Ультразвуковое диспергирование
При воздействии ультразвуковых волн на жидкость возникает явление кавитации, заключающееся в следующем: ультразвуковые волны обладают собственным давлением на жидкость, которое накладывается на постоянное гидростатическое давление, определяемое, как известно, высотой столба жидкости и давлением газа над поверхностью этой жидкости. Если в жидкости распространяется ультразвуковая волна, оказывающая давление 1 атм., то в моменты сжатия суммарное давление в жидкости будет равно 2 атм. В фазе же разрежения давление ультразвука противодействует атмосферному давлению и общее давление в жидкости будет равно нулю. При амплитуде давления ультразвука выше 1 атм., например при 2 атм., в момент сжатия на жидкость будет действовать давление 3 атм., а в момент разрежения – растягивающие силы, равные 1 атм. Жидкости устойчивы против сжатия и очень чувствительны к растягивающим условиям, поэтому в момент разрежения в них образуется большое количество разрывов в местах, где их прочность ослаблена, например у посторонних твердых частиц. Эти маленькие полости, называемые кавитационными пузырьками, сохраняются различное время, после чего «захлопываются». Во время «захлопываний» развивается местное давление, достигающее сотен атмосфер и приводящее к разрушению твердых тел, находящихся вблизи пузырька. Явление ультразвуковой кавитации используется для получения эмульсий и суспензий, причем настолько высокодисперсных, что их можно вводить внутривенно. Кроме того, озвученные эмульсии и суспензии получаются стерильными, так как кавитация влечет за собой разрыв тел микроорганизмов и их спор.
Ультразвуковая кавитация достигается с помощью механических и электромеханических излучателей.
Механические излучатели. Для получения в жидкости мощного ультразвука применяют жидкостные свистки, в которых пучки ультразвука создаются колебаниями пластинки 2, возникающими под действием струи жидкости, выходящей под давлением из сопла 1 и разбивающейся о край пластинки. Жидкостный свисток работает в диапазоне от 400 до 30 000 Гц и обладает полезной мощностью в несколько десятков ватт.
Рис. 10. Схема получения эмульсии с помощью жидкостного свистка
Для получения эмульсий жидкостный свисток используется следующим образом. Установка состоит из ванны 1, с налитой в нее одной жидкостью и свистка 2, через который под давлением с помощью насоса из бака 3 прогоняют другую жидкость, эмульсию которой хотят получить. При этом создаются особо благоприятные условия и процесс образования эмульсии идет очень быстро. Например, 50 л эмульсии масла в воде можно получить меньше чем за 1 мин. С целью достижения более высокой дисперсности эмульсию можно еще раз пропустить через свисток. Механические излучатели очень просты по устройству и надежны в работе, но не позволяют получать ультразвуки большой частоты.
Электромеханические излучатели. Из электромеханических излучателей для типа суспензий и эмульсий в промышленных условиях более перспективны магнитострикционные излучатели. Магнитострикция – свойство некоторых материалов (например, никеля) менять свои размеры под действием сильного магнитного поля. Если магнитное поле непостоянно по величине и меняется с определенной частотой, то с такой же частотой будут изменяться размеры тела, находящегося в этом поле. Изменяя магнитное поле с частотой слышимых звуков (например, 10 кГц), можно заставить это тело колебаться с частотой слышимых звуков и, следовательно, получать слышимый звук. Изменение же магнитного поля с ультразвуковой частотой (например, 100 кГц) вызывает ультразвук.
Магнитострикционные излучатели обычно имеют вид сплошного или полого стержня с обмоткой, которую питает ток необходимой частоты. Материалами для стержня могут служить никель, нержавеющая сталь и некоторые сплавы (пермаллой, пермендюр и др.). Мощность излучения магнитострикционного излучателя зависит от мощности тока, проходящего по обмотке излучателя. В промышленных установках обычно находится несколько более крупных стержней. В жидкой среде ультразвуковые колебания образуются простым отпусканием магнитострикционного излучателя в жидкость.
А дальше технологический процесс идет как у растворов для парентерального применения.
Примеры суспензий и эмульсий для парентерального введения
Интралипид – 10 и 20% эмульсия соевого масла. Это молокообразная жидкость, содержащая незаменимые жирные кислоты: линоленовая, линолевая кислоты, лецитин яичного желтка (эмульгатор) и глицерол (осмотический корректор). Скорость вливания в первые 10 мин – 10 кап/мин, в последующий 10-30 мин – 20 кап/мин, далее – 60-70 кап/мин. Общая доза – 1-2 г/кг/сут. Инфузия 500 мл препарата продолжается 4-5 ч. Изоосмолярность позволяет инфузировать его в периферические вены. Хорошо сочетается с растворами аминокислот. Препарат показан во всех случаях, когда необходимо обеспечить высокий калораж при ограничении общего объёма инфузии, а также в качестве необходимого дополнения к углеводному питанию. Противопоказан он у больных в терминальном состоянии и шоке, в раннем послеоперационном и постреанимационном периодах, при гиперлипемии, диабетической коме, нефротическом синдроме, печеночной недостаточности, тромбоэмболических осложнениях (для предупреждения последних во флакон вводится гепарин – 1 ЕД на 1 мл р-ра). Энергетическая ценность 10% р-ра – 1100 ккал/л; 20% р-ра – 2200 ккал/л.
Группу жировых эмульсий, приготовленных из хлопкового масла, представляют липофундин 10% (Финляндия), липомул 15% (США), липофундин 15%(Германия) и липифизан 15% (Франция). По физико-химическим и биологическим свойствам эти препараты близки к интралипиду, но значительно отличаются от последнего более выраженной реактогенностью и нежелательным воздействием на кровообращение и дыхание. Поэтому в последние годы почти все новые жировые эмульсии создаются на основе соевого масла. Это липофундин-С 20% и эмульсан – 10 и 20% (Финляндия), венолипид (Япония),липофундин-“S” 10 и 20% (Германия), инфузолипол(Россия). На основе сафлорового масла разработан 20% липозин (США).
Примером суспензий для парентерального введения может быть, гидрокортизон, люкрин депа, дифферин, бусерелин депо и др.