Отчет по практике: Гранулированная форма хитозана. Получение и свойства

Способ получения биологически активных частиц в виде наногранул или нановолокон с размером менее 4000 нм, где хитозан используется в качестве катионного поверхностного стабилизатора, препятствующего агломерации частиц. Способ заключается в диспергировании биологически активного агента в жидкой среде с последующим добавлением поверхностного катионного модификатора, в качестве которого, в частности, может использоваться раствор хитозана [10]. Недостатком способа является то, что он не позволяет получать высоковязкие хитозановые гели и хитозановые продукты без дополнительных биологически активных веществ. Кроме того, создаваемые наночастицы имеют в своей основе специфичные биологически активные вещества, что затрудняет создание по данному способу хитозановых наночастиц общего назначения с целью их применения в медицинской, пищевой и косметической промышленности.

Известен способ получения хитозановых микрокапсул, используемых для капсулирования различных материалов с размером капсул менее нескольких микрон. Способ заключается в растворении хитозана в водном растворе уксусной кислоты, последующем добавлении данного раствора в раствор поверхностно активного вещества в органическом растворителе и сшивке поверхности хитозановых микрокапсул бифункциональным сшивающим агентом, в частности, глутаровым альдегидом, а также последующей сепарации микрокапсул из раствора, например, центрифугированием. Основным недостатком способа является невозможность получения хитозановых капсул менее 0,8 мкм, т.е. в нанодиапазоне, а также невозможность формирования из получаемых капсул высоко вязких хитозановых гелей [11].

Известен также способ получения частиц хитозана с размером от 10 до 1000 нм 10.05.01), заключающийся в диспергировании уксуснокислого раствора хитозана в присутствии поверхностного модификатора при постепенном повышении рН раствора. В результате получают не агломерирующиеся частицы хитозана в указанном диапазоне их размеров. К недостаткам способа относится то, что частица хитозана имеют физико-химическую структуру жестких гранул, не позволяющую получать высоковязкие хитозановые гели, а также вводить непосредственно в структуру хитозановых частиц биологически активные вещества [12].

Известен способ получения модифицированной хитозановой эмульсии и продуктов на ее основе, заключающийся в постепенном повышении рН уксуснокислого раствора хитозана при одновременном его диспергировании в присутствии поверхностно активного вещества и раствора сшивающего агента в органическом растворителе. Способ позволяет получать частицы хитозана с размером не более 100 нм. К недостаткам способа относится то, что получаемые частицы хитозана имеют физико- химический вид гранул шарообразной формы без выступающих за границу гранул активных волокон хитозана, что снижает биологическую активность продукта, получаемого по данному способу. Кроме того, хитозановые гели, получаемые по данному способу, имеют низкую емкость по отношению к введению в них различных биологически активных веществ, поскольку хитозановый коллоид с частицами шарообразной формы сохраняет целостность гелевой структуры только при низких концентрациях вводимых в него веществ [13].

Была получена биологически активная композиция на основе хитозанового геля с частицами хитозана в виде шарообразных гранул с размером не более 100 нм, в который добавляются компоненты растительного и/ или животного происхождения, и/ или витамины, и/ или минералы, и/ или искусственные или и синтетические препараты, используемые в косметологии, лечебной косметологии, фармакопее и пищевой промышленности. Известна биологически активная композиция на основе хитозанового геля с частицами хитозана в виде шарообразных гранул с размером не более 100 нм, с добавлением в готовый гель ионов благородных металлов. Общими недостатками указанных композиций является то, что частицы в хитозановом геле имеют вид гранул шарообразной формы без выступающих за границу гранул активных волокон хитозана, что снижает биологическую активность продукта, получаемого по данному способу. Кроме того, хитозановые гели, получаемые по данному способу, имеют низкую емкость по отношению к введению в них различных биологически активных веществ, поскольку хитозановый коллоид с частицами шарообразной формы сохраняет целостность гелевой структуры только при низких концентрациях вводимых в него веществ [14].

Наиболее близким техническим решением является способ получения рН-нейтрального хитозанового продукта, имеющего рН-нейтральную реакцию и пластичную структуру частиц хитозана, представляющего собой пластичные нанокапсулы, имеющие хитозановую оболочку, с заданной функцией распределения по размерам нанокапсул менее 1000 нм и нахождением максимума функции распределения по размерам нанокапсул в диапазоне 0,1 - 500 нм; производных хитозанового продукта, а также композиций на их основе [15]. Способ включает приготовление кислого водного раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц фильтрованием и/или осаждением и проведение сшивки хитозана в нейтральных или слабо щелочных, или щелочных условиях, в зависимости от используемого сшивающего агента, при этом: - или кислый водный раствор хитозана диспергируют в присутствии мицеллообразующего поверхностно-активного вещества, сшивающего агента и гидрофильного органического растворителя, полученную реакционную смесь обрабатывают щелочным агентом, добавляемым по частям или по каплям при таком же диспергировании, - или кислый водный раствор хитозана диспергируют в присутствии мицеллообразующего поверхностно-активного вещества и гидрофильного органического растворителя, полученную реакционную смесь, продолжая диспергирование, первоначально обрабатывают щелочным агентом, добавляемым по частям или по каплям при таком же диспергировании, а затем при таком же диспергировании добавляют сшивающий агент, а диспергирование осуществляют в неоднородных кавитационных или механических полях давления, обеспечивающих возникновение частиц хитозана в реакционной смеси с заданным размером и/или заданным их распределением по размерам, получаемую суспензию в зависимости от сшивающего агента выдерживают при таком рН, такой температуре и такое время, чтобы, с одной стороны, провести реакцию сшивки, а, с другой, - исключить интенсивное испарение реагентов, затем полученный осадок фильтруют, отмывают от реагентов до рН-нейтральной реакции стока и сушат [16].

Мицеллообразующее поверхностно-активное вещество добавляют в концентрации не ниже критической концентрации мицеллобразования. В качестве гидрофильного органического растворителя используют гидрофильные органические растворители с коэффициентом поверхностного натяжения не более 50 дин/см в концентрации не менее 1,0 oб.% по отношению к объему реакционной смеси [17].

Реакционную смесь, содержащую мицеллообразующее поверхностно- активное вещество и органический растворитель, выдерживают после диспергирования не менее 1 мин, а также реакционную смесь выдерживают перед выделением хитозанового осадка при температуре не ниже +40C и в течение времени не менее 1 мин [18].

В качестве щелочного агента используют водные растворы гидроксида натрия или гидроксида калия, карбонат натрия или гидрокарбонат натрия, боргидрат натрия или их любую смесь.

В качестве сшивающего агента используют насыщенные или ненасыщенные карбоновые, дикарбоновые или трикарбоновые кислоты или их ангидриды, или их галоидангидриды, или их дигалоидангидриды, или их альдегиды, или их диальдегиды, или их окси- или оксопроизводные, или их диглицидные эфиры, или их другие производные. Используют также бисимидаты или бисмалеиды [19].

Сушку осуществляют путем центрифугирования или автоклавирования, или лиофилизации. Недостатком указанного способа является то, что частицы в хитозановом продукте и получаемом на его основе хитозановом геле имеют вид капсул или гранул шарообразной формы без выступающих за границу капсул активных волокон хитозана, что снижает биологическую активность продукта, получаемого по данному способу. Кроме того, хитозановые гели, получаемые по данному способу, имеют низкую емкость по отношению к введению в них различных биологически активных веществ, поскольку хитозановый коллоид с частицами шарообразной формы сохраняет целостность гелевой структуры только при низких концентрациях вводимых в него веществ. Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение модифицированных хитозановых продуктов с высокой трансдермальной проницаемостью и повышенной ёмкостью по отношению к введению лекарственных и биологически активных веществ, а также высокая биологическая активность лекарственных, лечебно-косметических, косметических, профилактических средств, полученных с использованием модифицированных хитозановых продуктов [20].

Таким образом, разработка технологии получения гранул хитозана является перспективным направлением.

2. Объекты и методы исследования

ХТЗ-1 – образцы хитозана, полученные в лабораторных условиях из ПР;

ХТЗ-2 – образцы хитозана, полученные в промышленных условиях на ВНИ и ТИБП–АОЗТ «Биопрогресс» из панциря краба (ПК), а также растворы и пленки из них. Для изучения свойств растворов полимера использованы следующие образцы ХТЗ (табл.2).

Таблица 2

Характеристика образцов хитозана

Обозначение образца	Источник сырья	Влажность, %	Молекулярная масса,	Степень деацетилирования, %
ХТЗ-11	ПР	9,6	270 000	89,6
ХТЗ-12	ПР	7,8	260 000	89,6
ХТЗ-13	ПР	8,5	350 000	86,1
ХТЗ-14	ПР	8,5	220 000	91,4
ХТЗ-21	ПК	10,5	640 000	82,6
ХТЗ-22	ПК	10,8	280 000	80,8

Растворы хитозана готовили растворением навески порошка полимера в ацетатном буфере (0,33 М СН₃ СООН + 0,2 М СН₃ СOONa) в течение одних суток.

Реактивы:

- гидроксид натрия NaOH;

- уксусная кислота

Молекулярную массу хитозана определяли вискозиметрически по стандартной методике. Растворы концентрации 0,05 и 0,5 г/дл готовили растворением навески порошка полимера в ацетатном буфере (0,33 М СН₃ СООН + 0,2 М СН₃ СOONa) в течение одних суток. Использовали ледяную уксусную кислоту и уксуснокислый натрий квалификации ХЧ. Измерения проводили при 25⁰ С в капиллярном вискозиметре Уббелоде, диаметр которого равен 0,54 мм. Расчёт ММ проводили по уравнению Марка-Куна-Хаувинка с константами К и α из работы [80] ([h]=К ∙ М^α ):

,