CC BY
8
УДК 544.773
Новопольцева Т.С., Шумова Е.А., Горбачевский О.С., Королёва М.Ю., Юртов Е.В.
ВЛИЯНИЕ CARBOPOL 940 НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРЯМЫХ НАНОЭМУЛЬСИЙ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ TWEEN 60 И SPAN 60
Новопольцева Татьяна Сергеевна, магистрант 2 курса кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Шумова Елена Анатольевна, магистрант 1 курса кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Горбачевский Олег Станиславович, аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: osgorbachevski@gmail.com;
Королёва Марина Юрьевна, д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Юртов Евгений Васильевич, член-корр., РАН, зав. кафедрой наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
В данной работе были исследованы прямые наноэмульсии, полученные методом температурной инверсии фаз, стабилизированные смесью неионогенных поверхностно-активных веществ - Tween 60 и Span 60, со средним диаметром капель дисперсной фазы 20-30 нм. В качестве дисперсионной среды использовался гель, образованный полимерным соединением Carbopol 940 в воде. Показано, что структурирование дисперсионной среды Carbopol 940 способствовало увеличению устойчивости наноэмульсий к коалесценции.
Ключевые слова: наноэмульсии, температурная инверсия фаз, устойчивость, Carbopol 940, Span 60, Tween 60.
INFLUENCE OF CARBOPOL 940 GEL ON THE STABILITY OF O/W NANOEMULSIONS STABILIZED BY TWEEN 60 AND SPAN 60
Novopoltseva T.S., Shumova E.A., Gorbachevski O.S., Koroleva M.Y., Yurtov E.V. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this paper, nanoemulsions obtained by temperature phase-inversion method and stabilized by the mixture of nonionic surfactants Tween 60 and Span 60 were investigated. The average droplet diameter in nanoemulsions was about 20-30 nm. Gel formed by Carbopol 940 in water was used as the aqueous phase. The aqueous phase structuring by Carbopol 940 led to increase in the stability of nanoemulsions to coalescence.
Keywords: nanoemulsion, phase inversion temperature method, stability, Carbopol 940, Tween 60, Span 60.
Наноэмульсии - это эмульсии с размером капель дисперсной фазы менее 100 нм. Такие дисперсные системы перспективны для использования в фармацевтике и косметической промышленности, в качестве носителей для доставки лекарственных и биологически активных соединений в организм человека [1-3]. При трансдермальном способе доставки необходимо, чтобы композиция легко наносилась на кожу, обладала кремообразной текстурой. Поэтому в состав таких дисперсных систем необходимо включать различные загустители. Для стабилизации наноэмульсий целесообразно использование неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) [4-6] ввиду их не токсичности и, соответственно, безопасности для организма человека. В данной работе для стабилизации наноэмульсий использовались неионогенные ПАВ Span 60 и Tween 60. Span 60 -сорбитанмоноолеат, ГЛБ - 4,7. Tween 60 -полиэтиленгликоль сорбитанмоноолеат, ГЛБ - 14,9. В качестве дисперсной фазы наноэмульсий использовалось углеводородное масло. В качестве
гелеобразователя был использован Carbopol 940 (Acras organics, USA).
Наноэмульсии получали методом температурной инверсии фаз [7]. Концентрация Span 60 и Tween 60 в полученных наноэмульсиях составляла 12,5 об. %, объемное соотношение Span 60 и Tween 60 - 0,42. Доля дисперсной фазы составляла 25 мас.%. В качестве дисперсионной среды использовался 0,17 М раствор NaCl.
Для получения наноэмульсий углеводородное масло, водный раствор NaCl и ПАВ смешивались и термостатировались при 90 oC в течение 5 мин, смесь перемешивалась со скоростью 1000 об/мин в течение 1 мин. При этом происходило образование обратной эмульсии. Затем обратная эмульсия резко охлаждалась на ледяной бане при перемешивании со скоростью 1000 об/мин в течении 5 мин для получения прямой наноэмульсии. Измерения размеров частиц проводились на приборе Zeta Sizer Nano (Malvern, UK).
На рис. 1 и 2 приведены распределения капель по размерам в наноэмульсии без гелеобразователя в
дисперсионном среде в начальный момент времени и через 35 сут.
21 :4 23 Диаметр,ил
Рис. 1. Распределение капель по размерам в наноэмульсии без СагЪоро1 940 в начальный момент времени
20 -1
13 ■
г 16 ■
А ?! 14 ■
й 12 ■
А
СП Ш -
I в ■
д? п 6 ■
яГ. 4 ■
4 2 -
О
и -1
1 I 1 I 111 I 1 I 1
16 II 28
III
53
I П I п I 1 I 11 11 1
5] 5£ 91 122 164 220 29;
Диаметр, ни
Рис. 2. Распределение капель по размерам в наноэмульсии без СагЪоро1 940 через 35 сут
В течение 35 сут наблюдалось увеличение размеров капель от 21 до 38 нм. Это обусловлено протеканием Оставльдова созревания. Через 35 сут на гистограмме появлялся второй максимум. Появление второго максимума связано с флокуляцией капель дисперсной фазы наноэмульсии с образованием флокул размером ~200 нм [5].
Чтобы увеличить устойчивость наноэмульсий к флокуляции, были получены наноэмульсии с гелеобразной дисперсионной средой. Сначала получали наноэмульсии с долей дисперсной фазы 40 об.%. Эти наноэмульсии разбавляли 1 мас.% раствором СагЬоро1 940 и водой в различных соотношениях, так чтобы доля дисперсной фазы в наноэмульсиях была равной 25 об.%, а концентрация СагЬоро1 940 в водной дисперсионной среде варьировалась от 0,1 до 0,6 мас.%. Затем проводили нейтрализацию водной дисперсионной фазы 3 М раствором №ОН до рН 6,8 для образования геля.
Устойчивость наноэмульсий была исследована измерением интенсивности проходящего света по
высоте образца с течением времени. Измерения интенсивности проходящего света проводились с помощью анализатора стабильности дисперсных систем Multiscan MS20.
На рис. 3 и 4 приведены зависимости интенсивности проходящего света от высоты образца для наноэмульсии, не содержащей СагЬоро1 940 и содержащей 0,1 об.% СагЬоро1 940 в начальный момент времени и через 35 сут после получения .
п
30 25
И2М х
У и 4 Ё' 1 а, Ю Н
П .
Время, с}т
3?
~1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,3 0,9 1,0 Доля от высоты
Рис. 3. Зависимость интенсивности проходящего света от высоты образца наноэмульсии, не содержащей СагЪоро1
940
3:2 1 0,1В -
0,16 -
0,14
0,12 -
0:1 -
0,08
0,06 -
0,04
0,02 -
3
«
к
«
И
V
Ё' С еь
К
0:00 0.20 0.40 0,60 0.Е0 Доля от высоты
1,00
Рис. 4. Зависимость интенсивности проходящего света от высоты образца наноэмульсии с концентрацией СагЪоро1 940 0,1 мас.%
При отсутствии СагЬоро1 940 с течением времени наблюдалось увеличение пропускания света на ~ 8 %, что обусловлено флокуляцией или коалесценцией капель. Следует отметить, что с увеличением высоты образца не происходило скачкообразного увеличения пропускания света, что свидетельствует об отсутствии обратной седиментации и, следовательно, расслоения наноэмульсий в течение времени исследования.
Для эмульсий, содержащих СагЬоро1 940, увеличение пропускания света было незначительным 0,01-0,05 %, что свидетельствует о том, что процессы, приводящие к деградации наноэмульсий (коалесценция, Оствальдово созревание), практически не происходили.
Таким образом, даже при малых концентрациях Carbopol 940 происходило структурирование дисперсионной среды, что препятствовало флокуляции и коалесценции капель, и, следовательно, приводило к увеличению устойчивости наноэмульсий.
Данная работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ -грант 10.4650.2017/6.7.
Список литературы
1. Королева М. Ю., Юртов Е. В. Наноэмульсии: свойства методы получения и перспективные области применения // Успехи химии. — 2012. — Т. 81, № 1. — С. 21-43.
2. Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Bydanov D.A., Gorbachevski O.S. Nano- and microcapsules as drug-delivery systems // Resource-Efficient Technologies. - 2016. - Vol. 2. - P. 233-239.
3. Koroleva M., Gorbachevski O., Yurtov E. Preparation and characterization of lipid microcapsules coated with SiO2@Al2O3 core-shell nanoparticles as carries for lipophilic drug
delivery // Materials Chemistry and Physics. — 2017. — Vol. 202. — P. 1-6.
4. Королева М. Ю., Наговицына Т. Ю, Быданов Д. А., Юртов Е. В. Прямые наноэмульсии, стабилизированные смесями неионогенных ПАВ // Бутлеровские сообщения. — 2014. — Т. 38, № 4. — С.119-125.
5. Koroleva M., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: stability and degradation mechanisms // Physical Chemistry Chemical Physics. — 2018. — Vol. 20. — P. 10369-10377.
6. Королева М.Ю., Горбачевский О.С., Юртов Е.В. Парафиновые эмульсии, стабилизированные полимером, ПАВ и наночастицами // Теоретические основы химической технологии. - 2017. - Т. 51, № 1. С. 118-126.
7. Koroleva M.Yu., Nagovitsina T.Yu., Yurtov E.V. Properties of nanocapsules obtained from oil-in-water nanoemulsions // Mendeleev Communications. -2015. - Vol. 25. - P. 389-390.
