrokapszulákat állítottunk elő. Ezek további alginátos és kalcium-kloridos kezelésekkel alakíthatók át megfelelő vastagságú bevonattal bíró mikrokapszulákká. Szárításukra és hőkezelésükre újfajta, léptéknövelhető, kúpos betétes fluidizációs megoldást dolgoztunk ki, és végeztünk kísérleteket.

A fázisváltó anyagok mikrokapszulázását nagylaboratóriumi és pilot léptékben is vizsgáljuk. Ennek keretében egy saját magunk által létrehozott sokfúvókás csepegtetési berendezés alkalmazásával módszert fejlesztettünk ki kókuszzsír fázisváltó anyagot tartalmazó alginát mikrokapszulák előállítására. A baloldali képen a fejlesztési stádiumban lévő, néhány fúvókás kísérleti összeállítás látható, melynek alapján léptünk tovább a 64 fúvókás pilot léptékű kapszulázó gép (jobboldali kép) megépítése irányába, ami alapját képezi az üzemi megvalósításnak. A kapszulahéj kialakításának egyik technológiai lépését mutatja az alsó kép, membránszivattyús keveréssel és vibrációs elválasztással.

FázisvTJ1             FázisvTJ2         FázisvTJ3

Saját fejlesztésű nagylaboratóriumi és pilot léptékű kapszulázó gépek

Az előállított fázisváltó hőtároló mikrokapszulák tesztelésére és gyorsított termikus stabilitásvizsgálatára műszert fejlesztettünk ki. Berendezést és módszert hoztunk létre a fázisváltó hőtároló anyagot tartalmazó mikrokapszulák épületszerkezeti és szigetelő anyagokban történő tesztelésére, a hőkapacitás (termikus tömeg) növelő hatásának mérésére.    

 

Poliuretánhab kisminta a benne elhelyezett fázisváltó hőtároló anyag mikrokapszulákkal

 

Nanorészecskék előállítása porlasztva szárító berendezéssel

A kutatólaboratóriumban rendelkezésre áll egy Büchi Nano Spray Dryer B-90 típusú porlasztva szárító, melynek segítségével oldatokból vagy finom emulziókból igen kisméretű (néhány száz nanométertől néhány mikronig), és szűk méreteloszlású, gömbszerű száraz szilárd részecskék állíthatók elő. A folyadékot a készülék felső részén elhelyezett, piezo-elektromos módon vibráltatott porlasztó membránnal porlasztjuk igen kis cseppekké, melyek az egyenáramban haladó meleg gázáramban megszáradnak, és a készülék alsó részén kialakított nagyfeszültségű elektrosztatikus porleválasztóban száraz por formájában gyűlnek össze, ahonnan eltávolíthatók. A berendezésben PhD téma keretében enzimhordozó részecskerendszereket, és egy újabb projekt keretében gyógyszerhordozó részecskéket állítottunk elő.

 

Nanoporlasztó szárító berendezés

 

Granulálás, agglomerálás szárítás

A folyamat alapja, hogy a granulálandó szemcsehalmazt folyékony anyaggal (oldószerrel, kötőanyag oldatával, olvadékkal) nedvesítjük, miközben végbemegy a szemcsék agglomerációja. Az agglomerátumok stabilizálása érdekében az oldószer eltávolításával, vagy más módszerekkel a folyadék kötőhidakat megszilárdítjuk. A kutatócsoportban a nedves granulálási módszerek közül elsősorban a mozgóréteges eljárásokat kutatjuk. Az ehhez rendelkezésre álló eszközök a mechanikus keveréses granulálás, valamint a gördülőréteges- és a fluidizációs eljárások alkalmazását teszik lehetővé. Rendelkezünk egy inert töltetes mechanikus gejzír szárítóval is.

Petrolkoksz granulátumok előállítása és vizsgálata

A kutatási feladat keretében aktiválatlan és aktivált petrolkoksz formálási lehetőségeit vizsgáltuk. Felderítettük az alkalmazható szemcseformálási és szilárdítási (szárítási és hőkezelési) eljárások és kötőanyagok körét, meghatározott szemcseméretű és nyomásállósággal rendelkező szemcsék előállítására. Emellett fontos szempont volt a képződött granulátumok oldószerállóságának vizsgálata. A szemcsék formálását nedves présgranulálással végeztük dugattyús és hengeres présgranuláló (extrúder) használatával. A nedves szemcséket inert atmoszférában 1000 °C-on hőkezeltük. A megfelelő törési szilárdságot és vizes vagy szerves oldószerállóságot az alkalmazott kötőanyagoktól függően tudtuk kialakítani.

Dugattyús és hengeres présgranulálóban

Mintatartó kvarccső a hőkezeléshez

Nano- és mikrorészecskék tulajdonságainak vizsgálata

A laboratóriumunkban rendelkezésre álló korszerű lézer-diffrakciós és foton-korrelációs elven működő részecskeméret eloszlás analizátorokkal, és Zeta potenciál meghatározó műszerrel eredményeket értünk el a mikronos és nanométeres tartományba eső részecskék vizsgálati módszereinek fejlesztésében. A műszereket és mérési tapasztalatokat külső kutatási témákban, fejlesztési projektjeinkben és az oktatásban is hasznosítottuk. Az itt végzett kutatások egyik területén talajok és talajkolloidok vizsgálatát végeztük, együttműködésben a Lengyel Tudományos Akadémia Agrofizikai Kutatóintézetével és a Szent István Egyetem Talajtani és Agrokémiai Tanszékével. Műszeres vizsgálati lehetőségeinket a harmadlagos kőolaj kitermelésben használt tenzid-polimer kompozitokból létrejött kolloid rendszerek lézerfényszórásos vizsgálata során is hasznosítottuk, együttműködésben a Pannon Egyetem MOL Ásványolaj- és Széntechnológiai Intézeti Tanszékével.

Nano- és mikrorészecskék tulajdonságainak vizsgálatára szolgáló laboratórium

 

Földgázok kénhidrogén tartalmának csökkentése aktívszenes eljárással

Részben a hagyományos részecsketechnológiai kutatásainkhoz is kapcsolódik egy ipari jelentőségű, és a környezetvédelmet szolgáló kutatás, amiben aktívszén szemcséket funkcionalizáltunk és használtunk fel mérgező és korrozív gázkomponensek eltávolítására.

A kisebb olajkutakból termelt olajkísérő gázok kénhidrogén tartalmának csökkentését tűzte ki célul az a kutatás, ami egy rugalmasan működtethető, gazdaságos és originális technológia kifejlesztéséhez vezetett.

A gáz- és olajiparban jól ismert és sokat tanulmányozott káros jelenség a savas gázok – elsősorban a CO2 és a H2S gázok okozta korrózió. Áttekintve a korróziós folyamat általánosan elfogadott modelljében szereplő kémiai és elektrokémiai reakciókat, megvizsgáltuk, hogy ezeknek a reakcióknak a felhasználása alkalmas lehet-e a földgázban található kénhidrogén gáz megkötésére egy üzemi méretben alkalmazott technológiában. Az elméleti megfontolások alapján elvégzett kísérletek eredménye új reaktorkonstrukció kifejlesztésére vezetett.

A H2S tartalom csökkentésének másik lehetséges módszere egy triazin típusú scavenger (HET-1) aktívszén hordozóra való impregnálása. Kísérleteink során különböző, az ipari körülmények között is alkalmazható aktívszeneket vizsgáltunk, melyeket HET-1 scavengerrel impregnáltunk. Az impregnálást áztatásos technikával és az azt követő szárítással végeztük. A kifejlesztett adszorbensekkel kénhidrogén megkötési összehasonlító méréseket végeztünk, és az eredmények figyelembe vételével kiválasztottuk azokat a hordozókat, melyek esetében továbbfejlesztettük az előállítási módszert, nedves porlasztásos impregnálási technikát alkalmazva. A laboratóriumi kísérletek eredményei alapján félüzemi méretű berendezést építettünk, és az előzőleg meghatározott optimális műveleti paraméterekkel terepen végzett tartamkísérleteket folytattunk. A munkák jelenleg is folytatódnak.

Please publish modules in offcanvas position.