DE60315489T2

DE60315489T2 - Teilchen erhalten durch extraktion einer emulsion mittels eines superkritischen fluids

Info

Publication number: DE60315489T2
Application number: DE60315489T
Authority: DE
Inventors: Pratibhash North Royalton CHATTOPADHYAY; Boris Y. Aurora SHEKUNOV; Jeffrey S. Broadview Heights SEITZINGER; Robert W. North Royalton HUFF
Original assignee: Ferro Pfanstiehl Laboratories Inc
Current assignee: Vibrantz Corp
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2023-06-21
Also published as: US6998051B2; EP1551523A4; DE60315489D1; ES2289308T3; JP4421475B2; CN1318116C; JP2005531408A; US20040026319A1; CN1665576A; CA2483563C; EP1551523A1; CA2483563A1; WO2004004862A1; EP1551523B1; ATE369198T1; AU2003281210A1

Description

Hintergrund
1. Hinweis auf verwandte Anmeldungen
Dieses Patent beansprucht die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/393,904, eingereicht am 3. Juli 2002, und der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 60/445,944, eingereicht am 7. Februar 2003.
2. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln durch Lösungsmittelextraktion unter Verwendung eines überkritischen Fluids, wobei ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel unter Bildung einer Lösung gelöst, die Lösung in einer nicht mischbaren oder partiell mischbaren Flüssigkeit unter Bildung einer Emulsion dispergiert und das Lösungsmittel aus der Emulsion extrahiert wird.
3. Beschreibung des Standes der Technik
Partikel werden üblich durch Bildung einer Lösung des gewünschten Materials in einem organischen Lösungsmittel hergestellt, welches anschließend mit großen Mengen an Wasser emulgiert wird. Das gewünschte Material wird anschließend in Form von feinen Partikeln entweder durch Verdampfen des Lösungsmittels oder durch Extraktion unter Verwendung eines anderen organischen Lösungsmittels aus der Emulsion gefällt. Das Entfernen des organischen Lösungsmittels aus den Micellen der Emulsion führt zu einer Übersättigung, welche wiederum zur Ausfällung des gewünschten Materials in Form von feinen Partikeln führt.
Dieses Verfahren hat einige Nachteile. Erstens verläuft das Verfahren mit einer sehr geringen Geschwindigkeit, wobei in den meisten Fällen mehr als einige Stunden benötigt werden. Zum Erzielen eines geringen Restlösungsmittelgehalts sind unerwünscht lange Verdampfungszeiten notwendig. Zweitens ist das Durchführen von Extraktionsverfahren mit organischen Lösungsmitteln in großem Maßstab schwierig, wobei große Mengen an Lösungsmitteln eingesetzt werden müssen, so dass große Abfallströme entstehen. Darüber hinaus traten in den vergangenen Jahren Bedenken über mögliche Wirkungen auf die Umwelt und Gesundheit auf, die mit der Verwendung von bestimmten Lösungsmitteln einhergehen, die nur sehr schwer vollständig entfernt werden können und manchmal als Reststoff im Endprodukt verbleiben.
US 6,183,783 betrifft die Mikroverkapselung von Wirkstoffen. Dieses betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln, die einen mit einer Polymerschicht beschichteten Wirkstoff aufweisen, mit der so genannten Überkritische-Fluid-Technik.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln eines löslichen Stoffes durch Lösungsmittelextraktion unter Verwendung eines überkritischen Fluids aus Emulsionströpfchen gemäß Anspruch 1 zur Verfügung. Das im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte Lösungsmittel kann wiedergewonnen und wiederverwendet werden.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend ausführlicher in der folgenden Beschreibung dargestellt, in welcher detailliert bestimmte, beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichend darlegt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;
2 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von Polystyrolpartikeln, die unter Verwendung eines in Beispiel 1(a) beschriebenen Verfahrens erhalten wurden;
3 ist eine TEM-Aufnahme von EUDRAGIT RS (EU) Partikeln, die in Beispiel 2(a) hergestellt wurden;
4 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von EU-Partikeln, die in Beispiel 2(f) hergestellt wurden;
5 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von EU-Partikeln, die in Beispiel 2(h) hergestellt wurden;
6 ist eine REM-Aufnahme von Poly(milchsäure-co-glycolsäure)-Partikeln (PLGA), die in Beispiel 3(a) hergestellt wurden;
7 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(e) hergestellt wurden;
8 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(f) hergestellt wurden;
9 ist eine REM-Aufnahme von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(h) hergestellt wurden;
10 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(i) hergestellt wurden;
11 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Cholesterinacetat-Partikeln (CA), die in Beispiel 4(a) hergestellt wurden;
12 ist eine Auftragung der Partikelgröße gegen die Konzentration von CA;
13 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von CA-Partikeln, die in Beispiel 4(a) hergestellt wurden;
14(a), 14(b) und 14(c) sind multidimensionale Auftragungen der mittleren Partikelgröße gegen die Konzentration von CA und Ethylacetat;
15 ist eine REM-Aufnahme von CA-Nanopartikeln, die in Beispiel 4(j) hergestellt wurden;
16 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Zahlenmittels von Tripalmitin-Partikeln, die in Beispiel 5(a) hergestellt wurden und
17 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumenmittels von Tripalmitin-Partikeln, die in Beispiel 5(a) hergestellt wurden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln durch überkritische Fluidextraktion aus Emulsionen („PSFEE") zur Verfügung. Zur Bildung der Partikeln wird ein löslicher Stoff in einem geeigneten organischen Lösungsmittel unter Bildung einer Lösung gelöst. Die Lösung wird anschließend in einer wässrigen Flüssigkeit unter Bildung einer Emulsion dispergiert. Der gelöste Stoff ist nicht in der wässrigen. Flüssigkeit löslich. Die Emulsion umfasst dementsprechend eine diskontinuierliche Phase, die den gelösten Stoff (Lösung) enthält, und eine kontinuierliche wässrige Phase. Das Lösungsmittel wird aus der diskontinuierlichen Phase extrahiert, wobei der gelöste Stoff in dem Fluid unter Bildung einer Partikelsuspension in der kontinuierlichen Phase (d.h., im nichtmischbaren Fluid) ausfällt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Vorrichtung 100 zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Gefäß 110, eine Quelle für ein überkritisches Fluid 112, eine Emulsionsquelle 114 und einen ersten und zweiten Auslass 120, 122. Das Gefäß 110 ist vorzugsweise zylindrisch, wodurch eine Achse 128 festgelegt wird, und hat Seitenwände 130 und einen ersten und zweiten Abschluss 132, 134. Die Achse 128 ist vorzugsweise vertikal und die Abschlüsse 132, 134 sind in Bezug zueinander so ausgerichtet, dass der erste Abschluss 132 unten und der zweite Abschluss 134 oben ist. Die Seitenwände 130 und die Abschlüsse 132, 134 haben eine durchgehende innere Oberfläche 136, die eine Extraktionskammer 138 definiert.
Eine Fritte 144, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl mit einer Porengröße von weniger als 0,5 μm, ist innerhalb der Kammer 138 angeordnet und überdeckt die innere Oberfläche des ersten Abschlusses 132. Die Quelle für ein überkritisches Fluid 112 steht über die Fritte 144 mit der Kammer 138 in Verbindung und führt hierüber überkritisches Fluid zu. Die Fritte 144 ermöglicht, dass das überkritische Fluid durch die Emulsion in Form von feinen Tröpfchen durch geperlt wird, wodurch der Kontakt zwischen dem überkritischen Fluid und der Emulsion maximiert wird.
Die Emulsionsquelle 114 steht mit der Kammer 138 über einen Einlass 146 in Verbindung. In alternativen Ausführungsformen steht ein Einlass mit einer Düse durch die Seitenwand 130 in Verbindung. Die Düse hat vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen mit einem kleinen Durchmesser. Die Düse sprüht die Emulsion in einen oberen Bereich 142, um im Vergleich zum reinen Pumpen eines Emulsionsstromes durch den Einlass 146 relativ kleine Emulsionströpfchen zu bilden. Alternativ kann ein Festbett innerhalb der Extraktionskammer 138 vorgesehen sein, vorzugsweise in der Nähe des ersten Abschlusses 132, so dass eine Auflage gebildet wird. Falls vorhanden, verbessert das Festbett das Mischen der Emulsion und des überkritischen Fluids. Die Kammer weist ein freies Volumen oder einen oberen Bereich 142 auf, der im Wesentlichen ohne Einbauten ist.
Ein Gegendruckventil 162 steht mit dem ersten Auslass 120 in Verbindung und ein Auslassventil 168 steht mit dem zweiten Auslass 122 in Verbindung. Das Gegendruckventil 162 ist vorzugsweise ein Ventil vom Typ 26-1700, welches kommerziell von Tescom, USA (Elk River, MN) erhältlich ist. Das Gegendruckventil 162 steuert die Flussgeschwindigkeit des mit Lösungsmittel beladenen überkritischen Fluids beim Verlassen der Extraktionskammer 138, wobei es ein Druck P1 in der Extraktionskammer 138 in einem vorbestimmten Druckbereich aufrechterhält. Das Auslassventil 168 dient zur Sicherheit und ist ein kommerziell erhältliches Standardventil, welches mit anderen kommerziell erhältlichen Ventilen austauschbar ist.
Der lösliche Stoff ist vorzugsweise eine Substanz, die in Wasser unlöslich oder nur gering löslich ist. Daher ist das Verfahren insbesondere zur Herstellung von vielen pharmazeutischen Zusammensetzungen geeignet, die vielfach in Wasser entweder unlöslich oder nur gering löslich sind, und die den Patienten als wässrige kolloidale Suspension verabreicht werden. Es wird geschätzt, dass etwa 40% aller pharmazeutischen Zusammensetzungen, die kommerziell erhältlich sind, in Wasser unlöslich oder nur gering löslich sind. Diese können bevorzugt mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Alternativ können feuchte, konzentrierte Partikel dadurch erhalten werden, dass die kolloidale Suspension durch einen Hochdruckfilter geleitet wird, der in Verbindung mit der Extraktionskammer 138 steht. Die konzentrierten, feuchten Partikel können anschließend durch Gefriertrocknung oder Vakuumtrocknung getrocknet werden, um ein trockenes Pulver zu halten.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung von Pharmazeutika begrenzt, sondern kann zweckmäßig auch in anderen Industriezweigen angewendet werden. Gemäß zweckmäßigen Alternativen umfassen gelöste Stoffe beispielsweise biologisch aktive Materialien, medizinische Wirkstoffe, Nahrungsmittel, Proteine, Peptide, Alkaloide, Alkyloide, tierische und/oder pflanzliche Extrakte, Antigene, Nukleinsäuren, Vitamine, Lipide, Polymere, Polymervorstufen, Pigmente, Toxine, Insektizide, virale Stoffe, Diagnostika, landwirtschaftliche Chemikalien, Farbstoffe, explosive Stoffe, Farben, Kosmetika, Enzyme und Katalysatoren.
Das in dem überkritischen Fluid lösliche Lösungsmittel oder die Flüssigkeit, die die diskontinuierliche Phase bildet, ist ein organisches Lösungsmittel. Das Lösungsmittel ist daher entweder nicht oder nur partiell mit Wasser mischbar. Bevorzugte organische Lösungsmittel, die mit Wasser nicht mischbar sind, umfassen zum Beispiel Toluol, Cyclohexan und höhere Alkane. Organische Lösungsmittel, die partiell mit Wasser mischbar sind, umfassen zum Beispiel Ethylacetat, Propylacetat und 2-Butanon.
Die in dem überkritischen Fluid unlösliche Flüssigkeit, die die kontinuierliche Phase bildet, ist vorzugsweise Wasser. Dies ist selbstverständlich so zu verstehen, dass wasserlöslich, Wasser und wässrig Begriffe sind, die exemplarisch für ein polares Lösungsfluid stehen. Ebenso stehen wasserunlöslich, organisches Lösungsmittel, Öl und ähnliche für Begriffe, die beispielhaft für unpolare Lösungsfluide verwendet werden. Daher kann erfindungsgemäß ein polares Fluid durch Wasser oder wasserlöslich und ein unpolares Fluid durch Öl oder wasserunlöslich ersetzt werden.
Wie hierin zuvor dargelegt wird vorzugsweise ein Tensid zur Bildung einer stabilen Emulsion eingesetzt. Das entsprechend der Erfindung einsetzbare Tensid unterliegt keiner besonderen Beschränkung, so dass jedes übliche Tensid zur Bildung von Öl-in-Wasser(o/w)-, Öl-in-Öl (o/o)-, Wasser-in-Öl(w/o)-Emulsionen, insbesondere Mikroemulsionen und Makroemulsionen, oder entsprechenden Emulsionen mit multiplen Phasen (z.B. w/o/w, usw.) eingesetzt werden kann. Ein besonders zweckmäßiges Tensid ist Polyoxyethylensorbitmonooleat, wie zum Beispiel TWEEN-80, welches kommerziell von ICI Americas, Inc. (Bridgewater, NJ) erhältlich ist. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäß einsetzbare Tensid einen HLB-Wert auf, der zur Herstellung einer stabilen Emulsion geeignet ist.
Die Größe der Micellen der Emulsion kann von der Geschwindigkeit des Rührers oder der Wirkung der Homogenisierung bei der Emulsionsbildung und von der Konzentration des Tensids, des Lösungsmittels oder des löslichen Stoffes abhängen. Im Allgemeinen führen eine hohe Homogenisierungswirkung, eine hohe Konzentration des Tensids und eine geringe Konzentration des löslichen Stoffes und des Lösungsmittels zu kleineren Micellen. Die Bildung der Emulsion erfolgt vorzugsweise mit einem Dispergator, einem Ultraschallgerät, einem Microfluidizer, einem statischen Mischer, einer Kolloidmühle, einer Strahlmühlen, eines Turbinenmischers oder einem Verfahrens zur spontanen Emulsionsbildung.
Vorzugsweise wird ein Tensid zur Bildung eines thermodynamischen Gleichgewichts zwischen dem Lösungsmittel in den Emulsionströpfchen und der suspendierenden wässrigen Phase eingesetzt. Ein überkritisches Fluid extrahiert das Lösungsmittel aus den Emulsionströpfchen, wodurch ein Ausfällen des gelösten Stoffes in Form von feinen Partikeln erzielt wird. Die Partikel werden aufgrund von Übersättigung gebildet, da das überkritische Fluid das Lösungsmittel aus der Emulsion extrahiert. Das in der Emulsion enthaltene Tensid stabilisiert die Partikel kurz nach deren Bildung, so dass ein Partikelwachstum aufgrund von Agglomerationen verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Emulsion einen löslichen Stoff, der in Wasser unlöslich ist, beispielsweise ein Arzneimittel. Der lösliche Stoff wird in einem wasserunlöslichen oder nur partiell in Wasser löslichen organischen Lösungsmittel gelöst. Die Lösung, welche ein organisches Lösungsmittel und den Wirkstoff umfasst, wird anschließend in einem wässrigen Medium mit einem oder mehreren Stabilisatoren oder Tensiden emulgiert. Die Stabilisatoren können zur Phase des organischen Lösungsmittels oder alternativ zur wässrigen Phase oder zu beiden Phasen zugefügt werden, um die Stabilität der Emulsion zu erhöhen. Zur Verbesserung der Einheitlichkeit der durch das Verfahren gebildeten Partikel, wird bevorzugt eine Emulsion eingesetzt, die bei der Verarbeitung stabil ist. Jedoch kann das Ausfällen der Partikel sowohl bei Verwendung einer stabilen als auch einer instabilen Emulsion durchgeführt werden. Die Verwendung von Tensiden ist daher optional und dient zur Verbesserung der Stabilität und der Partikeleinheitlichkeit. Das Tensid kann auch eingesetzt werden, um eine Agglomeration zwischen den Partikeln während der Partikelbildung, nach der Partikelbildung oder sowohl während als auch nach der Partikelbildung zu verhindern.
Das überkritische Fluid ist vorzugsweise überkritisches Kohlendioxid („CO₂"). Jedoch können alternativ vorzugsweise Wasser, Trifluormethan, Distickstoffmonoxid, Dimethylether, unverzweigte oder verzweigte C1-C6-Alkane, Alkohole oder Mischungen dieser als überkritisches Fluid eingesetzt werden. Bevorzugte Alkane und Alkohol umfassen Ethan, Propan, Propanol, Butan, Butanol, Isopropan, Isopropanol, und ähnliche. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das überkritische Fluid Materialien nahe dem überkritischen Zustand, zum Beispiel komprimierte oder verflüssigte Gase.
Während des Betriebs wird die Emulsion in die Extraktionskammer 138 eingeleitet. Überkritisches Fluid wird durch die Extraktionskammer geperlt und so mit der Emulsion in Kontakt gebracht. Das überkritische Fluid entfernt oder löst das Lösungsmittel aus den Micellen/Tröpfchen der Emulsion. Das Entfernen des Lösungsmittels aus den Micellen bewirkt eine Übersättigung, so dass der gelöste Stoff in der kontinuierlichen Phase, beispielsweise Wasser, ausgefällt wird. Das Lösungsmittel und das überkritische Fluid werden getrennt und aus dem Kopfprodukt wiedergewonnen, wobei der gelöste Stoff in der wässrigen Phase als diskreter Feststoff eingeschlossen oder suspendiert wird. Die wässrige Suspension der Partikel des gelösten Stoffes in Wasser kann nach einem Abbau des Druckes der Extraktionskammer nach dem Entfernen des Lösungsmittels aus der Emulsion isoliert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Emulsion in die Extraktionskammer unter Verwendung einer Kapillardüse unter Bildung von Emulsionströpfchen in den oberen Bereich gesprüht. In alternativen Ausführungsformen ist die in dem Sprühverfahren eingesetzte Düse eine Koaxialdüse, eine Ultraschalldüse oder ein kommerziell bekanntes Äquivalent hiervon. Das überkritische Fluid wird in die Extraktionskammer eingeleitet und mit den Emulsionströpfchen in Kontakt gebracht. Eine vibrierende Oberfläche oder ein Mischer (zum Beispiel ein Propellermischer) kann in der Extraktionskammer angeordnet und betrieben werden, um die Kontaktfläche zwischen der Emulsion und dem überkritischen Fluid zu vergrößern oder zu erhöhen.
Während des Betriebs entfernt oder löst das überkritische Fluid das Lösungsmittel aus den Tröpfchen. Das Entfernen des Lösungsmittels aus den Tröpfchen bewirkt eine Übersättigung des im Lösungsmittel gelösten Stoffs, so dass der gelöste Stoff in der kontinuierlichen Phase ausgefällt wird. Jedes Emulsionströpfchen kann ein oder mehrere Partikel ergeben. Die Anzahl an Partikel pro Emulsionströpfchen kann durch Steuerung von Parametern, wie z.B. Tröpfchengröße, Emulsionskonzentration und Konzentration des gelösten Stoffes sowie durch das Einstellen der Betriebsbedingungen und die Auswahl der Art des Lösungsmittels, des gelösten Stoffes und des überkritischen Fluids eingestellt werden.
Vorzugsweise werden das Lösungsmittel und das überkritische Fluid getrennt und aus dem Kopfprodukt gewonnen, während der gelöste Stoff in der kontinuierlichen oder wässrigen Phase als diskrete Feststoffpartikel eingeschlossen oder suspendiert wird. Restliches Lösungsmittel, das im überkritischen Fluid gelöst ist, kann aus der Kammer durch Reinigen mit sauberen CO₂ entfernt werden. Nachdem das restliche Lösungsmittel entfernt ist, wird der Druck der Kammer abgebaut, so dass die wässrige Partikelsuspension eingesammelt werden kann.
Es wird angenommen, dass der Massentransfer zwischen der Lösungsmittelphase in den Tröpfchen und der überkritischen Phase eine Übersättigung des gelösten Stoffes in dem Lösungsmittel verursacht. Die Übersättigung führt zu einer Ausfällung des gelösten Stoffes in Form von feinen Partikeln in die kontinuierliche Phase. Die Transfergeschwindigkeit zwischen der organischen Phase und der überkritischen Phase kann so eingestellt werden, dass der Transfer sehr schnell ist. In Fällen, bei denen die Emulsion in das überkritische Fluid eingespritzt wird, wird die Massentransferrate aufgrund der Bewegung der kleinen Tröpfchen innerhalb des überkritischen Fluids erhöht. Zusätzlich können Tensidmoleküle zugegeben werden, um das Partikelwachstum nach dem Ausfällen durch Stabilisierung der kleinen gebildeten Kerne zu verhindern. Die durch ein solches Verfahren erhaltenen Partikel zeigen typisch einen mittleren Durchmesser im Bereich von Nanometern bis wenigen Mikrometern.
Partikel mit hoher Reinheit werden durch Filtern der wässrige Suspension unter Verwendung von Ultrafiltration oder Hochgeschwindigkeitszentrifugation erhalten. Diese alternative Ausführungsform der Erfindung kann zu Ausfällung einer großen Vielfalt von Materialien eingesetzt werden, die im Wesentlichen in der kontinuierlichen Phase, beispielsweise Wasser, unlöslich sind.
In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform wird die Emulsion unter Verwendung einer Lösung hergestellt, die ein partiell wasserlösliches Lösungsmittel und Wasser umfasst. Das Lösungsmittel wird mit Wasser gesättigt und das Wasser wird mit dem Lösungsmittel gesättigt. Ein thermodynamisches Gleichgewicht wird zwischen Lösungsmittel in den Emulsionströpfchen und der suspendierenden wässrigen Phase gebildet. Abgesehen davon, dass das überkritische Fluid als ein Anti-Solvent wirkt, extrahiert das überkritische Fluid das in der wässrigen Phase gelöste Lösungsmittel. Die Extraktion stört das thermodynamische Gleichgewicht zwischen dem organischen Lösungsmittel in den Tröpfchen und der wässrigen Phase, wodurch ein schneller Massentransfer des organischen Lösungsmittels aus den Tröpfchen in die wässrige Phase erzielt wird. Die Partikel werden aufgrund von Übersättigung gebildet, weil das überkritische Fluid das Lösungsmittel aus der Emulsion extrahiert.
Die Geschwindigkeit der Lösungsmittelextraktion kann die Größe der gebildeten Partikel beeinflussen. Je höher die Extraktionsgeschwindigkeit, desto kleiner sind im Allgemeinen die gebildeten Partikel. Im Allgemeinen weist die Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid eine Extraktionsgeschwindigkeit auf, die im Vergleich zu den Extraktionsgeschwindigkeiten anderer üblicher Techniken höher ist, so dass dies zur Bildung von relativ kleinen Partikeln beiträgt. Die Durchmesser der Partikel, die mit einem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten werden, liegen im allgemeinen Nanometerbereich oder im einstelligen Mikrometerbereich, wobei eine enge Partikelgrößenverteilung erzielt wird. Vorzugsweise zeigen die hergestellten Partikel eine Größe im Bereich von 0,1 nm bis 1,0 mm. Besonders bevorzugt zeigen die hergestellten Partikel eine Größe im Bereich von 0,1 μm bis 4 μm und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 nm bis 500 nm. Durch Auswahl von Parametern, wie z.B. Lösungsmittel, löslicher Stoff und überkritisches Fluid, sowie anderen Verfahrensparametern kann die Partikelgröße festgelegt werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Herstellung von Nano- oder Mikropartikel eines löslichen Stoffes geeignet, der im wesentlichen in Wasser unlöslich ist, jedoch in einem geeigneten organischen Lösungsmittel gelöst werden kann, das im allgemeinen mit Wasser nicht mischbar ist. Diese Partikel sind in unterschiedlichen Anwendungsbereichen, z.B. der pharmazeutischen Industrie zur Wirkstoffpartikelbearbeitung und -Zerkleinerung, Wirkstoffverkapselung und Herstellung von Formulierungen; in der Farbenindustrie zur Herstellung von Pigmentnanopartikeln und ebenfalls zur Beschichtung von Partikeln; und in der Elektronikindustrie zur Herstellung von Nanopartikeln von anorganischen oder organischen Materialien zweckmäßig.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können als Chargenverfahren oder als kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. In einem kontinuierlichen Verfahren wird die erhaltende flüssige Suspension der festen Partikel aus der Extraktionskammer mit der gleichen Geschwindigkeit entnommen, wie die Emulsion in die Extraktionskammer eingeleitet wird. Das überkritische Fluid, welches das Lösungsmittel umfasst, wird mit etwa der gleichen Geschwindigkeit entnommen, wie das überkritische Fluid in die Extraktionskammer eingeleitet wird. Der Druck in der Extraktionskammer wird vorzugsweise in etwa konstant oder in einem engen Wertbereich gehalten.
Beispiele
Die Verfahren und Ausführungsformen gemäß der Erfindung sollen anhand der folgenden Beispiele näher erläutert werden, ohne dass hierdurch eine Beschränkung der Ansprüche erfolgen soll. Falls keine gegenteiligen Angaben dargelegt sind, sind alle Ausgangsstoffe kommerziell von üblichen Chemikalienlieferanten erhältlich, wie z.B. Sigma Aldrich Inc. (St. Louis, MO) und/oder Fisher Scientific International, Inc. (Hanover Park, IL).
Beispiel 1
Beispiel 1(a) – Herstellung von Polystyrolpartikeln durch ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines wasserunlöslichen organischen Lösungsmittels.
Herstellung der Polystyrolemulsion (PS):
Zur Bildung einer Lösung wurden zunächst 0,25 g Polystyrol (PS) und 0,2 g SPAN-80 (Tensid) in 20 g Toluol gelöst. Diese Lösung wurde anschließend zu 200 g Wasser gegeben, welches 0,3 g TWEEN-80 (Tensid) umfasste, um eine Mischung zu bilden. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Dispergators 10 Minuten bei 6000 U/min emulgiert, um die Emulsion 1(a) zu bilden.
Herstellung von PS-Partikeln:
In Beispiel 1(a) wurden 4,0 ml Aliquot der Emulsion 1(a) in eine Extraktionskammer mit einem Volumen von 10 ml gegeben. Glaswolle und Glasperlen wurden in das Todvolumen der Extraktionskammer gegeben, um das Mitführen von Flüssigkeit während der Extraktion zu verhindern und eine Rückabscheidung von restlichem Toluol während des Druckabbaus zu minimieren. Überkritisches CO₂ wurde anschließend durch die Extraktionskammer über eine 0,5 μm Fritte aus rostfreiem Stahl, die am Boden der Extraktionskammer vorgesehen war, geperlt. Die Extraktionskammer wurde mit einem Druck von 80 bar und einer Temperatur von 45 Grad Celsius (°C) bei einer Flussgeschwindigkeit von 0,7 Milliliter pro Minute (ml/min) CO₂ betrieben. Die aus der Extraktionskammer extrahierte Menge an Toluol wurde mit einem Fotodiodenfelddetektor (UV/VIS) gemessen. Das Toluol wurde innerhalb von 90 Minuten fast vollständig aus der Emulsion 1(a) extrahiert (die gemessene Restmenge an Toluol betrug 20 Parts per million (ppm)). Der Druck in der Extraktionskammer wurde abgebaut. Eine wässrige kolloidale Partikelsuspension wurde erhalten.
Analyse der PS-Partikel:
Die Morphologie der PS-Partikel in der wässrigen kolloidalen Suspension wurde mit Transmissionselektronenmikroskopie analysiert. Eine Untersuchung der Größenverteilung wurde mit dynamischer Lichtstreuung (DLS) durchgeführt. Aus der Aufnahme der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde festgestellt, dass in allen Fällen Polystyrolpartikel in Form von isolierten sphärischen Partikeln mit einer nahezu gleichen Größe im Nanometerbereich vorlagen. Die DLS ergab, dass die mittlere Größe der in Beispiel 1(a) hergestellten Partikel ein Volumenmittel von 276 Nanometer (nm) und ein Zahlenmittel von 145 nm mit einer Polydispersität von 0,26 aufwiesen. Die Darstellung in 2 beschreibt beispielhaft die Verteilung der Volumengröße in Nanometern der in Beispiel 1(a) hergestellten Polystyrolpartikel.
Beispiele 1(b) bis 1(f) Wirkung des Drucks und der Temperatur auf die PS-Partikelgröße.
Zur Bestimmung der Einflusses von Druck und Temperatur auf die Größe der Polystyrolpartikel, die gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, wurden die Beispiele 1(b) bis 1(f) durchgeführt. Insbesondere wurden die Beispiele 1(b) bis 1(f) bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturwerten unter Verwendung der Emulsion 1(b) gemäß der nachfolgenden Tabelle 1 hergestellt.
Herstellung der PS-Emulsion:
Abgesehen von den nachfolgenden Einzelheiten, wurde die Emulsion 1(b) gleich wie die Emulsion 1(a) hergestellt. Zu Beginn wurden 0,21 g Polystyrol und 0,2 g SPAN-80 (Tensid) in 20 g Toluol gelöst, um eine Lösung zu bilden. Diese Lösung wurde anschließend in 200 g Wasser gegeben, das 0,3 g TWEEN-80 (Tensid) enthielt, um eine Mischung zu bilden. Diese Mischung wurde unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen Homogenisators (Typ MY110) mit einem Druck von 12000 psi (3 Durchgänge) emulgiert, um die Emulsion 1(b) zu bilden. Die Größenverteilung der Tröpfchengröße wurde unter Verwendung von DLS erhalten. Die mittlere Tröpfchengröße der Emulsion betrug 184 nm mit einer Standardabweichung von 34 nm.
Herstellung der PS-Partikel:
Die PS-Partikel der Beispiele 1(b) bis 1(f) wurden auf die gleiche Weise hergestellt, wie die Partikel des Beispiels 1(a), abgesehen von den Angaben in Tab. 1. Der Druck und die Temperatur wurden geändert, um die Wirkung des Drucks und der Temperatur auf die Größe der PS-Partikel zu bestimmen (vergleiche Tab. 1).
Analyse der PS Partikel:

Die Analyse der Größenverteilung der Partikel, die aus diesen Experimenten erhalten wurden, wurde unter Verwendung von DLS durchgeführt. Die Ergebnisse der DLS-Analyse sind in Tab. 1 dargestellt. Die Tab. 1 zeigt, dass sich die Partikelgrößen der Beispiele 1(b) bis 1(f) im Vergleich zum Beispiel 1(a) verringerten. Eine Zunahme des Homogenisierungsgrades in Beispiel 1(b) führt zu kleineren Emulsionströpfchen, welche wiederum zu geringeren Partikelgrößen nach der Ausfällung führen. Tab. 1: Mittlere Größe der PS-Partikel erhalten bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturwerten der Beispiele 1(b) bis 1(f) unter Verwendung der Emulsion 1(b).

Bsp.- Nr.	Druck [bar]	Temperatur [°C]	Mittlere Partikelgröße [nm]
Bsp.- Nr.	Druck [bar]	Temperatur [°C]	Zahlenmittel (% Abw.)	Volumenmittel (% Abw.)
1(b)	80	45	33,3 (59,5%)	95,5 (59,5%)
1(c)	80	55	53,7 (44,6%)	111,1 (44,6%)
1(d)	90	45	39,6 (52,3%)	102,9 (52,3%)
1(e)	100	45	36,8 (55,9%)	104,4 (55,9%)
1(f)	80	35	49,4 (44,8%)	100,2 (44,8%)

Beispiel 2
Die Beispiele 2(a) bis 2(m) veranschaulichen allgemein die Herstellung von EUDRAGIT RS-Partikeln (EU) durch ein Verfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung von einem partiell wasserlöslichen organischen Lösungsmittel. Konkret veranschaulichen die Beispiele 2(a) bis 2(d) die Wirkung der Tensidkonzentration auf die EU-Partikelgröße, die Beispiele 2(e) bis 2(h) die Wirkung der Lösungsmittelkonzentration auf die EU-Partikelgröße, die Beispiele 2(i) bis 2(m) die Wirkung der Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung auf die EU-Partikelgröße.
Beispiele 2(a) bis 2(d): Wirkung der Tensidkonzentration auf die EU-Partikelgröße.
Herstellung der EUDRAGIT-Emulsion (EU):
Zunächst wurde eine EU-Emulsion durch Lösen von 5% (w/w_EA) EUDRAGIT RS (EU) in einen ersten Teil (20 g) wassergesättigtes Ethylacetat (EA) gelöst, um eine EU-Lösung zu bilden. Diese EU Lösung wurde anschließend in einen zweiten Teil (180 g) wassergesättigte EA-Lösung gegeben, die Polyvinylalkoholtensid (PVA) umfasste, um eine Mischung zu bilden. Dementsprechend betrugen die sich ergebenden Konzentrationen an EA 10% (w/w gesamt), an Wasser 90% (w/w gesamt), an EU 5% (w/w EA) und an PVA 1% (w/w Wasser). Die Mischung wurde unter Verwendung eines Dispergators 2 Minuten bei 3000 Upm emulgiert, um die Emulsion 2 zu bilden.
Die Emulsion 2 ist die Standardemulsion, die in Beispiel 2 eingesetzt wurde, wobei jedoch die PVA-Konzentration in den Beispielen 2(a) bis 2(d) verändert wurde, vergleiche Tab. 2. Die Lösungsmittelkonzentration wurde in den Beispielen 2(e) bis 2(h) verändert, vergleiche Tab. 3. Die EU-Konzentration der Lösung wurde in Beispielen 2(i) bis 2(m) verändert, vergleiche Tab. 4. Alle weiteren Parameter wurden konstant gehalten.
Herstellung der EUDRAGIT-Partikel:
In den Beispielen 2(a) bis 2(d) wurden Aliquote von 4,0 ml der Emulsion 2, die unterschiedliche Tensid konzentrationen aufwiesen, in eine Extraktionskammer mit einem Volumen von 10 ml gegeben. Glaswolle und Glasperlen wurden in das Todvolumen der Extraktionskammer gegeben, um das Mitführen von Flüssigkeit während der Extraktion zu verhindern und eine Rückabscheidung von restlichem Toluol während des Druckabbaus zu minimieren.
Überkritisches CO₂ wurde anschließend durch die Extraktionskammer über eine 0,5 μm Fritte aus rostfreien Stahl, die am Boden der Extraktionskammer vorgesehen war, geperlt. Die Flussgeschwindigkeit des Kohlendioxids betrug 1 ml/min. Die Temperatur und der Druck wurden bei 80 bar bzw. 35°C konstant gehalten.
Die aus der Extraktionskammer extrahierte Menge an EA wurde mit einem Fotodiodenfelddetektor (UV/VIS) gemessen. Das EA wurde fast vollständig aus der Emulsion innerhalb von 30 bis 40 Minuten extrahiert. Der Druck in der Extraktionskammer wurde abgebaut. Eine wässrige kolloidale EU-Partikelsuspension wurde erhalten.
Analyse der EUDRAGIT-Partikel (EU):
Die Morphologie der Partikel in der wässrigen kolloidalen Suspension, die gemäß der Beispiele 2(a) bis 2(d) erhalten wurden, wurde mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) analysiert. Eine Untersuchung der Größenverteilung wurde gegebenenfalls mit einem Gerät zur dynamischen Lichtstreuung (DLS) durchgeführt. 3 ist eine TEM-Aufnahme der in Beispiel 2(a) hergestellten EUDRAGIT-Partikel. Die Verstärkung der TEM-Aufnahme in 3 beträgt etwa 200.000, wobei die Partikel einen Durchmesser im Nanometerbereich haben.
Die Zunahme der Tensidkonzentration führte unerwartet zu einer Zunahme des Zahlenmittels der EU-Partikel. Die Ergebnisse sind in der Tab. 2 dargestellt: Tab. 2: Wirkung der Tensidkonzentration auf die EU-Partikelgröße

Bsp.-Nr. Tensid % (w/w Öl) Zahlenmittel [nm] Std. Abw. [nm] Volumenmittel [nm] Std. Abw. [nm]

2(a) 0,5 72 52 633 451

2(b) 1 40 25 247 151

2(c) 2 66 40 400 242

2(d) 5 151 58 309 118
Beispiele 2(e) bis 2(h) – Wirkung der Lösungsmittelkonzentration auf die Partikelgröße.
Herstellung der EUDRAGIT-Emulsion (EU) und der EU-Partikel:
Die Beispiele 2(e) bis 2(h) wurden auf die gleiche Weise wie die Beispiele 2(a) bis 2(d) hergestellt, abgesehen von den Angaben in Tab. 3. Das Verhältnis von Lösung zu Wasser, oder die Emulsionskonzentration, wurde zur Bestimmung der Wirkung der Konzentration der Lösung im Wasser auf die Partikelgröße verändert. Die Herstellung der Partikel wurde auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 2(a) bis 2(d) durchgeführt.
Analyse der EU-Partikel

Die Analyse der Größe und der Morphologie der Partikel, die in den Beispielen 2(e) bis 2(h) hergestellt wurden, wurde auf die gleiche Weise durchgeführt, wie in den Beispielen 2(a) bis 2(d) beschrieben, dass heißt unter Verwendung von TEM beziehungsweise DLS. Mit steigender Ölkonzentration (EU-Lösung) in der Emulsion nimmt die EU-Partikelgröße zu. Dies ergibt sich aus den Ergebnissen, die in Tab. 3 aufgeführt sind. Die 4 und 5 sind Auftragungen der Größenverteilung des Volumens von EU-Partikeln, die in Beispiel 2(f) bzw. 2(h) hergestellt wurden. Tab. 3: Wirkung der Ölkonzentration in der Emulsion auf die EU-Partikelgröße

Bsp. 2	Öl % (w/w)	Wasser % (w/w)	Zahlenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]	Volumenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]
2(e)	10	90	40	25	147	90
2(f)	20	80	99	52	456	240
2(g)	30	70	74	43	436	254
2(h)	40	60	70	42	416	244

Beispiele 2(i) bis 2(m) – Wirkung der Polymerkonzentration auf die Partikelgröße.
Herstellung der EU-Emulsion und der EU-Partikel:
Die Beispiele 2(i) bis 2(m) wurden auf die gleiche Weise wie die Beispiele 2(e) bis 2(h) hergestellt, abgesehen von den Angaben in Tab. 4. Der Anteil an EU in der Lösung wurde zur Bestimmung der Wirkung der EU-Konzentration in der Lösung auf die Partikelgröße verändert. Die Herstellung der Partikel wurde auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 2(a) bis 2(d) durchgeführt.
Analyse der EU-Partikel:

Die Analyse der Größe und der Morphologie der Partikel wurde unter Verwendung von TEM beziehungsweise DLS auf die gleiche Weise durchgeführt, wie in den Beispielen 2(a) bis 2(d) beschrieben. Die Ergebnisse der Fällungsexperimente bei Verwendung von Emulsionen mit unterschiedlichen EUDRAGIT RS-Konzentrationen sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Zunahme des Polymeranteils in der Lösung führte unerwartet zu einer Abnahme der Größe der EUDRAGIT RS-Partikel. Tab. 4: Wirkung der EU-Konzentration in der Lösung auf die EU-Partikelgröße

Bsp. 2	Polymer % (w/w)	Zahlenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]	Volumenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]
2(i)	1,5	48	29	205	121
2(j)	5	40	25	147	90
2(k)	10	35	20	101	57
2(l)	20	53	34	294	187
2(m)	30	36	21	115	65

Beispiel 3
In Beispiel 3 werden die Eigenschaften von gefällten Poly(milchsäure-co-glycolsäure)-Mikro- und Nanopartikeln (PLGA) unter Verwendung von partiell wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt. PLGA wird allgemein als bioabbaubares Polymer anerkannt. Insbesondere veranschaulichen die Beispiele 3(a) bis 3(d) die Wirkung der Variation der Lösungsmittelkonzentration in einer Emulsion auf die Partikelgröße. Die Beispiele 3(e) bis 3(g) veranschaulichen die Wirkung der Polymerkonzentration in einer Emulsion auf die. Partikelgröße. Beispiel 3(h) veranschaulicht das Fällen von Polymernanopartikeln und Beispiel 3(i) den Einfluss eines Ausfällens von Partikeln, ohne dass durch die Emulsion CO₂ hindurch geperlt wird.
Beispiele 3(a) bis 3(d) – Wirkung der Veränderung der Lösungsmittelkonzentration.
Herstellung der PLGA-Emulsion:
Die Emulsionen 3(a) bis 3(d) wurden bei verschiedenen EA-Konzentrationen und konstanten PVA- und PLGA-Konzentrationen hergestellt, wie in Tab. 5 aufgeführt. Polymilchsäure-co-glycolsäure) (PLGA) wurde in Wasser gelöst, welches mit Ethylacetat gesättigt war, um eine Lösung mit den in Tabelle 5 dargelegten Anteilen zu bilden. Die Lösung wurde zu einer abgemessenen Menge an 0,5% (w/w) Polyvinylalkohollösung (PVA) zugegeben, um eine Mischung zu bilden. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Dispergators 3 Minuten bei 5000 U/min emulgiert, um jeweils die Emulsionen 3(a) bis 3(d) zu bilden.
Herstellung der PLGA-Partikel:
Die Partikel der Beispiele 3(a) bis 3(d) wurden wie folgt hergestellt. Aliquote von 4 ml der Emulsionen 3(a) bis 3(d) wurden jeweils in eine Extraktionskammer gegeben. PLGA-Partikel wurden auf ähnliche Weise hergestellt wie die Partikel, die in Beispiel 2 erzeugt wurden, mit Ausnahme der folgenden Änderungen. Die Extraktionskammer wurde bei konstantem Druck und konstanter Temperatur betrieben. Die Flussrate, mit der das CO₂ durch die Extraktionskammer geleitet wurde, wurde auf eine konstante Geschwindigkeit eingestellt. Insbesondere wurde ein Druck von 80 bar, eine Temperatur von 45°C und eine CO₂-Flussrate von 1 ml/min verwendet. Die aus der Extraktionskammer extrahierte Menge an Lösungsmitteln wurde mit einem Fotodiodenfelddetektor (UV/VIS) gemessen. Nach vollständiger Extraktion des EA wurde der Druck in der Extraktionskammer abgebaut. Eine wässrige kolloidale Partikelsuspension wurde erhalten.
Analyse der PLGA-Partikel:
In sämtlichen Beispielen wurde innerhalb von 60 Minuten fast das gesamte EA aus den Emulsionen extrahiert, wobei festgestellt wurde, dass die Restmenge an EA in allen Fällen weniger als 100 ppm betrug. Die Partikel wurden gewaschen und gefiltert, um das PVA vor der Analyse aus der wässrigen Lösung zu entfernen.
Die Morphologie der PLGA-Partikel in der erhaltenen wässrigen kolloidalen Suspension wurde mit Rastereletronenmikroskopie (REM) analysiert. 6 ist eine REM-Aufnahme von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(a) erhalten wurden. Der Maßstab ist 1 μm, daher sind die Partikel kleiner als 1 μm und nicht aggregiert, wobei sie eine sphärische Form und eine enge Größenverteilung haben. Die Analyse der Größenverteilung wurde unter Verwendung von dynamischer Lichtstreuung (DLS) durchgeführt. Die Ergebnisse von Fällungsexperimenten unter Verwendung von Emulsionen mit unterschiedlichen Lösungsmittel- oder EA-Konzentrationen sind in Tab. 5 dargestellt. Die Zunahme des relativen Prozentsatzes an EA führte unerwartet zu einer Abnahme des Zahlen- und des Volumenmittels der PLGA-Partikel. Tabelle 5: Größe der PLGA-Partikel, die aus Emulsionen mit unterschiedlichen EA-Konzentrationen erhalten wurden.

Bsp.-Nr. EA % (w/w) Zahlenmittel [nm] Std. Abw. [nm] Volumenmittel [nm] Std. Abw. [nm]

3(a) 10 408 222 1178 642

3(b) 20 234 141 1088 653

3(c) 30 263 138 857 451

3(d) 40 303 142 725 339
Beispiele 3(e) bis 3(g) – Wirkung der Veränderung der PLGA-Polymerkonzentration
Herstellung der PLGA-Emulsion:
Die Beispiele 3(e) bis 3(g) wurden auf die gleiche Weise wie die Beispiele 3(a) bis 3(d) hergestellt, abgesehen davon, dass die folgenden Emulsionen mit unterschiedlichen PLGA-Konzentrationen und konstanten PVA- und EA-Konzentrationen, wie in Tab. 6 aufgeführt, hergestellt wurden.
Herstellung der PLGA-Partikel:
Die Herstellung der Partikel in den Beispielen 3(e) bis 3(g) wurde auf ähnliche Weise durchgeführt, die auch in den Beispielen 3(a) bis 3(d) verwendet wurde.
Analyse der PLGA-Partikel:
Die Analyse der Größe und der Morphologie der Partikel wurde unter Verwendung von DLS beziehungsweise REM auf die gleiche Weise durchgeführt, wie in den Beispielen 3(a) bis 3(d) beschrieben. Die Ergebnisse der Fällungsexperimente bei Verwendung von Emulsionen mit unterschiedlichen PLGA-Konzentrationen sind in Tabelle 6 dargestellt. Die 7 und 8 sind Auftragungen der Größenverteilung des Volumens von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(e) bzw. 3(f) hergestellt wurden. Die Durchmesser liegen im Nanometerbereich. Tab. 6: Wirkung einer Variation der PLGA-Konzentration auf die Partikelgröße

Bsp.-Nr. PLGA w% EA Zahlenmittel [nm] Std. Abw. [nm] Volumenmittel [nm] Std. Abw. [nm]

3(e) 5 408 222 1178 642

3(f) 10 723 444 2279 1399

3(g) 20 467 207 1848 1324
Beispiel 3(h): Wirkung der Emulsionshomogenisierung auf die Partikelgröße
Herstellung der Poly(milchsäure-co-glycolsäure)-Emulsionen (PLGA):
4,01 g Polymilchsäure-co-glycolsäure) (PLGA) wurde in 40,1 g Wasser gelöst, welches mit Ethylacetat (EA) gesättigt war. Die Lösung wurde zu 160 g einer wässrigen 0,5% (w/w) Polyvinylalkohollösung (PVA) zugegeben, um eine Mischung zu bilden. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Dispergators 3 Minuten bei 5000 U/min emulgiert und anschließend unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen Microfluidizers (Typ M1101) mit einem Druck von 14000 psi (3 Durchgänge) homogenisiert, um die Emulsion 3(h) zu bilden.
Herstellung der PLGA-Partikel:
Ein Aliquot von 4 ml der Emulsion 3(h) wurde in eine Extraktionskammer gegeben. PLGA-Partikel wurden auf ähnliche Weise hergestellt wie die Partikel, die in Beispiel 3(a) erzeugt wurden. Die Extraktionskammer wurde bei konstantem Druck und konstanter Temperatur betrieben. Die Flussrate, mit der das CO₂ durch die Extraktionskammer geleitet wurde, wurde auf eine konstante Geschwindigkeit eingestellt. Insbesondere wurde ein Druck von 80 bar, eine Temperatur von 45°C und eine CO₂-Flussrate von 1 ml/min verwendet. Die aus der Extraktionskammer extrahierte Menge an Lösungsmitteln wurde mit einem Fotodiodenfelddetektor (UV/VIS) gemessen. Nach vollständiger Extraktion des EA wurde der Druck in der Extraktionskammer abgebaut. Eine wässrige kolloidale Partikelsuspension wurde erhalten.
Analyse der PLGA-Partikel:
Die Größe und die Morphologie der PLGA-Partikel in der erhaltenen wässrigen kolloidalen Suspension wurde mit Rastereletronenmikroskopie (REM) analysiert. Der hydrodynamische Durchmesser der PLGA-Partikel wurde unter Verwendung eines Geräts zur dynamischen Lichtstreuung (DLS) bestimmt. Die DLS-Analyse der in Beispiel 3(h) erhaltenen Partikel ergab, dass die erhaltenen Partikel ein Volumenmittel und ein Zahlenmittel des Durchmessers von 217 nm bzw. 117 nm aufwiesen. 9 ist eine Aufnahme von Nonapartikeln, die in Beispiel 3(h) erhalten wurden.
Die Ergebnisse veranschaulichen, dass die Homogenisierung und die Tröpfchengröße einen Einfluss auf die Größe der erhaltenen Partikel haben. Daher kann die erhaltene Partikelgröße durch Auswahl der Parameter, wie Geschwindigkeit des Rührers, Scherkraft. Scherart, Homogenisierungszeit, verschiedenen Permutationen dieser Parameter und ähnliches beeinflusst werden.
Beispiel 3(l) – Wirkung einer einzelnen oder einer verkleinerten Grenzfläche auf die PLGA-Partikelgröße:
Das Beispiel 3(i) wurde gleich wie das Beispiel 3(g) und Verwendung der Emulsion 3(g) durchgeführt. Jedoch wurde kein CO₂ in die Extraktionskammer durch eine Fritte und anschließend durch die Emulsion geperlt, sondern überkritisches CO₂ wurde in den oberen Bereich der Extraktionskammer eingeleitet und ebenfalls aus dem oberen Bereich abgeleitet, ohne dass es durch die Emulsion geleitet wurde. Dementsprechend wurde das überkritische CO₂ mit der Emulsion nur an einer einzigen oder einer verringerten Grenzfläche in Kontakt gebracht, wobei es nicht durch die Emulsion durchgeperlt oder in der Emulsion gelöst wurde.
Analyse der PLGA-Partikel:
Die Analyse der PLGA-Partikel wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3(h) durchgeführt. Der Mittelwert des Volumenmittels der PLGA-Partikel betrug 2408 Nanometer (nm) und der Zahlenmittelwert betrug 656 Nanometer (nm). 10 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von PLGA-Partikeln, die in Beispiel 3(i) hergestellt wurden. Der mittlere Durchmesser liegt im Nanometerbereich.
Beispiel 4
Cholesterinacetat-Nanopartikel (ein wasserunlösliches Steroid) werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefällt. In den folgenden Beispielen wird eine CA-Emulsion in eine überkritisches CO₂ enthaltende Extraktionskammer mit einer feinen Düse gesprüht.
Herstellung der Cholesterinacetat-Emulsion (CA):
In den Beispielen 4(a) bis 4(c) wurde eine abgemessene Menge an Cholesterinacetat in 10,0 g Wasser gegeben, welches mit EA gesättigt war, um eine Lösung zu bilden. Die Lösung wurde anschließend zu 90 g einer wässrigen 1% (w/w Wasser) Polyvinylalkohollösung (PVA) zugegeben, welche mit EA gesättigt war, um eine Mischung zu bilden. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Dispergators 3 Minuten bei 5000 U/min emulgiert, um jeweils die Emulsionen 4(a) bis 4(c) zu bilden, wie in Tabelle 7 dargelegt.
Herstellung der Cholesterinacetat-Partikel (CA):
Die CA-Nanopartikel wurden unter Verwendung einer Vorrichtung hergestellt, die der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 ähnlich war. Ein Unterschied bestand jedoch darin, dass die Emulsion durch eine Düse, die in der Seitenwand vorgesehen war, in die Kammer gesprüht wurde, anstatt durch den Einlass 146. Ein Bauteil der verwendeten Vorrichtung bestand aus einer Fällungskammer mit einem Volumen von 100 ml. Die Emulsionen 4(a)–4(c) wurden in die Fällungskammer unter Verwendung einer HPLC-Pumpe eingespritzt. Die Fällungskammer wurde bei einer konstanten Temperatur unter Verwendung eines Heizmantels betrieben. Die Druck- und Temperaturparameter betrugen 100 bar beziehungsweise 40°C.
Das Verfahren der Beispiele 4(a) bis 4(c) wurden kontinuierlich durchgeführt. Die Fällungskammer wurde mit überkritischem Kohlendioxid bei der gewünschten Betriebstemperatur auf den vorgesehenen Betriebsdruck gebracht. Die Flussrate des Kohlendioxids durch die Fällungskammer wurde bei 16 ml/min konstant gehalten. Die in Beispiel 1 hergestellte Emulsion wurde in die Fällungskammer mit einer konstanten Flussrate von 1,0 ml/min durch eine 50 μm Düse gespritzt. Durch das Einspritzender Emulsion in die Fällungskammer wurden feine Tröpfchen erzeugt. Aus den Tröpfchen wurde kontinuierlich EA durch überkritisches Kohlendioxid extrahiert. Aufgrund der Extraktion des EA fielen Partikel des gelösten Stoffes aus der Lösung aus.
Der Emulsionsfluss in die Fällungskammer wurde 10 Minuten aufrechterhalten, wonach 120 bis 180 Minuten der überschüssige Rest an EA aus der Fällungskammer durch Reinigen mit frischem Kohlendioxid ausgewaschen wurde.
Der Druck in der Fällungskammer wurde anschließend langsam auf Umgebungsdruck abgesenkt. Die wässrige CA-Partikelsuspension wurde isoliert und analysiert.
Analyse der Cholesterinacetat-Partikel (CA):

Die Größe der in den Beispielen 4(a) bis 4(c) erhaltenen Partikel wurde unter Verwendung von dynamischer Lichtstreuung (DLS) bestimmt. Die Bestimmung der Morphologie der PLGA-Partikel wurde mit REM durchgeführt, wie durch die REM-Aufnahme der 11 dargestellt. Die Partikel erscheinen einheitlich und haben eine kleine, sphärische oder zylindrische Form. Die CA-Partikel haben eine enge Partikelgrößenverteilung. Bei einer Vergrößerung der CA-Konzentration in der Emulsion tritt eine Zunahme der CA-Partikelgröße auf. Die Beziehung zwischen der mittleren Partikelgröße und dem CA-Gehalt, der sich aus den Beispielen 4(a) bis 4(c) ergibt, ist graphisch in 12 dargestellt, wobei die Ergebnisse in Tabelle 7 aufgeführt sind. 13 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumens von CA-Partikeln, die in Beispiel 4(a) hergestellt wurden. Tabelle 7: Parameter der CA-Partikelherstellung, wobei die CA-Konzentration verändert wurde.

Bsp.-Nr.	CA % (w/w EA)	EA % (w/w Gesamt)	PVA % (w/w H₂O)	Zahlenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]	Volumenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]
4(a)	0,7	10	1,0	313	137	116	51
4(b)	2	10	1,0	617	339	125	69
4(c)	5	10	1,0	1344	948	176	124

Beispiele 4(d) bis 4(f) – Einfluss von der Veränderung der CO₂-Dichte.
Herstellung der CA-Emulsion:
Die Emulsionen 4(d) bis 4(f) wurden auf die gleiche Weise wie die Emulsion 4(b) hergestellt.
Herstellung der Cholesterinacetat-Partikel (CA):
Die Partikel der Beispiele 4(d) bis 4(f) wurden auf die gleiche Weise wie die Partikel der Beispiele 4(a) bis 4(c) hergestellt, abgesehen von unterschiedlichen Kohlendioxiddichten, wie in Tabelle 8 dargelegt.
Analyse der Cholesterinacetat-Partikel (CA):
Im Allgemeinen wurde eine einheitliche Partikelgröße erzielt, unabhängig von der Dichte des überkritischen Kohlendioxids. Dementsprechend kann eine Partikeleinheitlichkeit ohne übermäßige Kontrolle der Dichte des überkritischen Fluids erzielt und aufrechterhalten werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargelegt. Tabelle 8: Parameter der CA-Partikelherstellung, wobei die CO₂-Dichte verändert wurde.

Bsp.-Nr. CO₂-Dichte [g/ml] Volumenmittel [nm] Std. Abw. [nm] Zahlenmittel [nm] Std. Abw. [nm]

4(d) 0,628 617 339 125 69

4(e) 0,839 641 358 124 69

4(f) 0,485 631 332 151 80
Beispiele 4(g) bis 4(k) – Einfluss der Lösungsmittelkonzentration und der Konzentration des gelösten Stoffes auf die Partikelgröße:
Herstellung der Cholesterinacetat-Partikel (CA):
Die Beispiele 4(g) bis 4(k) wurden auf die gleiche Weise wie das Beispiel 3(a) hergestellt, abgesehen von den nachfolgenden Darlegungen. In den Beispielen 4(g) bis 4(k) wurden die Emulsionen 4(g) bis 4(k), wie in Tab. 9 dargelegt, hergestellt. Die CA-Konzentration und die EA-Konzentration wurden verändert, um die Wirkung der Lösungsmittelkonzentration und der Konzentration des gelösten Stoffes auf die Partikelgröße zu bestimmen. Die Emulsionen 4(g) bis 4(k) wurden unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen Microfluidizers (Typ M110L) mit einem Druck von 14,5 kpsi mit 3 Durchgängen homogenisiert. PVA wurde mit einer Konzentration von 0,5% w/w Wasser zugegeben. In den Beispielen 4(g) bis 4(k) wurden die entsprechenden Emulsionen 4(g) bis 4(k) verwendet.
Analyse der Cholesterinacetat-Partikel (CA):

Die Größe der CA-Partikel der Beispiele 4(g) bis 4(k) sind in Tab. 9 aufgeführt. 14(a), 14(b) und 14(c) sind multidimensionale Auftragungen der (mittleren oder gemittelten) Partikelvolumengröße (in Nanometer) gegen die Konzentration (in Prozent w/w Gesamt) von CA und EA der Beispiele 4(g) bis 4(k). Tab. 9: Konzentration der Bestandteile der Beispiele 4(g) bis 4(k).

Bsp.-Nr.	Cholesterinacetat (w/w EA)	EA % (w/w Gesamt)	Volumenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]	Zahlenmittel [nm]	Std. Abw. [nm]
4(g)	2	20	315	78	249	61
4(h)	3	30	404	167	176	72
4(i)	1	30	253	55	210	46
4(j)	3	10	179	73	88	36
4(k)	1	10	177	95	52	28

Beispiel 5
Herstellung der Tripalmitin-Emulsion:
In Beispiel 5(a) wurden 5% w/w Tripalmitin (Lipid) in 20,0 g Chloroform gelöst. 5% w/w Phosphatidylcholin wurden als Tensid eingesetzt und in Chloroform gelöst. Die Tripalmitinlösung wurde anschließend in 180,0 g Wassergegeben, welches 0,25 g Natriumglycocholat enthielt, um eine Mischung zu bilden. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Dispergators bei 5000 U/min mit einem Durchgang bei 500 bar und anschließend unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen Microfluidizers (Typ M110L) bei einem Druck von 1300 bar mit 3 Durchgängen homogenisiert, um die Emulsion 5(a) zu bilden.
Herstellung der Tripalmitin-Partikel:
Die Emulsion 5(a) wurde im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie in den vorhergehenden Beispielen verarbeitet. Der Betriebsdruck betrug 80 bar und die Betriebstemperatur 35°C. Die Flussrate des Kohlendioxids betrug 1 ml/min.
Analyse der Tripalmitin-Partikel:
Die Partikel wurden im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie in den vorhergehenden Beispielen hergestellt, isoliert und analysiert. Die Ergebnisse sind in Tab. 10 aufgeführt. 15 ist eine REM-Aufnahme von CA-Nanopartikeln, die in Beispiel 5(a) hergestellt wurden. 16 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Zahlenmittels von Tripalmitin-Partikeln, die in Beispiel 5(a) hergestellt wurden. 17 ist eine Auftragung der Größenverteilung des Volumenmittels dieser Partikel. Die 16 und 17 zeigen, dass sowohl die Verteilung des Zahlenmittels als auch die des Volumenmittels in einem Bereich liegen, der kleiner als 50 nm ist. Tab. 10: Ergebnisse der Tripalmitin-Partikelherstellung.

Bsp.-Nr. Volumenmittel [nm] Std. Abw. [nm] Zahlenmittel [nm] Std. Abw. [nm]

5(a) 39,6 31,5 20,4 16,3
Die hierin beschriebenen Prozesse und Ausführungsformen sind Beispiele für Strukturen, Systeme und Verfahren, die Elemente aufweisen, die den Elementen der Erfindung entsprechen, die in den Ansprüchen wiedergegeben ist. Diese schriftliche Beschreibung wird Fachleuten das Nacharbeiten und das Verwenden von Ausführungsformen mit alternativen Elementen ermöglichen, die jenen Elementen der Erfindung, die den Ansprüchen wiedergegeben ist, entsprechen. Der Schutzbereich der Erfindung umfasst dementsprechend weitere Strukturen, Systeme und Verfahren, die sich nicht vom Wortsinn der Ansprüche unterscheiden und umfasst des Weiteren andere Strukturen, Systeme und Verfahren, die sich unwesentlich vom Wortsinn der Ansprüche unterscheiden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Partikeln, umfassend das in Kontaktbringen einer Emulsion mit einem überkritischen Fluid, wobei die Emulsion eine kontinuierliche wässrige Phase und eine diskontinuierliche Phase aufweist und die diskontinuierliche Phase ein organisches Lösungsmittel mit einem darin gelösten Stoff umfasst, der gelöste Stoff in der kontinuierlichen Phase unlöslich ist und das Lösungsmittel in der diskontinuierlichen Phase in dem überkritischen Fluid löslich ist; und das Extrahieren des Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase der Emulsion in das überkritische Fluid, wodurch der gelöste Stoff gefällt wird, so dass suspendierte Partikel des gelösten Stoffes in der kontinuierlichen Phase erhalten werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Phase ein unpolares Lösungsmittel und die kontinuierliche Phase Wasser ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gelöste Stoff ein biologisch aktives Material oder ein Arzneimittel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gelöste Stoff ein Polymer umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein biologisch abbaubares Polymer ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des gelösten Stoffes in der kontinuierlichen Phase durch ein kontinuierliches Verfahren suspendiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen mittleren Durchmesser von 0,1 Nanometer bis 1,0 Millimeter haben.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen mittleren Durchmesser von 0,1 Mikrometer bis 400 Mikrometer haben.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen mittleren Durchmesser von 1 Nanometer bis 500 Nanometer haben.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion zusätzlich ein Tensid umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische Fluid Kohlendioxid umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gelöste Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus medizinischen Wirkstoffen, Stoffen für die Ernährung, Proteinen, Peptiden, Alkaloiden, Alkyloiden, tierische und/oder pflanzliche Extrakten, Antigenen, Nukleinsäuren, Antibiotika, Vitaminen, Lipiden, Polymeren, Polymervorstufen, Pigmenten, Toxinen, Insektiziden, viralen Materialien, Diagnosehilfsmitteln, Agrochemikalien, Farbstoffen, Explosivstoffen, Farben, Kosmetika, Enzymen und Katalysatoren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel sphärisch sind.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Phase Wasser ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diskontinuierliche Phase ein unpolares Lösungsmittel oder ein partiell wasserlösliches organisches Lösungsmittel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, zusätzlich aufweisend einen Schritt des Auswählens einer Konzentration des gelösten Stoffes in dem Lösungsmittel, um die gewünschte Partikelgröße zu erhalten, wobei eine Steigerung der Konzentration des gelösten Stoffes zu einer Vergrößerung der Partikelgröße und eine Verringerung der Konzentration des gelösten Stoffes zu einer Verkleinerung der Partikelgröße führt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, zusätzlich aufweisend einen Schritt des Auswählens einer Konzentration der diskontinuierlichen Phase in der kontinuierlichen Phase, um die gewünschte Partikelgröße zu erhalten, wobei eine Steigerung der Konzentration der diskontinuierlichen Phase zu einer Vergrößerung der Partikelgröße und eine Verringerung der Konzentration der diskontinuierlichen Phase zu einer Verkleinerung der Partikelgröße führt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, zusätzlich aufweisend einen Schritt des Einspritzen der Emulsion in ein überkritisches Fluid, um Tröpfchen zu bilden, die Anteile an der kontinuierlichen und diskontinuierlichen Phase aufweisen, wobei die Partikel nachdem Schritt des Extrahierens des Lösungsmittels aus der diskontinuierlichen Phase in der kontinuierlichen Phase der Tröpfchen ausgefällt und suspendiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 18, zusätzlich aufweisend einen Schritt des Auswählens einer Tröpfchengröße der Emulsion, um eine gewünschte Partikelgröße zu erhalten, wobei eine Vergrößerung der Tröpfchengröße zu einer Steigerung der Partikelgröße und eine Verkleinerung der Tröpfchengröße zu einer Verringerung der Partikelgröße führt.
Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion so durch eine Düse gespritzt wird, dass die Emulsion in ein Volumen des überkritischen Fluids gesprüht wird, wobei die Düse eine Kapillardüse, eine Koaxialdüse oder eine Ultraschalldüse ist.
Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des in Kontaktbringens das Betreiben eines Mischers umfasst, um die Kontaktfläche zwischen den Emulsionströpfchen und dem überkritischen Fluid zu vergrößern, wobei der Mischer eine vibrierende Oberfläche oder ein Propellermischer ist, wodurch die Massentransferrate des Lösungsmittels aus den Emulsionströpfchen in das überkritische Fluid vergrößert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, zusätzlich aufweisend einen Schritt des Auswählens einer Tröpfchengröße der diskontinuierlichen Phase in der Emulsion, um eine gewünschte Partikelgröße zu erhalten, wobei eine Vergrößerung der Tröpfchen der diskontinuierlichen Phase zu einer Steigerung der Partikelgröße und eine Verkleinerung der Tröpfchen der diskontinuierlichen Phase zu einer Verringerung der Partikelgröße führt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des in Kontaktbringens das Pumpen der Emulsion und des überkritischen Fluids in eine Kammer umfasst und die Emulsion und das überkritische Fluid entlang einer Grenzfläche mit einer verringerten Oberfläche in Kontakt gebracht werden, wobei das Lösungsmittel aus der diskontinuierlichen Phase über die Grenzfläche in das überkritische Fluid extrahiert und das überkritische Fluid und das Lösungsmittel aus der Kammer entfernt werden, wobei das überkritische Fluid nicht durch die Emulsion hindurch geperlt wird, um das Lösungsmittel zu extrahieren.
Das Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bildens der Emulsion unter Verwendung eines Microfluidizers, eines Ultraschallgeräts, eines Dispergators, eines statischen Mischers, einer Kolloidmühle, einer Strahlmühlen, eines Turbinenmischers oder eines Verfahrens zur spontanen Emulsionsbildung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, zusätzlich aufweisend einen Schritt des Filterns der suspendierten Partikel, um einen konzentrierten Partikelkuchen zu bilden, und Gefriertrocknen des Kuchens, um trockene Partikel zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische Fluid in einem überkritischen Zustand ist und im Wesentlichen aus Kohlendioxid, Wasser, Trifluormethan, Stickstoffoxid, Dimethylether, linearem oder verzweigtem C1-C6-Alkan, Alken, Alkohol oder Kombinationen derselben besteht.