1. März 2021 | Magazin:

Bild des Monats März: 3D-Mikrofluidik für Nanopartikel nach Maß Präzise Herstellung von Nanopartikeln als Träger für schwer lösliche Wirkstoffe

Im Bild zu sehen ist ein mikroskopischer Misch-Kanal zur Herstellung von Nanopartikeln als Träger für schlecht wasserlösliche Wirkstoffe. Der Vorteil dieser Trägersysteme: Die Wirkstoffe können so besser vom Körper aufgenommen werden oder unter Umgehung des Magen-Darm-Trakts verabreicht werden. Das Institut für Mikrotechnik forscht an Systemen für die Herstellung der Nanopartikel mit einstellbaren Eigenschaften und besonders schmaler Größenverteilung. Im Gegensatz zu klassischen Verfahren bietet die Mikrofluidik maximale Kontrolle über den Mischprozess, bei dem die Nanopartikel entstehen. In Kooperation mit dem Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie (Professorin Heike Bunjes und Juliane Riewe) wurden bereits pharmazeutisch relevante Nanopartikel hergestellt.

Mikrofluidisches System, wie es am Institut für Mikrotechnik (IMT) verwendet wird. Bildnachweis: Peer Erfle/TU Braunschweig

Der Kanal des Mikrosystems mit Injektionsdüse und Mischelementen wurde mittels eines besonders hochauflösenden 3D-Druck-Verfahrens (2-Photonen-Polymerisation) auf ein Glassubstrat aufgedruckt. Der Kanal besitzt einen Innendurchmesser von 0,2 Millimeter. Das Bild entstand während eines Mischversuchs, bei dem Wasser und blau gefärbtes Ethanol durch das System geleitet wurden. Der blau eingefärbte Strom verbindet sich mit dem Hauptstrom über eine Injektionsdüse mit einem Innendurchmesser von 30 Mikrometer. Die 3D-Struktur der Mischelemente vergrößert die Kontaktfläche zwischen den beiden Strömen. Das intensiviert die Diffusion für eine schnellere Durchmischung der Lösungen.

Die Besonderheit an diesem neuen Mikrosystem: Die 3D-Strukturen verhindern, dass im Ethanol enthaltenes Lipid in Kontakt mit den Kanalwänden kommt und daran haften bleibt. Dieses sogenannte Fouling stellte bisher ein ungelöstes Problem bei der Herstellung von Nanopartikeln in mikrofluidischen Systemen dar. Durch Fouling werden Strömungen und Mischprozesse instabil und das System kann verstopfen.

Die erzeugten Lipid-Nanopartikel mit einer Größe von 70 bis 200 Nanometer bieten auch eine Option für injizierbare wässrige Lösungen eines Wirkstoffes.