@phdthesis{Baumann2011,
  author    = {Romy Baumann},
  title     = {Ferrofluid-Aerosole als Drug Carrier f{\"u}r das inhalative magnetische Drug Targeting},
  journal    = {Ferrofluid Aerosols as Drug Carrier for inhalative magnetic Drug Targeting},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001113-0},
  year      = {2011},
  abstract  = {Lungenkrebs ist mit rund 40.000 Todesf{\"a}llen pro Jahr die h{\"a}ufigste Krebstodesursache in Deutschland. Daher ist es n{\"o}tig neue Behandlungsmethoden zu entwickeln, die gezielt am Tumor angreifen und m{\"o}glichst geringe Nebenwirkungsraten aufweisen. Dazu eignet sich m{\"o}glicherweise das inhalative magnetische Drug Targeting, bei dem superparamagnetische Aerosoltr{\"o}pfchen als Drug Carrier dienen, welche nach der Inhalation mittels eines extern angelegten Gradientenfeldes gezielt am Wirkungsort angereichert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob es m{\"o}glich ist superparamagnetische Aerosole mit Hilfe von Magnetfeldgradienten von ihrer Flugbahn abzulenken, um sie an einer definierten Abscheidefl{\"a}che vor dem Magneten abzuscheiden. Dabei wurden einige Parameter, wie die Kerngr{\"o}{\"s}e der magnetischen Nanopartikel, der Tr{\"o}pfchendurchmesser, die Gradientenfeldst{\"a}rke, die Ferrofluidkonzentration und die Str{\"o}mungsgeschwindigkeit der Luft variiert, um deren Einfluss auf die Abscheidung zu beobachten. Die Grundlage dieses magnetischen Aerosols bildet ein Ferrofluid, welches mittels Ammoniak aus Eisen(II)- und Eisen(III)-chlorid-L{\"o}sung gef{\"a}llte Magnetit-Nanopartikel enth{\"a}lt, die durch eine Citrath{\"u}lle vor Agglomeration und Sedimentation gesch{\"u}tzt werden. Nach dem Vernebeln mit zwei Ger{\"a}ten, die auf unterschiedlichen Verneblungsprinzipien beruhen, sind die magnetischen Nanopartikel im Aerosoltr{\"o}pfchen eingeschlossen. Die mittels Laserdiffraktometrie bestimmten mittleren Massendurchmesser betragen dabei zwischen 2,5 µm mit dem Pari Boy und 5 µm mit dem eFlow. Diese sollten durch Zusatz von Substanzen, die die Oberfl{\"a}chenspannung senken (Cremophor RH 40 und Ethanol), die Viskosit{\"a}t erh{\"o}hen (Glycerol, Cremophor RH 40 und Ethanol) oder den Dampfdruck erh{\"o}hen (Ethanol) gesenkt werden. Deutliche Effekte zeigen sich insbesondere bei Zugabe von 20 \% Cremophor RH 40 und 40 \% Ethanol zum Ferrofluid. Dadurch konnten die Durchmesser auf jeweils 2 µm beim Pari Boy und circa 3,4 und 3,9 µm beim eFlow reduziert werden. Die prozentuale Abscheidung des Ferrofluids wurde in verschiedenen Magnetfeldgeometrien unterschiedlicher Gradientenfeldst{\"a}rke untersucht. Die Variation der Tr{\"o}pfchengr{\"o}{\"s}e des superparamagnetischen Aerosols f{\"u}hrt zu unterschiedlichen Ausma{\"s}en der Ferrofluidabscheidung. Tats{\"a}chlich ist die Abscheidung des Ferrofluides nach dem Vernebeln mit dem eFlow, dessen Tr{\"o}pfchendurchmesser etwa doppelt so gro{\"s} wie der des Pari Boy ist, wesentlich h{\"o}her. W{\"a}hrend mit dem Pari Boy vom 1 molaren Ferrofluid im Gradientenfeld zweier gleichpoliger Stabmagnete (r x l = 15 x 25 mm) mit einer Remanenz von 1450 mT nur circa 30 \% des Aerosols impaktiert werden kann, sind es mit dem eFlow unter gleichen Versuchsbedingungen etwa 80 \%. Das liegt einerseits an der gr{\"o}{\"s}eren Magnetitmasse im Tr{\"o}pfchen und andererseits an der geringeren Aerosolgeschwindigkeit. Je st{\"a}rker das verwendete Gradientenfeld war, desto mehr Ferrofluid konnte impaktiert werden. Desweiteren wurde die Abscheidung verschieden konzentrierter Ferrofluide (0,5; 1, 2 und 6 M) untersucht. Diese war umso gr{\"o}{\"s}er, je konzentrierter das Ferrofluid war. Unterschiedliche Str{\"o}mungsgeschwindigkeiten konnten durch Verwendung einer Vakuumpumpe untersucht werden. Es wurden zwei sehr kleine Str{\"o}mungsgeschwindigkeiten (0,03 und 0,1 m/s) eingestellt, um m{\"o}glichst nahe an die realen Str{\"o}mungsgeschwindigkeiten in den terminalen Bronchien zu kommen. Dabei zeigte sich, dass die prozentuale Ferrofluidabscheidung bei langsamen Str{\"o}mungsgeschwindigkeiten besonders hoch ist. Allerdings weisen die in dieser Arbeit verwendeten Magnete in gr{\"o}{\"s}erer Entfernung nur noch sehr schwache Gradienten auf und sind daher f{\"u}r eine Anwendung an der menschlichen Lunge nicht geeignet. Die Einf{\"u}hrung eines Modellimplantats in die Versuchsr{\"o}hre sollte die Abscheidung des Ferrofluides erh{\"o}hen. Die erzielte Erh{\"o}hung der Ferrofluidabscheidung ist allerdings unbefriedigend. Die Simulation mit Mathematica® hat ergeben, dass die experimentelle Ferrofluidabscheidung geringer ist als die theoretische Abscheidung. Beim Pari Boy und 0,1 m/s unterscheiden sie sich um maximal 10 \%. Beim eFlow betr{\"a}gt die Differenz bis zu 8 \%. Die Abweichungen zur Simulation werden durch Sedimentation des Ferrofluides verursacht. Diese ist st{\"a}rker ausgepr{\"a}gt als in der Berechnung, da sich die Luft beim Vernebeln durch Verdunsten von Wasser und Ausdehnung der Luft aufgrund des Joule-Thomson-Effektes abk{\"u}hlt. Die kalte Luft bewegt sich nach unten und rei{\"s}t das Ferrofluid mit herab. Es konnte gezeigt werden, dass sich superparamagnetische Aerosole mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern gezielt in definierten Bereichen abscheiden lassen. Das Ausma{\"s} der Abscheidung l{\"a}sst sich durch Erh{\"o}hung des Gradienten und des magnetischen Momentes steigern. Mit gr{\"o}{\"s}eren Permanentmagneten oder starken Elektromagneten ist auch ein pulmonales Drug Targeting an der humanen Lunge denkbar.},
  language  = {de}
}