Ультразвуковое диспергирование

Ультразвуковое  диспергирование - тонкое измельчение твердых веществ или жидкостей, с переходом веществ в дисперсное состояние с образованием золя¹ под действием ультразвуковых колебаний. При ультразвуковое диспергирование эффективнее традиционного механического измельчения.

 Ультразвуковые колебания соответствуют частотам от 16…20 кГц до 10⁸ Гц². Принцим возникновения: Если в сплошной среде – газах, жидкостях или твердых телах частицы среды окажутся выведенными из положения равновесия, то упругие силы, действующие на них со стороны других частиц, будут возвращать их в положение равновесия. При этом частицы будет совершать колебательное движение. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс. 
Для протекания ультразвукового диспергирования необходима кавитация. Кавитация - образование в жидкости пузырьков (каверн, полостей), заполненных паром, газом или их смесью. Жидкости устойчивы против сжатия и очень чувствительны к растягивающим условиям, поэтому во время разрежения в них образуется большое количество разрывов в местах, где их прочность ослаблена, например у посторонних твердых частиц. Эти полости, называются кавитационные пузырьки, которые резко захлопываются после перехода в область повышенного давления. При этом, в жидкости происходит разрушение поверхностей твёрдых тел, граничащих с кавитирующей жидкостью.

Интенсивность ультразвукового измельчения зависит от:

• кавитационной прочности жидкости;
• состояния поверхности твердой фазы;
• от характера и величины сил взаимодействия между отдельными частицами твердой фазы.

Для реализации диспергирования под действием ультразвуковых колебаний необходим источник ультразвукового излучения- УЗ преобразователь. УЗ преобразователь - это устройство, обеспечивающее преобразование подводимой энергии в энергию УЗ колебаний. Используют гидродинамические, электромеханические, магнитострикционные преобразователи.

1. Гидродинамические преобразователи обеспечивают преобразование энергии струи жидкости в энергию ультразвуковых колебаний. Их действие основано на генерировании ультразвуковых колебаний в жидкой среде, при взаимодействии вытекающей из сопла струи с препятствием определённой формы и размеров.
2. Электромеханические преобразователи –основанны на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. 
   Электромеханические преобразователи делятся на:

1) электромагнитные, с подвижным железным якорем, основанные на преобразовании  энергии электрического тока  в магнитном поле 

2) электродинамические  излучатели – основанные на преобразовании энергии электрического тока в магнитном поле; 
3) механические вибраторы – основаны на преобразование механической энергии одного вида (энергии вращения кривошипно-шатунных механизмов) в продольные колебания.

3. Магнитострикционные  преобразователи - обеспечивают преобразование энергии магнитного поля в механические колебания УЗ частоты. Магнитострикция – свойство некоторых материалов изменять свои размеры под действием сильного магнитного поля. Если магнитное поле непостоянно по величине и изменяется с определенной частотой, то с такой же частотой будут изменяться размеры тела, находящегося в этом поле. Изменение магнитного поля с ультразвуковой частотой вызывает ультразвук.   
Рабочие частоты импульсных источников до 100 кГц. Основным недостатком является необходимость водяного охлаждения, поскольку магнитострикционные материалы (никель, нержавеющая сталь) сильно нагреваются.

Применение  ультразвука в  фармации

В фармации ультразвук находит применение в экстракции, при  растворении, получении  эмульсий, суспензий, изготовлении микрогранул, стерилизации. При этом ультразвук непосредственно контактирует через жидкую фазу с молекулой ЛВ и может вызвать нарушение ее химической устойчивости.. С этой точки зрения ультразвуковые волны весьма специфичны. Одни препараты под их действием теряют свои свойства, другие остаются нейтральными, третьи, наоборот, становятся терапевтически более активными. Т.к. Большинство лекарственных веществ —имеют сложное строение, то во время прохождения ультразвука через такую молекулу ее легкая часть будет колебаться в резонансе с частотой волны, а тяжелая часть станет отставать. В результате возникнут зоны напряженности, значительные силы трения, превосходящие силы химической связи, произойдет разрыв цельной молекулы вещества..Например, аскорбиновая кислота в виде водных растворов, в сыворотке крови, окисляется. Более устойчивы витамины А, D2, B12. Инактивируются сахароза, трипсин. Фермент рибонуклеаза также подвергается изменению, однако биологические свойства его сохраняются. Спирты окисляются, крахмал распадается до декстрина,  молекулы углеводов (глюкозы, фруктозы, мальтозы, галактозы, сахарозы) — до более простых веществ. Замечено, что чем больше исходная молекулярная масса белка, тем быстрее и глубже идет процесс ультразвуковой деполимеризации. Многие антибиотики под влиянием ультразвука даже увеличивают свою антибактериальную активность: бензилпенициллин, стрептомицин, тетрациклин, мономицин и др.

Т.К. Ультразвуковое диспергирование - тонкое размельчение твердых веществ или жидкостей под воздействие УЗ, то мы разберем процесс получения суспензий и эмульсий методом диспергирования.

получение суспензий методам  диспергирования.

Суспензия — это жидкая лекарственная форма, представляющая собой кинетически неустойчивую грубодисперсную систему, где дисперсионная среда — жидкость (вода, спирт, масла), а дисперсная фаза — тонкие дисперсии твердых частиц лекарственных веществ размером не менее 10³ нм

При измельчение с помощью ультразвука частицы разрушаются независимо от их размера и плотности. Они разрываются под действием частотных колебаний и микроударного действия ультразвуковой кавитации. С помощью ультразвука были получены диспергированный уголь, концентрированные золи-суспензии: серы, фенилсалицилата, пентоксила, цинка, ртути, 0,25%-ный микродисперсный золь золота, применяется при лечении хронического суставного ревматизма и туберкулеза. Адреналин, диспергированный в масле с помощью ультразвука, обладает пролонгированным действием, что позволяет улучшить состояние больного при астме. Возможно использование диспергирующего действия ультразвука для измельчения мясистых органов и тканей растительного и животного происхождения, например листьев алоэ, для очистки плодов, фруктов, ягод, растительной мезги для измельчения мелких растительных клеток (хлореллы, спор, пыльцы), а также для экстракции некоторых гормональных препаратов из животного сырья, когда требуется тонкая гомогенизация. Особого внимания заслуживает применение ультразвука при обработке бентонитов. В медицинской и фармацевтической практике в качестве вспомогательных материалов широко применяются глинистые минералы. В небольших концентрациях они образуют устойчивые суспензии, дают возможность при высыхании получать прочные, проницаемые для газов и влаги, обладающие высокой адсорбционной способностью легкосмываемые пленки для нанесения на раны. Физико-механические свойства этих пленок легко могут быть изменены, что дает возможность получать препараты с заданными свойствами. Кроме того, их применение экономически выгодно, так как они дешевы и доступны. Традиционно применяемые вещества (глицерин, свиной жир, крахмал, мука, ликоподий и т.д.), входящие в состав некоторых эмульсионных и гидрофильных мазевых основ, линиментов, таблеток, пилюль, гранул, лечебных зубных паст, могут быть с успехом заменены глинистыми минералами при сохранении высокого качества лекарств. Озвучивание бентонитов позволяет в 20—30 раз увеличить их стабильность по отношению к коагулирующему действию электролитов, что в свою очередь дает возможность расширить рецептуру суспензий, сухих мазей-концентратов.

Получение эмульсий

Эмульсии — однородная по внешнему виду лекарственная форма, состоящая из взаимно нерастворимых тонко диспергированных жидкостей, предназначенная для внутреннего, наружного или парентерального применения.

Одной из основных технологических  стадий в процессе изготовления эмульсий является перемешивание или диспергирование. Получение эмульсии — довольно трудоемкая операция, которая  заключается в равномерном распределении одной жидкости в другой. Ультразвук позволяет получить эмульсии с широким диапазоном дисперсности эмульгируемых частиц из жидкостей и веществ, которые не поддаются эмульгированию.. Получаемые ультразвуком эмульсии достаточно устойчивы при длительном хранении.  
С помощью ультразвука были получены эмульсии фтороуглеродов в синтетическом кровезаменителе, эмульсии касторового, вазелинового масел, для внутреннего употребления рыбьего жира, эмульсии стрептоцидовая, синтомициновая, нафталанской нефти, лечебных грязей и другие, предназначенные для наружного применения.

Т.О. Ультразвук в настоящее  время широко используется в фармацевтической промышленности в процессах растворения, эмульгирования, экстракции, диспергирования.

Спасибо за внимание!