OFERTA DE TRANSFERENCIA DEL CONOCIMIENTO

GRUPO Y UNIVERSIDAD: Preparación y actividad de materiales multifuncionales y procesos Fisicoquímicos en Química Sostenible –GRUPO 910632 UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Científico responsable: Albertina Cabañas Poveda y Concepción Pando García-Pumarino
Nombre: MICRONIZACIÓN DE MATERIALES UTILIZANDO CO2 SUPERCRÍTICO COMO AGENTE ANTIDISOLVENTE.
Departamento/sección: Departamento de Química-Física I
Facultad /Centro: Facultad de Ciencias Químicas
e-mail: a.cabanas@quim.ucm.es, pando@quim.ucm.es
Teléfono: 913945225
Página web con información adicional:

 

TÍTULO:

Micronización de materiales utilizando CO2 supercrítico como agente antidisovente.

Descripción: (máximo 500 palabras)
Se propone una tecnología sostenible para micronizar materiales libres de disolvente utilizando CO2 supercrítico como agente antidisolvente. El método se puede aplicar a la micronización de fármacos, pigmentos, polímeros, explosivos, precursores inorgánicos,… Estos compuestos son generalmente moléculas de gran tamaño o polares que tienen baja solubilidad en CO2 supercrítico mientras que se disuelven bien en disolventes orgánicos polares. La técnica se basa en el efecto antidisolvente que tiene el CO2 supercrítico al mezclarse con una disolución del compuesto a precipitar en un disolvente orgánico.
El método SAS permite controlar la morfología, tamaño y/o forma polimórfica del material precipitado variándose el disolvente y las condiciones de presión y temperatura (siempre moderadas), a la vez que produce materiales libres de disolvente.
¿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)
Cuando el CO2 se calienta por encima de 31°C a una presión superior a 7,4 MPa se convierte en fluido supercrítico. El CO2 supercrítico tiene densidades intermedias entre las de los líquidos y los gases, pero propiedades de transporte (difusividad, viscosidad) similares a las de los gases. Cuando el CO2 entra en contacto con la disolución orgánica que contiene el soluto a micronizar y se disuelve en el disolvente, el líquido experimenta una expansión volumétrica y se convierte en un mal disolvente del soluto que precipita en forma de micro y nanopartículas. La morfología, estructura cristalina y tamaño de las partículas se controla modificando la temperatura y presión del proceso, el disolvente, etc...Se obtiene partículas libres de disolvente y con una distribución estrecha de tamaños.
Un esquema del dispositivo experimental utilizado se muestra en la figura 1. Una bomba de alta presión impulsa el CO2 supercrítico a la temperatura y presión de trabajo hacia la cámara de precipitación que se halla en las mismas condiciones a flujo constante. La disolución formada por el sólido y el disolvente orgánico se introduce también a flujo constante en la cámara de precipitación a través de un nebulizador. Las temperaturas habituales de precipitación varían entre 35 a 70 ºC, a presiones desde 8 a 20 MPa. Al disolverse el fluido en el disolvente orgánico, la mezcla que contiene el sólido se sobresatura y comienza la precipitación. La presión se controla con un regulador de presión a la salida de la cámara de precipitación. El sólido micronizado se recoge en la cámara de precipitación, mientras que la mezcla CO2 + disolvente orgánico se separa en un separador ciclónico. El precipitado se lava con CO2 supercrítico, quedando el material micronizado libre de disolvente.
Figura 1. Esquema del Dipositivo SAS .
Los materiales micronizados se caracterizan por rayos X (ángulo bajo y alto), análisis térmico (TGA, DTA), espectroscopia FTIR y UV-vis, microscopía electrónica (SEM y TEM), análisis de la composición por EDX y microanálisis,… También se realizan ensayos de velocidad de disolución de los fármacos.
Con esta técnica ya hemos micronizado fármacos como el diflunisal (DF- analgésico antinflamatorio), así como formulaciones farmacéuticas como la formada por DF y el polímero PVP, y el co-cristal formado por el DF con nicotinamida (NIC- compuesto soluble en agua de la familia de la vitamina B). La figura 2 muestra imágenes SEM de los materiales, En todos los casos las formulaciones preparadas mostraron mejoras en la velocidad de disolución frente a los fármacos puros debido al cambio de propiedades de la formulación y al control de la morfología y tamaño obtenidos por el proceso SAS.

Figura 2.  Fármacos precipitados por SAS.
Ventajas: (máximo 300 palabras)
Las técnicas tradicionales de micronización como la trituración, cristalización, “spray-drying” o “freeze drying” presentan varias limitaciones como el escaso control del tamaño de las partículas y la temperatura elevada que se puede necesitar para eliminar el disolvente. Por el contrario, la precipitación por el método SAS produce materiales libres de disolvente a la vez que se puede controlar la morfología, tamaño y/o forma polimórfica del material precipitado.
El CO2 es considerado como un disolvente sostenible al tener parámetros críticos moderados, ser barato, inocuo, incombustible y poder ser reciclado. Además, el CO2 es un gas en condiciones atmosféricas que se elimina fácilmente del material por simple despresurización y no deja residuos.

¿Dónde se ha desarrollado?:

La técnica se ha desarrollado en el Laboratorio de Equilibrio de Fases y Fluidos Supercríticos de la Facultad de Ciencias Químicas en la Univesidad Complutense de Madrid (UCM) por el grupo de investigación “Preparación y Actividad de materiales multifuncionales y procesos Físicoquímicos en Química Sostenible” que trabaja en la preparación de materiales utilizando fluidos supercríticos como alternativa a los disolventes comunes más contaminantes. Además de tratarse de procesos más sostenibles, los materiales que se obtienen presentan mejores propiedades que los obtenidos por métodos convencionales. El grupo tiene amplia experiencia en el área de fluidos supercríticos, tanto desde un punto de vista fundamental como aplicado.
Y además: (máximo 100 palabras)
(Otras capacidades del grupo de investigación, equipamiento destacable)

El grupo pertenece a la Real Sociedad Española de Química (RSEQ), la asociación española de fluidos comprimidos (FLUCOMP), la “International Society for the Advancement of Supercritical Fluids” (ISSASF) y la Red Española de Química Sostenible.
Se ofrece iniciar colaboraciones con empresas y/u otros grupos de investigación con el objetivo de utilizar esta técnica en aquellos casos en los que las técnicas convencionales no produzcan resultados satisfactorios, con el fin de obtener productos de alto valor añadido. El grupo dispone de un precipitador SAS por efecto antidisolvente para llevar a cabo experimentos de micronización a escala de laboratorio, así como de equipos de caracterización de los materiales producidos.
Ofrecemos otras ofertas de transferencia tecnológica basadas en el uso de CO2 supercrítico.

Knowledge Transfer Offer

GRUPO Y UNIVERSIDAD: Preparation and activity of multifunctional materials and physicochemical processes in Green Chemistry–GRUPO 910632 UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Científico responsable: Albertina Cabañas Poveda and Concepción pando García-Pumarino
Nombre MICRONIZATION OF MATERIALS USING SUPERCRITICAL CO2 AS ANTISOLVENT AGENT.
Departamento/sección: Departament of Physical-Chemsitry
Facultad /Centro: Faculty of Chemistry
e-mail: a.cabanas@quim.ucm.es, pando@quim.ucm.es
Teléfono: +34 913945225
Página web con información adicional:

TÍTULO:

MICRONIZATION OF MATERIALS USING SUPERCRITICAL CO2 AS ANTISOLVENT AGENT.

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)

A clean technology to micronize solvent-free materials using supercritical CO2 as an antisolvent is proposed. The method can be applied to the micronization of drugs, pigments, polymers, explosives, inorganic precursors,… These compounds are generally large or polar molecules that exhibit low solubility in supercritical CO2, but they are very soluble in polar organic solvents. The technique is based on the antisolvent effect that supercritical CO2 has after being mixed with a solution of the compound in an organic solvent.

The SAS method allows controlling the morphology, size and/or polymorphic phase of the precipitated material, by varying the solvent and the pressure and temperature conditions (always moderate conditions) and, at the same time, it leads to solvent-free materials.

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

At temperatures above 31 ºC and pressures greater than 7.4 MPa, CO2 becomes a supercritical fluid. Supercritical CO2 has densities intermediate between those of liquids and gases, but transport properties (diffusivity and viscosity) similar to gases. When CO2 contacts the organic solution with the solute to be micronized and is dissolved in the solvent, the liquid experiences a volumetric expansion and becomes a bad solvent of the solute, which precipitates as micro and nanoparticles. The morphology, crystal structure and particle size can be controlled by modifying the temperature and pressure of the process, the solvent, etc… Solvent-free particles exhibiting a narrow particle size distribution are obtained.
An scheme of the experimental device used is shown in figure 1. A high pressure pump drives supercritical CO2 at the working temperature and pressure towards the precipitation chamber which is the same conditions at constant flow. The liquid solution formed by the solid and the organic solvent is also introduced at constant flow into the precipitation chamber through a nozzle. Current precipitation temperatures vary from 35 to 70 ºC, at pressures ranging from 8 to 20 MPa. When the supercritical fluid dissolves in the organic solvent, the solution becomes supersaturated and the solute precipitation starts. Pressure is controlled by a back pressure regulator at the exit of the precipitation chamber. The micronized solid is collected in the precipitation chamber whilst the CO2 + organic solvent mixture is separated in a cyclone separator.  The precipitate is washed with supercritical CO2 to remove any solvent residue.
Figure 1. Sheme of the SAS device.
The micronized materials are characterized by X ray diffraction (low and wide angle), thermal analysis (TGA, DTA), FTIR and UV-vis spectroscopy, electron microscopy (SEM and TEM), composition analysis by EDX and microanalysis,…. Dissolution rate assays of the drugs are also performed.
Using this technique, different drugs such as diflunisal (DF- an analgesic and anti-inflammatory API), and different drug formulations such as those formed by DF and the polymer PVP, and the cocrystals formed by DF and nicotinamide (NIC- water soluble compound member of the vitamin B family). Figure 2 shows SEM images of these materials. In every case, due to the change of properties in the formulation and to the morphology and size control achieved using the SAS process, all the composites prepared show an improvement of the dissolution rate in comparison to the pure drugs,.

Figure 2.  Pharmaceuticals precipitated by SAS.
Advantages:(300 words maximum)
(Advantages and benefits for an entity that would integrate the knowledge)

Traditional micronization techniques such as grinding, crystalization, “spray-drying” or “freeze drying” present many limitations such as the poor control of particle size and, sometimes, the high temperature required to remove the solvent. On the contrary, precipitation by SAS leads to solvent-free materials and allows controlling the morphology, size and polymorphic phase of the precipitated material.
CO2 is considered a green solvent because it has moderate critical parameters, it is cheap, non-toxic, inert, nonflammable and it can be recycled. Furthermore, CO2 is a gas at atmospheric pressure that can be easily released from the material by depressurization and it does not leave any residue.
Where has it been developed?: (200 words approximately)
(Brief description of the research group)

This technology has been developed at the Laboratory of Phase Equilibrium and Supercritical Fluids at the Faculty of Chemistry at UCM by the research group “Preparation and activity of multifunctional materials and physicochemical processes in Green Chemistry” which works in the preparation of materials using supercritical fluids as alternative to the common more contaminant organic solvents. Besides being sustainable processes, the materials obtained exhibit better properties tan those obtained by other conventional methods. The group has wide experience in the field of supercritical fluids both in fundamental and applied research.
And also:

The group belongs to the Spanish Royal Society of Chemistry (RSEQ), the Spanish Association of Compressed Fluids (FLUCOMP), the International Society for the Advancement of Supercritical Fluids (ISSASF) and the Green Chemistry Network.
We are interested in establishing collaborations with industry as well as with other research groups wishing to use this technique in those situations in which the conventional techniques do not yield satisfactory results, aiming to obtain high added value products. The group has a SAS precipitator based on the CO2 antisolvent effect. This equipment allows to perform micronization experiments at laboratory scale. Equipment to carry out the characterization of the materials produced is also available.
We offer other technology knowledge transfer offers based in the use of supercritical CO2.