CC BY
25
УДК 544.421.42:536.755
Широких А.Д., Королёва М.Ю., Юртов ЕВ.
ВЛИЯНИЕ СТЕАРАТА АЛЮМИНИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ НАНОЭМУЛЬСИЙ НА ОСНОВЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО МАСЛА С TWEEN 60 И SPAN 60
Широких Анастасия Дмитриевна, аспирант 1 года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева; e-mail: aevstigneeva@mail.ru
Королёва Марина Юрьевна, д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева;
Юртов Евгений Васильевич, д.х.н., член-корр. РАН, профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
В данной работе было исследовано влияние стеарата алюминия на устойчивость и дисперсность наноэмульсий на основе углеводородного масла с Tween 60 и Span 60, полученных методом температурной инверсии фаз. Показано, что при увеличении концентрации стеарата алюминия средний размер одиночных капель практически не изменяется и остается равным 35±5 нм. При этом скорость агрегации и размер образующихся агрегатов нанокапель существенно снижаются.
Ключевые слова: наноэмульсия, стеарат алюминия, устойчивость к агрегации, устойчивость к обратной седиментации.
INFLUENCE OF ALUMINUM STEARATE ON THE STABILITY OF NANOEMULSIONS BASED ON HYDROCARBON OIL WITH TWEEN 60 AND SPAN 60
Shirokikh A.D., Koroleva M.Y., Yurtov E.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
In this work, we studied the effect of aluminum stearate on stability and dispersion of nanoemulsions based on paraffin oil with Tween 60 and Span 60, obtained by the temperature phase inversion method. It was shown that with an increase in the concentration of aluminum stearate, the average size of single drops does not change noticeably and remains equal to 35±5 nm. Along with this, the aggregation rate and the size of nanodroplet aggregates are significantly reduced.
Keywords: nanoemulsion, aluminum stearate, aggregation, creaming
Наноэмульсии представляют собой системы, состоящие из наноразмерных (менее 100 нм) капель дисперсной фазы. Наноэмульсии являются перспективными для использования в лакокрасочной, полимерной, пищевой,
косметической и, особенно, фармацевтической промышленности [1, 2]. Основной проблемой является стабилизация наноэмульсий и предотвращение процессов коалесценции, обратной седиментации и оствальдова созревания [3]. Поскольку при использовании в медицине необходимо отсутствие токсического действия на организм человека, при стабилизации наноэмульсий часто отдают предпочтение неионогенным поверхностно-активным веществам (ПАВ) [4, 5]. Включение в состав наноэмульсий лекарственных веществ и других соединений также может оказывать влияние на их устойчивость.
В данной работе было изучено влияние стеарата алюминия на размер капель и стабильность наноэмульсий на основе углеводородного масла. В качестве ПАВ использовали смесь Tween 60 и Span 60 в массовом соотношении 2,3:1,0. Дисперсионной средой являлся физиологический раствор (0,15 М NaCl). Содержание углеводородного масла и смеси ПАВ составляло 24,0 и 12,7 мас.%,
соответственно. Количество стеарата алюминия варьировали от 0 до 0,4 мас.% от массы наноэмульсий.
Наноэмульсии получали методом температурной инверсии фаз. Для получения наноэмульсий смесь углеводородного масла, ПАВ и физиологического раствора термостатировали при температуре 85 °С в течение 8 мин, а затем выдерживали на ледяной бане (5 мин) при интенсивном перемешивании (1000 об/мин). При включении в состав стеарата алюминия необходимое количество его предварительно растворяли в углеводородном масле путем перемешивания (300 об/мин) с нагревом до 70 °С в течение 5 мин.
Анализ размеров капель наноэмульсий проводили методом динамического светорассеяния (Zeta SizerNano, Malvern, Великобритания). Устойчивость наноэмульсий контролировали путем исследования светопропускания и обратного светорассеяния монохромного излучения (Multiscan MS 20, DataPhysics, Германия).
В большинстве своем получаемые наноэмульсии имели тримодальное распределение капель по размерам. На протяжении всего периода хранения на всех гистограммах сохранялся пик,
соответствующий одиночным каплям. Также на гистограммах присутствовали второй и третий пик, соответствующие агрегатам нанокапель.
С течением времени и при увеличении концентрации стеарата алюминия наблюдалось
сужение второго пика. Третий пик сдвигался в сторону больших размеров. Примеры распределений капель по размерам в начальный момент времени, через 7 и 19 сут приведены на рис. 1.
Рис. 1. Распределения по размерам капель и агрегатов в наноэмульсиях с концентрацией стеарата алюминия: 0 (А),
0,05 (Б), 0,10 (В), 0,25 (Г) и 0,40 мас.% (Д)
В наноэмульсиях без стеарата алюминия объемная доля капель со средним размером 35±5 нм оставалась постоянной в течение 19 сут и составляла 15 об.% (рис. 1А). При этом наблюдалось сужение пика, соответствующего одиночным каплям, что свидетельствует о снижении их доли от общего объема частиц. Первые 12 сут распределение капель по размерам сужалось не очень резко - общая доля капель менее 100 нм снизилась на 7%. В
последующий период времени происходила наиболее быстрая агрегация и снижение доли одиночных капель ещё на 20%.
С увеличением концентрации стеарата алюминия средний размер одиночных капель практически не изменялся и оставался равным 35±5 нм (рис. 1Б-Д и рис. 2). Однако включение стеарата алюминия в состав наноэмульсий приводило к снижению скорости агрегации. При
концентрации стеарата алюминия 0,05-0,25 мас.% в течение 19 сут доля одиночных капель в наноэмульсиях практически не изменялась. При увеличении содержания стеарата алюминия до 0,4 мас.% доля одиночных капель и ширина первого пика в процессе хранения изменялись незначительно (рис. 1Д). Положение и высота второго и третьего пика оставались практически постоянными.
В наноэмульсиях, не содержащих стеарат алюминия, отслаивание водной фазы начиналось через 8 сут выдерживания при температуре 25 °С. Включение в состав наноэмульсий стеарата алюминия с концентрацией 0,1 мас.% увеличивало время до начала отслаивания водной фазы до 12 сут, а при включении 0,25 мас.% - до 19 сут. Наноэмульсии с 0,4 мас.% стеарата алюминия оставались стабильными свыше 30 сут.
Средний размер одиночных капель практически не зависел от времени хранения и составлял 35±5 нм. Изначальный средний размер агрегатов, соответствующих третьему пику, во всех исследованных наноэмульсиях был равен 500± 100 нм. При низких концентрациях стеарата алюминия наблюдалось укрупнение агрегатов с течением времени (рис. 2). В наноэмульсиях с концентрацией стеарата алюминия 0,1-0,4 мас.% средний размер агрегатов возрастал в значительно меньшей степени.
Рис. 2. Зависимости среднего диаметра капель (а) и размера крупных агрегатов, соответствующих третьему пику (б), от концентрации стеарата алюминия и длительности хранения
Таким образом, включение в состав наноэмульсий стеарата алюминия приводит к увеличению устойчивости наноэмульсий на основе углеводородного масла, стабилизированных Tween 60 и Span 60. Встраивание стеарата алюминия в твердую оболочку на поверхности капель, образованную молекулами ПАВ, приводит к существенному снижению скорости агрегации нанокапель и последующей обратной седиментации. При этом средний диаметр одиночных капель остается практически постоянным при увеличении концентрации стеарата алюминия.
Данная работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 19-53-06014.
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., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: stability and degradation mechanisms // Physical Chemistry Chemical Physics. — 2018. — Vol. 20.
— P.10369-10377
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.
