Гели. Гелеобразователи. Промышленная технология гелей

Министерство здравоохранения Украины

Национальный фармацевтический университет

Кафедра промышленной технологии лекарственных средств

 

Курсовая работа по теме:

 

«Гели. Гелеобразователи. Промышленная технология гелей»

                                     

                                                                       Выполнил: ст. 4 курса 17 группы ФФ

Стешенко А.Д.

Проверила доц. Ковалевская И.В.

                                                                    

 

 

 

 

                                      

 

 

 

                                                     Харьков 2011

Содержание

Вступление

 

1.Гели. Общие сведения

 

2. Физико-химические свойства  гелей

 

3. Гелеобразователи

 

3.1 Ксантан

 

3.2 Агар-агар и альгинаты

 

 3.3 Каррагинаны

 

 3.4 Карбопол

 

 3.5 Гуаровая камедь

 

 3.6 Пролипид 141

 

 3.7 РапиТикс

 

 3.8 Гидроксиэтилцеллюлоза

 

4. Технология производства  гелей на примере технологии  производства 

геля с натрия гипохлоритом для наружного применения

 

5. Перспективы развития  гелей как лекарственной формы

 

Выводы

 

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В современной технологии лекарств большое место занимают мягкие лекарственные формы. Научный  подход к исследованию кожных покровов обусловил появление на фарм. рынке  мягких лек. форм с трансдермалным и диадермалным действием. Развивается технология гетерогенных (эмульсионных) основ, что позволяет вводить новые лекарственные вещества в рецептуру мазей, гелей и линиментов.  В своей работе хочу раскрыть тему гелей как перспективного направления развития промышленной технологии лекарственных средств.

 

1.Гели. Общая статья

 

Гель — мягкая лекарственная форма вязкой консистенции, способная сохранять форму и обладающая упругостью и пластичностью. По типу дисперсных систем различают гидрофильные и гидрофобные гели.

Согласно ГФУ: гели –  мягкие лекарственные средства для  местного применения, которые представляют собой одно-, двух- или многофазовые дисперсные системы с жидкой дисперсионной  средой, реологические свойства которых  обусловлены присутствием гелеобразователей в сравнительно небольших концентрациях. При этом гелеобразователи дополнительно могут выполнять роль стабилизаторов дисперсионных систем: суспензий или эмульсий; такие гели могут назваться соответственно суспензионными гелями или эмульгелями.

 

Гидрофобные гели (олеогели) приготовлены на основах, которые состоят из гидрофобного растворителя (вазелиновое, растительное масло и др.) и липофильного гелеобразователя (полиэтилен низкомолекулярный, кремния диоксид коллоидный, алюминиевое или цинковое мыло)

 

Гидрофильные гели (гидрогели) приготовлены на основах, которые состоят из воды, гидрофильного смешанного или неводного растворителя (глицерин, пропиленгликоль, этанол, изопропанол) и гидрофильного гелеобразователя (карбомеры, производные целлюлозы, трагакант и др.)

 

Гели получают путем  суспендирования в воде порошка  полимера (являющегося по химической структуре кислотой) и добавлением  очень небольшого количества (по сравнению  с объёмом воды) нейтрализующего  агента (щёлочь, сода, карбонаты и  гидрокарбонаты аммония, аммиак, триэтаноламин и пр.). При перемешивании массы (300—500 об./мин.) смесь загустевает с образованием вязкого геля. Вязкость обычно измеряют в Пуазах (Пз) или сантиПуазах (сПз). Для гелей характерно восстановление гелевой структуры после ее разрушения, так называемой петли гистерезиса.

 

В настоящее время  идёт активное изучение свойств гелевых  полимеров (российских — Ареспол, мАРС; бельгийских — Ultrez 10; немецких — Carbopol 940, Carbopol 941, Carbopol 2020 и Carbopol 2001) с целью  внедрения в фармацевтическую практику множества мягких лекарственных форм на гелевой основе.

 

 

2. Физико-химические  свойства гелей

 

В коллоидной химии гели - дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структурную сетку. Представляют собой твердообразные ("студенистые") тела, способные сохранять форму, обладающие упругостью (эластичностью) и пластичностью. Типичные гели имеют коагуляционную структуру, т.е. частицы дисперсной фазы соединены в местах контакта силами межмолллекулярного взаимодействия непосредственно или через тонкую прослойку дисперсионной среды. Для них характерна тиксотропия, т.е. способность в изотермических условиях самопроизвольно восстанавливать свою структуру после механического разрушения. Такие гели образуются, например, при коагуляции золей (коагели), понижении температурыры или концентрировании мицеллярных растворов мыл, выделении новой дисперсной фазы из пересыщенных растворов (лиогели). Гели могут возникать в виде рыхлых осадков либо образуют структурную сетку во всем объеме первоначально жидкой системы без нарушения ее макрооднородности. Гели с водной дисперсионной средой называются гидрогелями, с углеводородной-органогелями.

 

Гелеобразование (желатинирование, застудневание) возможно при содержании дисперсной фазы в системе в количестве всего лишь нескокльких %, иногда - долей %. Чем более анизометричны частицы и менее лиофильна их поверхность по отношению к дисперсионной среде, тем меньше содержание дисперсной фазы, при котором система теряет текучесть. Распад структуры геля и переход системы в текучее состояние называется пептизацией. Этот процесс происходит при введении лиофилизующих веществ или при повышении температуры.

 

В так называемых мезоморфных  гелях структурную сетку образует жидкокристаллическая фаза (мезофаза). Такие гели возникают из растворов дифильных блоксополимеров в термодинамически "плохих" растворителях по отношению к одному из блоков сополимера. Мезоморфная фаза обычно представляет собой мицеллоподобные пластинчатые или цилиндрические ассоциаты из тех блоков, которые менее растворимы в данном растворителе; мезоморфные гели образуются и в концентрированных растворах мылоподобных ПАВ.

 

Системы, по свойствам подобные гелям, но не обладающие тиксотропией (так называемые псевдогели), образуются при фазовом расслоении растворов полимеров, коагуляции и неполной коалесценции каучуковых латексов и эмульсий некоторых высоковязких нефтепродуктов, жиров, биогенных веществ. Свойствами гелей обладают пены, стабилизованные высокомолекулярные ПАВ, и высококонцентрированные (спумоидные) эмульсии.

 

Большинство гелей термодинамически неустойчиво; при старении вследствие изотермические переконденсации или рекристаллизации обратимая по отношению к механическому воздействию коагуляционная структура перерождается в необратимую конденсационно-кристаллизационную. Кроме того, многие гели подвержены синерезису -сокращению объема с выделением жидкой фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки.

 

Удалением из лиогелей жидкой среды можно получить тонкопористые тела - аэрогели, или ксерогели, в которых слабые коагуляционные контакты между частицами превратились в результате сушки в прочные адгезионные или фазовые (когезионные) контакты. Таковы, например, алюмогель и силикагель - сорбенты, получаемые обезвоживанием гидрогелей соответственно гидроксида алюминия и кремниевых кислот.

 

В химии и технологии полимеров гели - неплавкие и нерастворимые продукты поликонденсации или полимеризации. Момент времени, когда реакционная смесь теряет текучесть вследствие сшивки растущих полимерных цепей, наз. точкой гелеобразования или гель - точкой. Гелями называют также набухшие в растворителях сшитые линейные полимеры и растворы полимеров, потерявшие текучесть вследствие возникновения пространственно молекулярной сетки, стабилизированные химической или водородной связями либо в результате межмолекулярного взаимодействия. Таковы, например, набухшие в водной среде ионообменные смолы; пространственно-сшитые декстраны (сефадексы) и полиакриламиды, используемые в гель-проникающей хроматографии; набухшие в жидких углеводородах сополимеры стирола и дивинилбензола, а также резины на основе натурального и некоторых синтетических каучуков; гидрогели желатины, агара, поливинилового спирта; органогели некоторых эфиров целлюлозы, акрилонитрила.

 

3. Гелеобразователи

 

Гелеобразователи —  соединения, придающие конечному  продукту свойства геля (структурированной  высокодисперсной системы с жидкой дисперсионной средой, заполняющей  каркас, который образован частицами дисперсной фазы). Химическая природа веществ, отнесенных к гелеобразователям и загустителям, достаточно разнообразна. Среди них натуральные природные вещества животного (желатин) и растительного (пектин, агароиды, камеди) происхождения, а также вещества, получаемые искусственно (полусинтетическим путем), в том числе из природных источников (модифицированные целлюлозы, крахмалы и др.) .

 

Главной технологической  функцией веществ этой группы является повышение вязкости или формирование гелевой структуры различной прочности. Одним из основных свойств, определяющих эффективность применения таких веществ в конкретной рецептуре, является их полное растворение, которое зависит прежде всего от химической природы.

 

В зависимости от источника  выделения основные полисахариды со свойствами гелеобразователей разделяются на несколько групп, представленных в табл.1. Высшие растения являются источниками добавок целлюлозной природы, крахмалов, пектинов и камедей. Для придания добавкам из целлюлозы и крахмалов технологических функций  гелеобразователей исходные полисахариды подвергают химической, физической или ферментативной модификации.

                                                Таблица 1

Класификация гелеобразователей  и загустителей полисахаридной природы  в зависимости от источников получения

Источник получения	Форма выделения, тип  продукта	Основные представители
Высшие растения	Нерастворимая основа   Семена     Экстракты   Экссудаты	Целлюлоза   Крахмалы, камеди гуаровая и рожкового дерева   Пектины   Гуммиарабик, камед, трагакант
Морские водоросли	Экстракты	Агар, альгинаты, каррагинаны, фурцеллеран
Микроорганизмы	Продукты ферментации	Ксантаны
Производные растительных полисахаридов	Продукты модификации  целлюлозы   Продукты модификации  крахмалов	Е461-Е469     Е1400—Е1451

 

Пектины являются наиболее известными представителями гетерогликанов высших растений. Главное свойство, на котором основано применение пектинов в фармацевтических технологиях, —  гелеобразующая способность. Гелевая  структура растворов пектинов образуется в результате взаимодействия пектиновых молекул между собой и зависит от особенностей строения молекулы — молекулярной массы, степени этерификации, характера распределения карбоксильных групп. Кроме того, на процесс гелеобразования влияют температура, рН среды и содержание дегидратирующих веществ.

 

Формирование пространственной структуры геля может происходить  двумя путями:

 

·   за счет изменения  сил электростатического отталкивания пектиновых молекул в присутствии  дегидратирующих веществ (сахарозы) в кислой среде (сахарно-кислотное гелеобразование);

 

·  при участии ионов  поливалентных металлов

 

Тип ассоциации пектиновых молекул определяется степенью этерификации. Высокоэтерифицированные пектины  образуют гели в присутствии кислоты (рН 3,1—3,5) при содержании сухих веществ (сахарозы) не менее 65 %, низкоэтерифицированные — в присутствии ионов поливалентных металлов, например кальция, независимо от содержания сахарозы в широком диапазоне рН (от 2,5 до 6,5). Пектины высокой степени этерификации образуют высокоэластичные гели, имеющие тенденцию к возвращению формы в исходное состояние после ее изменения при механическом сдвиге.

 

Пектины низкой степени  этерификации в зависимости от концентрации ионов кальция могут давать различные  по консистенции гели — от высоковязких (не восстанавливающих исходную форму после деформирования) до высокоэластичных .

 

Комплексообразующая способность (образование циклических комплексов поливалентных металлов) различных  пектинов зависит от содержания свободных  карбоксильных групп, т. е. степени этерификации пектиновых молекул, и не зависит от их молекулярной массы.

 

Способность пектиновых молекул связывать поливалентные  катионы увеличивается при снижении степени их этерификации и повышении  степени диссоциации свободных  карбоксильных групп (т. е. при повышении рН среды), а по отношению к различным катионам изменяется в ряду:

Мg < Мn < Сг < Нg < Fе < Ni < Со < Си < Zn < Sг < Cd < Вa < Рb.

 

Таким образом, основные области применения пектинов связаны  с их функциональными свойствами. Гелеобразующая способность используется в фармацевтической и косметической промышленности.

 

3.1 Ксантан

 

Камедь ксантана - это  природный полисахарид, который  был открыт в конце 50-х годов  во время научных исследований по промышленному использованию микробных  биополимеров на базе научно-исследовательской лаборатории департамента сельского хозяйства США. Научные исследования показали, что бактерия Xanthomonas Campestris, обнаруженная в растениях семейства капусты, вырабатывает высокомолекулярный защитный полисахарид. Этот полисахарид назвали камедью ксантана, он проявляет интересные свойства с технологической точки зрения.

 

Ксантан – натуральный  гелеобразователь, который обеспечивает уже в небольших дозах гелеобразную консистенцию. Он входит в группу угольных гидратов и выделяется микроорганизмами. Содержит пировиноградную кислоту ~ 1.5 %, азот ~ 1.5 %