Génération de particules, cristallisation, encapsulation
Imprégnation (matrices et implants polymériques, silices, …)
suite...
Procédés et fluides supercritiques
Les fluides supercritiques (FSC) ou sous critiques ont des propriétés spécifiques qui sont exploitées dans un certain nombre d'applications aussi bien à l'échelle du laboratoire qu'à l'échelle industrielle.
Leur utilisation représente une alternative à l'utilisation des solvants organiques présentant des problèmes de pollution, de toxicité et/ou de sécurité. L'équipe «Procédés et Fluides Supercritiques» met au point et développe des procédés utilisant principalement le dioxyde de carbone supercritique.
Les principaux thèmes de recherche abordés par l'Equipe «Procédés et Fluides Supercritiques» sont :
- Procédés de séparation et de mise en forme utilisant les FSC - Extraction supercritique - Fractionnement supercritique - Génération de particules, cristallisation, encapsulation - Imprégnation (matrices et implants polymériques, silices, …)
- Hydrodynamique et phénomènes de dispersion dans les milieux Haute Pression
- Equilibres de phases dans les milieux Haute Pression
- Autoclaves d'extraction, de cristallisation et d'imprégnation - de quelques mL à plusieurs litres.
- Montage expérimental de cristallisation ou d'encapsulation en milieu supercritique.
- Pilote de fractionnement supercritique
- Autoclave à fenêtre
- Cellules Haute Pression de mesures d'équilibres de phases résistant jusqu'à 700 bar.
Dernières publications de l'équipe
2020
Adil Mouahid, Kanitta Seengeon, Mathieu Martino, Christelle Crampon, Avery Kramer, et al.. Selective extraction of neutral lipids and pigments from Nannochloropsis salina and Nannochloropsis maritima using supercritical CO2 extraction: Effects of process parameters and pre-treatment. The Journal of Supercritical Fluids, 2020, 165, pp.104934. ⟨10.1016/j.supflu.2020.104934⟩. ⟨hal-02960133⟩ Plus de détails...
Supercritical CO2 extraction experiments were conducted to investigate the effects of pretreatment and process parameters on neutral lipids, chlorophylls and carotenoids recovery on two species of Nannochloropsis. For Nannochloropsis maritima, a factorial experimental design was performed (P: [100-300] bar, T: [313-333] K). The highest extraction yields were obtained at the highest pressures and temperatures. Two drying modes, ring drying and air flow drying, were compared. Although total extraction yield and extraction kinetics were observed to be greater using air flow dried microalgae, extracts from this drying method resulted in partial degradation of glycerides in free fatty acids. Ring dried extracts maintained the same neutral lipid composition as the initial biomass. Based on these results, ring dried Nannochloropsis salina was extracted using supercritical CO2 at 333 K and both 300-400 bar. Extraction curves were modelled using the Sovova's mathematical model.
Adil Mouahid, Kanitta Seengeon, Mathieu Martino, Christelle Crampon, Avery Kramer, et al.. Selective extraction of neutral lipids and pigments from Nannochloropsis salina and Nannochloropsis maritima using supercritical CO2 extraction: Effects of process parameters and pre-treatment. The Journal of Supercritical Fluids, 2020, 165, pp.104934. ⟨10.1016/j.supflu.2020.104934⟩. ⟨hal-02960133⟩
Clémence Cordier, Christophe Stavrakakis, Benjamin Morga, Lionel Degremont, Alexandra Voulgaris, et al.. Removal of pathogens by ultrafiltration from sea water. Environment International, Elsevier, 2020, 142, pp.105809. ⟨10.1016/j.envint.2020.105809⟩. ⟨hal-02891935⟩ Plus de détails...
Among water treatment processes, ultrafiltration is known to be efficient for the elimination of micro-organisms (bacteria and viruses). In this study, two pathogens were targeted, a bacterium, Vibrio aestuarianus and a virus, OsHV-1, with the objective to produce high quality water from seawater, in the case of shellfish productions. The retention of those microorganisms by ultrafiltration was evaluated at labscale. In the case of OsHV-1, the protection of oysters was validated by in vivo experiments using oysters spat and larvae, both stages being highly susceptible to the virus. The oysters raised using contaminated seawater which was then subsequently treated by ultrafiltration, had similar mortality to the negative controls. In the case of V. aestuarianus, ultrafiltration allowed a high retention of the bacteria in seawater with concentrations below the detection limits of the 3 analytical methods (flow cytometry, direct seeding and seeding after filtration to 0.22 µm). Thus, the quantity of V. aestuarianus was at least, 400 times inferior to the threshold known to induce mortalities in oysters. Industrial scale experiment on a several months period confirmed the conclusion obtained at lab scale on the Vibrio bacteria retention. Indeed, no bacteria from this genus, potentially harmful for oysters, was detected in permeate and this, whatever the quality of the seawater treated and the bacteria concentration upstream of the membrane. Moreover, the resistance of the process was confirmed with a stability of hydraulic performances over time for two water qualities and even facing an algal bloom. In terms of retention and resistance, ultrafiltration process was validated for the treatment of seawater towards the targeted pathogenic microorganisms, with the aim of biosecuring shellfish productions.
Clémence Cordier, Christophe Stavrakakis, Benjamin Morga, Lionel Degremont, Alexandra Voulgaris, et al.. Removal of pathogens by ultrafiltration from sea water. Environment International, Elsevier, 2020, 142, pp.105809. ⟨10.1016/j.envint.2020.105809⟩. ⟨hal-02891935⟩
Cordier Clémence, C. Stavrakakis, L. Charpin, M Papin, K. Guyomard, et al.. Ultrafiltration to produce pathogen free water in shellfish farms. Water today, 2020, 4, pp.28-34. ⟨hal-02891915⟩ Plus de détails...
This study demonstrates that, whatever the quality of the seawater, the ultrafiltration process delivers disinfected water with a quality adapted to shellfish culture.
Cordier Clémence, C. Stavrakakis, L. Charpin, M Papin, K. Guyomard, et al.. Ultrafiltration to produce pathogen free water in shellfish farms. Water today, 2020, 4, pp.28-34. ⟨hal-02891915⟩
Kanjana Ongkasin, Yasmine Masmoudi, Thierry Tassaing, Gwenaelle Le-Bourdon, Elisabeth Badens. Supercritical loading of gatifloxacin into hydrophobic foldable intraocular lenses - Process control and optimization by following in situ CO2 sorption and polymer swelling. International Journal of Pharmaceutics, Elsevier, 2020, 581, pp.119247. ⟨10.1016/j.ijpharm.2020.119247⟩. ⟨hal-02513973⟩ Plus de détails...
The supercritical impregnation process was used as a green technology for the elaboration of drug delivery intraocular lenses to mitigate the risk of post-operatory endophthalmitis after cataract surgery. Commercially available hydrophobic acrylic (copolymer of benzyl methacrylate and methyl methacrylate) intraocular lenses (IOLs) were impregnated with gatifloxacin, a fourth generation fluoroquinolone drug, using pure supercritical CO 2 (scCO 2) to obtain solvent-free loaded implants. The interaction phenomena involved in the supercritical impregnation were studied by following in situ scCO 2 sorption within the polymer support and the subsequent IOL swelling, and by taking into account drug solubility in the supercritical fluid phase. The drug impregnation yields determined though in-vitro release studies varied between 0.33 and 1.07 ± 0.07 μg•mg −1 IOL in the studied experimental conditions (8 to 25 MPa, 308 to 328 K and 30 to 240 min impregnation duration). An impregnation duration longer or equal to the time required for a complete CO 2 uptake by the polymer as well as a higher pressure or a higher temperature over the crossover pressure delimiting the upper limit of the retrograde solubility zone, led to higher drug impregnation yields.
Kanjana Ongkasin, Yasmine Masmoudi, Thierry Tassaing, Gwenaelle Le-Bourdon, Elisabeth Badens. Supercritical loading of gatifloxacin into hydrophobic foldable intraocular lenses - Process control and optimization by following in situ CO2 sorption and polymer swelling. International Journal of Pharmaceutics, Elsevier, 2020, 581, pp.119247. ⟨10.1016/j.ijpharm.2020.119247⟩. ⟨hal-02513973⟩
C. Dufour, Christelle Crampon, C. Delbecque, P-P. Garry, Elisabeth Badens. Sclareol purification using the supercritical fractionation process: A modeling case study. The Journal of Supercritical Fluids, 2020, 159, pp.104754. ⟨10.1016/j.supflu.2020.104754⟩. ⟨hal-02892487⟩ Plus de détails...
The aim of this study was to model experimental results obtained for the supercritical CO2 fractionation of a liquid mixture containing 24% of sclareol in order to recover a raffinate with increased sclareol content. First, supercritical CO2 fractionation experiments were carried out at pressures (10-12) MPa, and temperatures (313-338) K. Secondly, the modeling of the raffinate and extract compositions for 12 selected compounds including sclareol was performed using the group method. The modeling was carried out at a temperature of 323 K and pressures of (10-11) MPa, and at a temperature of 338 K and a pressure of 12 MPa. The calculation of the raffinate and extract compositions required the adjustment of the number of theoretical stages and of the distribution coefficients for the selected compounds. Experimental raffinate and extract compositions were represented by the model with a relative error of about 15%.
C. Dufour, Christelle Crampon, C. Delbecque, P-P. Garry, Elisabeth Badens. Sclareol purification using the supercritical fractionation process: A modeling case study. The Journal of Supercritical Fluids, 2020, 159, pp.104754. ⟨10.1016/j.supflu.2020.104754⟩. ⟨hal-02892487⟩
Mercredi 11 Décembre 2019
- Elaboration de dispositifs médicaux ophtalmiques à libération contrôlée de médicaments par imprégnation supercritique / Soutenance de thèse de Kanjana ONGKASIN
Doctorant : Kanjana ONGKASIN
Date de la soutenance : Mercredi 11 Décembre 2019 à 14h30, amphithéâtre du Cerege - Technopôle de l'Arbois-Méditerranée
Résumé de la thèse :
Les technologies utilisant le CO2 supercritique sont considérées comme
des alternatives écologiques et éco-responsables pour la formulation de
médicaments et le traitement de dispositifs médicaux. Ce travail de
thèse a pour objectif de développer des dispositifs médicaux
ophthalmiques innovants pour prévenir deux complications postopératoires
de la chirurgie de la cataracte, l'endophtalmie et l'opacification de
la capsule postérieure. Parmi d'autres procédés, l'imprégnation
supercritique a été sélectionnée pour incorporer des principes actifs
ophtalmiques dans des implants intraoculaires disponibles dans le
commerce et largement utilisés dans la chirurgie de la cataracte. Une
action ciblée des médicaments avec une libération prolongée directement
dans les zones potentiellement affectées peut être atteinte sans
nécessiter d'interventions médicales supplémentaires.
L'imprégnation supercritique d'implants intraoculaires acryliques
hydrophobes et souples a été étudiée en faisant varier les conditions
opératoires de pression (8 à 25 MPa), de température (308 à 328 K) et de
durée (30 à 240 min). L'influence de l'utilisation de l'éthanol comme
co-solvant a également été évaluée. La cinétique de relargage du
médicament in-vitro a été suivie pour déterminer les taux
d'imprégnation. Afin de rationaliser l'influence des phénomènes
concomitants gouvernant l'imprégnation, les comportements
thermodynamiques des systèmes impliqués, polymère / CO2 et médicament /
CO2, ont été étudiés. L'évolution de la sorption de CO2 dans les
implants intraoculaires et leur gonflement correspondant ont été suivis
en ligne par micro-spectroscopie IRTF, permettant ainsi également de
déterminer le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre
thermodynamique de sorption. La solubilité des principes actifs dans le
CO2 supercritique a été mesurée à l'aide d'une méthode analytique
dynamique ou calculée en utilisant des modèles semi-empiriques prenant
en compte la masse volumique de la phase fluide, modèles validés dans la
littérature dans les plages expérimentales de pression et de
température étudiées dans le procédé d'imprégnation. Les coefficients de
partage des principes actifs entre la phase fluide et les implants
intraoculaires ont également été évalués. Des taux d'imprégnation
jusqu'à 1,07 µg.mg-1IOL et 0,74 µg.mg-1IOL ont été obtenus dans les
implants imprégnés respectivement avec la gatifloxacine et le
méthotrexate avec un relargage sur plusieurs semaines. L'implantation
ex-vivo d'implants imprégnés de méthotrexate dans des sacs capsulaires
de donneurs humains ont montré une réduction de fibrose par inhibition
de la transformation épithélio-mésenchymateuse, soulignant le potentiel
clinique des implants intraoculaires à libération continue innovants
développés.
Mots clés : Imprégnation supercritique, Systèmes à libération contrôlée de médicaments, Dispositifs médicaux ophtalmiques, Implants intraoculaires imprégnés, Endophtalmie, Opacification de la capsule postérieure
Jury
Directeur de these
Mme Elisabeth BADENS
Aix-Marseille Université
Directeur de these
Mme Yasmine MASMOUDI
Aix-Marseille Université
Rapporteur
Mme Feral TEMELLI
Université de lAlberta
Rapporteur
M. Casimiro MANTELL
Université de Cádiz
Examinateur
M. Martial SAUCEAU
Ecole des mines dAlbi
Examinateur
M. Thierry TASSAING
Université de Bordeaux
Membres invités : Dr. Michel JULIEN (Green Chem Scientific) et Dr. Arnaud RIGACCI (Mines-Paris Tech)
26 novembre 2018
- Etude des mécanismes de cristallisation en milieu supercritique : Application à des principes actifs pharmaceutiques / Soutenance de thèse Sébastien CLERCQ
Doctorant : Sébastien CLERCQ
Date de la soutenance : Lundi 26 Novembre 2018 à 10h / Grand Amphithéâtre du CEREGE, site de l'Arbois
Résumé de la thèse:
Ce manuscrit présente une étude du procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) en combinant un travail expérimental et une étude de modélisation moléculaire. En comparaison aux méthodes traditionnelles de cristallisation en solution, le procédé SAS permet une baisse significative des quantités de solvants utilisées, un meilleur contrôle des caractéristiques des poudres générées ainsi qu’une plus grande sélectivité polymorphique. De nombreuses études expérimentales ou de modélisation numérique ont permis une meilleure compréhension de ce procédé, mais certains aspects, liés aux mécanismes de cristallisation sous pression, demeurent moins discutés. Par une investigation de ces mécanismes, l’objectif de ce travail a été de développer et de valider des méthodes permettant un meilleur contrôle du faciès des poudres générées et de la forme du polymorphe. De ces caractéristiques dépendent certaines propriétés des cristaux, telles que leur cinétique de dissolution ou encore leur stabilité physique et chimique, particulièrement importante pour le domaine pharmaceutique.
Le travail expérimental a conduit à la recristallisation du sulfathiazole, un soluté polymorphe modèle permettant une étude cristallographique complète grâce à sa faculté de cristalliser sous cinq formes différentes. Il a été micronisé avec succès à partir de différents solvants organiques et pour différentes conditions opératoires. Deux formes ont majoritairement été obtenues. En utilisant l’acétone comme solvant, la forme I (la moins stable) est formée lorsque le débit de solution organique et la sursaturation globale sont élevés. La forme IV (plus stable que la forme I) est formée lorsque les conditions de mélange sont peu intenses, à savoir pour de faibles débits des deux phases et quelles que soient les conditions de sursaturation.
L’étude de modélisation moléculaire a eu pour objectif de prédire le faciès des cristaux en fonction de l’environnement de croissance. Dans un premier temps, les cristaux de sulfathiazole ont été modélisés in vacuo. Ensuite, la nature du milieu de cristallisation a été prise en compte grâce à des simulations d’adsorption des solvants sur les différentes faces du cristal. Il a ainsi été prédit une faible adsorption de l’acétonitrile et du CO2, n’engendrant aucune modification des caractéristiques des cristaux de sulfathiazole, une adsorption significative de l’acétone et du tétrahydrofurane sur certaines faces identifiées, modifiant le faciès des cristaux, et enfin, une adsorption très importante de l’acide acétique sur l’ensemble des faces. Ces résultats ont été validés par l’observation des cristaux obtenus expérimentalement. La cohérence entre les résultats de modélisation et les résultats expérimentaux montre la pertinence de cette approche novatrice pour les milieux supercritiques.
Jury:
Elisabeth BADENSProf. Aix Marseille Université, M2P2 Directrice
Brice CALVIGNAC MC Université d’Anger, MINT Rapporteur
