14. Микрокапсулирование биообъектов как один из методов их иммобилизации. Микрокапсулы. Характеристика. Вспомогательные вещества. Виды оболочек.

Этот способ иммобилизации ферментов разработан Т. Чангом (1964). Суть его состоит в том, что водный раствор фермента включают внутрь микрокапсул. представляющих собой замкнутые сферические пузырьки с тонкой полимерной стенкой (мембраной). В зависимости от условий получения размер микрокапсул изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров, а толщина мембраны составляет сотые — десятые доли микрометра, при диаметре пор порядка несколькнх нанометров. Существует два огновных способа получения микро-капсул. В первом из них водный раствор фермента сначала диспсргируется нри энергичном перемешивании в диэтиловом эфире, содержащем ПЛВ, которое выступает в роли эмульгатора. К полученной эмульсии, не прекращая перемешивания, добавляют эфирный раствор полимера, обычно нитрата целлю-лозы. При соприкосновснии с поверхностью эмульсионных капель этот полнмер, будучи нерастворимым в воде, образует тонкую оболочку-микрокапсулу. Готовые микрокапсулы отдсляют центрифугированием или фильтрованнем и промывают.

При втором способе микрокапсулирования образованне мембраны на поверхности водных микрокапель достигается за счет реакции межфазной поликонденсации двух компонентов, один из которых растворен в водных каплях эмульсии, а другой - в объеме органнческой фазы. Наиболее распространенными яв-ляются полиамндные микрокаисулы, получаемые, например, путем пбликонденсации 1,6-гексаметиленднамина (воднан фаза) и хлорангидрнда себаиновой кислоты (органическан фаза). Этот сиособ применим только для тех фсрмснтов, которые не инактивируютси при высоких значеннях рН, существующих в водных растворах диамина.

Водный раствор фермента, использующийся для получения микрокапсул, должен содержать инертный белок (обычно гемоглобин) в концентрации около 10%, который обсспсчивает в микрокапсулах нсобходимое внутрсннсе давление н стабилнзирует фермент. Для повышения стабильности микрокапсулированного фермента его нередко иодвергают также обработке глутаровым альдегндом, приводящсй к образованию внутри микрокапсул белковых полимеров. Кроме того, более высокой стабилыюсти можно добиться, если перед микрокапсулированием фермент предварительно иммобилизовать путем адсорбции на носителе, включения в гель или другим способом.

В некоторых случаях для иммобилизации применяются микрокапсулы, мембрана которых образоваиа ковалентно сшитыми между собой молекулами инертного белка. Такие микро-капсулы можно получить, если в методе с применением поликонденсации в систсму не вводить диамин. Тогда хлорангидрид дикарбоновой кнслоты (или другой используемый органорастворимый бнфункциональный сшивающий агент) будет образовывать ковалентные сшивки между молекулами инертиого белка, располагающимися на поверхности водной микрокапли.

15. Методы получения микрокапсул. Классификация. Характеристика. Технологические схемы производства.

Методы микрокапсулирования подразделяются на 3 группы:

• физические;

• физико-химические;

• химические.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Суть физических методов заключается в механическом нанесении оболочки на твердые или жидкие частицы лекарственного вещества путем: дражирования; распыления; напыления в псевдоожиженном слое; напыления в вакууме; диспергирования в системе жидкость-жидкость; электростатического микрокапсулирования; микрокапсулирования с помощью центрифуги (экструзионный метод).

Физические методы выгодно отличаются от других методов микрокапсулирования тем, что в них капсулируемое вещество и раствор (или расплав) материала оболочки не контактируют до самого момента капсулирования.

Наиболее простым физическим методом микрокапсулирования является метод дражирования. При этом методе однородные фракции кристаллов загружают во вращающийся дражировочный котел, и они из форсунки покрываются раствором пленкообразователя. Образующиеся микрокапсулы высыхают в токе нагретого воздуха. Толщина оболочки в данном случае зависит от концентрации полимера, скорости распыления раствора полимера и температуры.

Получение микрокапсул с твердым ядром и жировой оболочкой проводится методом распыления. При этом методе твердое вещество суспендируют в растворе или расплаве жирового компонента (воск, цетиловый спирт, стеариновая кислота и др.) с последующим распылением раствора или суспензии в распылительной сушилке. В результате этого частицы капсулируемого вещества покрываются жидкими оболочками, которые затем затвердевают в результате исцарения растворителя или охлаждения расплава.

Процесс распыления при охлаждении считают удобным, но дорогим, его используют при получении микрокапсул витаминов, ферментов, антибиотиков. Метод сушки при распылении является одним из первых методов микрокапсулирования.

Метод диспергирования в несмешивающихся жидкостях можно использовать для жидких и твердых лекарственных веществ. Технология микрокапсул заключается в следующем:

• получают раствор пленкообразователя (водный, спиртовый или используют другой органический растворитель);

• в растворе пленкообразователя диспергируют лекарственное вещество, получая эмульсию или суспензию, или растворяют, получая гомогенную систему;

• раствор пленкообразователя с лекарственным веществом в виде тонкой струйки или капель подается в сосуд с работающей мешалкой и несмешивающейся жидкостью, часто с парафиновым маслом.

Попадающий в масло водный раствор пленкообразователя с распределенным в нем лекарственным веществом диспергируется на мелкие капельки, которые охлаждаются и затвердевают. Полученные микрокапсулы отделяют от масла, промывают и сушат.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКАПСУЛ

Физико-химические методы микрокапсулирования основаны на разделении фаз и отличаются относительной простотой аппаратурного оформления, высокой производительностью, способностью заключать в оболочку лекарственное вещество в любом агрегатном состоянии.

Физико-химические методы можно подразделить на следующие: выделение новой фазы (простая и сложная коацерва-ция); испарение легколетучего растворителя в жидкой среде; затвердевание при охлаждении в жидкой среде и др.

Метод выделения новой фазы из раствора пленкообразующего вещества можно осуществлять как в водной среде, так и в среде органического растворителя. В основе водно-фазового разделения лежит явление коацервации — расслоение двух жидких фаз в растворах полимеров.

В определенных условиях однородные прозрачные растворы липидов, белков, нуклеиновых кислот, углеводов и других соединений могут расслаиваться на две жидкие фазы: фазу обедненную и фазу обогащенную этими веществами. Отделение более концентрированной фазы может происходить в виде слоя и в форме капель. Процесс фазового расслоения получил название коацервации, а вся система — коацерват (от лат. coacervare — сгребать в кучу). Коацервация начинается при изменении хотя бы одного из параметров дисперсной системы: температуры, состава рН, введение химических добавок и др.

Различают простую и сложную коацервацию. Простая коа-цервация имеет место при взаимодействии одного полимера и лекарственного вещества. Сложная коацервация — при взаимодействии двух полимеров, имеющих отрицательный и положительный заряд.

Процесс образования микрокапсул простой коацервацией может быть представлен следующей схемой, приведенной на рис. 63. Процесс протекает следующим образом. Капсулируе-мое вещество эмульгируют в растворе желатина. В качестве капсулируемого продукта берут растительные масла или масляные растворы витаминов (а). К раствору пленкообразователя добавляют 20% водный раствор натрия сульфата, который вызывает коацервацию желатина. Происходит образование двух жидких фаз — фазы с низким содержанием полимера и фазы с высоким содержанием полимера (б). Образование вокруг капсулируемого вещества «ожерелья» из коацерватов (в). Капли из «ожерелья» сливаются и образуют сплошную оболочку из полимера вокруг лекарственного вещества. Размер микрокапсул составляет 2—5 мкм (г). Для затвердения оболочек микрокапсул смесь быстро выливают в холодный раствор натрия сульфата. Затем микрокапсулы отфильтровывают и промывают водой для удаления раствора натрия сульфата.

Полученные микрокапсулы сушат в сушилках или водоот-нимающими средствами (этанол, формалин и др.).

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Основаны на образовании защитных покрытий вокруг ядер микрокапсулируемого вещества в результате реакций полимеризации или поликонденсации пленкообразующих компонентов.

Реакция полимеризации идет на границе жидкость — жидкость, жидкость — газ, твердое вещество — жидкость, твердое вещество — газ. Химические методы микрокапсуляции применяются для микрокапсулирования как твердых, так и жидких веществ. Процесс получения микрокапсул протекает в жидкой среде. Размеры получаемых микрокапсул можно изменять в широком диапазоне — от нескольких микрон до нескольких миллиметров, с содержанием микрокапсулирован-ного вещества до 99 %. Материал оболочки должен легко адсорбироваться на поверхности диспергированных частичек капсулируемого вещества, иначе полимер и капсулируемое вещество будут находиться в дисперсионной среде в виде отдельных составляющих.

Начальной стадией химических методов микрокапсулирования является получение эмульсий и суспензий. Выбор растворителя, материала оболочки микрокапсул определяется плотностью растворителя, его отношением к капсулируемому веществу и компонентам оболочки. Плотность дисперсионной среды должны быть близкой к плотности капсулируемого вещества (капсулируемое вещество не должно растворяться в дисперсионной среде), во избежание либо оседания, либо всплывания капсулируемого вещества. Этими методами можно получать нанокапсулы.