Современные гелеобразователи. Номенклатура. Перспективы использования. Курсовая работа (проект)

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].