Микроинкапсуляция

Микроинкапсуляция — это процесс, при котором мельчайшие частицы или капли окружаются оболочкой , образуя небольшие капсулы с полезными свойствами. ^[1]^[2] Обычно его используют для включения пищевых ингредиентов , ^[3] ферменты , клетки или другие материалы в микрометрическом масштабе. Микрокапсулирование также можно использовать для заключения твердых веществ , жидкостей или газов внутри микрометрической стенки, сделанной из твердой или мягкой растворимой пленки, чтобы уменьшить частоту дозирования и предотвратить разложение фармацевтических препаратов . ^[4]

В своей простейшей форме микрокапсула представляет собой небольшую сферу, имеющую почти однородную стенку, внутри которой находится некоторый материал. Заключенный в микрокапсуле материал называется ядром, внутренней фазой или наполнителем, тогда как стенку иногда называют оболочкой, покрытием или мембраной. Некоторые материалы, такие как липиды и полимеры , такие как альгинат , могут использоваться в виде смеси для улавливания интересующего материала внутри. Большинство микрокапсул имеют поры диаметром от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Обычно для покрытия используются следующие материалы:

Определение было расширено и теперь включает большинство продуктов питания, в которых инкапсуляция вкусов является наиболее распространенной. ^[5] Методика микрокапсулирования зависит от физических и химических свойств инкапсулируемого материала. ^[6]

Однако многие микрокапсулы мало похожи на эти простые сферы. Ядро может представлять собой кристалл , зубчатую частицу адсорбента , эмульсию , эмульсию Пикеринга , суспензию твердых веществ или суспензию микрокапсул меньшего размера. Микрокапсула даже может иметь несколько стенок.

ИЮПАК определение

Микрокапсула : Полая микрочастица, состоящая из твердой оболочки, окружающей
пространство, образующее ядро, доступное для постоянно или временно захваченных веществ.
Примечание . Веществами могут быть ароматизаторы, фармацевтические препараты, пестициды, красители или подобные материалы.

Технология изготовления микрокапсул

Ионотропное гелеобразование происходит, когда звенья мочевой кислоты в цепях полимера альгината сшиваются многовалентными катионами. Они могут включать кальций, цинк, железо и алюминий.

Разделение фаз коацервации состоит из трех стадий, выполняемых при непрерывном перемешивании.

Образование трех несмешивающихся химических фаз: фазы жидкого производственного носителя, фазы основного материала и фазы материала покрытия.
Нанесение покрытия: материал сердцевины диспергируется в растворе полимера покрытия. Покрытие из полимерного материала вокруг сердцевины. Осаждение жидкого полимерного покрытия вокруг ядра с помощью полимера, адсорбированного на границе раздела между материалом ядра и фазой носителя.
Ригидизация покрытия: материал покрытия не смешивается с фазой носителя и становится жестким. Это делается с помощью термических методов, методов сшивания или растворения.

Межфазная поликонденсация

При межфазной поликонденсации два реагента поликонденсации встречаются на границе раздела фаз и быстро реагируют. В основе этого метода лежит классическая реакция Шоттена-Баумана между хлорангидридом и соединением, содержащим активный атом водорода, например амином или спиртом , полиэфирами , полимочевиной , полиуретаном . При правильных условиях на границе раздела быстро образуются тонкие гибкие стенки. Раствор пестицида и хлорида двухосновной кислоты эмульгируют в воде и водный раствор, содержащий амин и полифункциональный изоцианат добавляют . Основание присутствует для нейтрализации кислоты, образующейся в ходе реакции. На границе раздела капель эмульсии мгновенно образуются конденсированные полимерные стенки.

Межфазное сшивание

Межфазное сшивание происходит в результате межфазной поликонденсации и было разработано, чтобы избежать использования токсичных диаминов в фармацевтических или косметических целях. В этом методе небольшой бифункциональный мономер, содержащий активные атомы водорода, заменяется полимером биологического происхождения, например белком. Когда реакция осуществляется на границе раздела эмульсии, хлорангидрид реагирует с различными функциональными группами белка, что приводит к образованию мембраны. Метод очень универсален, и свойства микрокапсул (размер, пористость, разлагаемость, механическая стойкость) можно настраивать. Поток искусственных микрокапсул в микрожидкостных каналах:

Полимеризация на месте

В некоторых процессах микрокапсулирования прямая полимеризация одного мономера осуществляется на поверхности частицы. В одном процессе, например, целлюлозные волокна инкапсулируют в полиэтилен и погружают в сухой толуол . Обычная скорость осаждения составляет около 0,5 мкм/мин. Толщина покрытия находится в диапазоне 0,2–75 мкм (0,0079–2,9528 мил). Покрытие равномерное, даже на острых выступах. Белковые микрокапсулы биосовместимы и биоразлагаемы , а наличие белкового остова делает мембрану более устойчивой и эластичной, чем те, которые получены путем межфазной поликонденсации.

Матричная полимеризация

В ряде процессов материал сердцевины внедряется в полимерную матрицу во время формирования частиц. Простым методом такого типа является распылительная сушка, при которой частицы образуются путем испарения растворителя из матричного материала. Однако затвердевание матрицы также может быть вызвано химическим изменением.

Методы и шаблоны выпуска

Даже если целью применения микрокапсулирования является изоляция сердцевины от окружающей среды, стенка должна быть разорвана во время использования. Многие стенки легко разрушаются под действием давления или напряжения сдвига , как в случае разрушения частиц красителя во время письма с образованием копии. Содержимое капсулы может высвободиться путем плавления стенки или растворения ее при определенных условиях, как в случае покрытия кишечнорастворимого лекарственного средства . ^[7] В других системах стена разрушается под действием растворителя, воздействия ферментов , химической реакции, гидролиза или медленного распада.

Микроинкапсуляцию можно использовать для замедления высвобождения лекарственного средства в организм. Это может позволить одной дозе с контролируемым высвобождением заменить несколько доз неинкапсулированного лекарственного средства, а также может уменьшить токсические побочные эффекты некоторых лекарств за счет предотвращения высоких начальных концентраций в крови. Обычно существует определенный желаемый шаблон выпуска. В некоторых случаях он имеет нулевой порядок, т.е. скорость высвобождения постоянна. При этом микрокапсулы доставляют фиксированное количество препарата за минуту или час в течение периода их эффективности. Это может происходить до тех пор, пока в микрокапсуле сохраняется твердый резервуар или растворяющееся лекарственное средство.

Более типичным паттерном высвобождения является первый порядок, при котором скорость снижается экспоненциально со временем, пока источник лекарства не будет исчерпан. В этой ситуации фиксированное количество лекарства находится в растворе внутри микрокапсулы. Разница в концентрации внутри и снаружи капсулы постоянно уменьшается по мере диффузии препарата.

Тем не менее, существуют и другие механизмы, которые могут иметь место при высвобождении инкапсулированного материала. К ним относятся биоразложение, осмотическое давление, диффузия и т. д. Каждый из них будет зависеть от состава изготовленной капсулы и окружающей среды, в которой она находится. Следовательно, на высвобождение материала могут влиять различные механизмы, действующие одновременно. ^[8]

Приложения

Применения микрокапсулирования многочисленны. Он в основном используется для повышения стабильности и срока службы инкапсулируемого продукта, облегчения манипуляций с продуктом и обеспечения контролируемого высвобождения содержимого.

Микроинкапсулатоин используется для сохранения витамина А от разрушающего воздействия кислорода . ^[2]
В других случаях цель состоит не в полной изоляции ядра, а в контроле скорости, с которой оно высвобождает содержимое, как при контролируемом высвобождении лекарств. ^[9] Сульфат железа, пищевая добавка, микрокапсулирован таким образом, что проходит через желудок, но высвобождается в кишечнике. Таким образом, расстройство желудка сводится к минимуму. Аналогично лечат аспирин.
Некоторые солнцезащитные кремы заключены в силикагель . Одна торговая марка - «Eusolex UV-Pearls». Эти химические вещества потенциально нарушают работу гормонов , поэтому инкапсуляция защищает пользователя до момента применения. ^[10]
пестициды опасны в обращении, но менее опасны в капсулированном виде. ^[11]
Проблема может быть такой же простой, как маскирование вкуса или запаха ядра, или такой сложной, как повышение селективности процесса адсорбции или экстракции . В науке об окружающей среде пестицид может быть микроинкапсулирован , чтобы минимизировать риски выщелачивания или улетучивания. ^[12]

Защита ДНК от деградации для отслеживания продукции ^[13] и хранение данных ^[14]
Защита биологически активных соединений, которые легко разлагаются в нормальных условиях окружающей среды. ^[15]

См. также

Ссылки

^ Амарал, Педро Энрике Родригес; Андраде, Патрисия Лопес; Конто, Лейлане Коста де (27 сентября 2019 г.). Микроинкапсуляция и ее использование в пищевой науке и технологиях: обзор . ИнтехОпен. ISBN 978-1-83881-870-8 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Лампрехт, Альф; Бодмайер, Роланд (2010). «Микроинкапсуляция». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a16_575.pub2 . ISBN 978-3-527-30385-4 .
^ Силва, Пабло Тейшейра да; Фрайс, руководитель Люси Мартинс; Менезеш, Криштиану Раганин де; Холкем, Аугусто Таш; Шван, Карла Луиза; Вигманн, Эвелин Франсин; Бастос, Хулиана де Оливейра; Сильва, Кристиан де Бона да (2014). «Микроинкапсуляция: концепции, механизмы, методы и некоторые приложения в пищевой технологии» . Сельская наука . 44 (7): 1304–1311. дои : 10.1590/0103-8478cr20130971 . ISSN 0103-8478 . S2CID 42045080 .
^ Сингх, Миннесота; Хемант, Канзас; Рам, М; Шивакумар, Х.Г. (2010). «Микроинкапсуляция: многообещающий метод контролируемой доставки лекарств» . Исследования в области фармацевтических наук . 5 (2): 65–77. ПМК 3093624 . ПМИД 21589795 .
^ Чоудхури, Нитамани; Мегвал, Мурлидхар; Дас, Калян (18 июня 2021 г.). «Микроинкапсуляция: обзор концепций, методов, свойств и применения в пищевых продуктах» . Пищевые границы . 2 (4): 426–442. дои : 10.1002/fft2.94 . ISSN 2643-8429 . S2CID 237925118 .
^ Фангер, Джин О. (1974), Вандегаер, Ян Э. (редактор), «Микроинкапсуляция: краткая история и введение» , Микроинкапсуляция: процессы и приложения , Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 1–20, doi : 10.1007/978-1-4684-0739-6_1 , ISBN 978-1-4684-0739-6 , получено 28 февраля 2022 г.
^ «Медицинский словарь: Энтеросолюбильное покрытие» . Freedictionary.com . Проверено 9 февраля 2009 г.
^ Барба, А.А.; д'Амор, М.; Кирико, С.; Ламберти, Дж.; Титомалино, Г. (2009). «Общий код для прогнозирования кинетики высвобождения лекарств из матриц различной формы». Европейский журнал фармацевтических наук . 36 (2–3): 359–368. дои : 10.1016/j.ejps.2008.10.006 . ПМИД 19022380 .
^ Сингх, Миннесота; Хемант, КСЮ; Рам, М.; Шивакумар, Х.Г. (2010). «Микроинкапсуляция: многообещающий метод контролируемой доставки лекарств» . Исследования в области фармацевтических наук . 5 (2): 65–77. ISSN 1735-5362 . ПМК 3093624 . ПМИД 21589795 .
^ Чириминна, Розария; Сьортино, Марция; Алонзо, Джузеппе; Шрийвер, Астер де; Пальяро, Марио (2011). «От молекул к системам: золь-гель-микроинкапсуляция в материалах на основе кремнезема». Химические обзоры . 111 (2): 765–789. дои : 10.1021/cr100161x . ПМИД 20726523 .
^ Хедау, Рахул К.; и др. (2014). «Изготовление новых микрокапсул из полимочевины ядро-оболочка с использованием тримера изофорондиизоцианата (IPDI) для системы высвобождения». Международный журнал полимерных материалов и полимерных биоматериалов . 63 (7): 352–360. дои : 10.1080/00914037.2013.845191 . S2CID 94019457 .
^ Мервош, ТЛ; Э. В. Столлер; Ф. В. Симмонс; Т. Р. Эллсуорт; ГК Симс (1995). «Влияние инкапсуляции крахмала на движение кломазона и атразина в почве и улетучивание кломазона». Наука о сорняках . 43 (3): 445–453. дои : 10.1017/S0043174500081455 . S2CID 138347374 .
^ Пудду, М.; Паунеску, Д.; Старк, WJ; Грасс, Р.Н. (2014). «Магнитно-восстанавливаемые, термостабильные, гидрофобные инкапсулаты ДНК/кремнезема и их применение в качестве невидимых масляных меток». АСУ Нано . 8 (3): 2677–2685. дои : 10.1021/nn4063853 . ПМИД 24568212 .
^ Грасс, РН; Хекель, Р.; Пудду, М.; Паунеску, Д.; Старк, WJ (2015). «Надежное химическое сохранение цифровой информации о ДНК в кремнеземе с помощью кодов, исправляющих ошибки». Angewandte Chemie, международное издание . 54 (8): 2552–2555. дои : 10.1002/anie.201411378 . ПМИД 25650567 .
^ Айзпуруа-Олайсола, Ойер; Наварро, Патрисия; Вальехо, Азиер; Оливарес, Майтане; Эчебаррия, Нестор; Усобиага, Аресац (1 января 2016 г.). «Микрокапсулирование и стабильность при хранении полифенолов из отходов винограда Vitis vinifera» . Пищевая химия . 190 : 614–621. doi : 10.1016/j.foodchem.2015.05.117 . ПМИД 26213018 .

Библиография

Пракаш, С. и др. «Микробиота кишечника и здоровье человека с акцентом на использование микроинкапсулированных бактериальных клеток», Журнал биомедицины и биотехнологии (2011) ,
Брандау, Т. (2002). «Приготовление монодисперсных микрокапсул с контролируемым высвобождением». Межд. Дж. Фарм . 242 (1–2): 179–184. дои : 10.1016/S0378-5173(02)00151-5 . ПМИД 12176243 .

Внешние ссылки

[1] Амарал, Педро Энрике Родригес; Андраде, Патрисия Лопес; Конто, Лейлане Коста де (27 сентября 2019 г.). Микроинкапсуляция и ее использование в пищевой науке и технологиях: обзор . ИнтехОпен. ISBN 978-1-83881-870-8 .

[Ullmann-2] Перейти обратно: ^а ^б Лампрехт, Альф; Бодмайер, Роланд (2010). «Микроинкапсуляция». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a16_575.pub2 . ISBN 978-3-527-30385-4 .

[3] Силва, Пабло Тейшейра да; Фрайс, руководитель Люси Мартинс; Менезеш, Криштиану Раганин де; Холкем, Аугусто Таш; Шван, Карла Луиза; Вигманн, Эвелин Франсин; Бастос, Хулиана де Оливейра; Сильва, Кристиан де Бона да (2014). «Микроинкапсуляция: концепции, механизмы, методы и некоторые приложения в пищевой технологии» . Сельская наука . 44 (7): 1304–1311. дои : 10.1590/0103-8478cr20130971 . ISSN 0103-8478 . S2CID 42045080 .

[singh-4] Сингх, Миннесота; Хемант, Канзас; Рам, М; Шивакумар, Х.Г. (2010). «Микроинкапсуляция: многообещающий метод контролируемой доставки лекарств» . Исследования в области фармацевтических наук . 5 (2): 65–77. ПМК 3093624 . ПМИД 21589795 .

[5] Чоудхури, Нитамани; Мегвал, Мурлидхар; Дас, Калян (18 июня 2021 г.). «Микроинкапсуляция: обзор концепций, методов, свойств и применения в пищевых продуктах» . Пищевые границы . 2 (4): 426–442. дои : 10.1002/fft2.94 . ISSN 2643-8429 . S2CID 237925118 .

[6] Фангер, Джин О. (1974), Вандегаер, Ян Э. (редактор), «Микроинкапсуляция: краткая история и введение» , Микроинкапсуляция: процессы и приложения , Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 1–20, doi : 10.1007/978-1-4684-0739-6_1 , ISBN 978-1-4684-0739-6 , получено 28 февраля 2022 г.

[7] «Медицинский словарь: Энтеросолюбильное покрытие» . Freedictionary.com . Проверено 9 февраля 2009 г.

[8] Барба, А.А.; д'Амор, М.; Кирико, С.; Ламберти, Дж.; Титомалино, Г. (2009). «Общий код для прогнозирования кинетики высвобождения лекарств из матриц различной формы». Европейский журнал фармацевтических наук . 36 (2–3): 359–368. дои : 10.1016/j.ejps.2008.10.006 . ПМИД 19022380 .

[9] Сингх, Миннесота; Хемант, КСЮ; Рам, М.; Шивакумар, Х.Г. (2010). «Микроинкапсуляция: многообещающий метод контролируемой доставки лекарств» . Исследования в области фармацевтических наук . 5 (2): 65–77. ISSN 1735-5362 . ПМК 3093624 . ПМИД 21589795 .

[10] Чириминна, Розария; Сьортино, Марция; Алонзо, Джузеппе; Шрийвер, Астер де; Пальяро, Марио (2011). «От молекул к системам: золь-гель-микроинкапсуляция в материалах на основе кремнезема». Химические обзоры . 111 (2): 765–789. дои : 10.1021/cr100161x . ПМИД 20726523 .

[11] Хедау, Рахул К.; и др. (2014). «Изготовление новых микрокапсул из полимочевины ядро-оболочка с использованием тримера изофорондиизоцианата (IPDI) для системы высвобождения». Международный журнал полимерных материалов и полимерных биоматериалов . 63 (7): 352–360. дои : 10.1080/00914037.2013.845191 . S2CID 94019457 .

[12] Мервош, ТЛ; Э. В. Столлер; Ф. В. Симмонс; Т. Р. Эллсуорт; ГК Симс (1995). «Влияние инкапсуляции крахмала на движение кломазона и атразина в почве и улетучивание кломазона». Наука о сорняках . 43 (3): 445–453. дои : 10.1017/S0043174500081455 . S2CID 138347374 .

[Puddu-13] Пудду, М.; Паунеску, Д.; Старк, WJ; Грасс, Р.Н. (2014). «Магнитно-восстанавливаемые, термостабильные, гидрофобные инкапсулаты ДНК/кремнезема и их применение в качестве невидимых масляных меток». АСУ Нано . 8 (3): 2677–2685. дои : 10.1021/nn4063853 . ПМИД 24568212 .

[grass-14] Грасс, РН; Хекель, Р.; Пудду, М.; Паунеску, Д.; Старк, WJ (2015). «Надежное химическое сохранение цифровой информации о ДНК в кремнеземе с помощью кодов, исправляющих ошибки». Angewandte Chemie, международное издание . 54 (8): 2552–2555. дои : 10.1002/anie.201411378 . ПМИД 25650567 .

[15] Айзпуруа-Олайсола, Ойер; Наварро, Патрисия; Вальехо, Азиер; Оливарес, Майтане; Эчебаррия, Нестор; Усобиага, Аресац (1 января 2016 г.). «Микрокапсулирование и стабильность при хранении полифенолов из отходов винограда Vitis vinifera» . Пищевая химия . 190 : 614–621. doi : 10.1016/j.foodchem.2015.05.117 . ПМИД 26213018 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]