Современные гелеобразователи. Номенклатура. Перспективы использования.

Введение

1. Дисперсные системы. Гели. Гелеообразование

2. Химическая классификация гелеобразователей

3. Основные группы гелеобразователей

3.1 Эфиры целлюлозы

3.2 Производные акриловой кислоты

3.3 Полиэтиленоксиды

3.4 Полоксамеры

3.5 Силиконы

3.6 Аэросилы

3.7 Альгинаты

3.8 Каррагинаны

3.9 Бентонитовые (смектиновые) глины

4. Перспективы использования гелеобразователей

Заключение

Список использованных источников

Гели, представляют собой мягкими материалами, включающие широчайший спектр самых разнообразных функциональных материалов, занимающих промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами. Они обладают порой уникальными механическими, оптическими и электрическими свойствами, что определяет их различное применение в промышленности и быту [1].

Использование гелей в  медицине весьма распространено. Так, гели используют: при проведении ультразвуковых и электрографических исследований; для создания искусственных суставов, связок; для остановки кровотечения закупоркой (эмболией) сосудов; для восстановления роговицы; антибактериальные, противовирусные гели; разогревающие гели для обезболивания различных частей опорно-двигательного аппарата; охлаждающие гели при травмах [2].

Также некоторые гели используют как вспомогательные вещества. Например, в офтальмологии при глаукоме используют глазные капли пилокарпина гидрохлорида, приготовленные только на воде. С целью поддержания лечебной концентрации применяют те же глазные капли, но с добавлением пролонгирующих компонентов: метилцеллюлозы, поливинола и других [3].

Тема гелеобразователей очень актуальна для современной фармации, так как многие препараты разных фармакологических групп и различного спектра действия выпускаются в форме гелей, широко распространены и успешно используются в медицине.

Целью данной работы является изучение современных гелеобразователей, их номенклатуры, перспектив использования.

Исходя из цели, необходимо решить следующие задачи:

- выяснить, что собой представляют дисперсные системы, гели, процесс гелеобразования;

- рассмотреть химическую классификацию гелеобразователей;

- изучить основные группы гелеобразователей;

- проанализировать перспективы использования гелеобразователей.

 

Дисперсными системами, или дисперсиями называются гетерогенные, преимущественно микрогетерогенные двух- и многофазные системы, в которых хотя бы одна из фаз находится в дисперсном (раздробленном) состоянии. При этом частицы, даже имея очень малые размеры, сохраняют свойства той макрофазы, из которой они образованы. Дисперсная система – это совокупность частиц дисперсной фазы и окружающей их сплошной дисперсионной среды [4, 6, 7].

Согласно классификации по наличию или отсутствию взаимодействия между частицами дисперсной фазы, все дисперсные системы делят на свободнодисперсные и связнодисперсные.

К свободнодисперсным системам относят типичные коллоидные растворы, суспензии, взвеси, разнообразные растворы высокомолекулярных соединений, которые обладают текучестью, как обычные жидкости и растворы.

В связнодисперсных системах частицы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя в дисперсионной среде своеобразные пространственные сети или каркасы (структуры). Частицы, которые образуют структуру, очевидно, не способны к взаимному перемещению и могут совершать лишь колебательные движения. К таким системам относятся гели, концентрированные суспензии (пасты) и концентрированные эмульсии и пены, а также порошки.

Гели способны образовываться как в результате коагуляции коллоидных систем  и объединения в одно целое выпавшего осадка (коагели), так и вследствие молекулярного сцепления  в отдельных местах частицы золя, образующих сравнительно рыхлые сетки или каркасы (лиогели). В последнем случае в гелях сохраняется внешняя однородность системы. Естественно, образованию геля всегда способствует повышение концентрации дисперсной фазы в системе. Переход золя в состояние геля называется гелеобразованием [6, 7].

Таким образом, гелеобразователи представляют собой соединения, которые придают 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. […] 

На фармацевтическом рынке вспомогательных веществ представлен широкий ассортимент полимеров, которые могут быть использованы  как гелеобразователи, способные образовывать гомогенные прозрачные полутвердые препараты, состоящие из жидкой фазы, которая заключена в трехмерную полимерную матрицу. Данные полимеры используются в фармацевтической технологии как гидрофильные основы вязкопластичных лекарственных форм, стабилизаторы суспензий и эмульсий, загустители глазных капель, связующие вещества в таблетках, матрицеобразующие компоненты в таблетках и пленкообразователи.

Существует ряд подходов к классификации гелеобразователей, но с точки зрения фармацевтической технологии  наиболее информативной является их классификация по химической природе. 

Все гелеобразователи делятся на:

1) синтетические:

- эфиры целлюлозы (метилцеллюлоза, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, гидроксипропилметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, этилцеллюлоза);

- полимеры акриловой и метактриловой кислоты (производные акриловой кислоты, производные метакриловой кислоты);

- полоксамеры (синтетические неионные блосополимеры полипропиленоксида и полиэтиленоксида);

- полимеры этиленокисда и их производные (полиэтиленоксиды);

- кремнийорганические полимеры (силиконы);

- неорганические полимеры (аэросилы, бентонины);

2) натуральные (природного происхождения):

- полисахариды (альгинаты, каррагинаны, хитозан);

- белки (желатин, коллаген);

- растительного происхождения (бетулин, фитостерины) [11].

 

Представляют собой продукты замещения атомов водорода гидроксильных групп целлюлозы различными ацильными или алкильными радикалами. Молекулярная масса заместителей, степень этерификации, полимеризация эфира, а также степень его замещения определяют свойства полимера [11].

К производным целлюлозы относят метилцеллюлозу, натрий карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиэтилцелюлозу, гидроксипропилметилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу и комбинированные препараты [11, 12].

Производные целлюлозы обладают различными свойствами. Некоторые из них растворимы в воде различной температуры, но не растворимы в органических растворителях (карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза), другие не растворимы в горячей воде (гидроксипропилцеллюлоза, метилцеллюлоза), при этом хорошо растворяются в спиртах, эфирах, ароматических углеводородах и галогенпроизводных. Эфиры целлюлозы имеют широкий диапазон вязкости, сохраняют постоянную вязкость в широком диапазоне рН (4,0 – 9,0), устойчивы при нагревании, выдерживают автоклавирование и стерилизацию при высоких температурах (гидроксиэтилцелюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза), индиффирентны, устойчивы в растворах электролитов (гидроксиэтилцелюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза), могут использоваться для получения офтальмологических, дерматологических и других гелей. Варьируются осмотическая и адсорбционная активность гелей на основе эфиров целлюлозы. Наиболее высокой осмотической активностью обладают гели гидроксиэтилцеллюлозы и комбинаций микрокристаллической целлюлозы с натрий карбоксиметилцеллюлозы. Метилцеллюлоза и гидроксипропилцеллюлоза характеризуются высокой адсорбционной активностью.

Гели на основе производных целлюлозы, в частности натрий карбоксиметилцеллюлоза, в своей структуре содержат микрокристаллические зоны, соединяющихся между собой посредством цепей, образуя гель. Предел прочности гелей на основе производных целлюлозы, а также другие физические свойства будут зависеть от эффективности, с которой микрокристаллические зоны были ранее диспергированны в золе. […] 

В современной фармацевтической промышленности наблюдается рост потребительских свойств новых средств, в частности мягкой формы выпуска (внешний вид, всасываемость, отсутствие липкости на коже и другие). Неоспоримым является тот факт, что одним из таких компонентов, который оказывает влияние на сенсорные свойства, является гелеобразователь. 

В настоящее время растет тенденция использования природных гелеобразователей. При этом стоимость гидроколлоидов является достаточно высокой, что вынуждает разработчиков искать заменители на более дешевые аналоги. Исходя из патентного поиcка и проведения эксперимента, было обнаружено, что при комплексном использовании двух загустителей – природных гидроколлоидов, возможно присуствие синергидного эффекта: смесь гелеобразователей повышает структурную вязкость конечного продукта в несколько раз, чем ожидаемую от суммарного действия компонентов [20].

Использование гелей в медицине весьма распространено. Так, гели используют: при проведении ультразвуковых и электрографических исследований; для создания искусственных суставов, связок; для остановки кровотечения закупоркой (эмболией) сосудов; для восстановления роговицы; антибактериальные, противовирусные гели; разогревающие гели для обезболивания различных частей опорно-двигательного аппарата; охлаждающие гели при травмах [2].

Также некоторые гели используют как вспомогательные вещества. Например, в офтальмологии при глаукоме используют глазные капли пилокарпина гидрохлорида, приготовленные только на воде. С целью поддержания лечебной концентрации применяют те же глазные капли, но с добавлением пролонгирующих компонентов: метилцеллюлозы, поливинола и других.

Вспомогательные вещества оказывают влияние не только на терапевтическую эффективность лекарственного вещества, но и на физико-химические характеристики лекарственных форм в процессе их изготовления и хранения. Добавление различных стабилизирующих веществ обеспечивает высокую эффективность лекарственных препаратов в течение длительного времени, что имеет не только большое медицинское, но и экономическое значение, так как позволяет увеличить срок годности лекарственных препаратов [3].[…]

В результате проделанной работы, мною были изучены современные гелеобразователи, их номенклатура, перспективы использования путем рассмотрения дисперсных систем, гелей, процесса гелеобразования; рассмотрения химической классификации гелеобразователей; изучения основных групп гелеобразователей; анализа перспектив использования гелеобразователей.

Мною было выяснено, что гелеобразователи представляют собой соединения, которые придают конечному продукту свойства геля [1].

Были изучены такие группы гелеобразователей как эфиры целлюлозы, производные акриловой кислоты, полиэтиленоксиды, полоксамеры, силиконы, аэросилы, альгинаты, каррагинаны и бентонитовые (смектиновые) глины.

Многие основные операции в фармацевтической промышленности являются по существу коллоидными процессами. Например, изготовление эмульсий, кремов, мазей сводится к диспергированию нужных веществ в подходящих средах. Некоторые лекарства применяются в коллоидной форме. Введение в организм лекарства в коллоидной форме локализует его действие и увеличивает срок его действия на пораженный орган, так как такое вещество обычно выводится из тканей в виде обычного раствора [7].

1. Постнова, И. В. Формирование и физико-химические свойства гомогенных альгинатных гелей / И. В. Постнова. - Дисссертация канд. хим. наук: 02.00.04: Владивосток, 2004 146 c. РГБ ОД, 61:04-2/361

2. Что такое гель: понятие, определение, химические составы гелей, назначение и применение [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://fb.ru/article/440137/chto-takoe-gel-ponyatie-opredelenie-himicheskie-sostavyi-geley-naznachenie-i-primenenie. Дата доступа: 15.12.2018.

3. Гаврилов, А. С. Фармацевтическая технология. Изготовление лекарственных препаратов: учебник / А. С. Гаврилов. 2010. – 624 с.

4. Амелина, Е. А. Методическое пособие к курсу коллоидной химии / Е. А. Амелина. – М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2007. – 80 с.

5. Сергеев, В. Н. Курс коллоидной химии для медицинских вузов. Учебник для вузов / В. Н. Сергеев. — М.: Медицинское информационное агенство. 2007. с. 174

6. Сумм, Б. Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Б. Д. Сумм. – 2-е изд., стер. – М.: Академия, 2007. – 240 с.

7. Воюцкий, С. С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1975. – с. 512.

8. Булдаков, А. Пищевые добавки / А. Булдаков. – СПб.: «Vt», 1996. – 240с.

9. Орещенко, А.В. О пищевых добавках и продуктах питания / А. В. Орещенко, А. Ф. Берестень // Пищевая промышленность.– 1996. – № 6. – С. 4.

10. Жушман, А.И. Модифицированные крахмалы как эффективные добавки / А. И. Жушман, В. Г. Карпов, Н. Д. Лукин  // Пищевая промышленность. – 1996. – № 6. – С. 8.

11. Анурова, М. Н. Обзор современных гелеобразователей в технологии лекарственных форм / М. Н. Анурова, Е. О. Бахрушина, Н. Б. Демина // Химико-фармацевтический журнал. – 2015. - № 9. – С. 39-46. 

12. Трофимов, С. В. Высокомолекулярные эфиры целлюлозы. Механизмы действия в матричных таблетках пролонгирующего действия. Зависимость профиля высвобождения активной субстанции от молекулярной массы и гидрофильных свойств полимероа / С. В. Трофимов // Фармация и фармакология. – 2015. - № 5 (12). – С. 18 – 25.

13. Машковский, М. Д. Лекарственные средства / М. Д. Машковский. – 16-е изд., перераб., испр. и доп. – М.: Новая волна, 2012. – 216 с.

14. Муравьев, И. А. Технология лекарств / И. А. Муравьем. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицин, 1980. – Т. 1. – 395 с.

15. Шатова, Н. А. Полоксамеры как инновационные вспомогательные вещества / Н. А. Шатова [и др.]. // Разработка и регистрация лекарственных средств. – 2013. - № 5. 

16. Натрия алгинат [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.rlsnet.ru/mnn_index_id_2245.htm. Дата доступа: 15.12.2018.

17. Подкорытова, Е. А. Каррагинаны как новые субстанции для лекарственных средств с радиопротекторным действием / Е. А. Подкорытова, Е. В. Хожаенко, В. В. Ковалев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16. - № 5 (2). С. 1021 – 1024.

18. Капсалямова, Э. Н. Возможности бентонитов в разработке лекарственных форм / Э. Н. Капсалямова, Г. К. Ерекешова, З. Б. Сакипова // Вестник КазНМУ. – 2014. - № 5. – С. 60 – 62.

19. Грубник, И. М. Функциональные свойства водно-спиртовых косбинированных гелей / И. М. Грубник, Е. В. Гладух // Вестник КазНМУ. – 2013. - № 5 (3). – С. 89 – 90.

20. Коржавых, Э. Лекарственные формы с модифицированным высвобождением и действием  / Э. Коржавых, А. Румянцев // Рос. аптеки. - 2003. - № 4. - C. 6.