МИКРОКАПСУЛЫ

ГЛАВА 5. МИКРОКАПСУЛЫ

5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОКАПСУЛ

Микрокапсулирование – это технологический процесс заключения микроскопических твердых, жидких или газообразных веществ в тонкую оболочку, изолирующую их от внешней среды.

Микрокапсулы имеют вид отдельных частиц или агломератов размером от 1 до 5000 мкм. В медицинской практике наиболее часто применяются микрокапсулы размером от 100 до 500 мкм. Технология образования оболочек в последнее время достигла столь высокого совершенствования, что позволяет наносить покрытия на частицы размером менее 1 мкм. Такие частицы с оболочкой называют нанокапсулами, а процесс ее образования – нанокапсулированием.

Форма микрокапсул определяется агрегатным состоянием их содержимого и методом получения: жидкие и газообразные вещества придают микрокапсулам шарообразную форму, твердые – овальную или неправильную геометрическую форму.

В фармацевтической промышленности микрокапсулирование нашло широкое применение. С его помощью стабилизируют неустойчивые препараты (витамины, антибиотики, вакцины, сыворотки, ферменты), маскируют вкус неприятных лекарственных веществ (касторовое масло, рыбий жир, экстракт алоэ, кофеин, хлорамфеникол, бензедрин), превращают жидкости в сыпучие продукты, регулируют скорость высвобождения или обеспечивают высвобождение биологически активного вещества в нужном участке ЖКТ, изолируют несовместимые вещества, улучшают сыпучесть, создают новые типы продуктов диагностического назначения.

Большинство фармацевтических препаратов производят в микрокапсулированном виде для увеличения продолжительности терапевтического действия при пероральном введении в организм с одновременным снижением максимального уровня концентрации препарата в организме. Этим способом удается сократить, по крайней мере, вдвое число приемов препарата и ликвидировать раздражающее действие на ткани, вызываемое прилипанием таблеток к стенкам желудка. Гастролабильные препараты заключают в оболочки, устойчивые в кислых средах и разрушающиеся в слабощелочных и нейтральных средах ки-

МИКРОКАПСУЛЫ

шечника. Важная область применения микрокапсулирования в фармации – совмещение в общей дозировке лекарственных веществ, несовместимых при смешивании в свободном виде. Микрокапсулированные препараты лучше хранить и удобнее дозировать. В качестве носителей микрокапсулы используют при создании терапевтических систем доставки лекарственных веществ.

5.2. СТРОЕНИЕ МИКРОКАПСУЛ

Микрокапсулы состоят из капсулируемого (инкапсулируемого) вещества и капсулирующего материала. Капсулируемое вещество, называемое содержимым, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал образует оболочку.

Содержимое микрокапсул (внутренняя фаза или ядро) может составлять 15-99% их массы. Эта величина может колебаться в зависимости от метода и условий получения (температуры, степени диспергирования, вязкости среды, наличия поверхностно-активных веществ), соотношения количеств материала оболочек и капсулируемого вещества и т.п. Внутренняя фаза может представлять собой индивидуальное вещество, смеси, дисперсии или растворы веществ. В состав содержимого микрокапсул может входить инертный наполнитель, являющийся средой, в которой диспергировалось активное вещество, или необходимый для последующего функционирования основного компонента ядра.

Толщина оболочки колеблется от 0,1 до 200 мкм и может быть однослойной или многослойной, эластичной или жесткой, с различной устойчивостью к воздействию воды, органических растворителей и т.д. Толщина стенок микрокапсул уменьшается с увеличением количества инкапсулированного вещества или уменьшения размера микрокапсул.

Оболочки микрокапсул должны хорошо прилипать к инкапсулируемому веществу, обеспечивать герметичность, эластичность, определенную проницаемость, прочность и стабильность при хранении. Для получения оболочек используют значительное количество натуральных и синтетических пленкообразующих соединений, большинство из которых являются инертными в обычных условиях и разрешенными к медицинскому применению. Типичными материалами оболочек являются органические полимеры – белки (желатин, альбумин), полисахариды (декстраны и камеди), воски, парафин, производные целлюлозы (метил-, этил-, ацетил-, ацетилфталил-, нитро- и карбоксиэтилзамещенные), поливиниловый спирт, поливинилацетат, поливинилхлорид, поли-

МИКРОКАПСУЛЫ

этилен и другие полиолефины, полиакриламид, полисилоксаны, полималеинаты, полисульфиды, поликарбонаты, полиэфиры, полиамиды, различные сополимеры, а также неорганические материалы – металлы, углерод, силикаты и др.

По растворимости материалы оболочек подразделяют на водорастворимые (желатин, гуммиарабик, поливинилпирролидон, полиакриловая кислота и др.), водонерастворимые (силиконы, латексы, полипропилен, полиамид и т.п.), энтеросолюбильные (зеин, шеллак, спермацет, ацетилфталилцеллюлоза и др.).

Выбор материала оболочек зависит от назначения, свойств и способа высвобождения ядра, а также от выбранного метода микрокапсулирования.

Эти же факторы определяют и строение микрокапсул. Основные типы микрокапсул схематически изображены на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Строение микрокапсул:

а – с одной оболочкой; б – с двойной оболочкой; в – капсула в капсуле с различным содержимым; г – дисперсия (эмульсия) в микрокапсуле или микрокапсулы в жидкой среде в общей оболочке

Простейшим строением микрокапсул является капсула с одной оболочкой (а). Если материал оболочки по каким-либо причинам не может быть нанесен непосредственно на капсулируемое вещество, то производят промежуточное микрокапсулирование этого вещества удобным методом в другой материал.

Образующая оболочка имеет двухслойную или многослойную структуру (б).

При необходимости заключения веществ в общую оболочку возможно изготовление «капсул в капсуле» (в и г), когда внутри наружной оболочки в среде одного из веществ помещена одна или несколько микрокапсул другого вещества. Дополнительные компоненты можно также вводить непосредственно в материал оболочек.

5.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОЛОЧЕК МИКРОКАПСУЛ

В зависимости от свойств и назначения микрокапсул известны 3 варианта оболочек:

МИКРОКАПСУЛЫ

Оболочка непроницаема для ядра и окружающей среды. Высвобож-

дение ядра происходит в результате механического разрушения оболочки (растворения, плавления, нагревания, давления, ультразвукового воздействия, разрушение изнутри парами или газообразными веществами, выделяющимися при изменении внешних условий).

Оболочка полупроницаема. Она непроницаема для ядра, но проницаема для низкомолекулярных веществ, содержащихся в окружающей среде (вода, желудочный сок и др.).

Оболочка проницаема для ядра.

Требования к проницаемости оболочки определяются назначением микрокапсул. Для защиты лекарственных веществ от воздействия окружающей среды она должна быть малопроницаемой. Проницаемость оболочки можно регулировать как в процессе микрокапсулирования, так и после его завершения. Один из способов уменьшения проницаемости оболочки – получение многослойных покрытий или дополнительная их обработка (обезвоживание, дубление и т.д.).

Оболочки микрокапсул непроницаемые для внутренней фазы и окружающей среды обеспечивают прочность и герметичность ядра. Микрокапсулы с подобной оболочкой используют для изоляции друг от друга взаимодействующих компонентов, а также для придания жидким и вязким составам, летучим растворителям новых технологических свойств, например, сыпучести. Такие микрокапсулы стабильны и сохраняют механическую прочность до момента использования.

Технология микрокапсулирования позволяет создать оболочки, непроницаемые для ядра из материалов, растворимых в воде (желатин), в кислой (этилцеллюлоза) или слабощелочной (ацетилфталилцеллюлоза) среде ЖКТ. Содержимое микрокапсул высвобождается в этом случае после растворения оболочки

всоответствующей среде.

Вслучае набухания материала оболочки микрокапсул во внешней среде возможна диффузия низкомолекулярных веществ через поры оболочки, вследствие чего внутри микрокапсулы повышается осмотического давление, которое,

всвою очередь, приводит к разрыву оболочки и высвобождению ядра. Оболочка, проницаемая для веществ, реагирующих с ядром капсулы, способствует их накоплению внутри капсулы за счет абсорбции и адсорбции. Такого рода микрокапсулы могут быть использованы для очистки и разделения химических ве-