Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ, Микроэмульсионное инкапсулирование - интенсивно развивающаяся область нанотехнологии, связанная с получением монодисперсных нанокапсул биологически активных веществ. Использование биодеградируе-мых 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 и процессов, 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 составом 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 оказывают влияние на 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 биологической активности веществ и их сохранности 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 биодегради-руемых полимеров и научное обоснование технологии микроэмульсионного инкапсулирования.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
-определить условия микроэмульгирования водных растворов модельных белков и установить фазовые границы существования микроэмульсии;
-установить взаимосвязь между параметрами распределения и мицеллооб-разованием 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 при микроэмульсионном инкапсулировании биологически активных веществ биодеградируемыми полимерами.
Установлены коэффициенты распределения коллоидных ПАВ различного состава в водно-органических системах. Установлено, что при мицеллообра-зовании ПАВ в одной из фаз имеет место резкое изменение коэффициента рас-
пределения. 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 биоде-градируемый 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 межфазного слоя 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, тензометриче-ских 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.
Апробация Основные результаты работы доложены на научной сессии МИФИ (Москва, 2001,2002 гг.); на международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии (Москва, 2001, 2002 гг.); симпозиуме по химии высокоорганизованных веществ и научным основам нанотехнологии (С-
Петербург, 2001); симпозиуме "Art Separatoria" (Польша, 2001, 2002 гг.); конференциях "Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур" (Казань, 2002), «ECIS-2002» (Франция, 2002), «Particles-2002» (США, 2002); конференциях по химической термодинамике (С.-Петербург, 2002) и по взаимодействиям в организованных микроструктурах (Италия, 2002); научно-практической конференции «Косметические средствам и сырье: безопасность и эффективность» (Москва, 2003, 2004 гг.). По результатам работы опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и выводов и изложена на 139 страницах. Содержит 40 рисунков, 16 таблиц и список используемой литературы из 154 ссылок. В приложении приведены таблицы с экспериментальными результатами и расчетами.