Инженеры-химики Массачусетского технологического института разработали новый способ создания очень мелких капель одной жидкости, взвешенные в другой жидкости, известный как наноэмульсий. Такие эмульсии похожие на смесь, что образуется, когда вы встряхнуть масла и уксуса заправка для салата, но с гораздо более мелких капель. Их крошечные размеры позволяют им оставаться стабильным в течение относительно длительного периода времени.
Исследователи также нашли способ, чтобы легко преобразовать жидкость в гель наноэмульсий, когда они достигают температуры тела (37 градусов Цельсия), что может быть полезно для разработки материалов, которые могут доставить лекарства при втирании на кожу или вводят внутрь организма.
“Фармацевтическая отрасль очень заинтересована в наноэмульсий в качестве способа доставки низкомолекулярных препаратов. Что может быть наружно, в процессе приема пищи, или путем распыления в нос, потому что как только вы начнете получать в размер диапазоне от сотен нанометров можно проникнуть гораздо более эффективно в кожу”, — говорит Патрик Дойл, Роберт Т. Хаслам профессор химической инженерии и ведущий автор исследования.
В своем новом исследовании, которое появится в 21 июня, вопрос о природе коммуникаций, исследователи создали наноэмульсий, которые были стабильны в течение более года. Чтобы продемонстрировать потенциал эмульсий’ полезности для доставки лекарств, исследователи показали, что они могут включать ибупрофен в каплях.
Hashemnejad Сейед Meysam, бывший постдок в MIT, является первым автором исследования. Другие авторы включают бывший постдок Абу Заид Badruddoza, компания l’Oréal старший научный сотрудник Брэди Zarket, и бывший МТИ летний стажер-исследователь Рикардо Карлос Кастанеда.
Снижение энергопотребления
Один из самых простых способов для создания эмульсий заключается в добавлении энергии — путем встряхивания вашего салата, например, или с помощью гомогенизатора, чтобы сломать жировых шариков в молоке. Чем больше энергии, что идет в, чем меньше капельки, тем стабильнее они.
Наноэмульсий, которые содержат капли с диаметром 200 Нм или меньше, желательно не только потому, что они более стабильны, но они также имеют более высокий коэффициент площади поверхности к объему, что позволяет им нести больше полезных активных веществ, таких как наркотики или солнцезащитных.
За последние несколько лет, лаборатория Дойл работает на низко-энергетических стратегий наноэмульсий решений, которые могли бы сделать этот процесс легче адаптироваться для широкомасштабного промышленного производства.
Моющего средства-как химические вещества, называемые поверхностно-активные вещества могут ускорить образование эмульсий, но многие из поверхностно-активных веществ, которые ранее использовались для создания наноэмульсий не FDA одобрен для использования в организме человека. Дойл и его ученики выбрали двух поверхностно-активных веществ, которые являются нейтральными веществами, что делает их менее вероятно, чтобы вызвать раздражение кожи, и уже одобрен в качестве пищевой и косметической добавки. Они также добавляют небольшое количество полиэтиленгликоля (ПЭГ), биосовместимого полимера, используемые для доставки лекарственных средств, что помогает решение сформировать еще более мелких капель, вплоть до около 50 нанометров в диаметре.
“С таким подходом, вы не должны положить много усилий на всех”, — говорит Дойл. “По сути, медленно помешивая бар почти спонтанно создает эти супер маленькие эмульсий.”
Активные ингредиенты могут быть смешаны в масляной фазы, прежде чем образуется эмульсия, поэтому они в конечном итоге загружается в капли эмульсии.
После того, как они были разработаны низкоэнергетический способ создания наноэмульсий, с использованием нетоксичных ингредиентов, исследователи добавили шаг, который позволит эмульсий, чтобы быть легко преобразованы в гели, когда они достигают температуры тела. Они добились этого путем включения термочувствительных полимеров называется poloxamers, или Pluronics, который уже одобрен и используется в некоторых лекарственных и косметических средств.
Pluronics содержат три “блока” полимеры: два внешних регионов являются гидрофильными, тогда как средняя зона немного боится воды. При комнатной температуре эти молекулы растворяется в воде, но не сильно взаимодействовать с капелек, образующих эмульсию. Однако, при нагревании гидрофобной придают капельки, заставляя их пакет вместе более плотно и создания желе как твердое тело. Этот процесс происходит в течение нескольких секунд, нагрева эмульсии до нужной температуры.
Инженеры-химики Массачусетского технологического института разработали способ преобразования жидкого наноэмульсий в твердые гели. Эти гели (красный) практически мгновенная форма, когда капли жидкости эмульсия введите теплую воду.
Настраиваемые свойства
Исследователи обнаружили, что они могли бы настроить свойства гелей, в том числе и температура, при которой материал превращается в гель, за счет изменения размера капель эмульсии и концентрация и структура Pluronics, что они добавляют к эмульсии. Они также могут изменять такие черты, как эластичность и предел текучести, который является мерой того, сколько силы нужно, чтобы нанести гель.
Дойл изучают способы включают различные активные фармацевтические ингредиенты в этого типа гель. Такие продукты могут быть полезны для доставки актуальные лекарства для лечения ожогов или других видов травм, или может быть введен в форме “депо” препарата, что бы закрепить внутри тела и отпуску ЛС в течение длительного периода времени. Эти капли также могут быть сделаны достаточно малыми что они могут быть использованы в назальных спреев для доставки ингаляционных препаратов, Doyle говорит.
Для косметических применений, этот подход может быть использован для создания увлажняющие средства или другие продукты, которые являются более длительного хранения и чувствовать себя гладкой на коже.
Исследование финансировалось компанией l’Oréal.
