CC BY
16
УДК 544.77
Дронова Е.К., Бурцева А.А., Мурашова Н.М.
ВЛИЯНИЕ АЛЬБУМИНА И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА НА ВЯЗКОСТЬ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ ЛЕЦИТИН - СМЕСЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ - ВОДА
Дронова Екатерина Константиновна, аспиранткафедры наноматериалов и нанотехнологии; e-mail: kate-dronova@ya.ru
Бурцева Анжелика-Мария Андреевна, студент 4 курса кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Мурашова Наталья Михайловна, к.х.н. доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Жидкие кристаллы на основе лецитина являются нетоксичными и биосовместимыми, они могут использоваться в качестве носителей для трансдермальной доставки лекарственных веществ. В настоящей работе было исследовано влияние белка альбумина и наночастиц серебра на вязкость жидких кристаллов в системах лецитин - вода и лецитин - смесь растительных масел - вода.
Ключевые слова: лецитин, жидкие кристаллы, наночастицы серебра, альбумин, вязкость, носитель лекарственных веществ.
INFLUENCE OF ALBUMINE AND SILVER NANOPARTICLES ON THE VISCOSITY OF LIQUID CRYSTALS IN THE LECITHIN SYSTEM - MIXTURE OF VEGETABLE OILS - WATER
Dronova E.K., Burtseva A.-M.A, Murashova N.M
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Lecithin-based liquid crystals are non-toxic and biocompatible, they can be used as carriers for transdermal drug delivery. In this work, we studied the effect of albumin protein and silver nanoparticles on the viscosity of liquid crystalsin the systems lecithin - water and lecithin -mixture of vegetable oils - water.
Keywords: lecithin, liquid crystals, silver nanoparticles, albumin, viscosity, drug carrier
Наноструктурированные системы на основе лецитина (лецитиновые органогели, микроэмульсии и лиотропные жидкие кристаллы) - перспективные носители для трансдермальной доставки биологически активных веществ. Лецитин -наиболее известное из природных поверхностно-активных веществ, он является одним из основных компонентов липидного матрикса биологических мембран. Лецитин нетоксичен, биосовместим, ускоряет транспорт через кожу, что дает возможность вводить его в состав носителя в высоких концентрациях. Было предложено использовать в качестве носителя лекарственных веществ лиотропные жидкие кристаллы в системе лецитин - жирное растительное масло - эфирное масло - вода [1].
Достоинством лиотропных жидких кристаллов в системе лецитин - растительные масла - вода является способность к солюбилизации как липофильных, так и гидрофильных веществ в сравнимых количествах [2]. Водорастворимые вещества могут солюбилизироваться в водной прослойке между полярными "головами" молекул лецитина. Маслорастворимые вещества могут солюбилизироваться в слоях масла со стороны углеводородных хвостов молекул лецитина. Поэтому в составе препаратана основе жидких кристаллов лецитина можно комбинировать водо- и маслорастворимые биологически активные вещества.
В жидкокристаллический носитель на основе лецитина можно вводить действующие вещества белковой природы, например белково-пептидный концентрат с ранозаживляющим действием [3]. Белковые глобулы могут встраиваться в липидный бислой, а могут связывать два липидных бислоя, играя роль «мостиков» между ними. Это может приводить к возрастанию вязкости жидких кристаллов. Поэтому было исследовано влияние белка на вязкость жидких кристаллов лецитина. В качестве модельной системы был выбран бычий сывороточный альбумин. Поскольку размер белковых глобул составляет примерно 4-5 нм, то эти результаты можно сравнить с влиянием на вязкость жидких кристаллов наночастиц серебра со средним размером 3 нм.
Было определено влияние наночастиц серебра на вязкость жидких кристаллов. Для этого была изучена вязкость образцов в диапазоне скоростей сдвига 0,01 - 10 с- , при возрастании скорости сдвига. Для получения образцов использовался лецитин в количестве 70 % по массе, масло авокадо 10 % по массе, масло чайного дерева 5 % по массе, водная фаза 15 % по массе. Было получено две серии образцов, содержащих в первом случае воду в количестве 15 % по массе, во втором случае дисперсию наночастиц серебра с концентрацией серебра 30 мг/л. Водная дисперсия наночастиц серебра была получена методом диспегирования в электродуговом разряде в воде на кафедре
«Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» МАИ (проф. В.В. Слепцов).
Из представленных выше графиков (рис 1.) можно сделать вывод, что кривые течения образцов графиков образцов жидких кристаллов в системе лецитин - смесь растительных масел - вода и в системе лецитин - смесь растительных масел -водная дисперсия серебра практически совпадают. Другими словами, введение в качестве водной фазы дисперсии наночастиц серебра со средним размером 3 нм и с концентраций 30 мг/л не приводит к заметному изменению вязкости.
0,01 ОД 1 10
Скорость сдвига. 1/с
Рис.1. Кривая течения для образцов жидких кристаллов в системе лецитин - смесь растительных
масел - вода (1) и в системе лецитин - смесь растительных масел - водная дисперсия серебра (2).
В ходе работы было исследовано влияние сывороточного альбумина на вязкость жидких кристаллов в бинарнойсистеме лецитин - вода. Для этого была изучена вязкость образцов в диапазоне скоростей сдвига 0,01 - 10 с-1 , при возрастании скорости сдвига.
Скорость сдвига. 1Ус
Рис. 2. Кривая течения для образцов жидких кристаллов в системе лецитин - вода (1) и в системе лецитин -раствор альбумина (2). Содержание альбумина в воде, мас.%: 1 - 0; 2 - 3.
Как видно из представленного графика(рис.2) образцов жидких кристаллов в системе лецитин -вода и в системе лецитин - раствор альбумина, при увеличении скорости сдвига от 0,01 до 10 с-1 вязкость снижается в сотни раз. Такие кривые течения соответствуют неньютоновским жидкостям.
Снижение вязкости с увеличением скорости сдвига объясняют постепенным разрушением
упорядоченной структуры жидкого кристалла под действием сдвигающих напряжений.
Из представленных выше графиков можно сделать вывод, что использование в качестве водной фазы 3%-ого раствора альбумина приводит к повышению вязкости жидких кристаллов при низких скоростях сдвига. В качестве объяснения можно предположить, что молекулы альбумина встраиваются в пространственную структуру жидких кристаллов.
Были изучены кривые течения жидких кристаллов в более сложной системе лецитин -масло авокадо - масло чайного дерева - вода в присутствии альбумина. Результаты исследования при температуре 25 °С представлены на рис 3. Аналогичные результаты были получены для 37 °С. При обеих температурах сохраняется закономерность - вязкость жидких кристаллов возрастает с увеличением содержания альбумина. Это согласуется с данными для системы лецитин -вода.
Рис. 3. Кривая течения для образцов жидких кристаллов в системе лецитин- масло авокадо - масло чайного дерева - водный раствор альбумина. Содержание альбумина в воде, мас. %: 1 - 0; 2 - 3; 3 - 5.
Из зависимости десятичного логарифма напряжения сдвига (Р) от десятичного логарифма скорости сдвига (у) были рассчитаны коэффициенты к и п в уравнении Оствальда Р=к*у'п, описывающем течение неньютоновских жидкостей (таблица 1).
Таблица 1. Коэффициенты k и п в уравнении Оствальда (Р=к*у'п), рассчитанные по результатам эксперимента.
Содержание альбумина в воде, мас.% Температура, °С п к
0 25 0,1066 376,8773
0 37 0,2687 192,9301
3 25 0,3532 1034,189
3 37 0,3051 576,1028
5 25 0,6638 7732,145
5 37 0,6468 3706,807
Из таблицы 1 видно, что коэффициент к возрастает с увеличением содержания альбумина в образце и уменьшается с ростом температуры. Показатель степени п в уравнении Оствальда также увеличивается с возрастанием концентрации альбумина.
Таким образом, введение водного раствора альбумина с концентрацией 3 -5 мас.% в состав жидких кристаллов лецитина приводит к росту вязкости как для системы лецитин - вода, так и для системы лецитин - жирное растительное масло -эфирное растительное масло - вода. Введение водной дисперсии наночастиц серебра с концентраций 30 мг/л не влияет на вязкость изученных жидких кристаллов. Отметим, что высокая вязкость, более 100 Па*с, для мазей и косметических средств не рекомендуется. Поэтому для медицинского и косметического применения необходимо разрабатывать составы жидких кристаллов в системах лецитин - смесь растительных масел - вода (или водный раствор
белка), обладающие меньшей вязкостью при низких скоростях сдвига.
Список литературы
1. Мурашова Н.М., Костюченко М.Ю., Бизюкова А.Н., Юртов Е.В. Жидкокристаллическая композиция для трансдермальной доставки биологически активных веществ. Патент ЯИ № 2623210 (Россия) от 19.04.2016.
2. Мурашова Н.М., Трофимова Е.С., Костюченко М.Ю., Мезина Е.Д., Юртов Е.В. Микроэмульсии и лиотропные жидкие кристаллы лецитина как системы для трансдермальной доставки лекарственных веществ // Российские нанотехнологии, 2019, Т.14, № 1-2, с. 69-75
3. Федулова Л.В., Мурашова Н.М., Василевская Е.Р., Пчелкина В.А., Новикова А.А., Юртов Е.В. Лиотропные жидкие кристаллы лецитина как система доставки биомолекул животного происхождения // Биофармацевтический журнал. 2019. Т.11. № 5. С.19-23
