OFERTA DE TRANSFERENCIA DEL CONOCIMIENTO

GRUPO Y UNIVERSIDAD: Grupo de Procesos a Alta Presión – Universidad de Valladolid
Científico responsable: María José Cocero/Ángel Martín
Nombre: María José Cocero
Departamento/sección: Dpto. de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente
Facultad /Centro: Escuela de ingenierías industriales – Sede Dr. Mergelina
e-mail: mjcocero@iq.uva.es
Teléfono: +34 983 42 31 74
Página web con información adicional: http://hpp.uva.es/

TÍTULO:

Obtención y formulación de micro y nanopartículas con fluidos supercríticos

Descripción:(máximo 500 palabras)
(Breve descripción del conocimiento transferible, indicando aspectos innovadores, campos potenciales de aplicación y aquellos detalles que se consideren de mayor interés para las entidades destinatarias del conocimiento que se quiere transferir)
El uso y aplicación de micropartículas y nanopartículas en la industria alimentaria, cosmética o farmacéutica, está limitado por la capacidad de las tecnologías en generar partículas del tamaño adecuado y con la suficiente estabilidad como para garantizar que sus propiedades y actividad no varíancon el tiempo o posteriores manipulaciones.
Existen varias técnicas para la precipitación de partículas utilizando fluidos supercríticos como alternativas a los procesos tradicionales. Las técnicas que utilizan fluidos supercríticos tienen mejores rendimientos en relación con el tamaño final de partícula, el control de la morfología y la distribución de tamaño reduciendo además el riesgo de degradación o contaminación. Estas técnicas han recibido mucha atención durante los últimos años, y su viabilidad y rendimiento se ha demostrado para muchas sustancias. En estas técnicas de precipitación el fluido supercrítico puede desempeñar diferentes funciones: disolvente, antidisolvente, co – solvente, soluto, agente de atomización, etc..Dos de las técnicas más utilizadas son: SAS (Supercritical Antisolvent) en la que el fluido supercrítico (CO2) actúa como antidisolvente y el PGSS (Particles from Gas Saturated Solutions) en la que el fluido supercrítico actúa como agente de atomización.
La producción de partículas ultrafinas utilizando un fluido supercrítico tiene varias ventajas sobre otros métodos de precipitación. La mezcla entre el antidisolvente supercrítico y el líquido es mucho más rápida que en los procedimientos líquidos anti disolventes convencionales, conduciendo de este modo a mayores sobresaturaciones y diámetros de partícula más pequeños. Además, es posible controlar la distribución del tamaño de partícula (PSD) con cambios en las condiciones de funcionamiento. El antidisolvente supercrítico puede separarse fácilmente del producto final reduciendo la presión, en contraste con los complejos procesos de purificación que a menudo se requieren cuando se usan anti disolventes orgánicos. Y con una selección adecuada del antidisolvente, es posible llevar a cabo el proceso a temperaturas ambiente cercanas, evitando la degradación térmica del producto. Por estas razones, los procesos supercríticos han sido estudiados durante los últimos años, para aplicaciones que incluyen explosivos, polímeros, pigmentos, productos farmacéuticos y compuestos naturales.

En los últimos 15 años, el Grupo de Procesos a Alta Presión ha estudiado la aplicación de la precipitación SAS y PGSS a una gran variedad de materiales, incluyendo compuestos naturales tales como carotenoides, quercetina, cafeína o extractos de hierbas, productos farmacéuticos como ibuprofeno o ácido mandélico, materiales inorgánicos tales como hidruros, o polímeros tales como polietilenglicol, ácido poliláctico o copolímeros plurónicos.

¿Cómo funciona? / ¿En qué consiste?:(aproximadamente 500 palabras)
(Descripción detallada de los principios científico-técnicos, procesos, procedimientos, capacidades, recursos o conocimientos en los que se basa la oferta)
Existen diferentes tecnologías para la micronización y formulación de micro y nanopartículas utilizando fluidos supercríticos.
La tecnología SAS (por sus siglas en inglés: Supercritical AntiSolvent) es una de la técnicas para la micronización de compuestos farmacéuticos y naturales más flexible. Para la obtención de las micropartículas se pone en contacto dióxido de carbono a suficiente presión y temperatura para encontrarse en estado supercrítico con una disolución del compuesto que se desea micronizar en un disolvente orgánico. El CO2supercrítico, que es altamente soluble en los disolventes orgánicos satura rápidamente la disolución forzando la precipitación del sólido. Tras completarse la precipitación, se elimina el CO2 supercrítico junto con el disolvente, obteniéndose de este modo partículas secas completamente libre de disolvente. La tecnología SAS permite también la obtención de microencapsulados y microco-precipitados.
El grupo de Procesos a Alta Presión dispone de una planta piloto para la obtención de micropartículas mediante la tecnología SAS capaz de operar con flujos de CO2 supercrítico de hasta 5 kg/h, flujos de disoluciones/emulsiones de hasta 0.5 kg/h y un precipitador con un volumen de 1 litro.
El PGSS (Particles from Gas Saturated Solutions) es una técnica para la producción de micropartículas a partir de materiales con temperaturas de fusión relativamente bajas, como polímeros, ceras o grasas. El proceso se basa en la capacidad de estos materiales de disolver grandes cantidades de CO2 a presiones moderadas. Tras saturar el material que se desea micronizar con CO2, se despresuriza el sistema con lo que el gas se libera del sólido y se expande rápidamente, provocando un efecto de enfriamiento que favorece la formación de las micropartículas.
El PGSS-drying extiende la aplicabilidad del PGSS a procesos para la micronización de sustancias activas en disoluciones acuosas. Esta técnicapermite el secado y micronización de disoluciones acuosas de compuestos activos fácilmente degradables o con bajas temperaturas de fusión puesto que permite operar con temperaturas significativamente menores que las utilizadas en procesos convencionales como el spray-drying.
El grupo de investigación de Procesos a Alta Presión dispone de una planta piloto para la micronización y secado de micropartículas mediante PGSS y PGSS – drying capaz de operar con un flujo de CO2 supercrítico de hasta 30 kg/h y un flujo de emulsión de hasta 5 kg/h.
Ventajas:(máximo 300 palabras)
(Ventajas y beneficios que supondría para una entidad la incorporación dicho conocimiento)
Las tecnologías basadas en el uso de fluidos supercríticos para la obtención y formulación de micro y  nanopartículas presentan, entre otras, las siguientes ventajas en comparación con las técnicas convencionales:

• Reduce el riesgo de degradación de los principios activos puesto que el proceso tiene lugar a temperaturas más reducida
• Minimiza la cantidad de solvente que permanece en la superficie de la partícula y reduce la necesidad de posteriores etapas de limpieza o purificación.
• Permiten recuperar con facilidad parte del solvente utilizado
• Permite el control del tamaño y morfología final de las partículas
• Reduce el número de etapas necesarias para la obtención del producto final ya que permite la micronización, encapsulado y secado en un mismo proceso.

¿Dónde se ha desarrollado?:(máximo 200 palabras)
(Breve descripción del grupo de investigación)

El grupo de investigación de Procesos a Alta Presión fue fundado en 1998 y hoy en día se ha convertido en un grupo de referencia internacional en el campo de procesamiento de fluidos bajo presión. Es un Grupo de Investigación de Excelencia por la Junta de Castilla y León (España). Sus líneas de investigación se centran en el desarrollo de productos y procesos sostenibles, teniendo en cuenta el uso de materiales renovables, los procesos limpios, la utilización y la producción de energía eficiente y la creación de productos con posibles aplicaciones de mercado a corto y medio plazo. Su capacidad investigadora ha sido desarrollada en base al uso de fluidos supercríticos y presurizados tales como CO2 y agua en lugar de disolventes y medios de reacción habituales.

El grupo de investigación de Procesos a Alta Presión (High Pressure Processes Group) ha colaborado con numerosas empresas entre las que se encuentra: REPSOL, CEPSA, BEFESA Water, Matarromera, Biofactory, Naturae et Salus, PROSOL Coffee, UBE Europe, Maxan, Trefinos, ARAFARMA, AB-Biotics, INVISTA (UK), etc.

Y además:(máximo 100 palabras)
(Otras capacidades del grupo de investigación, equipamiento destacable)

Además de procesos estas tecnologías para la micronización utilizando fluidos supercríticos,  el grupo de investigación de Procesos a Alta Presión ha desarrollado e investiga otras técnicas y tecnologías que pueden complementarlas:

• Extracción de compuestos de alto valor añadido mediante el uso de fluidos supercríticos.
• Formulación y obtención de micro y nanopartículas mediante la técnica de spray drying
• Extracción de compuestos de alto valor añadido mediante extracción asistida por microondas y ultrasonidos. 
• Hidrolisis y caracterización de biomasa para el aprovechamiento energético.
• Caracterización y estudio de sistemas en equilibrio y cinéticas de reacción a alta presión y temperatura.

Knowledge Transfer Offer

GROUP/UNIVERSITY: High Pressure Processes Group – University of Valladolid
Contact Person: María José Cocero/Ángel Martín
Name: María José Cocero
Department/Section: Department of Chemical Engineering and Environmental Technology
School/Center: Escuela de Ingenierías Industriales (Dr. Mergelina Center)
e-mail: mjcocero@iq.uva.es
Phone: +34 983 42 31 74
Web: http://hpp.uva.es/

TITLE:Preparation and formulation of micro and nanoparticles with supercritical fluids
(Descriptive, brief and without technical terms. It should invite you to continue reading)

Description: (500 words approximately)
(Brief description of the transferable knowledge, indicating innovative aspects, potential scopes and any detail that could be considered of interest to the target entities)

The use and application of microparticles and nanoparticles in the food, cosmetic or pharmaceutical industry is limited by the ability of the technologies to generate particles of the appropriate size and with sufficient stability to ensure that their properties and activity do not vary with time or Subsequent manipulations.

Supercritical fluid techniques for materials precipitation have been proposed as an alternative to conventional precipitation processes as they can improve the performance of these processes in terms of reduction of particle size and control of morphology and particle size distribution, without degradation or contamination of the product. These techniques have received much attention during the last years, and their feasibility and performance have been proved for many substances. Several precipitation technologies, in which the supercritical fluid plays different roles (solvent, anti solvent, co solvent, solute, atomization agent…) have been developed. Two of the more frequently used techniques are: supercritical antisolvent (SAS) and the Particles from Gas Saturated Solutions (PGSS)
The production of ultra-fine particles using a supercritical fluid has several advantages over other precipitation methods. The mixing between the supercritical anti solvent and the liquid is much faster than in conventional liquid anti solvent processes, thus leading to higher supersaturations and smaller particle diameters. Moreover, it is possible to control the particle size distribution (PSD) with changes in the operating conditions. The supercritical anti solvent can be easily removed from the final product by reducing pressure, in contrast with the complex purification processes often required when organic anti solvents are used. And with a proper selection of the anti-solvent, it is possible to carry out the process at near ambient temperatures, avoiding the thermal degradation of the product. For these reasons, supercritical processes have been studied during the last years, for applications which include explosives, polymers, pigments, pharmaceuticals and natural compounds.

Over the last 15 years, HPPG has studied the application of SAS and PGSS precipitation to a large variety of materials, including natural compounds such as carotenoids, quercetin, caffeine or herb extracts, pharmaceuticals such as ibuprofen or mandelic acid, inorganic materials such as hydrides, or polymers such as poly ethylene glycol, poly lactic acid or pluronic copolymers.

How does it work? /What is it about?:(500 word approximately)
(Detailed description of the scientific-technical principles, processes, procedures, capabilities, resources or knowledgeon which the offer is based)

There are some different technologies for the micronization and formulation of micro and nanoparticles using supercritical fluids.

The Supercritical Anti Solvent technique is a very flexible technique for the micronization of pharmaceutical and natural compounds. The technique is based in putting into contact an organic solution with supercritical carbon dioxide. During mixing, SC-CO2 is quickly dissolved in the organic solution, causing the precipitation of solutes by antisolvent effect. Afterwards, SC-CO2 efficiently extracts the organic solvent, allowing to obtain completely solvent-free products.SAS processing can also be used to encapsulate or co-precipitate different active compounds and carrier materials, thus producing microcomposites and microcapsules.

HPP group disposes of a pilot scale plant for SAS technology with a 1 liter volume precipitator, capable to operate with a scCO2 flow rate up to 5 kg/h and a solution flow up to 0.5 kg/h.

PGSS (Particles from Gas Saturated Solutions) is technique for the production of microparticles of different materials of relatively low melting temperatures, such as polymers, waxes or fats. The process is based on the capacity of those materials to dissolve large amounts of CO2 at moderate pressures. Upon depressurization down to ambient conditions, the dissolved CO2 is rapidly released and expanded, producing an intense cooling effect that promotes the formation of microparticles.

The PGSS-drying technique extends the applicability of the PGSS process to aqueous solutions of these active compounds. The PGSS-drying enables a successful drying and micronization of aqueous solutions at operation temperatures significantly below the minimum temperatures required by conventional spray-drying, making it a specially suitable technique for the processing of thermally-sensitive materials, or for materials with very low melting temperatures that would be liquid at the typical operating conditions of spray-drying.

For PGSS and PGSS – drying, HPP disposes of a pilot plant capable to operate with a sCO2 flow rate up to 30 kg/h and an emulsion flow rate up to 5kg/h.

Advantages:(300 words maximum)
(Advantages and benefits for an entitythat would integratethe knowledge)
Technologies based on the use of supercritical fluids for the preparation and formulation of micro and nanoparticles have, among others, the following advantages compared to conventional techniques:

• Reduces the risk of degradation of the active ingredients since the process takes place at lower temperatures
• Minimizes the amount of solvent remaining on the surface of the particle and reduces the need for subsequent cleaning or purification steps.
• They allow to recover easily part of the solvent used
• Allows the control of the final size and morphology of the particles
• It reduces the number of stages necessary to obtain the final product since it allows micronization, encapsulation and drying in the same process.

Where has it been developed?: (200 words approximately)
(Brief description of the research group)

The High Pressure Processes research group was founded in 1998 and today has become an international reference group in the field of fluid processing under pressure. It is ResearchExcellence Group by the Junta de Castilla y León (Spain). Its lines of research focus on the development of sustainable products and processes, taking into account the use of renewable materials, clean processes, efficient energy use and production and the creation of products with possible short and medium market applications term. Its research capacity has been developed based on the use of supercritical and pressurized fluids such as CO2 and water instead of solvents and usual reaction media.

The High Pressure Processes Group has collaborated with numerous companies including REPSOL, CEPSA, BEFESA Water, Matarromera, Biofactory, Naturae et Salus, PROSOL Coffee, UBE Europe, Maxan, Trefinos , ARAFARMA, AB-Biotics, INVISTA (UK), etc.

And also: (100 words maximum)
(Other capacities of the research group, Equipment)

In addition to these technologies for the micronization with supercritical fluids, the High Pressure Processes research group has developed and investigates other techniques and technologies that can complement them.

• Extraction of compounds of high added value through the use of supercritical fluids.
• Formulation and obtaining of micro and nanoparticles by the technique of spray drying
• Extraction of compounds of high added value by means of extraction assisted by microwaves and ultrasounds.
• Hydrolysis and characterization of biomass for energy use.
• Characterization and study of equilibrium systems and reaction kinetics at high pressure and temperature.