Микроинкапсуляция - Micro-encapsulation

Микрокапсулирование это процесс, в котором крошечные частицы или капли окружены покрытие давать маленькие капсулы, обладающие полезными свойствами. Как правило, он используется для включения пищевые ингредиенты, ферменты, клетки или другие материалы на микрометрика масштаб. Микрокапсулирование также может использоваться для заключения твердые вещества, жидкости, или газы внутри микрометрической стенки из твердой или мягкой растворимый пленки, чтобы уменьшить частоту дозирования и предотвратить ухудшение качества фармацевтические препараты.[1] В относительно простой форме микрокапсула представляет собой небольшую сферу, состоящую из почти однородной стенки, покрывающей некоторый материал. Этот заключенный в микрокапсуле материал называется ядром, внутренней фазой или наполнителем, тогда как стенку иногда называют оболочкой, покрытием или мембраной. Некоторые материалы, такие как липиды и полимеры, такие как альгинат, может использоваться в виде смеси для улавливания интересующего материала внутри. Большинство микрокапсул имеют поры диаметром от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Для покрытия обычно используются следующие материалы покрытия:

Определение было расширено и включает большинство пищевых продуктов, в которых инкапсулированы ароматы самый распространенный. Техника микрокапсулирования зависит от физический и химические свойства инкапсулируемого материала.

Однако многие микрокапсулы мало похожи на эти простые сферы. Ядро может быть кристалл, зубчатый адсорбент частица, эмульсия, а Эмульсия Пикеринга, а подвеска твердых частиц или суспензию микрокапсул меньшего размера. Микрокапсула даже может иметь несколько стенок.

ИЮПАК определение
Микрокапсула: Полый микрочастица состоит из твердой оболочки, окружающей
стержнеобразующее пространство, доступное для постоянно или временно захваченных веществ.Заметка: Вещества могут быть ароматизаторами, фармацевтическими препаратами, пестицидами, красителями или подобными материалами.

Причины инкапсуляции

Причины микрокапсулирования многочисленны. Он в основном используется для увеличения стабильности и срока службы инкапсулируемого продукта, облегчения манипуляций с продуктом и обеспечения контролируемого высвобождения содержимого. В некоторых случаях сердечник необходимо изолировать от окружающей среды, например, при изолировании витамины от разрушающего воздействия кислород, замедляющий испарение из летучий сердцевина, улучшающая свойства при обращении с липким материалом или изолирующая реактивный ядро от химической атаки. В других случаях цель состоит не в том, чтобы полностью изолировать ядро, а в том, чтобы контролировать скорость, с которой оно высвобождает содержимое, как при контролируемом высвобождении лекарств или пестициды. Проблема может заключаться в простом маскировании вкус или запах ядра или сложнее, чем повышение селективности адсорбция или добыча обработать. В наука об окружающей среде, а пестицид могут быть микрокапсулированы для минимизации рисков выщелачивания или улетучивания.[2]

Технологии изготовления микрокапсул

Физические методы

Покрытие кастрюли

Этот процесс широко используется в фармацевтическая промышленность, является старейшей промышленной технологией формования небольших частиц или таблеток с покрытием. Частицы опускают в кастрюлю или другое приспособление.

Центробежная экструзия

Жидкости капсулируются вращающейся головкой с концентрическими соплами. В этом процессе струя активной жидкости окружена оболочкой из раствора или расплава.

Вибрационная насадка

Инкапсуляция ядро-оболочка или микрогрануляция (инкапсуляция матрицы) может быть выполнена с использованием ламинарного потока через сопло и дополнительной вибрации сопла или жидкости. Вибрация должна происходить в резонансе с Неустойчивость Рэлея и приводит к очень однородным каплям. Жидкость может состоять из любых жидкостей с ограниченной вязкостью (доказано, что работает 0-10 000 мПа · с), например растворы, эмульсии, суспензии, расплавы и т. д. Реализацию можно проводить в соответствии с используемой системой гелеобразования с внутренним гелеобразованием (например, золь-гель обработка, плавление) или внешним (дополнительная система связующего, например, в суспензии). Процесс очень хорошо работает для образования капель от 20 до 10 000мкм (0.79–393.70 милы ) известны применения для более мелких и крупных капель. Блоки используются в промышленности и исследованиях, в основном, с производительностью 1–20 000 кг в час (2–44 000 фунтов / ч) при рабочих температурах 20–1 500 ° C (68–2 732 ° F) (от комнатной температуры до расплавленного кремния). . Головки доступны с числом сопел от одной до нескольких сотен тысяч.

Распылительная сушка

Распылительная сушка служит методом микрокапсулирования, когда активный материал растворяется или суспендируется в расплаве или полимер раствор и попадает в засохшую частицу. Основные преимущества - возможность обрабатывать лабильный материалы из-за короткого времени контакта в сушилке и экономичности эксплуатации. В современных распылительных сушилках вязкость количество распыляемых растворов может достигать 300 мПа · с. Применяя эту технику, наряду с использованием сверхкритический диоксид углерода чувствительные материалы, такие как белки, могут быть инкапсулированы.

Физико-химические методы

Ионотропное гелеобразование

Ионотропное гелеобразование происходит, когда единицы мочевая кислота в цепях полимера альгинат, сшивка с многовалентными катионами. Они могут включать кальций, цинк, железо и алюминий.

Коацервационно-фазовое разделение

Разделение фаз коацервации состоит из трех этапов, проводимых при непрерывном перемешивании.

  1. Образование трех несмешивающихся химических фаз: фаза жидкого производственного носителя, фаза материала ядра и фаза материала покрытия.
  2. Нанесение покрытия: материал ядра диспергирован в растворе полимерного покрытия. Покрытие из полимерного материала, покрытого вокруг сердечника. Нанесение жидкого полимерного покрытия вокруг ядра полимером, адсорбированным на границе раздела между материалом ядра и фазой носителя.
  3. Жесткость покрытия: материал покрытия не смешивается в фазе транспортного средства и становится жестким. Это делается с помощью методов термической обработки, сшивания или растворения.

Химические методы

Межфазная поликонденсация

При межфазной поликонденсации два реагента в поликонденсация встречаются в интерфейсе и быстро реагируют. В основе этого метода лежит классический Реакция Шоттена-Баумана между хлорангидрид и соединение, содержащее активный атом водорода, такое как амин или алкоголь, полиэфиры, полимочевина, полиуретан. При правильных условиях на границе раздела быстро образуются тонкие гибкие стенки. Раствор пестицида и хлорида двухосновной кислоты эмульгируют в воде, а водный раствор, содержащий амин и полифункциональный изоцианат добавлен. Основание присутствует для нейтрализации кислоты, образующейся во время реакции. Конденсированные полимерные стенки мгновенно образуются на границе раздела капель эмульсии.

Межфазное сшивание

Межфазное поперечное сшивание происходит в результате межфазной поликонденсации и было разработано, чтобы избежать использования токсичных диаминов в фармацевтических или косметических целях. В этом методе небольшой бифункциональный мономер, содержащий активные атомы водорода, заменяется полимером биологического происхождения, например белком. Когда реакция осуществляется на границе раздела эмульсии, хлорангидрид реагирует с различными функциональными группами белка, что приводит к образованию мембраны. Этот метод очень универсален, и свойства микрокапсул (размер, пористость, способность к разложению, механическое сопротивление) можно настраивать. Течение искусственных микрокапсул в микрофлюидных каналах:

Полимеризация in situ

В нескольких процессах микрокапсулирования прямая полимеризация одного мономер осуществляется на поверхности частицы. В одном процессе, например целлюлоза волокна заключены в полиэтилен при погружении в сухую толуол. Обычная скорость осаждения составляет около 0,5 мкм / мин. Толщина покрытия составляет 0,2–75 мкм (0,0079–2,9528 мил). Покрытие равномерное даже на острых выступах. Белковые микрокапсулы биосовместимый и биоразлагаемый, а присутствие белкового каркаса делает мембрану более устойчивой и эластичной, чем мембрана, полученная при межфазной поликонденсации.

Матричная полимеризация

В ряде процессов материал сердцевины заделывают в полимерную матрицу во время образования частиц. Простым методом этого типа является сушка распылением, при которой частицы образуются путем испарения растворителя из материала матрицы. Однако затвердевание матрицы также может быть вызвано химическим изменением.

Способы и шаблоны выпуска

Даже если целью применения микрокапсулирования является изоляция сердцевины от окружающей среды, стенка должна быть разорвана во время использования. Многие стенки легко разрушаются под действием давления или напряжения сдвига, как в случае разрушения частиц красителя во время письма с образованием копии. Содержимое капсулы может высвобождаться путем плавления стенки или ее растворения в определенных условиях, как в случае энтеросолюбильное лекарственное покрытие.[3] В других системах стена разрушается под действием растворителя, фермент атака, химическая реакция, гидролиз, или медленный распад.

Микрокапсулирование можно использовать для замедления высвобождения лекарства в организм. Это может позволить одной дозой с контролируемым высвобождением заменить несколько доз неинкапсулированного лекарственного средства, а также может снизить токсические побочные эффекты для некоторых лекарств, предотвращая высокие начальные концентрации в крови. Обычно существует определенный желаемый шаблон выпуска. В некоторых случаях это нулевой порядок, т.е. скорость высвобождения постоянна. В этом случае микрокапсулы доставляют фиксированное количество лекарственного средства в минуту или час в течение периода их действия. Это может происходить до тех пор, пока в микрокапсуле сохраняется твердый резервуар или растворяющееся лекарство.

Более типичный шаблон выпуска - это первый порядок, в котором показатель экспоненциально уменьшается со временем, пока источник наркотиков не будет исчерпан. В этой ситуации внутри микрокапсулы в растворе находится фиксированное количество лекарства. Разница концентраций внутри и снаружи капсулы постоянно уменьшается по мере диффузии лекарства.

Тем не менее, существуют некоторые другие механизмы, которые могут иметь место при высвобождении инкапсулированного материала. К ним относятся биодеградация, осмотическое давление, диффузия и т.д. Каждый из них будет зависеть от состава изготовленной капсулы и окружающей среды, в которой она находится. Следовательно, на высвобождение материала могут влиять различные механизмы, которые действуют одновременно.[4]

Приложения

Применения микрокапсулирования многочисленны. Упомянутые ниже - одни из самых распространенных.

использованная литература

  1. ^ Сингх, М. Н .; Hemant, K. S .; Рам, М; Шивакумар, Х. Г. (2010). «Микроинкапсуляция: перспективный метод контролируемой доставки лекарств». Исследования в фармацевтических науках. 5 (2): 65–77. ЧВК  3093624. PMID  21589795.
  2. ^ Мервош, Т.Л .; EW Stoller; Ф. В. Симмонс; Т. Р. Эллсуорт; Г.К. Симс (1995). «Влияние инкапсуляции крахмала на движение кломазона и атразина в почве и испарение кломазона». Наука о сорняках. 43 (3): 445–453. Дои:10.1017 / S0043174500081455.
  3. ^ «Медицинский словарь: Энтеросолюбильное покрытие». Freedictionary.com. Получено 9 февраля 2009.
  4. ^ Barba, A.A .; d'Amore, M .; Chirico, S .; Lamberti, G .; Титомалино, Г. (2009). «Общий код для прогнозирования кинетики высвобождения лекарства из матриц различной формы». Европейский журнал фармацевтических наук. 36 (2–3): 359–368. Дои:10.1016 / j.ejps.2008.10.006. PMID  19022380.
  5. ^ Hedaoo, Rahul K .; и другие. (2014). "Изготовление новых микрокапсул из полимочевины ядро-оболочка с использованием тримеров изофорондиизоцианата (IPDI) для системы высвобождения". Международный журнал полимерных материалов и полимерных биоматериалов. 63 (7): 352–360. Дои:10.1080/00914037.2013.845191.
  6. ^ Puddu, M .; Paunescu, D .; Stark, W. J .; Грасс, Р. Н. (2014). «Магнитно-восстанавливаемые, термостабильные, гидрофобные инкапсуляты ДНК / диоксида кремния и их применение в качестве невидимых нефтяных меток». САУ Нано. 8 (3): 2677–2685. Дои:10.1021 / nn4063853. PMID  24568212.
  7. ^ Grass, R. N .; Heckel, R .; Puddu, M .; Paunescu, D .; Старк, У. Дж. (2015). «Надежное химическое сохранение цифровой информации о ДНК в диоксиде кремния с кодами, исправляющими ошибки». Angewandte Chemie International Edition. 54 (8): 2552–2555. Дои:10.1002 / anie.201411378. PMID  25650567.
  8. ^ Айзпуруа-Олайзола, Ойер; Наварро, Патрисия; Вальехо, Азиер; Оливарес, Майтан; Etxebarria, Нестор; Усобиага, Аресац (01.01.2016). «Микрокапсулирование и стабильность полифенолов из виноградных отходов Vitis vinifera при хранении». Пищевая химия. 190: 614–621. Дои:10.1016 / j.foodchem.2015.05.117. PMID  26213018.

Список используемой литературы

внешние ссылки