СИНТЕЗ МИКРОЧАСТИЦ ПОЛИ-3-ГИДРОКСИБУТИРАТА ЭМУЛЬСИОННЫМ МЕТОДОМ И МЕТОДОМ РАСПЫЛИТЕЛЬНОГО ВЫСУШИВАНИЯ

SYNTHESIS OF POLY-3-HYDROXYBUTYRATE MICROPARTICLES BY EMULSIFICATION METHOD AND SPRAY DRYING METHOD

Sergei Lipaikin

PhD student, Siberian Federal University,

Russia, Krasnoyarsk

Aleksei Dorokhin

PhD student, Siberian Federal University,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В работе представлены два способа получения ненагруженных микрочастиц на основе поли-3-гидроксибутирата: эмульсионный метод и метод распылительного высушивания. Методом динамического рассеяния света рассчитаны основные характеристики микрочастиц: гидродинамический диаметр, индекс полидисперсности, распределение микрочастиц в урожае по интенсивностям, дзета-потенциал.

ABSTRACT

In this work two methods for the obtaining of empty microparticles based on poly-3-hydroxybutyrate, emulsification method and spray drying method, were presented. The main characteristics of microparticles were calculated by dynamic light scattering method: hydrodynamic diameter, polydispersity index, distribution of microparticles by intensity, zeta potential.

Ключевые слова: микрочастицы; эмульсия; распылительное высушивание; полигидроксиалканоаты; дзета-потенциал; выход микрочастиц; стабильность.

Keywords: microparticles; emulsion; spray drying; polyhydroxyalkanoates; zeta-potential; microparticles yield; stability.

Для повышения селективности действия и уменьшения нежелательных побочных эффектов биологически активных веществ разрабатывают подходы для их контролируемого высвобождения и таргетной доставки. На сегодняшний день в качестве систем для контролируемого высвобождения и таргетной доставки прекрасно зарекомендовали себя системы на основе биоразлагаемых полимеров [1, c. 1]. Примерами таких систем являются различные носители в форме микро- и наночастиц, волокон, пленок. Матрикс в системах такого типа должен быть биосовместимым в случае медицинского применения и экологически безопасным в случае применения в сельском хозяйстве и, обязательно, контролируемо биоразлагаемым. Отличными кандидатами на роль матрицы в подобных системах являются полигидроксиалканоаты (PHA) – бактериальные полиэфиры с медленным, постепенным, но активным биоразложением во всех типах биологических сред [2, c. 2].

Для получения пустых частиц поли-3-гидроксибутирата (P3HB) эмульсионным методом приготовили два раствора: однопроцентны раствор поли-3-гидроксибутирата (с молекулярным весом 2000 кДа) в дихлорметане и водный раствор поливинилового спирта. Раствор P3HB по каплям приливали к раствору поливинилового спирта при перемешивании на высокоскоростном гомогенизаторе со скоростью 24000 оборотов в минуту. Эмульгирование продолжали в течение 5 минут, после чего поместили стакан с эмульсией на магнитную мешалку и оставили на сутки для достижения полного удаления дихлорметана из системы.

После полного удаления CH₂Cl₂ микрочастицы собрали центрифугированием при скорости вращения ротора центрифуги 10000 rpm. Слили супернатант, трижды промыли микрочастицы дистиллированной водой.

Чистые частицы затем заморозили и лиофилизировали при температуре -40 ^oC и давлении 0,12 мбар в течение суток. Высушенные частицы взвесили и рассчитали их выход (Y, %) относительно исходной массы полимера по формуле:

                                                                                   (1) 

где:  W_mp – суммарная масса полученных микрочастиц, мг;

W_p – масса полимера, использованная для получения микрочастиц, мг.

Выход микрочастиц, полученных эмульсионным методом, составил 92,1 ± 0,1 %.

Вторую партию частиц получили методом распылительного высушивания однопроцентного раствора поли-3-гидроксибутирата (с молекулярным весом 80 кДа) в дихлорметане с использованием распылительной сушилки Büchi (BUCHI Laboratory Equipment, Швейцария) с использованием аргона в качестве газа-осушителя со скоростью подачи 1,5 мл/мин. Распыление проводили при температуре 70^оС.

Полученные в результате распылительного высушивания микрочастицы собрали и взвесили.

Выход микрочастиц, полученных методом распылительного высушивания, составил 31,1 ± 0,4 %.

Далее методом динамического рассеяния света определены характеристики полученных микрочастиц (табл 1.).

Установлено, что частицы, полученные методом распылительного высушивания, имеют больший гидродинамический диаметр, а также большее значение дзета потенциала (по модулю). Большие значения дзета-потенциалов микрочастиц свидетельствуют об их гидролитический стабильности. Обе партии микрочастиц имеют мономодальное размерное распределение.

Таблица 1.

Характеристики полученных микрочастиц

На фракции с размерами частиц от 300 до 500 нм приходится порядка 60% урожая микрочастиц, полученных эмульсионным методом (рис 1.).

Рисунок 1. Распределение фракций микрочастиц по интенсивностям

В работе получены микрочастицы поли-3-гидроксибутирата двумя методами: эмульсионным методом и методом распылительного высушивания. Установлено, что микрочастицы, полученные эмульсионным методом, имеют меньшее значение гидродинамического диаметра и меньшее значение дзета-потенциала по модулю. Микрочастицы, полученные методом распылительного высушивания, значительно больше по размеру, но практически вдвое стабильнее в растворе. Индексы полидисперсности обоих урожаев микрочастиц находятся в пределах нормы и являются достаточными.

Список литературы:

1. Lipaikin S.Y. Development of Biodegradable Delivery Systems Containing Novel 1,2,4-Trioxolane Based on Bacterial Polyhydroxyalkanoates / S.Y. Lipaikin, I.A. Yaremenko, A.O. Terent’ev, T.G. Volova, E.I. Shishatskaya // Advances in Polymer Technology. – 2022. Vol. 2022. – P.1 – 14.
2. Shishatskaya E.I. A comparative investigation of biodegradable polyhydroxyalkanoate films as matrices for in vitro cell cultures / E.I. Shishatskaya, T.G. Volova // Journal of Materials Science. Materials in Medicine. – 2004. Vol. 15. №8. – P. 915 – 923.