Schnelle Expansion von überkritischen Lösungen zur Herstellung von organischen Nanopartikeln

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Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es Partikel im Nanometerbereich herzustellen. Dazu wurde eine neuartige RESS-Apparatur aufgebaut, mit der schwerflüchtige Substanzen mikronisiert werden können Insbesondere die gepulste Expansion ermöglicht erstmals auch Expansionen ins Vakuum. Mit dieser Apparatur sollten Substanzen untersucht werden, die eine Rolle in der Atmosphäre, interstellaren Stäuben und in der pharmazeutischen Industrie spielen. Dabei werden Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS), 3-Wellenlängenextinktionmessung (3-WEM) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) zur Bestimmung der Partikelgröße und- form und FTIR-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie zur Bestimmung der Struktur und chemischen Zusammensetzung verwendet.

Ein weiteres wichtiges Ziel war es, den eigentlichen Partikelbildungsprozess besser zu verstehen. Dieser wurde bisher nur theoretisch untersucht. Experimentelle Arbeiten fehlten vollständig. Mit der hier vorgestellten Apparatur können in situ Messungen mit FTIR-Spektroskopie und 3-WEM in der Expansion durchgeführt werden. Zusammen mit dem Vakuumsystem und der beweglichen Düse kann damit sowohl im Überschall- als auch im Unterschallbereich der Expansion und damit im Bereich der Partikelbildung gemessen werden. Dazu werden zuerst Messungen von dem reinen Lösungsmittel CO2 und dann zusammen mit dem in scCO2 gelösten Feststoff im Bereich der Überschallexpansion durchgeführt. Für diese Untersuchungen werden Adamantan und Nonadekan als Festsubstanzen verwendet, da diese sehr gute Löslichkeiten in scCO2 besitzen.

Um Partikel in der Atmosphäre und im Weltall auf Eigenschaften wie Partikelgröße oder Teilchenkonzentration zu untersuchen sind optischen Daten notwendig. Diese werden in Datenbanken tabelliert. Substanzen, die in der Atmosphäre bzw. in interstellaren Stäuben vorkommen, sind z.B. aromatische Kohlenwasserstoffe wie Phenanthren oder Biphenyl. Deshalb wird in dieser Arbeit der komplexe Brechungsindex von Partikeln dieser Substanzen bestimmt. Dafür müssen die Größe, die Form und das IR-Spektrum der Partikel bekannt sein.

Pharmazeutische Wirkstoffpartikel neigen dazu stark zu agglomerieren und zu koagulieren. Dies kann durch Beschichten der Partikel z.B. mit einem Polymer verhindert werden. Durch Beschichten von Wirkstoffpartikeln kann auch deren Selektivität erhöht werden. Als Beschichtungssubstanz für pharmazeutische Wirkstoffe wird in dieser Arbeit das Biopolymer Polymilchsäure verwendet. Damit werden Wirkstoffpartikel aus Phytosterol und Ibuprofen umhüllt. Werden Wirkstoff und Polymer zusammen in scCO2 gelöst, entstehen meist gemischte Partikel anstelle von beschichteten Partikeln. Zur Einstellung des richtigen Mischungsverhältnisses von Wirkstoff und Polymer für die Beschichtung des Wirkstoffes müssen die beiden Substanzen getrennt in scCO2 gelöst werden. Deshalb wird in dieser Arbeit für das Beschichten des Wirkstoffes Ibuprofen erstmals eine Apparatur mit zwei Extraktoren verwendet.

In dieser Arbeit wurde neben dem racemischen Ibuprofen auch S-Ibuprofen mittels RESS untersucht. Auftretende Unterschiede in den IR-Spektren zwischen dem Racemat und den Enatiomeren werden durch Pulverdiffraktometrie und quantenchemische Rechnungen erklärt.