BOHM, Arturo (Schlattrainstrasse 16, Oberuzwil, CH-9242, CH)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Vesikeln (33), umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Fluides (1), welches zumindest eine amphiphile Substanz enthält; b) Erzeugung einer Strömung des Fluides (1) in mindestens einem Strömungsraum (19), wobei die Strömung wenigstens in einem Teilbereich des Strömungsraumes (19) zumindest einen Dehnströmungsanteil enthält, der die Bildung von Vesikeln (33) aus dem Fluid (1) be¬ wirkt . 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Teilbereiches des Strömungsraumes (19) min¬ destens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, weiter bevorzugt mindestens 30 %, noch weiter bevorzugt mindestens 50 %, be¬ sonders bevorzugt mindestens 75 % des Volumens des gesamten Strömungsraumes (19) beträgt. 3. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt a) bereitgestellte Fluid (1) in einer geord¬ neten Phase vorliegt. 4. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter zumindest in dem Teilbereich des Strömungsraumes (19) min¬ destens 0,15, bevorzugt mindestens 0,3, weiter bevorzugt mindestens 0,5, weiter bevorzugt mindestens 0,6, weiter be¬ vorzugt mindestens 0,8, besonders bevorzugt mindestens 0,9 beträgt . 5. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter * = ^jD dt für zumindest einen Teil der Strom¬ linien im Bereich von 1 bis 50, bevorzugt von 5 bis 40 liegt . 6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 25 %, weiter bevorzugt mindestens 50 %, beson¬ ders bevorzugt mindestens 75 % der Durchflussmenge des Flu¬ ides (1) entlang von Stromlinien strömt, für die der Parameter τ * im Bereich von 1 bis 50, bevorzugt von 5 bis 40 liegt . 7. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsraum (19) von mindestens einer Begrenzungsflä¬ che (20) begrenzt ist, die insbesondere während der Durch¬ führung des Verfahrens nicht bewegt wird. 8. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsraum (19) einen Querschnitt aufweist, der in einer Strömungsrichtung (3) des Fluides (1) veränderlich ist, insbesondere abnimmt und/oder zunimmt. 9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsraum (19) durch eine Düse definiert ist, ins- besondere durch eine konische Düse (8) und/oder durch eine hyperbolische Düse. 10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsinnenradius der Düse mindestens 3 mm, weiter bevorzugt mindestens 5 mm und besonders bevorzugt mindes¬ tens 10 mm beträgt. 11. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Fluides instationär ist. 12. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die amphiphile Substanz ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Tensiden, Emulgatoren, insbesondere Lecithinen wie etwa Soj a-Lecithin, Lipiden, insbesondere Phospholipi- den, und Block-Copolymeren . 13. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid einen insbesondere zu verkapselnden Wirkstoff enthält . 14. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) mehrfach nacheinander durchgeführt wird. 15. Verfahren gemäss Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Fluides (1), insbesondere das gesam¬ te Fluid (1), mehrfach durch denselben Strömungsraum (19) strömt . 16. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Fluides (1), insbesondere das gesam¬ te Fluid (1), in mindestens einem ersten Teilschritt b.l) durch einen ersten Strömungsraum (19) strömt und in mindestens einem zweiten Teilschritt b.2) durch einen zweiten Strömungsraum strömt. 17. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Fluids (1) wenigstens in einem Teilbereich des Strömungsraumes (19) eine Staupunktströmung ist. 18. Verfahren gemäss Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (1) zur Erzeugung der Staupunktströmung auf eine Staufläche (32) gerichtet wird, insbesondere eine Stauflä¬ che (32) einer Stauplatte (31). 19. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Fluids (1) im Bereich von 0,1 bis 500 Pa-s, bevorzugt von 1 bis 50 Pa-s, besonders bevorzugt von 5 bis 15 Pa-s liegt. 20. Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussrate des Fluids (1) mindestens 10 1/h, bevor¬ zugt mindestens 100 1/h, besonders bevorzugt mindestens 1000 1/h beträgt. 21. Vorrichtung zur Herstellung von Vesikeln (33), insbesondere in einem Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, und/oder zum Dispergieren, Desagglomerieren, Mischen und/oder Emulgieren eines Fluides, umfassend mindestens ein Paar von drehbaren Walzen (21,21') mit jeweils einer im We- sentlichen zylindermantelförmigen Walzfläche (22,22')/ wo¬ bei zwischen den Walzen (21,21') ein Strömungsraum (19) für ein Fluid (1) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Walzen (21) einen Hohlraum (23) aufweist und die Walzfläche (22) dieser Walze (21) mindestens eine Einströmöffnung aufweist, durch welche ein Fluid (1) vom Strömungsraum (19) in den Hohlraum (23) strömen kann. 22. Vorrichtung gemäss Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (21,21') nebeneinander angeordnet sind. 23. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (21) insbesondere im Bereich einer Stirnseite mindestens eine Ausströmöffnung aufweist, durch welche das Fluid (1) aus dem Hohlraum (23) ausströmen kann. 24. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzfläche (22) ein poröses Metall, ein poröses Sinter¬ material und/oder oder einen porösen Polymerfilm umfasst. 25. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einströmöffnung einen Durchmesser im Bereich von 0,1 ym bis 20 ym, bevorzugt von 0,2 ym bis 1 ym, besonders bevorzugt von 0,4 ym bis 0,6 ym hat. 26. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 21 bis 25 durchgeführt wird, wobei die einen Dehn- strömungsanteil enthaltende Strömung durch Drehung der Wal¬ zen (21,21') erzeugt wird. |
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Vesikeln und Vorrichtungen zur Herstellung von Vesikeln.
Vesikel umfassen eine geschlossene Anordnung einer Doppelschicht amphiphiler Moleküle und bilden u. a. selbstorganisierende und/oder selbstaggregierende Kügelchen oder Kapseln. Vesikel sind meist sphärisch geformte Gebilde, die im Aussenbereich eine einzige oder mehrere Doppelschichten enthalten und im Inneren eine beispielsweise wässrige Phase einschliessen . Die Doppel ¬ schicht kann beispielsweise Lipide enthalten, wie etwa Phospho- lipide. In ihrem Inneren können insbesondere hydrophile Wirk ¬ stoffmoleküle eingelagert sein, und in ihrem Randbereich können insbesondere hydrophobe Moleküle vorhanden sein können.
Derartige Vesikel können auf verschiedene Arten hergestellt wer ¬ den. Ein mögliches Verfahren ist beispielsweise in der europäi ¬ schen Patentanmeldung EP 10159108.9 offenbart, welche zum Zeit ¬ punkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlicht war. Bei diesem Verfahren wird ein erstes Fluid, welches eine amphiphile Substanz enthält, durch eine poröse Membran hindurchgeführt. Auf der Rückseite der Membran bilden sich Tropfen, die von einem zweiten Fluid abgeschert werden, so dass sich Vesikel bilden. Einige erste Fluide können die Membran aufgrund ihrer Viskosität oder anderer Eigenschaften verstopfen oder sogar zerstören. Daher können mit diesem bekannten Verfahren nur bestimmte Fluide mit bestimmten Zusammensetzungen, Konzentrationen und Viskositäten eingesetzt werden, was den Anwendungsbereich de Verfahrens einschränkt. Zudem können viele be ¬ kannte Membranen bei höheren Differenzdrücken zerstört werden. Hohe Differenzdrücke sind jedoch in vielen Fällen erforderlich, um hohe Durchflussmengen und damit hohe Ausbeuten der erzeugten Vesikel zu erreichen. Weiterhin wird in EP 664 116 ein Verfahren zur Herstellung von Liposomen beschrieben, bei dem eine geeignete Zusammensetzung in einer Rührwerks-Kugelmühle gemahlen wird. Bei diesem Verfahren werden die Liposomen durch die in der Kugelmühle auftretenden Scherkräfte erzeugt. Auch in WO 89/00846 wird die Herstellung von Liposomen durch Scheren beschrieben. Die für die Erzeugung von Scherströmungen einsetzbaren Vorrichtungen sind jedoch baulich aufwendig. Zudem muss das Fluid für eine relativ lange Zeit der Scherströmung ausgesetzt werden, damit sich Vesikel bilden. Folglich muss auch die Vorrichtung eine gewisse Mindestgrösse haben, damit überhaupt Vesikel erzeugt werden können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Vesikeln bereitzustellen, welches für eine grössere Vielfalt von Fluiden anwendbar ist und welches mittels baulich einfacher und kleinerer Vorrichtungen durchführbar ist.
Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung von Vesikeln und eine Vorrichtung zur Herstellung von Vesikeln gemäss den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Fluides, welches zumindest eine
amphiphile Substanz enthält; b) Erzeugung einer Strömung des Fluides in mindestens einem Strömungsraum, wobei die Strömung wenigstens in einem Teilbereich des Strömungsraumes zumindest einen Dehnströmungs- anteil enthält, der die Bildung von Vesikeln aus dem Fluid bewirkt .
Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden die Vesikel also unter anderem durch einen Dehnströmungsan- teil erzeugt. Ausser dem Dehnströmungsanteil kann die Strömung optional zusätzlich einen Scherströmungsanteil und/oder Turbu ¬ lenzen aufweisen.
Es wird derzeit vermutet (ohne dass die Erfindung hierauf zu be ¬ schränken ist) , dass der Dehnströmungsanteil zu einer Streckung im Fluid enthaltener lamellarer Strukturen führt, diese gestreckten lamellaren Strukturen aufgrund der Dehnkräfte auseinander gerissen werden und sich anschliessend zu Vesikeln umformen. Dieser Effekt ist grösser als bei reinen Scherströmungen und umso ausgeprägter, je grösser der Dehnströmungsanteil im Fluid ist.
Bevorzugt beträgt das Volumen des Teilbereiches des Strömungs ¬ raumes, in dem der Dehnströmungsanteil vorliegt, mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 25 %, weiter bevorzugt mindestens 30 %, noch weiter bevorzugt mindestens 50 %, besonders bevorzugt min ¬ destens 75 % des Volumens des gesamten Strömungsraumes.
Bevorzugt liegt das in Schritt a) bereitgestellte Fluid in einer geordneten Phase vor. Unter geordneten Phasen werden dabei insbesondere die Phasen mit der Nomenklatur nach Luzzati verstanden, so wie sie im Abschnitt II.6 in D. Marsh, Handbook of Lipid Bilayers dargestellt sind:
- L = eindimensional lamellar („one-dimensional , lamel- lar") ;
- P = zweidimensional schief oder zentriert ("two- dimensional oblique or centered (rippled) ") ;
- H = zweidimensional hexagonal ("two-dimensional hexago- nal") ;
- Hi = normal, Öl in Wasser ("normal, oil-in-water") ;
- Hu = invertiert, Wasser in Öl ("inverted, water-in- oil") ;
- R = rhomboedrisch („rhombohedral" ) ; - Q = kubisch („cubic");
- C = dreidimensional, kristallin („three-dimensional , crystalline" ) ;
- L c = kristallin lamellar.
Die Phasen können beispielsweise mittels Röntgenbeugung, Freeze- Fracture Electron Microscopy oder 31 P-NMR identifiziert werden. Wenn das Fluid in einer derartigen geordneten Phase, insbesondere in einer eindimensional lamellaren Phase, vorliegt, kann die Bildung der Vesikel im Schritt b) unterstützt werden.
Die Komponenten des Fluides können vor Schritt a) mit an sich bekannten Verfahren vermischt werden.
Zur Charakterisierung der Strömung des Fluids kann der Geschwin- digkeitsgradiententensor dv l dv l dv l
dx l dx 2 dx 3
dv^ dv 2
L dv 2
dx l dx 2 dx 3
dv 3 dv 3 dv 3
dx l dx 2 dx 3 verwendet werden, wobei —'- die partielle räumliche Ableitung der dx j
Geschwindigkeitskomponente v. der Strömung in Richtung der Koordinatenachse X j bezeichnet. Dehnströmungen hängen generell mit
dv
der Beschleunigung — eines Fluidelementes zusammen. Diese Be- dt
schleunigung ergibt sich bekanntermassen aus der Beziehung dv dv /- ί -,Υ- dv
— =— + Iv V jv =— + Lv
dt dt dt Im Falle einer stationären Strömung mit ~~^~ = ist die Beschleu ¬ nigung also (vv)v . Auf der Grundlage dieser Erkenntnis wird der dimensionslose Parameter
definiert, wobei spyLll) die Spur des Matrixproduktes Ll7 von L mit dem zu L adjungierten Tensor Ii ist. Mittels der Ausdrücke v und im Nenner wird der Parameter K zu einer dimensionslosen Grösse normiert. Im Falle einer stationären, reinen Scherströmung, bei der die Fluidelemente nicht beschleunigt wer ¬ den, ist der Parameter K gleich null. Enthält die Strömung Dehn- strömungsanteile, so ist K grösser als null. Aus diesem Grunde kann der Parameter K als Mass für den Anteil der Dehnströmung an der gesamten Strömung angesehen werden. Die obige Definition wird im Rahmen der Erfindung ebenfalls im Falle instationärer
Strömungen verwendet - auch wenn dort (vv)v nicht gleich der Be ¬ schleunigung ist.
Zur Berechnung des Parameters K wird zunächst das Geschwindig ¬ keitsvektorfeld v bestimmt. Dies kann durch näherungsweise nume ¬ rische Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen erfolgen, beispielsweise mit der Methode der Finiten Elemente, dem Finite-Volumen- Verfahren oder dem Finite-Differenzen-Verfahren . Zur Definition der Erfindung soll die Lösung mit dem Finite-Volumen-Verfahren erfolgen. Die Geometrie des Strömungsraumes, insbesondere der Begrenzungsflächen des Strömungsraumes, und die Geschwindigkeit des einströmenden Fluides dienen dabei als Randbedingen für die Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen. Zur numerischen Berechnung mit dem Finite-Volumen-Verfahren steht eine Vielzahl an sich bekannter Software-Pakete zur Verfügung. Zur Berechnung im Rahmen der Erfindung soll jedoch die Software „CFX" der Firma ANSYS, Inc. verwendet werden. Der mit dem Finite-Volumen-Verfahren vertraute Fachmann ist in der Lage, die numerische Lösung mit die ¬ ser Software mit einer Genauigkeit von ± 10 % zu bestimmen.
Die räumlichen Ableitungen des Geschwindigkeitsvektorfeldes v, die zur Bestimmung des Geschwindigkeitsgradiententensor nötig sind, können ebenfalls mit an sich bekannten numerischen Methoden bestimmt werden.
Bevorzugt beträgt der Parameter K zumindest in dem Teilbereich des Strömungsraumes mindestens 0,15, bevorzugt mindestens 0,3, weiter bevorzugt mindestens 0,5, weiter bevorzugt mindestens 0,6, weiter bevorzugt mindestens 0,8, besonders bevorzugt min ¬ destens 0,9. Im Falle einer uniaxialen Dehnströmung ist in einigen Ausführungsbeispielen ~0,66.
Der symmetrische Anteil des Geschwindigkeitsgradiententensors L ,
wird als Verzerrungsgeschwindigkeitstensor bezeichnet. Als symmetrischer Tensor ist der Verzerrungsgeschwindigkeitstensor D mittels einer Hauptachsentransformation diagonalisierbar und hat im Hauptachsensystem drei Eigenwerte δ ι , δ 2 und δ 3 . Diese Eigenwerte charakterisieren den Grad der Deformation. Ein positiver Eigenwert stellt eine Dehnung in der zugehörigen Hauptachsen- richtung dar, während ein negativer Eigenwert eine Stauchung in der zugehörigen Hauptachsenrichtung darstellt.
Eine Dehnströmung wird als reine Dehnströmung bezeichnet, wenn jeweils einer der Eigenwerte des Verzerrungsgeschwindigkeitsten- sors positiv, negativ und null ist. Unter einer uniaxialen Dehnströmung wird eine Dehnströmung verstanden, bei der ein Eigenwert des Verzerrungsgeschwindigkeitstensors positiv ist und die beiden anderen negativ. Bei einer biaxialen Dehnströmung sind zwei Eigenwerte des Verzerrungsgeschwindigkeitstensors positiv und der dritte ist negativ. Eine biaxiale Dehnströmung führt zu einer erhöhten Vesikelbildung . Hingegen sind reine Dehnströmungen und uniaxiale Dehnströmungen technisch einfacher realisierbar. Das Fluid kann gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren beispielsweise einer reinen Dehnströmung, einer uniaxialen Dehnströmung oder einer biaxialen Dehnströmung ausgesetzt werden.
Zur Charakterisierung des Dehnströmungsanteiles der Strömung ist weiterhin der dimensionslose Parameter x* = j D dt mit dem Integranden geeignet, wobei sp(l 2 ) die Spur der Matrix D 2 = DD bezeichnet. Die Integration wird über den Zeitraum ausgeführt, in dem sich ein Fluidteilchen innerhalb des Strömungsraums befindet. In vie ¬ len Ausführungsbeispielen hängt der Parameter τ * von der betrachteten Stromlinie ab. Eine Stromlinie ist dabei eine imagi ¬ näre Linie, deren Tangente an jedem Punkt parallel zum Geschwin ¬ digkeitsvektorfeld ist. In vorteilhaften Ausführungsformen liegt der Parameter τ * für zumindest einen Teil der Stromlinien im Bereich von 1 bis 50, bevorzugt von 5 bis 40. Bevorzugt strömen mindestens 25 ~6 , wei ter bevorzugt mindestens 50 %, besonders bevorzugt mindestens 75 % der Durchflussmenge des Fluides entlang von Stromlinien, für die der Parameter τ * in dem genannten Wertebereich liegt.
Für die Bildung von Vesikeln mittels eines Dehnströmungsanteils ist ein wesentlich kleinerer Wert des Parameters τ * ausreichend, als dies für den analogen Parameter einer Scherströmung der Fall ist. Mit anderen Worten genügt also bei einer Dehnströmung eine kürzere dimensionslose Zeit, um die Bildung von Vesikeln zu be ¬ wirken, als dies bei einer Scherströmung gleicher Grösse der Fall wäre. Die dimensionslose Zeit kann in einigen Fällen um ei ¬ nen Faktor zwischen 5 und 10 verringert werden. Folglich reichen für die Herstellung von Vesikeln mittels Dehnströmungen kleinere Volumina aus als für die Herstellung mittels Scherströmungen.
Die Erzeugung einer Strömung mit einem Dehnströmungsanteil in einem Fluid an sich ist dem Fachmann bekannt. Bevorzugt ist der Strömungsraum von mindestens einer Begrenzungsfläche begrenzt. Das Strömungsprofil, insbesondere der Dehnströmungsanteil und der optionale Scherströmungsanteil , kann durch die Geometrie des Strömungsraumes und insbesondere durch die Geometrie der mindes ¬ tens einen Begrenzungsfläche festgelegt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Strömungsprofil auch durch die Bewegung mindestens einer Begrenzungsfläche festgelegt sein - beispielsweise durch die Oberflächen rotierender Walzen, wie unten im Detail beschrieben. Ebenfalls alternativ oder zusätzlich kann das Strömungsprofil durch eine Pumpe festgelegt sein, welche das Fluid in den Strömungsraum hinein oder innerhalb des Strömungsraumes befördert. Zudem kann das Strömungsprofil durch ein Erwärmen der Begrenzungsfläche beeinflusst werden. Durch eine Erwärmung kann nämlich die Viskosität des Fluides im Bereich der Begrenzungs- flächen erniedrigt werden, wodurch geringere Reibungskräfte zwi ¬ schen dem Fluid und den Begrenzungsflächen auftreten. Der Scher- strömungsanteil kann hierdurch reduziert werden, was zu einer gleichmässigeren Grössenverteilung der erzeugten Vesikel führt.
In einigen Ausführungsformen wird die Begrenzungsfläche während der Durchführung des Verfahrens nicht bewegt. Es kann somit eine Vorrichtung mit unbeweglichen Begrenzungsflächen verwendet werden, wodurch der Verschleiss der Vorrichtung herabgesetzt wird.
In bevorzugten Ausführungsformen weist der Strömungsraum einen Querschnitt auf, der in einer Strömungsrichtung des Fluides veränderlich ist. Bevorzugt nimmt der Querschnitt in der Strömungs ¬ richtung ab, so dass eine Verengung im Strömungsraum entsteht. Hierdurch kann eine uniaxiale Dehnströmung erzeugt werden. Beispielsweise kann der Strömungsraum durch eine Düse definiert sein, insbesondere durch eine konische Düse oder eine hyperboli ¬ sche Düse.
Unter einer Düse werden hier und im Folgenden nicht die einzelnen Poren einer Membran verstanden. Düsen sind gegenüber Membranen bevorzugt, da sie höheren Differenzdrücken standhalten können, wodurch höhere Durchflussmengen und somit höhere Ausbeuten der erzeugten Vesikel erreicht werden können. Damit eine ausrei ¬ chende Durchflussmenge erzielt werden kann, sollte die Eingangs ¬ öffnung der Düse bevorzugt einen Innenradius haben, der mindes ¬ tens 3 mm, weiter bevorzugt mindestens 5 mm und besonders bevor ¬ zugt mindestens 10 mm beträgt.
Eine Düse wird als konisch bezeichnet, wenn zumindest ein Teil des Strömungsraumes, der von einer Innenwand der Düse umschlos ¬ sen ist, konisch ist. Eine konische Düse kann einen zylinderförmigen Einführabschnitt aufweisen, welcher vor einem konischen Abschnitt angeordnet ist. Eine Düse wird dagegen als hyperbo ¬ lisch bezeichnet, wenn zumindest ein Teil einer Innenwand der Düse in einer Schnittebene, die parallel zur Strömungsrichtung verläuft, konvex gekrümmt ist. Eine hyperbolische Düse kann ei ¬ nen invers-hyperbolischen Einführabschnitt aufweisen, welcher vor dem hyperbolischen Abschnitt angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Innenwand des Einführabschnitts in einer Schnittebene, die parallel zur Strömungsrichtung verläuft, konkav gekrümmt ist .
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Austrittsge ¬ schwindigkeit des Fluids beim Verlassen der Düse im Bereich von 25 bis 1000 m/s, bevorzugt von 100 bis 500 m/s, besonders bevor ¬ zugt von 150 bis 300 m/s liegt.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Querschnitt in der Strömungsrichtung zunimmt, so dass eine Aufweitung im Strömungsraum vorliegt. Hierdurch kann eine biaxiale Dehnströmung erzeugt werden. Es ist auch denkbar, dass der Querschnitt in einem oder mehreren Teilen des Strömungsraumes abnimmt und in einem oder mehreren anderen Teilen des Strömungsraumes zunimmt. Der Querschnitt kann durch die mindestens eine Begrenzungsfläche defi ¬ niert sein. Hierdurch kann ohne bewegliche Begrenzungsflächen ein grosser Dehnströmungsanteil erzeugt werden.
In einigen Ausführungsformen können die Begrenzungsflächen teilweise durch die Oberflächen von Schikanen gebildet sein, welche innerhalb des Strömungsraumes angeordnet sind. Derartige Schika ¬ nen können zu einer Querschnittsverengung führen, welche ihrerseits Dehnströmungsanteile im Fluid erzeugen und damit die Bil ¬ dung von Vesikeln bewirken. Die Schikanen können als Schüttgut ausgebildet sein, welches im Strömungsraum angeordnet ist. Bei dem Schüttgut kann es sich beispielsweise um ein Granulat han ¬ deln. Wenn das Fluid durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Partikeln des Schüttguts strömt, erfährt es Dehnströ ¬ mungsanteile, welche die Erzeugung von Vesikeln bewirken. Das Granulat kann beispielsweise kugelförmig sein. Andere Formen sind jedoch ebenfalls denkbar und liegen im Rahmen der Erfindung. Das Granulat kann Partikel mit Grössen, insbesondere mit Kugeldurchmessern, im Bereich von 0,1 mm bis 3 mm, bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm aufweisen. Das Granulat kann beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Glas bestehen.
Der Strömungsraum kann von einem Strömungsrohr begrenzt sein, in welchem das Granulat angeordnet ist. Das Strömungsrohr kann bei ¬ spielsweise vertikal ausgerichtet und im Wesentlichen zylind ¬ risch sein.
Optional kann die Strömung des Fluides instationär sein. Hierun- dv ter wird verstanden, dass die zeitliche partielle Ableitung —
dt an einem festen Raumpunkt innerhalb des Strömungsraumes ungleich null ist; die Berechnung erfolgt also in der Eulerschen Betrachtungsweise. Hierdurch werden Trägheitskräfte wirksam, welche die Bildung von Vesikeln beeinflussen und insbesondere erleichtern können .
In einigen Ausführungsformen wird das Fluid mittels Ultraschalls in mechanische Schwingungen versetzt und/oder mit mechanischen Wellen beaufschlagt. Der Ultraschall kann mit einem an sich be ¬ kannten Ultraschall-Resonator erzeugt werden. Hierdurch kann die Vesikelbildung unterstützt werden.
Das Verfahren kann in einer an sich bekannten Vorrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Düse enthalten, welche den Strömungsraum bildet. Insbesondere kann es sich um eine konische Düse handeln, also eine Düse mit konischer Innenwand. Eine solche konische Düse weist einen Eingangsinnen ¬ radius, einen Ausgangsinnenradius, eine Länge und einen halben Öffnungswinkel auf. In einigen Ausführungsformen kann die Strömung des Fluids wenigstens in einem Teilbereich des Strömungsraumes eine Stau ¬ punktströmung sein, da sich im Bereich einer solchen Staupunktströmung eine Dehnströmung ausbildet. Eine derartige Staupunkt ¬ strömung kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Strömung des Fluids auf eine Staufläche gerichtet wird, insbesondere auf eine Staufläche einer Stauplatte. Das Fluid kann dazu beispiels ¬ weise durch eine Strömungsleitung hindurch und anschliessend auf die Staufläche gerichtet werden. Die Strömungsleitung kann eine im Wesentlichen zylinderförmige Innenwand aufweisen.
Bevorzugt ist die Staufläche aber einer Auslassöffnung einer wie oben beschriebenen Düse gegenüber angeordnet, insbesondere einer konischen Düse oder einer hyperbolischen Düse. Auf diese Weise können die Wirkungen der Dehnströmung innerhalb der Düse und die Wirkung der durch die Staupunktströmung erzeugten Dehnströmung miteinander kombiniert werden.
Alternativ kann es sich bei der Vorrichtung um eine Spaltmühle handeln, wie sie beispielsweise in WO 98/00228 beschrieben ist.
Die Vorrichtung kann, wie in WO 98/00228 offenbart, einen Ein- lass für das Fluid, mindestens einen Strömungsraum und mindes ¬ tens einen Auslass für das Fluid aufweisen. Das aus dem Auslass ausströmende Fluid enthält die durch die Einwirkung der Dehn ¬ strömung erzeugten Vesikel. Weiterhin kann die Vorrichtung eine Pumpe enthalten, mittels welcher das Fluid gefördert und die Strömung erzeugt wird.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Vorrichtung zwei gegeneinander gerichtete Grundkörper enthalten, zwischen denen der Strömungsraum gebildet ist. Die Teile der Oberflächen der Grundkörper, die dem jeweils anderen Grundkörper zugewandt sind, bil ¬ den in diesem Falle die Begrenzungsflächen des Strömungsraumes. Die Begrenzungsflächen der beiden Grundkörper können jeweils ei- nen mittleren Bereich und einen äusseren Bereich enthalten. In den mittleren Bereichen können die Begrenzungsflächen einen kleineren Abstand voneinander haben als in den äusseren Bereichen. Wenn ein Fluid im Strömungsraum vom äusseren Bereich in Richtung des inneren Bereiches strömt, d. h. in radialer Richtung von aussen nach innen, so definieren die Begrenzungsflächen in der Strömungsrichtung einen abnehmenden Querschnitt. Die Grundkörper können zu diesem Zweck beispielsweise konvex sein, so dass die Begrenzungsflächen insbesondere konusförmig oder ku- gelschalenförmig sein können. Im Strömungsraum bildet sich dann eine uniaxiale Dehnströmung. Nach dem Verlassen dieses Strömungsraumes kann das Fluid auf eine Staufläche gerichtet werden, so dass sich eine Staupunktströmung ergibt. Auf diese Weise kön ¬ nen auch in diesem Ausführungsbeispiel die Effekte mehrerer Dehnströmungen miteinander kombiniert werden.
Durch Umkehrung der Strömungsrichtung kann im Strömungsraum eine biaxiale Dehnströmung erreicht werden, welche ebenfalls zur Her ¬ stellung von Vesikeln geeignet ist.
Die im Fluid enthaltene amphiphile Substanz kann je nach den Er ¬ fordernissen gewählt werden. Derartige Substanzen sind dem Fachmann an sich bekannt. Die amphiphile Substanz kann beispielswei ¬ se ausgewählt sein aus der Gruppe, die besteht aus Tensiden, Emulgatoren, insbesondere Lecithinen wie etwa Soj a-Lecithin, Li- piden, insbesondere Phospholipiden, und Block-Copolymeren . Spezielle Ausführungsformen dieser Substanzen, insbesondere spezielle Block-Copolymere, sowie weitere mögliche amphiphile Sub ¬ stanzen sind in der oben genannten europäischen Patentanmeldung EP 10159108.9 offenbart; auf diese amphiphilen Substanzen wird hiermit Bezug genommen.
Das Fluid kann ein Lösungsmittel enthalten, wie beispielsweise Wasser. Weiterhin kann das Fluid mindestens eine Pufferlösung und/oder mindestens ein Tensid und/oder mindestens ein Salz und/oder mindestens eine Säure und/oder mindestens eine Lauge umfassen. Hierdurch kann die Stabilität der Vesikel eingestellt werden und insbesondere der Zeitraum definiert werden, innerhalb dessen ein im Vesikel enthaltener Wirkstoff freigesetzt wird. Das Fluid kann kompressibel oder inkompressibel sein.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Fluid mindestens einen insbeson ¬ dere zu verkapselnden Wirkstoff. Dieser kann beispielsweise im Fluid suspendiert oder gelöst sein. Unter einem Wirkstoff wird hier und im Folgenden eine Substanz verstanden, die in geringer Dosis in einem Organismus eine spezifische Wirkung hervorruft. Der Wirkstoff kann ein niedermolekularer Stoff sein, beispielsweise ein Arzneistoff, oder auch ein hochmolekularer Stoff, beispielsweise ein Protein. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit die gesonderte Verkapselung oder Umhüllung des mindestens einen Wirkstoffs entfallen. Hierdurch können aufwendige Techniken, wie z. B. "remote loading" über einen pH-Gradienten, Hochdruckhomogenisierung oder "ethanol-inj ection method" (Injektion einer Ethanol-Lipid-Lösung in die Wirkstofflösung) vermieden werden .
Die Verkapselungseffizienz kann zusätzlich durch die Konzentration der amphiphilen Substanz eingestellt werden. Da mit dem er- findungsgemässen Verfahren und der unten beschriebenen erfin- dungsgemässen Vorrichtung auch Fluide mit hohen Viskositäten eingesetzt werden können, kann damit ebenso die Verkapselungsef- fizienz optimiert werden. Beispielsweise kann die Viskosität des Fluids im Bereich von 0,1 bis 500 Pa-s, bevorzugt von 1 bis 50 Pa-s, besonders bevorzugt von 5 bis 15 Pa-s liegen. Die Durch ¬ flussrate kann mindestens 10 1/h, bevorzugt mindestens 100 1/h, besonders bevorzugt mindestens 1000 1/h betragen.
In einigen Ausführungsformen wird der Schritt b) nur einmal durchgeführt. Diese Variante ist besonders zeitsparend. Alternativ ist es auch möglich, dass der Schritt b) mehrfach nacheinander durchgeführt wird. Hierdurch kann die Menge der erzeugten Vesikel erhöht werden. Zu diesem Zweck kann zumindest ein Teil des Fluids, insbesondere das gesamt Fluid, mehrfach durch denselben Strömungsraum strömen. Hierzu kann dieser Teil des Fluides oder das gesamte Fluid von einer Auslassöffnung des Strömungsraumes zu einer Einlassöffnung des Strömungsraumes zu ¬ rückgeführt werden. Dabei ist es auch denkbar, dass der Teil des Fluids oder das gesamte Fluid denselben Strömungsraum mehrfach nacheinander mit verschiedenen Geschwindigkeiten durchströmt. Hierdurch kann der Parameter K bei einem ersten Durchströmen von den entsprechenden Parametern bei einem zweiten Durchströmen verschieden sein. Da jedes Fluidvolumen den Strömungsraum bei einem wiederholten Durchgang auf einer anderen Stromlinie durchströmen kann, können für dieses Fluidvolumen die K- und τ * -Werte für jeden Durchgang unterschiedlich sein. Zur Bestimmung des Parameters τ * wird die Integration z * = y D dt über sämtliche Durch ¬ führungen des Schritts b) vollzogen.
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil des Fluids, insbesondere das gesamte Fluid, in mindestens einem ersten Teil ¬ schritt b.l) durch einen ersten Strömungsraum strömen und in mindestens einem zweiten Teilschritt b.2) durch einen zweiten Strömungsraum strömen. Der erste Strömungsraum und der zweite Strömungsraum können sich beispielsweise durch ihre Dimensionen voneinander unterscheiden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Vesikeln und/oder zum Dispergieren, Desagglome- rieren, Mischen und/oder Emulgieren eines Fluides. Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet sein. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Paar von drehbaren Walzen mit jeweils einer im Wesentlichen zy- lindermantelförmigen Walzfläche. Zwischen den Walzen ist ein Strömungsraum für ein Fluid gebildet. Erfindungsgemäss weist mindestens eine der Walzen einen Hohlraum auf und weist die Walzfläche dieser Walze mindestens eine Einströmöffnung auf, durch welche ein Fluid vom Strömungsraum in den Hohlraum strömen kann. Bevorzugt umfasst die Walzfläche mindestens eine Membran, welche die Einströmöffnungen enthält.
Besonders bevorzugt sind die beiden Walzen nebeneinander ange ¬ ordnet. Die eine Walze befindet sich also nicht in einem Hohl ¬ raum der zweiten Walze; insbesondere sind beide Walzen nicht konzentrisch zueinander angeordnet. Ebenfalls bevorzugt sind die beiden Walzen um zueinander parallele Drehachsen drehbar, die bevorzugt horizontal ausgerichtet sind.
Durch eine gegenläufige Rotation der Walzen kann ein Fluid, beispielsweise ein wie oben beschriebenes Fluid mit mindestens ei ¬ ner amphiphilen Substanz, in den Zwischenraum zwischen den Walzen strömen, der somit einen Strömungsraum für das Fluid bildet. Diese Strömung kann durch die eigene Schwerkraft des Fluides un ¬ terstützt werden. Aufgrund der Rotation der Walzen entsteht im Zwischenraum zwischen den Walzen ein Dehnströmungsanteil in der Strömung, der die Bildung von Vesikeln aus dem Fluid bewirkt. Das die Vesikel enthaltende Fluid kann dann durch die Einström ¬ öffnung (en) in den Hohlraum der Walze strömen. Je einheitlicher die Grössenverteilung der Einströmöffnungen ist, desto einheitlicher ist auch die Grössenverteilung der erzeugten Vesikel.
Die Walzen können mit derartigen Geschwindigkeiten rotieren, dass sich die Oberflächen der Walzen mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Im Falle zweier Walzen mit gleichen Radien müssen dazu die Drehgeschwindigkeiten beider Walzen übereinstimmen. Es ist jedoch auch denkbar und liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Walzen mit derartigen Geschwindigkeiten rotieren, dass sich die Oberflächen der Walzen mit verschiedenen Geschwindigkeiten und daher mit einer von null verschiedenen zueinander be- wegen. Durch eine von null verschiedene Relativgeschwindigkeit der Oberflächen können zusätzlich Scherströmanteile im Fluid erzeugt werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit der Ober ¬ fläche der einen Walze um bis zu 5 % grösser oder kleiner sein als die Geschwindigkeit der Oberfläche der anderen Walze.
Die Walzfläche kann etwa ein poröses Metall, ein poröses Sinter ¬ material und/oder einen porösen Polymerfilm umfassen. Die Walzfläche kann auch mehrere Schichten umfassen. Beispielsweise kann sie einen porösen Sinterkörper enthalten, welcher mit einem Polymerfilm umwickelt oder überzogen ist. Die Einströmöffnungen können beispielsweise durch Sintern, Ätzen, Laserbohren, Bestrahlen, z. B. mit Röntgenstrahlung, oder durch Partikelbe- schuss, z. B. mit Elektronen, in die Walzfläche eingebracht wer ¬ den. Sie können Durchmesser im Bereich von 0,1 ym bis 20 ym, bevorzugt von 0,2 ym bis 1 ym, besonders bevorzugt von 0,4 ym bis 0,6 ym haben. Die Dicke der Walzfläche definiert die Länge der Einströmöffnungen und kann das 1-fache bis 100-fache des Durch ¬ messers des Einströmöffnungen betragen.
Bevorzugt weist die Walze insbesondere im Bereich einer Stirn ¬ seite mindestens eine Ausströmöffnung auf, durch welche das Flu ¬ id aus dem Hohlraum ausströmen kann. Hierdurch kann das Vesikel enthaltende Fluid leicht entnommen und beispielsweise weiterver ¬ arbeitet oder zur Lagerung abgefüllt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungs ¬ beispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1: eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 2: eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Figur 3: eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Form einer konischen Düse;
Figur 4: Diagramm zur Darstellung des Parameters K entlang von vier Stromlinien innerhalb der Düse gemäss Figur 3;
Figur 5: Diagramm zur Darstellung des Parameters τ *
entlang der vier Stromlinien innerhalb der Düse gemäss Figur 3;
Figur 6: eine Prinzipskizze einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer konischen Düse und einer zusätzlichen Stauplatte;
Figuren 7a bis 7c: eine Prinzipskizze einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 8: eine Prinzipskizze einer sechsten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 9: eine Prinzipskizze einer siebten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
Figur 10: Aufnahme eines Vesikel enthaltenden Flui ¬ des .
Die in Figur 1 nicht massstabsgetreu dargestellte Vorrichtung 12 weist zwei gegeneinander gerichtete Grundkörper 8 und 9 auf, die jeweils ein- oder mehrstückig ausgebildet sein können. Jeder der beiden Grundkörper 8 und 9 weist eine konusförmige Oberfläche 20 auf, deren Symmetrieachse mit A bezeichnet ist und die einen halben Öffnungswinkel von etwa 81° aufweist. Diese Oberflächen 20 bilden Begrenzungsflächen für einen Strömungsraum 19, der zwischen den Grundkörpern 8, 9 gebildet ist. Die Grundkörper 8, haben jeweils einen Durchmesser von 10 cm.
In einem Aussenbereich 11 der Grundkörper 8 und 9 befinden sich Bohrungen 5 für den Einlass eines Fluides 1. Die Bohrungen 5 sind gleichmässig um die Symmetrieachse A herum angeordnet; Fi ¬ gur 1 zeigt eine Schnittansicht durch zwei dieser Bohrungen 5. Alternativ kann aber auch nur eine einzige verbundene, ringförmige Bohrung 5 vorhanden sein, welche die Symmetrieachse A um- schliesst. Mögliche Zusammensetzungen des Fluides 1 sind unten beschrieben. Im Zentrum 13 der Vorrichtung 12 befinden sich Boh rungen 6 für den Auslass des Vesikel enthaltenden Fluides 1.
Die Geometrie der Begrenzungsflächen 20 legt die Strömung des Fluides 1 fest. Es bildet sich eine ortsabhängige Strömungsge ¬ schwindigkeit 3. Die Begrenzungsflächen 20 sind so ausgebildet, dass der Querschnitt des Strömungsraumes 19 in der Strömungs ¬ richtung 3, also in radialer Richtung nach innen, abnimmt. Hier durch wird eine Verengung 2 bebildet, aus der die Bohrungen 6 für den Auslass führen. Die Verengung 2 hat eine Breite von 0,3 mm; die Bohrungen 6 haben Durchmesser von 5 mm. Durch diese Querschnittsverengung 2 entsteht zunächst ein uniaxialer Dehn- strömungsanteil in der Strömung, welcher die Bildung von Vesi- keln aus dem Fluid bewirkt. Anschliessend entsteht beim Eintre ¬ ten in die Bohrungen 6 eine Staupunkströmung, welche einen biaxialen Dehnströmungsanteil erzeugt, der ebenfalls die Bildung von Vesikeln unterstützt.
Bei Verwendung eines Fluides mit der unten beschriebenen Zusammensetzung und einer Temperatur von 20 °C liegt der Parameter τ liegt im Bereich von 20 bis 40. Diese Grösse ist praktisch unab hängig von der Durchflussmenge des Fluides 1. Wie oben bereits erläutert wurde, ist dieser Parameter von der betrachteten
Stromlinie abhängig.
Vorzugsweise können die Grundkörper 8 und/oder 9 mit Heiz- und/oder Kühlelementen 14 versehen sein. Heizelemente 14 können die Temperatur des Fluides 1 an den Begrenzungsflächen 20 erhöhen und hierdurch seine Viskosität erniedrigen. Infolgedessen treten geringere Reibungskräfte zwischen dem Fluid 1 und den Be ¬ grenzungsflächen 20 auf. Der Scherströmungsanteil wird hierdurch weiter reduziert, was wiederum zu einer gleichmässigeren Grös- senverteilung der erzeugten Vesikel führt. Im weiteren Aussenbereich sind Befestigungsmittel 15 zum Zusammenhalten der Grund ¬ körper 8 und 9 vorgesehen.
Gegenüber von einer Bohrung 6 oder beiden Bohrungen 6
kann/können mindestens eine hier nicht dargestellte Staufläche angeordnet sein, insbesondere mindestens eine Stauplatte. Hier ¬ durch kann eine Staupunktströmung erreicht werden, welche eine weitere Dehnströmung erzeugt.
Es ist auch denkbar, dass das Fluid 1 durch die Bohrungen 6 in den Strömungsraum 19 einströmen und durch die Bohrungen 5 ausströmen zu lassen. In diesem Falle bildet sich im Strömungsraum 19 eine biaxiale Dehnströmung, welche ebenfalls zur Herstellung von Vesikeln geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform kann gegenüber von der/den Bohrung (en) mindestens eine Staufläche ange ¬ ordnet sein, insbesondere mindestens eine Staufläche einer Stau ¬ platte .
Die Figuren 2, 3, 6 und 7a/7b zeigen weitere Ausführungsformen der Vorrichtung 12. In allen Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäss Figur 2 ist im Gegensatz zur ersten Ausführungsform gemäss Figur 1 der Grundkörper 9 als ebene Platte ausgebildet, deren Oberfläche 20 eine ebene Begren- zungsfläche des Strömungsraumes 19 bildet. Wie bei der ersten Ausführungsform nimmt der Querschnitt des Strömungsraumes 19 in der Strömungsrichtung 3, also in radialer Richtung nach innen, ab. Durch diese Querschnittsverengung entsteht ein Dehnströ- mungsanteil in der Strömung, welcher die Bildung von Vesikeln aus dem Fluid bewirkt.
Die dritte Ausführungsform gemäss der Figur 3 enthält einen einstückig ausgebildeten Grundkörper in Form einer Düse 8 mit einem zylinderförmigen Einführabschnitt 34 und einem konischen Abschnitt 35, die in einer Schnittansicht dargestellt ist. Die innere Oberfläche 20 der Düse 8 bildet eine Begrenzungsfläche, die einen Strömungsraum 19 mit einem sich in Strömungsrichtung 3 verengenden Querschnitt begrenzt. Durch diese Querschnittsverengung entsteht ein Dehnströmungsanteil , welcher die Bildung von Vesikeln aus dem Fluid bewirkt. Die Düse gemäss Figur 3 ist auf ¬ grund ihrer Bauweise wesentlich einfacher herstellbar als die in den Figuren 1 und 2 gezeigten.
Der konische Abschnitt 35 der Düse 8 kann an einer Einlassöff ¬ nung 5 einen Eingangsinnenradius R e =4,0 mm, an einer Auslassöff ¬ nung 6 einen Ausgangsinnenradius R a =0,3 mm und eine Länge L=40 mm, woraus sich ein halber Öffnungswinkel von =5,3° ergibt; der zylindrische Einführabschnitt 34 kann eine Länge von 1=0,5 mm haben. Die Figur 3 gibt diese Grössen jedoch nicht massstabsge- treu wieder. Im Falle eines nicht kompressiblen Fluids ergibt sich aus den Innenradien eine logarithmische Dehnung („natural strain" oder „Hencky strain") von etwa 5,18.
Für diese konische Düse 8 wurde das Geschwindigkeitsvektorfeld mit der Methode der Finiten Elemente bestimmt. Hierfür wurde die Software „CFX" der Firma ANSYS, Inc. verwendet. Als Fluid wurde eine inkompressible Flüssigkeit mit einer Dichte von 1 g/cm 3 und einer Viskosität von 1 Pa-s angenommen, welche die Düse mit ei ¬ ner Durchflussrate von 3,33 x 10 ~5 m 3 /s durchströmt. Als Randbe- dingungen wurden weiterhin angenommen, dass die Flüssigkeit in der Schnittfläche bei x=-0,5 mm eine homogene Geschwindigkeits ¬ verteilung in x-Richtung aufweist und dass in der Schnittfläche bei x=40 mm Normaldruck herrscht (1,01325 bar) .
Anschliessend wurden die Parameter K und τ * entlang mehrerer Stromlinien bestimmt.
In Figur 4 ist der Parameter K entlang von vier Stromlinien dargestellt. Die Symmetrieachse der Düse 8 ist entlang der x-Achse ausgerichtet, wobei die Einlassöffnung 5 bei x=0 m und die Aus ¬ lassöffnung 6 bei x=0,04 m liegt. Für die vier Stromlinien ist der Parameter K gegen die Koordinate x aufgetragen. Das Verhältnis zwischen dem Radius Rstromiinie der Stromlinie an einer x- Koordinate und dem Radius R an d der Innenwand 20 der Düse 8 an dieser x-Koordinate ist für diese vier Stromlinien 0,00 (Kurve 1), 0,17 (Kurve 2), 0,36 (Kurve 3) und 0,57 (Kurve 4).
Der Parameter K ist auf der Symmetrieachse der Düse 8 (Kurve 1) am grössten und ist zumindest im Bereich von x=0 m bis x=0,03 m grösser als 0,6. Beim Radienverhältnis von 0,17 (Kurve 2) ist der Parameter K noch immer grösser als 0,15. Die grössten Werte für K ergeben sich also für die Stromlinien in der Nähe der Symmetrieachse der Düse 8.
In Figur 5 ist der Parameter τ * entlang der vier Stromlinien aus Figur 4 dargestellt. Zu jeder x-Koordinate wurde dabei eine In ¬ tegration von xo=0 m bis zu dieser x-Koordinate berechnet, also
X
τ*(χ) = |γ ί5 dt . Für x=0,04 m ergibt sich der über die gesamte Länge o
L=0,04 m der Düse 8 integrierte Wert. Die grössten Werte für τ * ergeben sich also für die weiter von der Symmetrieachse entfernten Stromlinien, wobei in der Nähe der Wand (d. h. für Rstromii- nie/R an d ~l) Werte von mehr als 100 angenommen werden (nicht in Fi ¬ gur 5 erkennbar) . Die Flüssigkeit kann die Düse 8 mehrmals nacheinander durchströ ¬ men. Zur Bestimmung des Parameters τ * wird die Integration
Z * = y D dt über sämtliche Durchgänge durchgeführt. Da jedes Fluid- volumen die Düse bei einem wiederholten Durchgang auf einer anderen Stromlinie durchströmen kann, können für dieses Fluidvolu- men die K- und τ * -Werte für jeden Durchgang unterschiedlich sein. Dies kann dazu führen, dass der Effekt der Dehnströmung und damit die Ausbeute der Vesikel innerhalb des Fluids gleich- mässiger wird. Damit lassen sich Grösse und Ausbeute der Vesikel sowie die Verteilung ihrer Durchmesser einstellen.
Die Verkapselungseffizienz kann zusätzlich durch die Konzentration der amphiphilen Substanz eingestellt werden. Da mit dem er- findungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtung auch Fluide mit hohen Viskositäten eingesetzt werden können, kann damit auch die Verkapselungseffizienz optimiert werden .
Bei der in Figur 6 in einer Schnittansicht dargestellten vierten Ausführungsform ist gegenüber einer Auslassöffnung 6 einer konischen Düse 8 eine Stauplatte 31 mit einer Staufläche 32 angeord ¬ net. Die Anordnung hat eine Zylindersymmetrie; der Zwischenraum 33 zwischen der Düse 8 und der Stauplatte 31 bildet also einen flächigen Spalt, durch den das Fluid 1 radial nach aussen strömt. Beim Auftreffen auf die Staufläche 32 wird eine Stau ¬ punktströmung erzeugt, welche noch weitere Dehnströmungsanteile generiert .
Die fünfte Ausführungsform gemäss Figuren 7a und 7b enthält ei ¬ nen einstückig ausgebildeten Grundkörper 8 in Form einer hyperbolischen Düse, die in Figur 7a in einer Draufsicht und in Figur 7b in einer Schnittansicht dargestellt ist. Die innere Oberflä ¬ che 20 des Grundkörpers 8 bildet eine Begrenzungsfläche, die ei ¬ nen Strömungsraum 19 mit einem sich in Strömungsrichtung 3 ver- engenden Querschnitt begrenzt. Die Düse wird als hyperbolisch bezeichnet, da die innere Oberfläche 20 in der in Figur 7b dar ¬ gestellten Schnittebene konvex gekrümmt ist. Durch diese Quer ¬ schnittsverengung entsteht ein Dehnströmungsanteil, welcher die Bildung von Vesikeln aus dem Fluid bewirkt. Die Vorrichtung gemäss Figuren 7a und 7b ist aufgrund ihrer Bauweise wesentlich einfacher herstellbar als die in den Figuren 1 und 2 gezeigten. Gegenüber einer konischen Düse der Figur 3 werden mit einer hyperbolischen Düse gemäss Figur 7 grössere Dehnströmungen erzeugt. Dies bedeutet, dass eine hyperbolische Düse höhere Werte des Parameters K liefert als eine konische Düse, die den glei ¬ chen Eingangsinnenradius, die gleiche Länge und den gleichen Ausgangsinnenradius hat und die von der gleichen Durchflussmenge durchströmt wird. Der Eingangsinnenradius, die Länge und der Ausgangsinnenradius können beispielsweise wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben gewählt werden.
Eine weitere mögliche Variante ist in Figur 7c dargestellt. Die ¬ se gibt eine Schnittansicht einer hyperbolischen Düse mit einem Einführabschnitt 36 auf. Dieser Einführabschnitt 36 ist invers- hyperbolisch, da die innere Oberfläche 20 in der in Figur 7c dargestellten Schnittebene konkav gekrümmt ist. Der Einführab ¬ schnitt verhindert die Bildung von unerwünschten Wirbeln.
Figur 8 zeigt eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform der Vorrichtung. Die Vorrichtung enthält ein Paar von Walzen 21, 21' mit jeweils einer zylindermantelförmigen Walzfläche 22, 22' mit einem Radius von 30 cm. Die Walzen 21, 21' sind nebeneinander angeordnet und können in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen R, R' um jeweilige zueinander parallele und horizontal ausgerichtete Drehachsen A, A' gedreht werden. Die Walzen 21, 21' können mit der gleichen Drehgeschwindigkeit rotieren, so dass die Walzflächen 22, 22' keine Relativgeschwindigkeit auf ¬ weisen. Alternativ können die Walzen auch mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten rotieren, so zwischen beiden Walzflächen 22, 22' eine von null verschiedene Relativgeschwindigkeit auf ¬ tritt. Die rechts dargestellte Walze 21 weist einen Hohlraum 23 auf, welcher von der Walzfläche 22 in radialer Richtung umschlossen ist. Die Walzfläche 22 ist über vier Speichen 24 mit einer zentralen Welle 25 verbunden.
Die Walzfläche 22 weist mehrere in der Abbildung nicht erkennba ¬ re Einströmöffnungen auf. Die Walzfläche 22 besteht aus einem Sintermetall und hat eine Dicke von 2 cm. Optional kann das Sin ¬ termetall mit einem porösem Polymerfilm umwickelt sein. Die Einströmöffnungen können beispielsweise durch Bohren in die Walzfläche 22 eingebracht werden und haben einen Durchmesser von 200 ym.
Zwischen den beiden Walzen 21, 21' befindet sich ein Zwischenraum 19. In diesen Zwischenraum 19 wird von oben ein Fluid 1 aus einer nicht dargestellten Zuführvorrichtung bereitgestellt. Das Fluid 1 enthält eine amphiphile Substanz und kann die unten an ¬ gegebene Zusammensetzung haben. Aufgrund der Rotation der Walzen 21, 21' und aufgrund der Schwerkraft des Fluides 1 dringt dieses in den Zwischenraum 19 ein, welcher daher einen Strömungsraum für das Fluid 1 bildet. Die durch die Drehung der Walzen 21, 21' und die Schwerkraft erzeugten Dehnströmungsanteile bewirken die Bildung von Vesikeln aus dem Fluid 1.
Ein Teil des die Vesikel enthaltenden Fluides 1 strömt aufgrund des zwischen den Walzflächen 22, 22' bestehenden Druckes durch die Einströmöffnungen der Walzfläche 22 in den Hohlraum 23. Der Abstand zwischen den Walzen 21, 21' ist so eingestellt, dass der wesentliche Anteil des nicht in den Hohlraum 23 eintretenden Fluides 1 an den Walzflächen 22, 22' kleben bleibt und nach einer Umdrehung erneut in den Zwischenraum 19 zwischen den Walzen 21, 21' geführt wird. Der in den Hohlraum 23 gepresste Anteil des Fluides 1 läuft auf ¬ grund seiner Oberflächenspannung an der Unterseite der Walzfläche 22 nicht wieder aus dem Hohlraum 23 hinaus. Stattdessen kann das Fluid 1 durch eine hier nicht dargestellte Austrittsöffnung aus dem Hohlraum 23 ausströmen, die im Bereich einer Stirnseite der Walze 21 angeordnet ist.
Schliesslich zeigt Figur 9 eine siebte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Strömungsraum 19 wird von einem zylindrischen und vertikal ausgerichteten Strömungsrohr 26 begrenzt. Im Strömungsrohr 26 ist ein Gitter 27 angeordnet, auf dem ein Granulat 28 ruht. Das Granulat 28 kann beispielsweise aus Metall bestehen und von Partikelgrössen von 0,3 mm bis 1 mm aufweisen. Sowohl die Innenwand 29 des Strö ¬ mungsrohres 26 als auch die Oberflächen des Granulates 28 bilden Begrenzungsflächen des Strömungsraumes 19. Ein Fluid 1 wird von oben in das Strömungsrohr 19 eingeleitet und strömt aufgrund seiner Schwerkraft durch die Zwischenräume zwischen den einzel ¬ nen Partikeln des Granulates 28, wobei es Dehnströmungsanteile erfährt, welche die Erzeugung von Vesikeln bewirken. Unterhalb des Gitters 27 bilden sich Tropfen 30 des Fluides 1, welche die Vesikel enthalten.
Das in den obigen Ausführungsbeispielen verwendete Fluid 1 kann beispielsweise 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 40 Gew . ~6 , wei ter bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-% oder 30 bis 40 Gew.-% Lecithin, wie etwa Soj a-Lecithin, und Wasser enthalten. Optional kann das Fluid auch Wirkstoffe enthalten, wie beispielsweise Vitamin C. Die Komponenten können durch an sich bekannte Verfahren miteinander vermischt werden.
Ein solches Fluid wurde mehrfach nacheinander durch eine wie in Figur 3 dargestellte konische Düse geleitet. Die in diesem Ver ¬ such verwendete Düse hatte (im Gegensatz zu den oben angegebenen Dimensionen) einen Eingangsinnenradius R e =6 mm, einen Ausgangsin- nenradius R a =0,25 mm und einen halben Öffnungswinkel von =15°. Das Fluid wurde mit einer Durchflussrate von 1,5 1/min und mit einem Druck von 150 bar durch die Düse geleitet. Hierzu war ein spezifischer Energieeintrag von 500 kJ pro kg des Fluids nötig.
Figur 10 zeigt eine Aufnahme des hierdurch erzeugten Fluids, welche mittels Kryoelektronenmikroskopie erstellt wurde. Wie in dieser Aufnahme deutlich zu erkennen ist, wurden durch das beschriebene Verfahren mehrere Vesikel 33 mit Grössen von weniger als 100 nm erzeugt.