Innan Ibuprofen kan lindra din huvudvärk, det måste lösas upp i ditt blodomlopp. Problemet är ibuprofen, i sin ursprungliga form, är inte särskilt lösligt. Den är stel, kristallina strukturer – molekylerna är uppradade som soldater vid namnupprop – gör det svårt att lösas upp i blodomloppet. För att övervinna detta, tillverkare använder kemiska tillsatser för att öka lösligheten av Ibuprofen och många andra läkemedel, men dessa tillsatser ökar också kostnaden och komplexiteten.
Nyckeln till att göra droger mer lösliga i sig är att inte ge de molekylära soldaterna tid att falla in i deras kristallina strukturer, gör partikeln ostrukturerad eller amorf.
Forskare från Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) har utvecklat ett nytt system som kan producera stabila, amorfa nanopartiklar i stora mängder som löser sig snabbt.
Men det är inte allt. Systemet är så effektivt att det kan producera amorfa nanopartiklar från en mängd olika material, inklusive för första gången, oorganiska material med hög benägenhet för kristallisation, såsom bordssalt.
Dessa ostrukturerade, oorganiska nanopartiklar har olika elektroniska, magnetiska och optiska egenskaper från deras kristalliserade motsvarigheter, vilket kan leda till tillämpningar inom områden som sträcker sig från materialteknik till optik.
David A. Weitz, Mallinckrodt professor i fysik och tillämpad fysik och en associerad fakultetsmedlem vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard, beskriver forskningen i en artikel som publicerades idag i Vetenskap .
"Det här är ett förvånansvärt enkelt sätt att göra amorfa nanopartiklar från nästan vilket material som helst, ", sade Weitz. "Det bör tillåta oss att snabbt och enkelt utforska egenskaperna hos dessa material. Dessutom, det kan vara ett enkelt sätt att göra många droger mycket mer användbara."
Tekniken går ut på att först lösa ämnena i bra lösningsmedel, som vatten eller alkohol. Vätskan pumpas sedan in i en nebulisator, där tryckluft som rör sig dubbla ljudets hastighet sprejar vätskedroppar ut genom mycket smala kanaler. Det är som en sprayburk på steroider. Dropparna är helt torkade mellan en till tre mikrosekunder från det att de sprayas, lämnar efter sig den amorfa nanopartikeln.
I början, den amorfa strukturen av nanopartiklarna var förbryllande, sa Esther Amstad, en före detta postdoktor i Weitz labb och nuvarande biträdande professor vid EPFL i Schweiz. Amstad är tidningens första författare. Sedan, teamet insåg att nebulisatorns överljudshastighet fick dropparna att avdunsta mycket snabbare än väntat.
"Om du är blöt, vattnet kommer att avdunsta snabbare när du står i vinden, sa Amstad. Ju starkare vinden, desto snabbare kommer vätskan att avdunsta. En liknande princip är verksam här. Denna snabba avdunstningshastighet leder också till accelererad kylning. Precis som avdunstningen av svett kyler kroppen, här gör den mycket höga avdunstningen att temperaturen sjunker mycket snabbt, vilket i sin tur saktar ner molekylernas rörelse, fördröja bildandet av kristaller."
Dessa faktorer förhindrar kristallisering i nanopartiklar, även i material som är mycket benägna att kristallisera, såsom bordssalt. De amorfa nanopartiklarna är exceptionellt stabila mot kristallisation, varar i minst sju månader i rumstemperatur.
Nästa steg, Amstad sa:är att karakterisera egenskaperna hos dessa nya oorganiska amorfa nanopartiklar och utforska potentiella tillämpningar.
"Detta system erbjuder exceptionellt bra kontroll över kompositionen, strukturera, och storleken på partiklarna, möjliggör bildandet av nya material, ", sa Amstad. " Det tillåter oss att se och manipulera de mycket tidiga stadierna av kristallisering av material med hög rumslig och tidsmässig upplösning, vars brist hade förhindrat en fördjupad studie av några av de vanligaste oorganiska biomaterialen. Dessa system öppnar dörren till att förstå och skapa nya material."
