הכנת מיקרוספרות הידרוג'ל מתאית הידרוקסיפרופיל מתיל

ניסוי זה מאמץ את שיטת פילמור ההשעיה הפוכה, תוך שימוש בהידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז (HPMC) כחומר הגלם, תמיסת נתרן הידרוקסיד כשלב המים, ציקלוהקסאן כשלב השמן, ודיוויניל סולפון (DVS) כתערובת המצלבת של Tween- 20 ו- Span-60 כחומר מפזר, תוך ערבוב במהירות של 400-900 ר/דקה להכנת מיקרו-כדורי הידרוג'ל.

מילות מפתח: הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה; הידרוג'ל; מיקרוספרות; מפזר

1.סקירה כללית

1.1 הגדרה של הידרוג'ל

הידרוג'ל (הידרוגל) הוא מעין פולימר מולקולרי גבוה המכיל כמות גדולה של מים במבנה הרשת ואינו מסיס במים. חלק מקבוצות הידרופוביות ושאריות הידרופיליות מוכנסים לפולימר המסיס במים עם מבנה צולב ברשת, וההידרופילי השאריות נקשרות למולקולות מים, ומקשרות את מולקולות המים בתוך הרשת, בעוד שהשאריות ההידרופוביות מתנפחות עם מים ויוצרות צולבות פולימרים מקושרים. ג'לי ועדשות מגע בחיי היומיום הם כולם מוצרי הידרוג'ל. על פי הגודל והצורה של ההידרוג'ל, ניתן לחלק אותו לג'ל מקרוסקופי וג'ל מיקרוסקופי (מיקרוספירה), ואת הראשון ניתן לחלק לעמודים, ספוג נקבובי, סיבי, קרומי, כדורי וכו'. בעלי רכות טובה, גמישות, יכולת אחסון נוזלים ותאימות ביולוגית, והם משמשים במחקר של תרופות כלואות.

1.2 משמעות בחירת הנושא

בשנים האחרונות, על מנת לעמוד בדרישות הגנת הסביבה, חומרי הידרוג'ל פולימריים משכו בהדרגה תשומת לב נרחבת בגלל התכונות ההידרופיליות הטובות והתאימות הביולוגית שלהם. מיקרוספירות הידרוג'ל הוכנו מהידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה כחומר גלם בניסוי זה. Hydroxypropyl methylcellulose הוא אתר תאית לא-יוני, אבקה לבנה, חסרת ריח וטעם, ובעלת מאפיינים שאין להם תחליף של חומרים פולימרים סינתטיים אחרים, ולכן יש לו ערך מחקרי גבוה בתחום הפולימרים.

1.3 מצב התפתחות בבית ובחו"ל

הידרוג'ל היא צורת מינון פרמצבטית שמשכה תשומת לב רבה בקהילה הרפואית הבינלאומית בשנים האחרונות והתפתחה במהירות. מאז וויכטרל ולים פרסמו את עבודתם החלוצית על הידרוג'לים צולבים HEMA בשנת 1960, המחקר והחקירה של ההידרוג'לים המשיכו להעמיק. באמצע שנות ה-70, טנאקה גילתה הידרוג'לים רגישים ל-pH כאשר מדידה את יחס ההתנפחות של ג'לים אקרילאמיד מיושנים, מה שסימן שלב חדש בחקר ההידרוג'לים. המדינה שלי נמצאת בשלב של פיתוח הידרוג'ל. בשל תהליך ההכנה הנרחב של הרפואה הסינית המסורתית ורכיבים מורכבים, קשה להוציא מוצר טהור אחד כאשר מספר רכיבים פועלים יחדיו, והמינון גדול, כך שהתפתחות ההידרוג'ל ברפואה סינית עשויה להיות איטית יחסית.

1.4 חומרים ועקרונות ניסויים

1.4.1 הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה

Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), נגזרת של מתיל תאית, הוא אתר מעורב חשוב, השייך לפולימרים לא-יוניים מסיסים במים, והוא חסר ריח, חסר טעם ואינו רעיל.

HPMC תעשייתי הוא בצורת אבקה לבנה או סיבים רופפים לבנים, ולפתרון המימי שלו יש פעילות פני השטח, שקיפות גבוהה וביצועים יציבים. מכיוון של-HPMC יש תכונה של ג'לציה תרמית, התמיסה המימית של המוצר מחוממת ליצירת ג'ל ומשקעים, ולאחר מכן מתמוססת לאחר הקירור, וטמפרטורת הג'ל של מפרטים שונים של המוצר שונה. גם המאפיינים של מפרטים שונים של HPMC שונים. המסיסות משתנה עם הצמיגות ואינה מושפעת מערך ה-pH. ככל שהצמיגות נמוכה יותר, כך המסיסות גדולה יותר. ככל שתכולת קבוצת המתוקסיל יורדת, נקודת הג'ל של HPMC עולה, מסיסות המים יורדת ופעילות פני השטח יורדת. בתעשייה הביו-רפואית, הוא משמש בעיקר כחומר פולימרי שולט בקצב עבור חומרי ציפוי, חומרי סרט ותכשירים לשחרור ממושך. זה יכול לשמש גם כמייצב, חומר מרחף, דבק טבליות ומשפר צמיגות.

1.4.2 עיקרון

באמצעות שיטת פילמור ההשעיה הפוכה בפאזה הפוכה, תוך שימוש ב-Tween-20, Span-60 compound dispersant ו-Tween-20 כמפיצים נפרדים, קובעים את ערך HLB (חומר פעיל שטח הוא אמפיפיל עם קבוצה הידרופלית וקבוצה ליפופילית מולקולה, כמות הגודל והכוח איזון בין הקבוצה ההידרופלית לקבוצה הליפופילית במולקולת חומר השטח מוגדר כטווח האיזון המשוער של חומר השטח הפעיל השטחי משמש כשלב השמן ציקלוהקסאן יכול לפזר טוב יותר את תמיסת המונומר ולפזר את החום שנוצר בניסוי ברציפות המינון הוא פי 1-5 מהתמיסה המימית המונומר עם ריכוז של 99% דיוויניל סולפון כחומר המצלב, וכמות החומר המצלבת נשלטת על כ-10%. מסת התאית היבשה, כך שמולקולות ליניאריות מרובות קשורות זו לזו ומקושרות למבנה רשת חומר שמקשר או מקל על יצירת קשר יוני בין שרשראות מולקולריות פולימריות.

ערבוב חשוב מאוד לניסוי זה, והמהירות נשלטת בדרך כלל בהילוך שלישי או רביעי. מכיוון שגודל מהירות הסיבוב משפיע ישירות על גודל המיקרוספירות. כאשר מהירות הסיבוב גדולה מ-980 ר/דקה, תהיה תופעה חמורה של הידבקות קיר, שתפחית מאוד את תפוקת המוצר; חומר ההצלבה נוטה לייצר ג'לים בתפזורת, ולא ניתן להשיג מוצרים כדוריים.

2. מכשירים ושיטות ניסויים

2.1 מכשירים ניסויים

איזון אלקטרוני, בוחש חשמלי רב תכליתי, מיקרוסקופ מקטב, מנתח גודל חלקיקים של Malvern.

להכנת מיקרוספירות של תאית הידרוג'ל, הכימיקלים העיקריים המשמשים הם cyclohexane, Tween-20, Span-60, hydroxypropyl methylcellulose, divinyl sulfone, sodium hydroxide, מים מזוקקים, כולם מונומרים ותוספים משמשים ישירות ללא טיפול.

2.2 שלבי הכנה של מיקרוספרות הידרוג'ל תאית

2.2.1 שימוש ב- Tween 20 כחומר פיזור

פירוק של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה. שקלו במדויק 2 גרם של נתרן הידרוקסיד והכינו תמיסת נתרן הידרוקסיד 2% עם בקבוק נפח של 100 מ"ל. קח 80 מ"ל מתמיסת הנתרן הידרוקסיד המוכנה וחמם אותה באמבט מים לכ-50°ג, שקלו 0.2 גרם תאית והוסיפו אותה לתמיסה הבסיסית, ערבבו אותה בעזרת מוט זכוכית, הניחו אותה במים קרים לאמבט קרח והשתמשו בה כשלב המים לאחר בירור התמיסה. השתמש בגליל מדורג כדי למדוד 120 מ"ל של cyclohexane (שלב שמן) לתוך בקבוק תלת צווארי, שואב 5 מ"ל של Tween-20 לשלב השמן עם מזרק, ומערבבים ב-700r/min במשך שעה אחת. קחו מחצית מהפאזה המימית המוכנה והוסיפו אותה לבקבוק תלת צוואר וערבבו במשך שלוש שעות. ריכוז הדיוויניל סולפון הוא 99%, מדולל ל-1% במים מזוקקים. השתמש בפיפטה כדי לקחת 0.5 מ"ל של DVS לתוך בקבוק נפח של 50 מ"ל כדי להכין 1% DVS, 1 מ"ל של DVS שווה ערך ל-0.01 גרם. השתמש בפיפטה כדי לקחת 1 מ"ל לתוך הבקבוק בעל שלושת הצווארים. מערבבים בטמפרטורת החדר למשך 22 שעות.

2.2.2 שימוש ב-span60 ו- Tween-20 כחומרי פיזור

החצי השני של שלב המים שזה עתה הוכן. שקלו 0.01gspan60 והוסיפו למבחנה, חממו אותה באמבט מים של 65 מעלות עד שהיא נמסה, ואז זרוק כמה טיפות של cyclohexane לתוך אמבט המים עם טפטפת גומי, וחממו אותה עד שהתמיסה הופכת ללבן חלבי. הוסף אותו לבקבוק בעל שלושה צווארים, ולאחר מכן הוסף 120 מ"ל של cyclohexane, שטף את המבחנה עם cyclohexane מספר פעמים, חממו למשך 5 דקות, צננו לטמפרטורת החדר והוסיפו 0.5 מ"ל של Tween-20. לאחר ערבוב במשך שלוש שעות, נוספו 1 מ"ל של DVS מדולל. מערבבים בטמפרטורת החדר למשך 22 שעות.

2.2.3 תוצאות ניסוי

הדגימה המעורבלת נטבלה במוט זכוכית והומסה ב-50 מ"ל של אתנול מוחלט, וגודל החלקיקים נמדד תחת מכשיר לגודל חלקיקים של Malvern. השימוש ב- Tween-20 כמיקרו-אמולסיה מפיצה הוא עבה יותר, וגודל החלקיקים הנמדד של 87.1% הוא 455.2d.nm, וגודל החלקיקים של 12.9% הוא 5026d.nm. המיקרו אמולסיה של חומר פיזור מעורב של Tween-20 ו-Span-60 דומה לזו של חלב, עם 81.7% גודל חלקיקים של 5421d.nm ו-18.3% גודל חלקיקים של 180.1d.nm.

3. דיון בתוצאות הניסוי

עבור מתחלב להכנת מיקרו אמולסיה הפוכה, לעתים קרובות עדיף להשתמש בתרכובת של חומר פעיל שטח הידרופילי וחומר פעיל שטח ליפופיל. הסיבה לכך היא שהמסיסות של חומר פעיל שטח בודד במערכת נמוכה. לאחר חיבור השניים, הקבוצות ההידרופיליות והקבוצות הליפופיליות של זו משתפות פעולה זו עם זו כדי ליצור אפקט ממיס. ערך HLB הוא גם אינדקס נפוץ בבחירת חומרים מתחלבים. על ידי התאמת ערך HLB, ניתן לייעל את היחס בין מתחלב המתחם הדו-רכיבי, ולהכין מיקרוספרות אחידות יותר. בניסוי זה, נעשה שימוש ב-Span-60 בעל ליפופיליות חלשה (HLB=4.7) ו-Tween-20 הידרופילי (HLB=16.7) כחומר הפיזור, ו- Span-20 שימש לבדו כחומר הפיזור. מתוצאות הניסוי ניתן לראות כי התרכובת ההשפעה טובה יותר מחומר מפזר בודד. המיקרו אמולסיה של חומר הפיזור המורכב אחידה יחסית ובעלת עקביות דמוית חלב; למיקרו אמולסיה באמצעות חומר מפזר יחיד יש צמיגות גבוהה מדי וחלקיקים לבנים. הפסגה הקטנה מופיעה מתחת לחומר הפיזור של Tween-20 ו-Span-60. הסיבה האפשרית היא שהמתח הממשק של מערכת המתחם של Span-60 ו-Tween-20 גבוה, והחומר המפיץ עצמו מתפרק תחת ערבוב בעוצמה גבוהה ליצירת החלקיקים העדינים ישפיעו על תוצאות הניסוי. החיסרון של חומר הפיזור Tween-20 הוא שיש לו מספר רב של שרשראות פוליאוקסיאתילן (n=20 בערך), מה שהופך את המכשול הסטרי בין מולקולות פעילי השטח לגדולים יותר וקשה להיות צפוף בממשק. אם לשפוט על פי השילוב של דיאגרמות גודל החלקיקים, החלקיקים הלבנים בפנים עשויים להיות תאית בלתי מפוזרת. לכן, התוצאות של ניסוי זה מצביעות על כך שההשפעה של שימוש בחומר מפזר מורכב טוב יותר, והניסוי יכול להפחית עוד יותר את כמות Tween-20 כדי להפוך את המיקרוספירות המוכנות לאחידות יותר.

בנוסף, יש למזער כמה שגיאות בתהליך הפעולה הניסיוני, כמו הכנת נתרן הידרוקסיד בתהליך הפירוק של HPMC, דילול של DVS וכו', יש לתקן ככל האפשר כדי להפחית טעויות ניסוי. הדבר החשוב ביותר הוא כמות הפיזור, מהירות ועוצמת הערבול וכמות החומר המצלב. רק כאשר מבוקר כראוי ניתן להכין מיקרוספרות הידרוג'ל עם פיזור טוב וגודל חלקיקים אחיד.