Wissenschaftler entwickeln effiziente Sprühtechnik für bioaktive Materialien

Jun 29, 2023

Rutgers-Wissenschaftler haben eine hochpräzise Methode zur Herstellung von Beschichtungen aus biologisch aktiven Materialien für eine Vielzahl medizinischer Produkte entwickelt. Eine solche Technik könnte den Weg für eine neue Ära transdermaler Medikamente ebnen, einschließlich spritzfreier Impfungen, sagten die Forscher.

Schreiben in Nature Communications, Forscherbeschrieb einen neuen Ansatz hin zur Elektrospray-Abscheidung, einem industriellen Sprühbeschichtungsverfahren. Im Wesentlichen entwickelten die Rutgers-Wissenschaftler eine Möglichkeit, den Zielbereich innerhalb einer Sprühzone sowie die elektrischen Eigenschaften der abgelagerten mikroskopischen Partikel besser zu kontrollieren. Die bessere Beherrschung dieser beiden Eigenschaften bedeutet, dass wahrscheinlich mehr Spray sein mikroskopisches Ziel trifft.

Bei der Elektrospray-Abscheidung legen Hersteller eine Hochspannung an eine fließende Flüssigkeit, beispielsweise ein Biopharmazeutikum, an und wandeln diese in feine Partikel um. Jedes dieser Tröpfchen verdampft auf seinem Weg zu einem Zielbereich und scheidet einen festen Niederschlag aus der ursprünglichen Lösung ab.

„Während viele Leute die Elektrospray-Abscheidung für eine effiziente Methode halten, funktioniert ihre Anwendung normalerweise nicht bei Zielen, die kleiner als das Spray sind, wie etwa die Mikronadelanordnungen in transdermalen Pflastern“, sagte Jonathan Singer, außerordentlicher Professor an der Abteilung für Mechanik und Luft- und Raumfahrttechnik an der Rutgers School of Engineering und Autor der Studie. „Heutige Methoden erreichen nur einen Wirkungsgrad von etwa 40 Prozent. Durch die fortschrittlichen technischen Techniken, die wir entwickelt haben, können wir jedoch Wirkungsgrade erzielen, die statistisch nicht von 100 Prozent zu unterscheiden sind.“

Beschichtungen werden für eine Vielzahl medizinischer Anwendungen immer wichtiger. Sie werden bei in den Körper implantierten medizinischen Geräten wie Stents, Defibrillatoren und Herzschrittmachern eingesetzt. Und sie werden immer häufiger in neuen Produkten mit biologischen Wirkstoffen eingesetzt, beispielsweise in transdermalen Pflastern.

Fortschrittliche biologische oder „bioaktive“ Materialien – wie Medikamente und Impfstoffe – können kostspielig in der Herstellung sein, insbesondere wenn Material verschwendet wird, was die Fähigkeit eines Patienten, eine bestimmte Behandlung zu erhalten, erheblich einschränken kann.

„Wir wollten prüfen, ob die Elektrospray-Abscheidung, eine bewährte Methode für die analytische Chemie, zu einem effizienten Ansatz zur Herstellung biomedizinisch aktiver Beschichtungen werden könnte“, sagte Singer.

Höhere Wirkungsgrade könnten der Schlüssel dazu sein, die Elektrospray-Abscheidung für die Herstellung medizinischer Geräte unter Verwendung bioaktiver Materialien attraktiver zu machen, sagten Forscher.

„Die Möglichkeit, mit 100-prozentiger Effizienz abzuscheiden, bedeutet, dass kein Material verschwendet wird, sodass Geräte oder Impfstoffe auf diese Weise beschichtet werden können“, sagte Sarah Park, Doktorandin am Department of Materials Science and Engineering und Erstautorin von das Papier. „Wir gehen davon aus, dass zukünftige Arbeiten die Palette kompatibler Materialien und die Materialabgaberate dieses hocheffizienten Ansatzes erweitern werden.“

Darüber hinaus wird die neue Elektrospray-Abscheidungstechnik im Gegensatz zu anderen in der Fertigung verwendeten Beschichtungstechniken wie Tauchbeschichtung und Tintenstrahldruck als „Fernfeld“ bezeichnet, was bedeutet, dass keine hochpräzise Positionierung der Sprühquelle erforderlich ist, sagten die Forscher . Dadurch wäre die für den Einsatz der Technik in der Massenfertigung erforderliche Ausrüstung erschwinglicher und einfacher zu konstruieren.

Zu den weiteren Rutgers-Wissenschaftlern an der Studie gehörten die Professoren Jerry Shan und Hao Lin, die ehemaligen Doktoranden Lin Lei (jetzt an der Chongqing Jiaotong University) und Emran Lallow (jetzt bei GeneOne Life Science, Inc.) sowie der ehemalige Student Darrel D'Souza der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik; und die Professoren David Shreiber und Jeffrey Zahn, die Doktorandin Maria Atzampou und die ehemalige Doktorandin Emily DiMartini, alle vom Department of Biomedical Engineering. Diese Arbeit wurde von GeneOne Life Science, Inc. unterstützt.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der Rutgers University veröffentlicht