Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії
В результате проведенных работ нами было проанализировано использование клапанных гомогенизаторов высокого давления и роторно-пульсационного аппарата цилиндрического типа при диспергировании водного раствора фосфолипидов. Предложена интенсификация процесса производства липосомных наносистем за счет...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60549 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії / Л.Ю. Авдєєва // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 3. — С. 87-91. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859642413547520000 |
|---|---|
| author | Авдєєва, Л.Ю. |
| author_facet | Авдєєва, Л.Ю. |
| citation_txt | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії / Л.Ю. Авдєєва // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 3. — С. 87-91. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В результате проведенных работ нами было проанализировано использование клапанных гомогенизаторов высокого давления и роторно-пульсационного аппарата цилиндрического типа при диспергировании водного раствора фосфолипидов. Предложена интенсификация процесса производства липосомных наносистем за счет использования роторно-пульсационных аппаратов. Определено влияние цикличности обработки на качество диспергирования.
В результаті проведених робіт нами було проаналізовано використання клапанних гомогенізаторів високого тиску і роторно-пульсаційного апарату циліндричного типу при диспергації водного розчину фосфоліпідів. Запропонована інтенсифікація процесу виробництва ліпосомних наносистем за допомогою використання роторно-пульсаційних апаратів. Визначено вплив циклічності обробки на якість диспергації.
The use of high-pressure valve homogenizators and rotor-pulsating cylindrical machines in homogenization of a phosphor-lipid water solution is analysed. Intensification of the liposome nanostructures formation process as the result of using rotor-pulsating machines is proposed. Influence of processing cyclicity on homogenization quality is determined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:23:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №3 87
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 664.3.032 : 544.773.32
Авдєєва Л.Ю.
Інститут технічної теплофізики НАН України
МЕТОД ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ЛІПОСОМНИХ
НАНОСТРУКТУР ПРИ ДИСКРЕТНО-ІМПУЛЬСНОМУ ВВЕДЕННІ ЕНЕРГІЇ
В результаті проведених
робіт нами було проаналізовано
використання клапанних
гомогенізаторів високого тиску
і роторно-пульсаційного апа-
рату циліндричного типу при
диспергації водного розчину
фосфоліпідів. Запропонована
інтенсифікація процесу вироб-
ництва ліпосомних наносистем за
допомогою використання роторно-
пульсаційних апаратів. Визначе-
но вплив циклічності обробки на
якість диспергації.
В результате проведенных ра-
бот нами было проанализировано
использование клапанных гомо-
генизаторов высокого давления и
роторно-пульсационного аппарата
цилиндрического типа при дис-
пергировании водного раствора
фосфолипидов. Предложена ин-
тенсификация процесса произ-
водства липосомных наносистем
за счет использования роторно-
пульсационных аппаратов. Опреде-
лено влияние цикличности обработ-
ки на качество диспергирования.
The use of high-pressure valve
homogenizators and rotor-pulsating
cylindrical machines in homogeni-
zation of a phosphor-lipid water
solution is analysed. Intensification of
the liposome nanostructures formation
process as the result of using rotor-
pulsating machines is proposed.
Influence of processing cyclicity on
homogenization quality is determined.
Загальні проблеми інтенсифікації вироб-
ничих процесів полягають у отриманні ефек-
ту від використання нових енергоекономічних
технологічних процесів, сучасних матеріалів,
підвищення продуктивності технологічного
обладнання, зменшення енерговитрат,
поліпшення якості продукції і т.д.
В технологічних процесах реалізуються
різноманітні фізичні, механічні, гідромеханічні
перетворення матеріалу, за допомогою яких
відбувається цілеспрямований вплив на систе-
му з метою отримання певного кінцевого резуль-
тату. Завданням інтенсифікації технологічних
процесів є пошук шляхів і наукове обгрунту-
вання найбільш оптимальних способів впливу
на матеріал.
Дослідження останніх років показали над-
звичайно важливе значення нанотехнологій,
що базуються на закономірностях об'єктів
нанорівня. На сьогодні розроблені різні ме-
тоди одержання наносистем з метою їх вико-
ристання в якості транспортних засобів для
лікарських препаратів, біологічно активних
речовин, неорганічних і органічних сполук,
білків, мікроорганізмів, ферментів та ін. З цієї
точки зору перспективним є використання
ліпосомних наносистем.
В даний час для одержання таких об’єктів,
використовують складні багаторівневі
технології із використанням енергоємних
процесів: ультразвукової обробки, методів
інжекції, "заморожування-відтаювання" і ін.
[1, 2, 3]. Ці методи, незважаючи на досягнення
заданої мети, є малопродуктивними і не дозво-
ляють організувати промислове виробництво
ліпосомних наносистем у значних обсягах.
Проблема інтенсифікації процесу отриман-
ня ліпосомних часток, які представляють со-
бою двошарові замкнені системи, вирішувалася
дослідженнями багатьох вітчизняних і за-
кордонних вчених. Відомі методи одержання
ліпосом шляхом диспергування і гомогенізації
багатокомпонентної фосфоліпідної суміші за
допомогою клапанних гомогенізаторів високо-
го тиску різних конструкцій [1, 2]. В апаратах
цього типу гомогенізація дисперсних систем за-
снована на максимальній турбулізації матеріалу
в локальній активній зоні. Це апарати проточ-
ного типу, призначені для одержання стійких
дрібнодисперсних емульсій з кінематичною
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №388
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
в’язкістю не більше 5·10-6 м2/с [4]. Технічні
характеристики клапанних гомогенізаторів на-
ведено в табл. 1. В цих апаратах подрібнення
матеріалу відбувається в результаті його про-
ходження через одно-, дво- або трьохступеневу
гомогенізуючу головку за рахунок дії трьохсту-
пеневого плунжерного насосу високого тиску.
Конструктивною особливістю гомогенізаторів
клапанного типу є складна конфігурація
гомогенізуючих головок, а також використання
підпружинених клапанів для проштовхування
оброблюваного матеріалу, які інтенсивно зно-
шуються під впливом кавітаційної ерозії [4].
Для одержання ліпосом за допомогою кла-
панного гомогенізатора необхідний розмір ча-
сток досягається за рахунок диспергування
суспензії фосфоліпідів під високим тиском,
приблизно 50…85 МПа або циклічності проце-
су (не менше 10) [5].
Недоліками цих способів є те, що диспер-
гування ліпідів в мікроемульсію під високим
тиском може призвести до їх значного окислен-
ня, а це в свою чергу – до погіршення якості
одержаних наноструктур і зниження терміну
їх зберігання. Організація циклічності процесу
дозволяє знизити робочий тиск гомогенізації,
але більша частина енергії витрачається на про-
цес макроперемішування всій маси матеріалу і
його рециркуляцію з пасивної зони в активну,
що призводить до непродуктивної дисипації
енергії і значного збільшення енерговитрат.
Принципово новим і дуже перспективним
шляхом інтенсифікації технологічних процесів
є використання методів, заснованих на
імпульсних енергетичних впливах, що викори-
стовують внутрішні і зовнішні джерела енергії.
Нами була досліджена можливість ви-
користання ефекту дискретно-імпульсного
введення енергії в роторно-пульсаційних
апаратах з метою інтенсифікації процесу утво-
рення ліпосомальних наноструктур. Роторно-
пульсаційні апарати є високоефективним
обладнанням, яке дозволяє отримати багатофак-
торний імпульсний вплив на різні види дисперс-
них систем, таких як «рідина - рідина», «рідина
- тверде тіло», «газ - рідина». При обробці рідкі
гетерогенні системи піддаються багатофактор-
ному впливу пульсацій тиску і швидкості потоку
рідини, розвиненої турбулентності, інтенсивної
кавітації, пульсацій тиску в локальних об’ємах
рідини у зазорі між статором і ротором, жор-
сткому кумулятивному впливі за рахунок
Табл. 1. Технічна характеристика гомогенізаторів
Характеристика
Гомогенізатори
клапанного типу Роторно-пульсаційний
гомогенізатор
циліндричного типуА1-
ОГМ-2,5
А1-ОГ2М Донор-1
Продуктивність, кг/год 2500 5000 104 3000
Рабочий тиск, МПа 20 20 0...200 -
Потужність, кВт 18,5 37 1,5 1,5
Кількість ступенів гомогенізації 2 2 4 1
Маса, кг 610 1710 150 55
Питомі витрати електроенергії
на гомогенізацію продукту,
кВт/т
7,4 7,4 14,4 0,5
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №3 89
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 1. Залежність середнього діаметра ліпосомних наночасток від кількості
циклів обробки матеріалу, отриманного за допомогою:
а – гомогенізатору клапанного типу з тиском обробки матеріалу 60 МПа;
б – гомогенізатору клапанного типу з тиском обробки матеріалу 30 МПа;
в – роторно-пульсаційного апарату циліндричного типу.
схлопування кавітаційних пухирців, значних
зрізуючих зусиль і великих напруг [6, 7]. Таким
чином, при обробці гетерогенних середовищ
в роторно-пульсаційних апаратах, матеріал
піддається механічному, гідродинамічному та
гідроакустичному впливам, що практично не-
досяжно при використанні гомогенізаторів
клапанного типу. Технічна характеристика
проточного роторно-пульсаційного апарату
циліндричного типу наведена в табл. 1.
Дані таблиці дозволяють зробити вис-
новок про високу металоємність клапанних
гомогенізаторів і значні витрати електроенергії
на одиницю продукції, причому із збільшенням
робочого тиску в апаратах, питомі витрати
електроенергії зростають майже в 2 рази. Ви-
користання роторно-пульсаційних апаратів,
де в результаті дискретно-імпульсного вве-
дення енергії підвищується технологічна
ефективність процесу, з’являється можливість
при отриманні високої якості диспергуван-
ня значно зменшити тривалість процесу та
кількість циклів обробки матеріалу. Дані
свідчать про високу металоємність клапан-
них гомогенізаторів у порівнянні з роторно-
пульсаційними апаратами, а також їх знач-
ну енергоємність. При приблизно однаковій
продуктивності, для клапанних гомогенізаторів
питомі витрати електроенергії на одиницю
продукції в 14,8…28,8 раз більше.
З метою вивчення процесу утворення
фосфоліпідних наноструктур на різних типах
апаратів нами були проведені дослідження
розміру наночасток після диспергуван-
ня модельної 5 % водної емульсії комплек-
су фосфоліпідів на гомогенізаторах високо-
го тиску клапанного типу з робочим тиском
30 МПа та 60 МПа, а також проточному
роторно-пульсаційному апараті циліндричного
типу з коаксиальним набором з двох статорів
і одного ротору із зазорами між ними 0,2 мм,
числом обертів ротора 50 с-1 продуктивністю
800 кг/год.
Для досліджень використовувався сухий
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №390
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
знежирений фосфоліпідний комплекс «Леци-
тин соєвий «Solec F» виробництва фірми «Solae
Europe», ЄС.
Розмір наночасток, отриманих на
гомогенізаторах клапанного типу [8] і роторно-
пульсаційному апараті циліндричного типу
досліджували методом фотонної кореляційної
спектроскопії на лазерному фотон-
кореляційному спектрометрі “ZetaSizer–3”
Malvern Instrument, Великобританія, облад-
наного He-Ne лазером ЛГН-111 (Р = 25 мВт,
λ = 633 нм). Діапазон вимірювання приладу
становить від 1 нм до 50 мкм.
Даний метод дозволяє визначити коефіцієнт
дифузії дисперсних часток в рідині шля-
хом аналізу характерного часу флуктуації
інтенсивності розсіяного світла. Розмір ча-
сток розраховували за формулою Стокса-
Ейнштейна, яка пов’язує розмір часток з їх
коефіцієнтом дифузії і в’язкістю рідини.
Реєстрацію та статистичну обробку лазер-
ного випромінювання, розсіяного від водної
(RI = 1,33) суспензії наночасток, проводили
протягом 90 с при температурі +22°С під ку-
том розсіювання 90°. Отримані результати
вимірювань обробляли за допомогою сервісної
комп’ютерної програми PCS-Size mode v1.61.
Результати досліджень представлені на рис. 1.
Аналіз отриманих даних показав, що в
результаті обробки модельної фосфоліпідної
гетерогенної системи протягом одного циклу
на клапанних гомогенізаторах утворюють-
ся частки з середнім діаметром 850…900 нм.
Збільшення робочого тиску гомогенізації
призводить до зменшення розміру часток. В
результаті такої дисперсної системи роторно-
пульсаційному апараті утворюються частки
з середнім діаметром 700 нм, тобто майже на
20 % менші. Циклічність обробки забезпечує
підсилений вплив на оброблюваний матеріал
за рахунок подовження часу його перебуван-
ня у зоні активного впливу і тому розмір ча-
сток зменшується після кожного циклу. Після
трьох циклів обробки середній діаметр часток
зменшується вже приблизно в два рази і стано-
вить для клапанних гомогенізаторів з тиском
обробки матеріалу 60 МПа – 420 нм, з тиском
обробки матеріалу 30 МПа – 610 нм, для РПА
середній діаметр становить 410 нм, причо-
му на цьому етапі інтенсивність подрібнення
збільшується прямо пропорційно від кількості
циклів. Подальше збільшення циклів обробки
матеріалу призводить до значного зменшен-
ня ефективності процесу, але на відміну від
апаратів клапанного типу, обробка матеріалу
в РПА дозволяє отримати більш високу
дисперсність системи.
Результати досліджень якості диспергації
матеріалу після обробки у апаратах різних
типів дозволяють стверджувати про більш
високу ефективність використання роторно-
пульсаційного апарату циліндричного типу в
порівнянні із клапанними гомогенізаторами
високого тиску. При дослідженні впливу
циклічності обробки на дисперсність матеріалу
нами було встановлено, що не доцільно прово-
дити гомогенізацію модельної фосфоліпідної
гетерогенної системи більше трьох циклів.
Висновки
В результаті порівняння характеристик
різних типів гомогенізаторів за продуктивністю,
потужністю, питомими витратами
електроенергії на одиницю продукції, а також
якістю диспергування був зроблений висно-
вок про доцільність використання роторно-
пульсаційних апаратів з метою інтенсифікації
процесу виробництва ліпосомних наносистем.
На основі аналізу даних експерименталь-
них досліджень було встановлено оптимальні
тепломасообмінні режими одержання ліпідних
часток для збільшення ефективності процесу
гомогенізації і зменшення непродуктивних ви-
трат енергії.
ЛІТЕРАТУРА
1. Пат. 2216315 RU МПК C2 A61 K9/127.
Способ получения липосом / Грегориадис Гре-
гори (GB); Зади Брахим (GB); Джайасекера Пра-
мукх Налака (GB); заявитель «Дзе секретери
оф стейт фор дефенс» (GB).– № 2001101910/14;
заявл.2002.11.27; опубл.2003.11.20.
2. Gregoriadis Gregory. Liposome Technology
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №3 91
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
/ The School of Pharmacy University of London.–
New York, London, – 2007.– 422 p.
3. Пат. на винахід № 79703. Спосіб одер-
жання ліпосом / Долінський А.А., Шаркова
Н.О., Жукотський Е.К., Авдєєва Л.Ю.; заяви-
тель Інститут технічної теплофізики; Заявка
№ а 2005 12691, заявл. 28.12.2005 р. Поз.висн.
10.07.2007. Опубл. Бюл.№10, 10.07.2007.
4. Фиалкова Е.А. Гомогенизация. Новый
взгляд: Монография-справочник.– СПб.: Г–
ОРД, 2006.– 392 с.
5. Пат. 2085192 RU, МПК С1 А61К31/355,
В61 К9/127. Способ получения липосомальной
формы альфа-токоферола и гомогенизирую-
щий клапан для его осуществления / Капцов
В.В., Симонов А.Н., Баранов Ю.Н.; заявитель:
Экспериментальное предприятие медико-
биологических препаратов Кардиологического
научного центра РАМН.– № 93006579/14; за-
явл. 03.02.1993, опубл. 27.07.1997.
6. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Принци-
пы разработки новых энергосберегающих тех-
нологий и оборудования на основе методов
дискретно-импульсного ввода энергии // Про-
мышленная теплотехника.– 1997.– Т.19.– №4-
5.– С.13–25.
7. Промтов М.А. Пульсационные аппараты
роторного типа: теория и практика. – М.: Ма-
шиностроение, – 2001.– 260 с.
8. Виллем Ван Ньювенхайзен. Стандарт-
ные аналитические методы анализа каче-
ственных показателей лецитина / Материалы
Х-Всероссийской научно-практической кон-
ференции «Растительные лецитины: производ-
ство, использование, стандартизация», – Санкт-
Перербург, 2009.– С.12–24.
Отримано 09.03.2010 р.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60549 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:23:42Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Авдєєва, Л.Ю. 2014-04-16T11:29:22Z 2014-04-16T11:29:22Z 2010 Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії / Л.Ю. Авдєєва // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 3. — С. 87-91. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60549 664.3.032 : 544.773.32 В результате проведенных работ нами было проанализировано использование клапанных гомогенизаторов высокого давления и роторно-пульсационного аппарата цилиндрического типа при диспергировании водного раствора фосфолипидов. Предложена интенсификация процесса производства липосомных наносистем за счет использования роторно-пульсационных аппаратов. Определено влияние цикличности обработки на качество диспергирования. В результаті проведених робіт нами було проаналізовано використання клапанних гомогенізаторів високого тиску і роторно-пульсаційного апарату циліндричного типу при диспергації водного розчину фосфоліпідів. Запропонована інтенсифікація процесу виробництва ліпосомних наносистем за допомогою використання роторно-пульсаційних апаратів. Визначено вплив циклічності обробки на якість диспергації. The use of high-pressure valve homogenizators and rotor-pulsating cylindrical machines in homogenization of a phosphor-lipid water solution is analysed. Intensification of the liposome nanostructures formation process as the result of using rotor-pulsating machines is proposed. Influence of processing cyclicity on homogenization quality is determined. uk Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Энергосбережение Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії Method of an intensification of process of reception liposome nanostructure by discrete-pulse introduction of energy Article published earlier |
| spellingShingle | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії Авдєєва, Л.Ю. Энергосбережение |
| title | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії |
| title_alt | Method of an intensification of process of reception liposome nanostructure by discrete-pulse introduction of energy |
| title_full | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії |
| title_fullStr | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії |
| title_full_unstemmed | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії |
| title_short | Метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії |
| title_sort | метод інтенсифікації процесу отримання ліпосомних наноструктур при дискретно-імпульсному введенні енергії |
| topic | Энергосбережение |
| topic_facet | Энергосбережение |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60549 |
| work_keys_str_mv | AT avdêêvalû metodíntensifíkacííprocesuotrimannâlíposomnihnanostrukturpridiskretnoímpulʹsnomuvvedenníenergíí AT avdêêvalû methodofanintensificationofprocessofreceptionliposomenanostructurebydiscretepulseintroductionofenergy |