Hüdroksüpropüülmetüültselluloos (HPMC) on tavaliselt kasutatav vees lahustuv polümeer, mida kasutatakse laialdaselt farmaatsia-, kosmeetika-, toidu- ja tööstusväljadel, eriti geelide valmistamisel. Selle füüsikalised omadused ja lahustumiskäitumine mõjutavad märkimisväärselt tõhusust erinevates rakendustes. HPMC geeli geelistumistemperatuur on üks selle peamisi füüsikalisi omadusi, mis mõjutab otseselt selle jõudlust erinevates preparaatides, näiteks kontrollitud vabastamine, kile moodustumine, stabiilsus jne.
1. HPMC struktuur ja omadused
HPMC on vees lahustuv polümeer, mis saadakse kahe asendaja, hüdroksüpropüüli ja metüül, tselluloosi molekulaarse skeletisse. Selle molekulaarstruktuur sisaldab kahte tüüpi asendajaid: hüdroksüpropüül (-ch2chohch3) ja metüül (-ch3). Sellised tegurid nagu erinev hüdroksüpropüülsisaldus, metüülimisaste ja polümerisatsiooni aste mõjutavad olulist mõju HPMC lahustuvusele, geelistumisele ja mehaanilistele omadustele.
Vesivesilahustes moodustab Ancinceel®HPMC stabiilsed kolloidsed lahused, moodustades vesiniksidemed veemolekulidega ja interakteerudes selle tselluloospõhise skeletiga. Kui väliskeskkond (näiteks temperatuur, ioonitugevus jne) muutub, muutub HPMC molekulide koostoime, mille tulemuseks on geelistamine.
2. Geeli temperatuuri määratlus ja mõjutavad tegurid
Geeli temperatuur (geelistumistemperatuur, T_GEL) viitab temperatuurile, mille juures HPMC lahus hakkab vedelikust tahkeks üle minema, kui lahuse temperatuur tõuseb teatud tasemele. Sellel temperatuuril piiratakse HPMC molekulaarsete ahelate liikumist, moodustades kolmemõõtmelise võrgustruktuuri, mille tulemuseks on geelilaadne aine.
HPMC geelistumistemperatuuri mõjutavad paljud tegurid, üks olulisemaid tegureid on hüdroksüpropüülsisaldus. Lisaks hüdroksüpropüülsisaldusele hõlmavad ka muud geeli temperatuuri mõjutavad tegurid molekulmassi, lahuse kontsentratsiooni, pH -väärtust, lahusti tüüpi, ioon tugevust jne.
3. Hüdroksüpropüülsisalduse mõju HPMC geeli temperatuurile
3.1 Hüdroksüpropüülsisalduse suurenemine põhjustab geeli temperatuuri tõusu
HPMC geelistumistemperatuur on tihedalt seotud hüdroksüpropüüla asendamise astmega selle molekulis. Hüdroksüpropüülsisalduse suurenedes suureneb hüdrofiilsete asendajate arv HPMC molekulaarse ahelaga, mille tulemuseks on tugevnenud interaktsioon molekuli ja vee vahel. See interaktsioon põhjustab molekulaarsete ahelate ulatumist veelgi, vähendades sellega molekulaarsete ahelate vastastikmõju tugevust. Teatud kontsentratsioonivahemikus aitab hüdroksüpropüülsisalduse suurendamine suurendada hüdratsiooni astet ja soodustab molekulaarsete ahelate vastastikust paigutust, nii et võrgustruktuuri saab moodustada kõrgemal temperatuuril. Seetõttu tõuseb geelistumistemperatuur tavaliselt hüdroksüpropüüli suurenemisega.
Suurema hüdroksüpropüülsisaldusega HPMC (näiteks HPMC K15M) kipub samas kontsentratsioonis kõrgemat geelistumistemperatuuri ilmnema kui Ansescel®HPMC madalama hüdroksüpropüülsisaldusega (näiteks HPMC K4M). Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrgem hüdroksüpropüülsisaldus muudab molekulidel madalamatel temperatuuridel võrkude interakteerumise ja moodustamise keerukamaks, nõudes kõrgemat temperatuuri selle hüdratsiooni ületamiseks ja molekulidevaheliste interaktsioonide soodustamiseks, et moodustada kolmemõõtmeline võrgustruktuur. .
3.2 Seos hüdroksüpropüülsisalduse ja lahuse kontsentratsiooni vahel
Lahuse kontsentratsioon on ka oluline tegur, mis mõjutab HPMC geelistumistemperatuuri. Suure kontsentratsiooniga HPMC lahustes on molekulidevahelised interaktsioonid tugevamad, nii et geelistumistemperatuur võib olla suurem isegi siis, kui hüdroksüpropüülsisaldus on madalam. Madalate kontsentratsioonide korral on HPMC molekulide vastastikmõju nõrk ja lahus geelib tõenäolisemalt madalamatel temperatuuridel.
Kui hüdroksüpropüülsisaldus suureneb, ehkki hüdrofiilsus suureneb, on geeli moodustamiseks siiski vaja kõrgemat temperatuuri. Eriti madala kontsentratsioonitingimustes tõuseb geelistumistemperatuur olulisemalt. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrge hüdroksüpropüülsisaldusega HPMC on temperatuurimuutuste kaudu keerulisem molekulaarsete ahelate vaheline interaktsioone esile kutsuda ja geelistusprotsess nõuab hüdratsiooniefekti ületamiseks täiendavat soojusenergiat.
3.3 Hüdroksüpropüülsisalduse mõju geelistusprotsessile
Hüdroksüpropüülsisalduse teatud vahemikus domineerib geelistusprotsessis hüdratsiooni ja molekulaarsete ahelate vastastikmõju. Kui HPMC molekulis hüdroksüpropüülsisaldus on madal, on hüdratsioon nõrk, molekulide vastastikmõju on tugev ja madalam temperatuur võib soodustada geeli moodustumist. Kui hüdroksüpropüülsisaldus on suurem, suureneb hüdratsioon märkimisväärselt, molekulaarsete ahelate vastastikmõju nõrgeneb ja geelistumistemperatuur tõuseb.
Suurem hüdroksüpropüülsisaldus võib põhjustada ka HPMC lahuse viskoossuse suurenemist - muutus, mis suurendab mõnikord geelistumise temperatuuri.
Hüdroksüpropüülsisaldus mõjutab märkimisväärselt geelistuste temperatuuriHpmc. Hüdroksüpropüülsisalduse suurenedes suureneb HPMC hüdrofiilsus ja molekulaarsete ahelate vastastikmõju nõrgeneb, seega suureneb selle geelistumistemperatuur. Seda nähtust saab seletada hüdratsiooni ja molekulaarsete ahelate vahelise interaktsioonimehhanismiga. HPMC hüdroksüpropüülsisalduse reguleerimisega on võimalik saavutada geelistumistemperatuuri täpne kontroll, optimeerides sellega HPMC jõudlust farmaatsia-, toidu- ja muudes tööstuslikes rakendustes.
Postiaeg: jaanuar-04-2025