OFERTA DE TRANSFERENCIA DEL CONOCIMIENTO

GRUPO Y UNIVERSIDAD: UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Científico responsable: PROF. DR. LOURDES CALVO GARRIDO
Departamento/sección:  INGENIERÍA QUÍMICA
Facultad /Centro: FACULTAD DE CC. QUÍMICAS
e-mail: lcalvo@ucm.es
Teléfono: 913944185
Página web con información adicional: www.lidcoo.com

TÍTULO:

FORMACIÓN DE NANOPARTÍCULAS Y NANOCÁPSULAS MEDIANTE EXTRACCIÓN SUPERCRÍTICA DE EMULSIONES (ESE)

Descripción:

Las técnicas de formación de partículas y encapsulación a escala micro más importantes son: a) El secado por atomización (spray drying), el recubrimiento en lecho fluidizado y la evaporación a alta temperatura y/o presión reducida.
Estas tecnologías presentan una serie de inconvenientes.  Las partículas producidas tienen en general un tamaño demasiado grande para nano e incluso micro-aplicaciones; su morfología no puede ser bien controlada.  Además, algunas de estas técnicas utilizan el calor para eliminar el disolvente, lo que podría afectar al compuesto.  La operación continua no es posible y el tiempo de procesamiento es grande.  Estas limitaciones sumadas a su alto coste dificultan su implementación a escala industrial.
Por estas razones, se están buscando nuevas alternativas tales como la extracción supercrítica de emulsiones (ESE).  

¿Cómo funciona? / ¿En qué consiste?:

En esta técnica se emplea CO2 supercrítico para extraer la fase orgánica de una emulsión en agua (O/W) en la que se ha disuelto el compuesto a micronizar.  Al eliminar el disolvente, las partículas precipitan quedando suspendidas en agua.  Para generar encapsulados se utiliza una variación del método.  En la fase orgánica se disuelve tanto el compuesto activo como el recubrimiento.  Cuando se elimina el disolvente orgánico, el recubrimiento precipita con el compuesto, generando una suspensión de las micro o nanocápsulas en agua.  Si el compuesto activo es soluble en agua, se parte de emulsiones dobles (W/O/W).
La tecnología se puede aplicar a la micronización y encapsulación a escala micro y nano de compuestos sensibles, tales como productos farmacéuticos (para su protección y/o liberación controlada), nutracéuticos, bioactivos, probióticos (para su incorporación a alimentos funcionales), cosméticos, pigmentos, explosivos, precursores de semiconductores, etc.
La nanotecnología es una tecnología facilitadora clave en el programa Horizon 2020 y en el Plan Estatal de I+D+i dado el amplísimo mercado que existe.

Formación de nanoencapsulados mediante extracción supercrítica de emulsiones.

Ventajas:

• Mejor control del tamaño de partícula así como en su forma.  Las partículas tienen morfología esférica y no hay agregación.  Esto se debe a la combinación de la flexibilidad de la ingeniería de partícula empleando sistemas de emulsiones, con la gran eficiencia y velocidad de extracción de los fluidos supercríticos.
• Alta eficiencia de encapsulación (>80%) y de relación compuesto activo/partícula (>30%). 
• Uso moderado de presión (<80 bar), baja temperatura (<40ºC) y tiempo de procesamiento corto (< 30 min); de tal forma que los costes de operación podrían ser fácilmente amortizados por el valor añadido del producto. 
• El proceso se puede llevar a cabo de forma continua, con recirculación tanto de la fase orgánica como del CO2.
• El escalado a grandes producciones es fácil puesto que se podría aplicar tecnología de extracción convencional en columnas de relleno.

¿Dónde se ha desarrollado?:

La tecnología está en investigación, aunque está probada en varios productos farmacéuticos y alimentarios.  Hemos conseguido la nanoencapsulación de compuestos líquidos a escala piloto en operación continua.

Y además:

Disponemos de tres instalaciones de distintos tamaños para llevar a cabo pruebas de concepto del procedimiento en todo tipo de materiales.  Además tenemos las instalaciones para evaluar el grado de encapsulación y la morfología de las partículas y para determinar la calidad físico-química y microbiológica de los productos preparados. Podemos modelar el proceso para hacer diseños a mayor escala.

El grupo también investiga:

• Esterilización de materiales sensibles mediante CO2 supercrítico
• Extracción supercrítica de materiales sólidos

Knowledge Transfer Offer

GROUP/UNIVERSITY: UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Contact Person: LOURDES CALVO GARRIDO
Department/Section: CHEMICAL ENGINEERING
School/Center: SCHOOL OF CHEMICAL SCIENCES
e-mail: lcalvo@ucm.es
Phone: +34 91 394 4185
Web: www.lidcoo.com

TITLE:

FORMATION OF NANOPARTICLES AND NANOCAPSULES BY SUPERCRITICAL EXTRACTION OF EMULSIONS
Description:

The most important micro-scale micronization and encapsulation techniques are: spray drying, fluidized bed coating and evaporation at high temperature and / or reduced pressure. These technologies present a number of drawbacks. The produced particles generally have a size too large for nano and even micro-applications; their morphology cannot be finely controlled. In addition, some of these techniques use heat to remove the solvent, which could affect the compound. Continuous operation is not possible and the processing time is large. These limitations coupled with their high cost make it difficult to implement them on an industrial scale.  For these reasons, new alternatives such as supercritical emulsion extraction of emulsions (SFEE) are being sought.

How does it work? /What is it about?:

The basis of this process relies on the use of supercritical CO2 to rapidly extract the organic phase of an emulsion, in which a bioactive compound and its coating polymer have been previously dissolved. By removing the solvent, both compounds precipitate, generating a suspension of particles in water. The produced particles have controlled size and morphology, due to the use of the emulsion and to the fast kinetics of the supercritical CO2 extraction. Particle agglomeration in the aqueous phase is avoided since the particles are stabilized by a surfactant. In addition, this technology is very versatile. It is possible to encapsulate hydrophilic and lipophilic compounds by changing the starting emulsion. An oil in water (O/W) emulsion can be used to encapsulate lipophilic compounds, while a water in oil in water (W/O/W) emulsion can be used to encapsulate hydrophilic compounds.

The technology can be applied to the micronization and encapsulation at the micro and nano scale of sensitive compounds, such as pharmaceuticals (for protection and / or controlled release), nutraceuticals, bioactive, probiotics (for incorporation into functional foods), cosmetics, pigments, explosives, semiconductor precursors, etc.

Nanotechnology is a key enabling technology in the Horizon 2020 program and in the Spanish R+D+i plan.

Advantages:

• Better control of particle size as well as its shape. The particles have spherical morphology and there is no aggregation. This is due to the combination of the flexibility of particle engineering using emulsion systems, with the high efficiency and extraction rate of the supercritical fluids.
• High encapsulation efficiency (> 80%) and high active compound / particle ratio (> 30%).
• Moderate use of pressure (<80 bar), low temperature (<40 °C) and short processing time (<30 min); so that operating costs could be easily amortized by the added value of the product.
• The process can be carried out continuously with recirculation of both the organic solvent and the CO2.
• Scaling to large productions is easy since conventional extraction technology in packed columns can be applied.

Where has it been developed?:

The technology is under investigation, although it is proven in the nanoencapsulation of several pharmaceutical and food products. We have achieved the nanoencapsulation of liquid compounds at pilot plant scale in continuous operation.

And also:

The group has three facilities of increasing size to carry out proof of concept tests. In addition we have the facilities to evaluate the encapsulation degree and the morphology of the particles as well as the physical-chemical and microbiological quality of the treated products. We can model the process to make designs on a larger scale.
The group also investigates the:

• Sterilization of sensitive materials with supercritical CO2
• Supercritical extraction from solids