Separation and fractionation of nanoparticles in solutions by membranes

Las interesantes propiedades dependientes de la forma y tamaño de las nanopartículas han conseguido llamar la atención recientemente en muchas áreas científicas y de ingeniería. Hoy en día, las nanopartículas tienen una amplia gama de aplicaciones en el campo de purificación de agua. Cuando se usan nanopartículas para eliminar contaminantes y purificar el agua, dichos contaminantes y nanopartículas deben eliminarse de la corriente purificada. Por esta razón es importante desarrollar un método de separación y purificación selectiva según el tamaño de la nanopartícula. Las técnicas de filtración tienen la ventaja de que son fáciles, rápidas y verdes. Esta tesis presenta nuevos enfoques para el uso de membranas de ultrafiltración para la separación y purificación de las nanopartículas mediante técnicas de filtración sin salida y de flujo cruzado. Se ha evaluado una membrana cerámica comercial para el fraccionamiento y separación de nanopartículas se plata y sílice. Con el fin de estudiar los aspectos del proceso de filtración, se sintetizaron nanopartículas de plata y de sílice. Las nanopartículas y la solución antes y después de la filtración se caracterizaron por microscopía electrónica de barrido (SEM), TEM para revelar su formación y correspondientes morfologías, dispersión de luz dinámica (DLS) para la distribución de la partícula en función de tamaño, Radwag para la concentración y finalmente una espectroscopía de luz ultravioleta visible (UV-vis) para detectar los distintos espectros de las nanopartículas de plata producidas

Aerosoles biocompatibles a partir de polvo seco: Nuevo enfoque en el suministro de fármacos por vía inhalatoria. Biocompatible aerosols from dry powder: A new approach in inhaled drugs delivery.

La vía pulmonar ha demostrado ser una vía de administración muy prometedora para la administración directa y localizada de fármacos en los pulmones. El sistema respiratorio posee un epitelio alveolar con gran superficie, alta permeabilidad, actividad enzimática baja y ausencia de efecto de primer paso hepático. Todo ello permite un aumento de la biodisponibilidad del fármaco en los pulmones, con la consiguiente reducción de la dosis total empleada en comparación con otras vías de administración (oral o intravenosa) y, por tanto, una disminución de los efectos adversos derivados de la medicación. Sin embargo, el problema principal que presenta esta vía de administración es que, para lograr una concentración adecuada de fármaco en los pulmones se requiere una formulación que pueda ser aerosolizada de forma eficiente. Al mismo tiempo que un sistema de inhalación que produzca un aerosol útil del fármaco con un tamaño de partícula adecuado a la región del sistema respiratorio que se quiera alcanzar. Todo esto, sigue representando un desafío considerable, hasta el punto de que hoy en día no está resuelto el diseño de formulaciones biocompatibles, ni de dispositivos de inhalación para la administración eficaz de fármacos en fase aerosol.Recientemente, nuestro grupo ha patentado una novedosa tecnología que permite el suministro de aerosoles de partículas biocompatibles y biodegradables a partir de material en polvo seco susceptibles de ser empelados como vectores para la administración de fármacos y biomoléculas por vía pulmonar. Desarrollar formulaciones y procedimientos que permitan hacer realidad ese escenario es el objetivo central de esta tesis. En esta Tesis Doctoral se han desarrollado micropartículas basadas en polímeros naturales biodegradables para la liberación localizada y directa de antibióticos en el sistema pulmonar. Las micropartículas desarrolladas se han obtenido en forma de polvo seco con un tamaño ≤ 5 µm, que se considera adecuado para administración por vía inhalatoria. Su potencial para la aplicación como terapia inhalatoria se ha evaluado mediante la realización de experimentos de generación de aerosoles particulados. <br /

Tuning alginate microparticle size via atomization of non-Newtonian fluids

This article belongs to the Special Issue Advanced Polymeric Biomaterials: Preparation, Characterization and Applications (Second Volume).A new approach based on the atomization of non-Newtonian fluids has been proposed to produce microparticles for a potential inhalation route. In particular, different solutions of alginate were atomized on baths of different crosslinkers, piperazine and barium chloride, obtaining microparticles around 5 and 40 microns, respectively. These results were explained as a consequence of the different viscoelastic properties, since oscillatory analysis indicated that the formed hydrogel beads with barium chloride had a higher storage modulus (1000 Pa) than the piperazine ones (20 Pa). Pressure ratio (polymer solution-air) was identified as a key factor, and it should be from 0.85 to 1.00 to ensure a successful atomization, obtaining the smallest particle size at intermediate pressures. Finally, a numerical study based on dimensionless numbers was performed to predict particle size depending on the conditions. These results highlight that it is possible to control the microparticles size by modifying either the viscoelasticity of the hydrogel or the experimental conditions of atomization. Some experimental conditions (using piperazine) reduce the particle size up to 5 microns and therefore allow their use by aerosol inhalation.This research was funded by the Spanish Ministry of Science, Grant No. PID2019-108994RB-I00” and “The APC was funded by Universidad de Salamanca”. B.A. was funded by mobility aids from CIBER-BBN and Ibercaja, and by Aragon’s Government (DGA) for predoctoral fellowship.Peer reviewe

Engineering alginate-based dry powder microparticles to a size suitable for the direct pulmonary delivery of antibiotics

The inhaled route is regarded as one of the most promising strategies as a treatment against pulmonary infections. However, the delivery of drugs in a dry powder form remains challenging. In this work, we have used alginate to form microparticles containing an antibiotic model (colistin sulfate). The alginate microparticles were generated by atomization technique, and they were characterized by antimicrobial in vitro studies against Pseudomonas aeruginosa. Optimization of different parameters allowed us to obtain microparticles as a dry powder with a mean size (Feret diameter) of 4.45 ± 1.40 µm and drug loading of 8.5 ± 1.50%. The process developed was able to concentrate most of the colistin deposits on the surface of the microparticles, which could be observed by SEM and a Dual-Beam microscope. This produces a fast in vitro release of the drug, with a 100% release achieved in 4 h. Physicochemical characterization using the FTIR, EDX and PXRD techniques revealed information about the change that occurs from the amorphous to a crystalline form of colistin. Finally, the cytotoxicity of microparticles was tested using lung cell lines (A549 and Calu-3). Results of the study showed that alginate microparticles were able to inhibit bacterial growth while displaying non-toxicity toward lung cells