Межфазные явления при микроэмульсионном инкапсулировании биологически активных веществ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.11, кандидат химических наук Тарасенко, Татьяна Александровна

• Тарасенко, Татьяна Александровна
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Тарасенко, Татьяна Александровна

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. МЕЖФАЗНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ МИКРОЭМУЛЬСИОННОМ ИНКАПСУЛИРОВАНИИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ.

2.1. Общая характеристика методов микрокапсулирования.

2.2. Физико-химические методы получения микрокапсул.

2.3. Межфазные явления при микрокапсулировании биологически активных веществ.

2.3.1. Межфазные явления в растворах поверхностно-активных веществ.

2.3.2. Межфазные явления в растворах высокомолекулярных соединений.

2.4. Основы микроэмульсионного инкапсулирования.

2.4.1. Микроэмульсии.

2.4.2. Микроэмульсии - как носители лекарственных систем.

2.5. Биодеградируемые микрокапсулированные системы.

2.6. Биологическая активность веществ в нанодисперсных системах.

2.7. Выводы по литературному обзору.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Характеристика исходных веществ.

3.2. Методики исследования.

3.2.1. Методика фазовых исследований.

3.2.2. Методика фазовых исследований с использованием спектрофотометрического титрования.

3.2.3. Определение параметров распределения ПАВ.

3.2.4. Фотон - корреляционная спектроскопия.

3.2.5. Методика кондуктометрических исследований.

3.2.6. Измерение поверхностного и межфазного натяжения.

3.2.6.1. Определение поверхностного натяжения методом максимального давления

3.2.6.2. Определение поверхностного натяжения методом Вильгельми.

3.2.6.3. Определение межфазного натяжения методом веса - объема капли.

3.2.7. Методика изучения монослоев на весах Ленгмюра.

3.2.8. Методика микроэмульсионного инкапсулирования.

Получение микроэмульсии:.

Формирование полимерной оболочки:.

Выделение микрокапсул.

3.2.9. Методика электронно-микроскопических исследований.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБСУЖДЕНИЕ.

4.1 Общая характеристика микроэмульсионного инкапсулирования.

4.2. Микроэмульгирование биологически активных веществ.

4.2.1 Фазовые равновесия в системах вода + БАВ/АОТ/масло.

4.2.2. Микроэмульсионное инкапсулирование методом простой коацервации.

4.3. Распределение и мицеллообразование ПАВ в водно-органических системах.

4.4. Поверхностные свойства ди-2-этилгексилсульфосукцината натрия.

4.5. Адсорбция биодеградируемых полимеров.

4.5.1. Кинетика и термодинамика адсорбции полимеров на границе раздела фаз жидкость/жидкость.

4.5.2. Состояние и свойства мономолекулярных полиэфирных пленок.

4.5.3. Поверхностные свойства смешанных систем полимер-ПАВ.

4.6. Поверхностные свойства белковых соединений.

4.7. Характеристики полученных микрокапсул.

5. ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Межфазные явления при микроэмульсионном инкапсулировании биологически активных веществ»

Микроэмульсионное инкапсулирование - интенсивно развивающаяся область нанотехнологии, связанная с получением монодисперсных нанокап-сул биологически активных веществ. Использование биодеградируемых полимеров для получения оболочки нанокапсул обеспечивает контролируемую по времени и локализации доставку активных веществ. Вместе с тем многие вопросы микроэмульсионного инкапсулирования остаются до настоящего времени слабо разработанными.

Микроэмульсионное инкапсулирование представляет собой совокупность ряда межфазных явлений, связанных с микроэмульгированием биоактивных веществ, адсорбцией и образованием межфазных слоев полимеров на границе раздела фаз жидкость/жидкость, агрегативной устойчивостью полученных нанокапсул.

Развитые термодинамические и структурные представления свидетельствуют о тесной взаимосвязи между природой эмульгатора и свойствами микроэмульсии. Закономерности распределения коллоидных поверхностно-активных веществ в водно-органических системах позволяют углубить теоретические представления о лиофильных дисперсных системах.

При микроэмульсионном инкапсулировании поверхностные свойства биоактивных веществ определяют свойства микроэмульсий, параметры полимерной оболочки и агрегативную устойчивость наночастиц. Закономерности адсорбции биоактивных веществ на жидких границах раздела фаз являются важными в плане развития представлений о сохранности биологической активности веществ в нанокапсулах.

Структура и свойства монослоев биодеградируемых высокомолекулярных соединений определяют особенности формирования полимерной оболочки и пенетрации через нее биоактивных веществ и, в конечном итоге, определяют эффективность нанокапсулированных систем. Установление взаимосвязи между межфазными явлениями и свойствами нанокапсул при микроэмульсионном инкапсулировании предоставляет основу для научного обоснования технологии микроэмульсионного инкапсулирования.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом РАН по коллоидной химии и физико-химической механике, планом научно-исследовательских работ РХТУ им. Д.И. Менделеева и в рамках государственного заказа Министерства обороны РФ.

Цель работы. Установление закономерностей межфазных явлений при микроэмульсионном инкапсулировании биологически активных веществ, перераспределении коллоидных ПАВ, формировании межфазных слоев биодеградируемых полимеров и научное обоснование технологии микроэмульсионного инкапсулирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: определить условия микроэмульгирования водных растворов модельных белков и установить фазовые границы существования микроэмульсии; установить взаимосвязь между параметрами распределения и мицел-лообразованием коллоидных ПАВ в водно-органических системах; определить адсорбционную способность биодеградируемых полимеров и биоактивных веществ на границе жидкость/жидкость; выявить влияние состава водной фазы на состояние монослоев; рассмотреть влияние межфазных явлений при микроэмульсионном инкапсулировании на дисперсность и агрегативную устойчивость нанокапсул.

Научная новизна. Проведено систематическое исследование межфазных явлений, имеющих место при микроэмульсионном инкапсулировании биологически активных веществ биодеградируемыми полимерами. Установлены коэффициенты распределения коллоидных ПАВ различного состава в водно-органических системах. Установлено, что при мицеллообразовании ПАВ в одной из фаз имеет место резкое изменение коэффициента распределения. Предложен метод расчета энергии Гиббса мицеллообразования по данным параметров распределения ПАВ.

Определены параметры адсорбции биодеградируемых полимеров на границе раздела фаз вода/метиленхлорид. Показана взаимосвязь между составом биодеградируемых полимеров и их поверхностной активностью.

Выявлены закономерности изменения межфазного натяжения и поверхностного давления на жидких границах раздела фаз, содержащих ПАВ и биодеградируемый полимер. Показано отсутствие специфических взаимодействий в смешанных монослоях ПАВ и полимера. Обнаружено, что с ростом содержания неорганических солей или ПАВ в водной фазе происходит снижение плотности монослоя полимера.

Определены морфология, форма и размеры полученных нанокапсул. Показано, что межфазные явления при микроэмульсионном инкапсулировании оказывают значительное влияние на дисперсность и агрегативную устойчивость нанокапсул.

Практическая ценность. Комплекс фазовых, адсорбционных, тензомет-рических и дисперсионных данных и установленные на их основе закономерности составляют научную основу технологии микроэмульсионного инкапсулирования.

Развитые представления о перераспределении коллоидных ПАВ, микроэмульгировании водных растворов БАВ, формировании межфазных слоев биодеградируемых полимеров могут быть использованы при разработке лекарственных и косметических форм с заданными свойствами.

Результаты работы переданы для использования в Вирусологический Центр НИИ микробиологии МО РФ.

Заключение диссертации по теме «Коллоидная химия и физико-химическая механика», Тарасенко, Татьяна Александровна

5. ВЫВОДЫ. Проведено систематическое исследование межфазных явлений, имеющих место при микрокапсулировании биологически активных веществ биодеградируе-мыми полимерами.

Определены коэффициенты распределения ди-2этилгексилсульфосукцината натрия, додецилсульфата натрия, дидодецилдимети-ламмоний бромида, додеканоата натрия в вводно-органических сиситемах. Показано, что при мицеллообразовании ПАВ в одной из фаз имеет место скачкообразное изменение коэффициента распределения. Найденные значения коэффициентов распределения ПАВ позволили рассчитать чистую энергию Гиббса мицеллоообразова-ния

Установлена закономерности адсорбции биодеградируемых полимеров на межфазной границе вода/метиленхлорид. Проведена количественная оценка адсорбционной способности исследованных в работе полимеров.

Выявлены особенности изменения межфазного натяжения и поверхностного давления при совместной сорбции полимера и поверхностно-активного вещества. Показано, что изученные низко- и высокомолекулярные компоненты не взаимодействуют специфически в межфазных адсорбционных слоях.

Проведена сравнительная оценка сорбции белков и гиалуроновой кислоты на границе раздела фаз вода/ воздух и вода/метиленхлорид. Показано, что гиалуро-новая кислота характеризуется повышенной адсорбционной способностью, что от-4 -крывает новые пути ее использования в составе косметических композиций.

Выполнено систематическое исследование микрокапсулирования биологически-активных веществ методом простой коацервации обратных микроэмульсий.

Комплекс полученных в работе данных предоставляет основу для разработки научно обоснованной технологии получения микрокапсулированных систем, содержащих БАВ и биодеградируемые полимеры.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Тарасенко, Татьяна Александровна, 2005 год

1. Афанасьев А.Г. Микрокапсулированне и некоторые области его применения. - М.: Знание серия Химия. - 1982. - №3. - С. 64.

2. Karsa D. R., Stephenson R. A. Chemical aspects of drug delivery systems. London: Royal Chem. Soc. - 1996. - P. 161.

3. Cleland J. L. Solvent evaporation processes for the production of controlled release biodegradable microsphere formulations for therapeutics and vaccines // Biotech-nol. Prog. 1998. - V. 14. -P. 102 - 107.

4. Uhrich К. E. et al. Polymeric systems for controlled drug release // Chem. Rev. -1999. -V. 99.-P. 3181 -3198.

5. Бабак В. Г. Коллоидная химия в технологии микрокапсулирования. Свердловск: Урал, инс-та. - 1991. - С. 171.

6. Солодовник В.Д. Микрокапсулированне. M.: Химия, - 1980. - С. 215.

7. Виладот Ж. Л. Новая улучшенная система доставки активных ингредиентов, созданная с помощью хитозановых технологий // J. SOFW. - 2001. - № 3. - С. 21 -28.

8. Arshady R. Microspheres and microcapsules, a survey of manufacturing techniques. Part II: Coacervation // Polym. Eng. Sci. 1990. - V. 30, № 15. - P. 905 - 914.

9. Афанасьев А.Г. Прикладные и коллоидные аспекты применения микрокапсул // Современные технологии в отрасли бытового обслуживания населения. -М.: Моск. технол. инс-т. 1991. - С. 248-264.

10. Ребиндер П.А. Избранные труды: поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука. - 1978. - С. 368.

11. Фролов Ю.Г. Краткое изложение основ экстракционного и адсорбционного равновесия // Труды МХТИ. LXXXIX. - 1975. - С. 3 - 13.

12. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные14