Nano Sprühtrockner

Nano Sprühtrockner funktionieren nach dem Prinzip von gängigen Sprühtrocknern, um Partikel im Nanobereich herzustellen. Sprühtrocknen ist zum Beispiel eine Methode, um Pulver mit definierter Partikelgröße aus Lösungen, Suspensionen und Emulsionen herauszustrennen. Die Sprühtrocknung findet breite Verwendung im Bereich der Pharma-, Lebensmittel-, Biotechnologie und Materialindustrie.

In der Vergangenheit war der Prozess limitiert auf eine Partikelgröße von mindestens 2 μm, also zwei Tausendstel Millimeter, die Ausbeuten betrugen im Maximum um 70 %, in der Industrie war die Mindestgröße 50 ml. Nun ist das Sprühtrocknen von Partikeln mit einer Größe von mindestens 300 Nanometer (nm) möglich, Ausbeuten bis zu 90 % sind die Regel, und die Probenmenge kann auf bis zu 1 ml reduziert werden. Diese neuen Möglichkeiten ergeben sich aufgrund neuer Technologien im Bereich des Sprühens, der Temperaturregelung und der Partikelabscheidung.

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1 Funktionen

Die Funktionsgrundlagen sind im Prinzip die gleichen wie bei der gängigen Sprühtrocknung. Es werden hier aber neue Technologien eingesetzt.

Bei der technischen Trocknung ist der Ablauf abhängig vom Material wie folgt: Die Heizung erzeugt einen kontinuierlichen Fluss des Gases bzw. des Lösungsmittels. Der Sprühkopf verteilt die Tropfen in einer Trocknungskammer. Die Tropfen trocknen und werden zu Partikeln. Die trockenen Partikel werden im elektrostatischen Abscheider vom Gas getrennt. Das Trocknungsgas wird durch einen Filter geleitet und verlässt es in die Umgebung oder eine zweite Kammer. Die Eingangstemperatur des Trocknungsgases wird von einem Temperaturregler gesteuert.

Aufgrund der kleinen Mindestmengen ist im Prinzip das Trocknen auch an der Umgebungsluft möglich, wodurch sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten ergeben.

2 Einsatzbereiche

2.1 Pharmabereich und Medizin

Diese neue Technik wird sehr häufig im Bereich der Medizin eingesetzt. Die kleinen Probenmengen und die sehr hohen Ausbeuten machen es ideal für den Einsatz bei der Sprühtrocknung von sehr teuren Materialien. Die nachfolgende Liste zeigt einige Beispiele von Anwendungen:

Desinfizieren und Schließen kleiner Wunden
Inhalierbare Medikamente für Trockenpulverinhalatoren (DPI‘s)
Nano- und Mikroverkapselung von Liposomen
Stabilisierung von Hitzeempfindlichen Impfstoffen, Insulin, Wachstumshormonen
Verkapselung von Medikamenten aus Nanopartikeln für hohe Bioverfügbarkeit
Nanokapseln von biologischabaubaren Polymeren (Lactid, Glykoside)
Poröse Medikamente Carrier für Nanopartikelsuspensionen
Arzneistoffträger für die Studien von kontrollierter Wirkstofffreigabe: Trehalose, Mannitol, Laktose, HPMC, PVA, Chitosan, Dextrin, PLGA, Stärke, Gelatine

2.2 Materialwissenschaften

Diese neue Technik eröffnet neue Möglichkeiten im Bereich der Materialwissenschaften, speziell im Bereich Nanotechnologie. Da es nun möglich ist, sehr feine Partikel durch Sprühtrockung zu produzieren. Die folgende Liste zeigt einige Beispiele aus dem Bereich der Materialwissenschaften:

Feine Metallpartikel für neue Katalysatoren
Feine magnetische Pulver
Kohlenstoffnanoröhren als Aditieve
Hochleistungs-Keramik mit neuen Strukturen und hohen spezifischen Oberflächen
Titanoxid Partikel
Agglomerate aus Nanosuspensionen
Siliciumoxid-Nanopartikelagglomerate
Feinste Pigmente für Farben und Beschichtungen

2.3 Lebensmittelindustrie

Auch im Bereich der Lebensmittelwissenschaften bietet diese Technik neue Möglichkeiten. Vor allem im boomenden Markt des Functional Food. Die nachfolgende Liste zeigt einige Beispiele aus dem Bereich der Lebensmittelindustrie:

Nano Lebensmittel – Funktionelle Zusatzstoffe
Verkapselung von Frucht Aromas, Düften, oder Parfüms
Sprühtrocknung von feinen Aromapulvern für Tiernahrung
Verkapselung von Fischöl zur Duftstoffmaskierung
Vitamine, Lebensmitteladitieve etc.

3 Sprühkopf

Eine der drei neuen Technologien, welche das Nano-Sprühtrocknen möglich machen, ist der Aufbau des Sprühkopf. Ein Piezosystem bringt eine mit präzisen, sehr feinen Löchern versehene Metallmembran zum Vibrieren. Die Vibration produziert feinste Tröpfchen mit einer sehr engen Größenverteilung.

4 Heizung

Der Gasfluss in diesem System ist laminar und nicht turbulent wie bei gängigen Sprühtrocknern. Der laminare Fluss entsteht dadurch, dass die Trocknungsluft z.B. durch einen porösen Metallschaum gedrückt wird.