1. Introducción
Una de las características de la industria moderna es el crecimiento continuo. La base tecnológica actual nos permite diseñar y fabricar equipos con elementos tecnológicos más elevados y con mejores rendimientos. Este aspecto se relaciona de manera directa con la industria farmacéutica en fabricación y almacenamiento de sus productos. En los últimos años, la micro y nanotecnología ha sido utilizada para liberar elementos bioactivos, así como también se ha implementado para la nanoencapsulación de fármacos y cosméticos, empleando una gran variedad de matrices poliméricas basadas en compuestos orgánicos: alginato de sodio, pectina, quitosano y materiales con base en lípidos. Dicho procedimiento ha demostrado poder mejorar las propiedades de los elementos bioactivos, ya sea prolongando su resistencia en el tracto intestinal, o mejorando su distribución, solubilidad y eficiencia en la absorción a través de las células.
1.2 Revisión literaria
Una de las técnicas más exitosas y populares es la dispersión sólida amorfa. Hoy en día se han analizado varias técnicas para llevar a cabo estos procesos, siendo las más reconocidas el Electrohilado (electrospinning) y la Electropulverización (electrospraying), las cuales se basan en fenómenos electrohidrodinámicos donde una solución (fluido) puede hilarse o pulverizarse aplicando campos eléctricos, obteniendo fibras o partículas del orden de pocos micrómetros e incluso nanómetros.
Claramente, la hidrodinámica de flujo está definida por la interacción dinámica de las fuerzas que toman relevancia durante el proceso: las asociadas al campo electrostático y a la repulsión de cargas, y en contraparte las fuerzas ligadas a la tensión superficial, la gravedad y las de resistencia al flujo (arrastre). Dichas fuerzas compiten de manera dinámica y su interacción genera una forma muy peculiar de menisco y de chorro: atomizaciones del tipo de goteo, microgoteo, chorro de cono estable, chorro de cono inestable, husillo y chorro inestable, entre otras.
Para obtener dispersiones sólidas mediante atomización electrostática, se bombea un fluido (solución bioactiva) a través de una boquilla por la cual se aplica un potencial eléctrico (del orden de los kV).
Metodología experimental
A través de una secuencia de pasos que conformaron la metodología empleada (identificación del problema, revisión y definición de variables, diseño y ejecución del experimento), se establecieron los elementos clave del experimento, incluyendo los equipos e instrumentos empleados para medir las variables. Se definieron los parámetros experimentales y los rangos específicos de valores que serían analizados, y se estableció el número de réplicas necesarias para minimizar la variabilidad y aumentar la confiabilidad de los resultados.
Elegimos etanol como el fluido de trabajo para todos los experimentos debido a sus propiedades que lo hacen adecuado. El montaje experimental requirió el diseño y ensamblaje de un dispositivo de Electrospray que funciona a presión atmosférica y temperatura ambiente. El líquido se suministraba mediante una jeringa conectada a una punta dispensadora, con una placa de acero inoxidable con un orificio centrado unos milímetros por debajo. La diferencia de potencial que dio lugar a la producción de Electrospray se situó entre 3 y 7 kV; se diseñó y construyó internamente un generador electrostático de alta tensión (HVEG). La distancia entre la placa y la punta dispensadora varió entre 3 y 13 mm. El fenómeno se estudió con una cámara de alta velocidad Chronos 2.1 (hasta 20000 fps en la primera zona y 1000 fps en la segunda).
Resultados
Las condiciones evaluadas conducen a variaciones en el tamaño de las gotas que van de 40 a 960 µm. Las gotas más pequeñas se forman a menor distancia entre la boquilla y la placa para un voltaje intermedio de 3.5 kV. El tamaño máximo de las gotas se alcanza con el voltaje más bajo de 2 kV, llegando hasta 960 µm; al aplicar el voltaje máximo y considerando una distancia de 13 mm, el tamaño promedio disminuye hasta un valor mínimo de 90 µm.
Durante cada medición, el aumento del campo eléctrico provocó un incremento en el ángulo de pulverización, pasando por una fase de inestabilidad antes de estabilizarse en un valor constante. Un ángulo más amplio indica que las gotas pueden ser más pequeñas y dispersarse sobre una superficie mayor.
4. Conclusión
Se ha desarrollado un montaje experimental y un procedimiento para investigar la hidrodinámica de flujos eléctricamente cargados. Los resultados revelaron que tanto las fuerzas inerciales como las de tensión superficial predominan sobre las fuerzas viscosas, y que la combinación del voltaje y la distancia afecta principalmente al tamaño de las partículas y al ángulo de aspersión, mientras que el voltaje por sí solo influye principalmente en la cantidad de partículas.
Los principales hallazgos de esta investigación permiten considerar la tecnología de electrospray como una técnica prometedora para ser aplicada en la formulación y producción de fármacos a escala nanométrica. Desde el punto de vista cuantitativo, los resultados más favorables se lograron al aplicar un voltaje de 3.5 kV y mantener una distancia de 4 mm entre los electrodos.
Referencias: [1] Yurteri et al. (2010), KONA Powder and Particle Journal · [2] Yan, Farouk & Ko (2003), Journal of Aerosol Science · [3] Emerich & Thanos (2003) · [4] Pawar et al. (2018), Journal of Controlled Release · [5] Loscertales et al. (2002), Science · [6-15] Kawabata et al., Van den Mooter, Zhao et al., Paximada et al., Herrada et al., Almería & Gomez, Eltayeb et al., Wongsasulak et al., Lopez-Rubio et al., Enayati et al. · [16-22] Sadri et al., Xuan et al., Sánchez et al., Feldman et al., Dastourani et al., Naderi et al., Wang & Mamishev.
Origen de esta historia
Pieza desarrollada para el archivo web de Órbita y revisada por el equipo editorial.
Explorar la edición original →
