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 микроэмульсииустановить взаимосвязь между параметрами распределения и мицел-лообразованием коллоидных ПАВ в водно-органических системахопределить адсорбционную способность биодеградируемых полимеров и биоактивных веществ на границе жидкость/жидкостьвыявить влияние состава водной фазы на состояние монослоеврассмотреть 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.

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 низкои 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.