prof. nzw. dr hab. inż. Tomasz Ciach
 
dr inż. Beata Butruk-Raszeja
 
mgr inż. Magdalena Janczewska
 
mgr inż. Katarzyna Każmierska
 
mgr inż. Kamil Kopeć
 
mgr inż. Piotr Kowalczyk
 
dr inż. Martyna Kucharska
 
mgr inż. Aleksandra Kulikowska
 
mgr inż. Aleksandra Kuźmińska
 
mgr inż. Ilona Łojszczyk
 
mgr inż. Aleksandra Mościcka-Studzińska
 
mgr inż. Rafał Podgórski
 
mgr inż. Aleksandra Poniatowska
 
mgr inż. Agata Stefanek
 
mgr inż. Paulina Trzaskowska
 
mgr inż. Maciej Trzaskowski
 
mgr inż. Iga Wasiak
 
mgr inż. Michał Wojasiński
 

 

Start arrow Projekty arrow Cząstki w medycynie i farmacji arrow Atomizacja Elektro Hydro Dynamiczna
Atomizacja Elektro Hydro Dynamiczna

Zjawisko zmiany kształtu kropli cieczy pod wpływem silnego pola elektrycznego, prowadzącej aż do rozpylenia cieczy, znane jest od wieków. Zostało ono po raz pierwszy opisane przez Wiliama Gilberta w 1600 roku w dziele De Magnete. Obecnie definiujemy zjawisko rozpylania elektrostatycznego jako takie, kiedy pole elektryczne jest jedynym czynnikiem powodującym deformację kropli cieczy i jej rozpylenie na drobne cząstki. Obecnie w celu uniknięcia pomyłek z innymi metodami rozpylania, w których występuje wysokie napięcie, technikę te nazywamy Atomizacją Elektro Hydro Dynamiczną (EHDA, Electro Hydro Dynamic Atomization). Jeśli jako rozpylaną ciecz zastosujemy roztwór substancji stałej, po odparowaniu kropel otrzymujemy cząstki o rozmiarach od kilku nanometrów - nanocząstki; do kilkudziesięciu mikrometrów. W przypadku zastosowania roztworu substancji o własnościach włóknotwórczych otrzymujemy włókna o średnicy od kilku nanometrów - nanowłókna, do kilkudziesięciu mikrometrów średnicy. Proces produkcji włókien nazywamy elektroprzędzeniem, electrospinning.

Proces rozpylania cieczy oraz otrzymane cząstki, zdjęcia pochodzą z publikacji: Microencapsulation of drugs by electro-hydro-dynamic atomization, International Journal of Pharmaceutics, Elsevier Science.

Rozszerzenie opisu:

Proces atomizacji elektro hydro dynamicznej posiada kilka ważnych cech, co czyni go obiektem licznych prac badawczych. Otrzymywane kropelki cieczy są bardzo małe, przez co po odparowaniu rozpuszczalnika możemy produkować cząsteczki o średnicach poniżej 100 nanometrów powszechnie znane jako nanocząstki . Ze względu na fakt, iż nanocząstki przejawiają nowe interesujące właściwości materii są obecnie intensywnie badane. Możliwość rozpylania roztworów na kropelki nano metrowych rozmiarów pozwoliła na zastosowanie EHDA w spektrometrii masowej do rozpylania roztworów białek tak by pojedyncze krople zawierały pojedyncze molekuły analizowanej substancji. Przy tym EHDA umożliwia produkcję kropel o średnicach do setek mikrometrów czy nawet milimetrów. Przy zachowaniu pewnych reguł produkowane cząstki mają bardzo wąski rozkład średnic, odchylenie standardowe wynosi około 1,15.

Badane jest obecnie zastosowanie takich monodyspersyjnych cząstek do podawania leków na drodze inhalacji oraz w diagnostyce medycznej. Prowadzone są też prace nad zastosowaniem tak otrzymanych cząstek do kontrolowanego uwalniania oraz podawania leków innymi drogami. EHDA pozwala ponadto produkować cząstki o złożonej strukturze, porowate, puste w środku czy wielowarstwowe. Inne zalety EHDA to fakt posiadania silnego ładunku elektrycznego zapobiegającego koagulacji cząstek oraz prostota samej metody. Niestety opisywana technika posiada też i wady. Przede wszystkim to stosunkowo mały wydatek rozpylania, zwykle są to pojedyncze mililitry na godzinę na jedną dyszę. Problematyczne jest stosowanie EHDA do rozpylania wody i roztworów wodnych ze względu na wysoką przewodność i wysokie napięcie powierzchniowe. Wymagane do rozpylania wody natężenie pola jest tak wysokie, że powoduje lokalną jonizację gazu wokół wierzchołka stożka i wyładowanie koronowe. Rozwiązaniem jest zastosowanie atmosfery ochronnej, na przykład z CO2. Generalnie rozpylane ciecze powinny mieć przewodność mieszczącą się w przedziale od 10-9 S/m do 10-5 S/m. Wadą procesu EHDA jest też silny ładunek elektryczny kropel. Może on prowadzić do ich dezintegracji. Podczas parowania maleje średnica kropli, gdy ładunek elektryczny pozostaje stały. W pewnym momencie siły odpychania się jednoimiennych ładunków elektrycznych mogą przekroczyć siły spójności – napięcia powierzchniowego i z powierzchni cząstki odrywa się mała kropelka cieczy. Z tego względu w przypadku otrzymywania cząstek na drodze odparowania roztworu konieczna jest ich neutralizacja. Zwykle stosuje się w tym celu wyładowanie koronowe o potencjale przeciwnym do elektrody rozpylającej ciecz. EHDA jest również stosowane do otrzymywania cienkich i równomiernych powłok z różnych materiałów, stosowane są one na przykład do celów katalitycznych.

Więcej informacji można znaleźć w poniższych plikach:

Publikacje:

  • Ciach T., Application of Electro Hydro Dynamic Atomization in Drug Delivery, Journal of Drug Delivery Science and Technology, vol. 17, No 6, p. 367-375, 2007.
  • Ciach T., Microencapsulation of drugs by electro-hydro-dynamic atomization, International Journal of Pharmaceutics, 324, 51-55, 2006.
  • Ciach T., Otrzymywanie cząstek do kontrolowanego uwalniania leków, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, Vol 25, 795-801, 2004.
  • Ciach T., Diaz L., Ijsel E., Marijnissen J., Application of electro hydro dynamic atomization in the production of engineered drug particles, rozdział w ksoążce: Optimization of Aerosol Drug Delivery, Kluwer Academic Publishers 2003.
  • Ciach T., Geerse K.B., Marijnissen J.C.M., Chapter in the book: Nanostructured materials, Application of electrospray in nanoparticle production, edited by P. Knauth, J. Shoonman, Kluwer Academic Publishers, 2002.
  • Ciach T., Marijnissen J., Electro-hydro-dynamic atomisation of polymers, J. Aerosol Sci., vol. 32, S1003, 2001.
  • Ciach T., Wang J., Marijnissen J., Production of protein loaded microparticles by EHDA, J. Aerosol Sci., vol. 32, s1, 1001, 2001.

 

 
następny artykuł »