השפעת תכולת הידרוקסיפרופיל על טמפרטורת ג'ל HPMC

Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) הוא פולימר מסיס במים נפוץ, בשימוש נרחב בתחומי התרופות, הקוסמטיקה, המזון והתעשייה, במיוחד בהכנת ג'לים. לתכונות הפיזיקליות ולהתנהגות הפירוק שלו יש השפעה משמעותית על האפקטיביות ביישומים שונים. טמפרטורת הג'ל של ג'ל HPMC היא אחת התכונות הפיזיקליות המרכזיות שלו, המשפיעה ישירות על ביצועיו בתכשירים שונים, כגון שחרור מבוקר, היווצרות סרט, יציבות וכו'.

1. מבנה ומאפיינים של HPMC

HPMC הוא פולימר מסיס במים המתקבל על ידי החדרת שני תחליפים, הידרוקסיפרופיל ומתיל, לתוך השלד המולקולרי התאית. המבנה המולקולרי שלו מכיל שני סוגים של תחליפים: הידרוקסיפרופיל (-CH2CHOHCH3) ומתיל (-CH3). לגורמים כגון תכולת הידרוקסיפרופיל שונה, דרגת מתילציה ודרגת פילמור תהיה השפעה חשובה על המסיסות, התנהגות הג'ל והתכונות המכניות של HPMC.

בתמיסות מימיות, AnxinCel®HPMC יוצר פתרונות קולואידים יציבים על ידי יצירת קשרי מימן עם מולקולות מים ואינטראקציה עם השלד המבוסס על תאית. כאשר הסביבה החיצונית (כגון טמפרטורה, חוזק יוני וכו') משתנה, האינטראקציה בין מולקולות HPMC תשתנה, וכתוצאה מכך ג'לציה.

2. הגדרה וגורמי השפעה של טמפרטורת ג'לציה

טמפרטורת ג'ל (Gelation Temperature, T_gel) מתייחסת לטמפרטורה שבה תמיסת HPMC מתחילה לעבור מנוזל למוצק כאשר טמפרטורת התמיסה עולה לרמה מסוימת. בטמפרטורה זו תוגבל התנועה של שרשראות מולקולריות של HPMC, ויצרו מבנה רשת תלת מימדי, וכתוצאה מכך נוצר חומר דמוי ג'ל.

טמפרטורת הג'ל של HPMC מושפעת מגורמים רבים, אחד הגורמים החשובים ביותר הוא תכולת ההידרוקסיפרופיל. בנוסף לתכולת הידרוקסיפרופיל, גורמים נוספים המשפיעים על טמפרטורת הג'ל כוללים משקל מולקולרי, ריכוז תמיסה, ערך pH, סוג ממס, חוזק יוני וכו'.

3. השפעת תכולת הידרוקסיפרופיל על טמפרטורת ג'ל HPMC

3.1 העלייה בתכולת ההידרוקסיפרופיל מובילה לעלייה בטמפרטורת הג'ל

טמפרטורת הג'ל של HPMC קשורה קשר הדוק למידת ההחלפה של הידרוקסיפרופיל במולקולה שלו. ככל שתכולת ההידרוקסיפרופיל עולה, מספר התחליפים ההידרופיליים בשרשרת המולקולרית HPMC גדל, וכתוצאה מכך אינטראקציה משופרת בין המולקולה למים. אינטראקציה זו גורמת לשרשראות המולקולריות להימתח עוד יותר, ובכך להפחית את חוזק האינטראקציה בין השרשראות המולקולריות. בטווח ריכוז מסוים, הגדלת תכולת ההידרוקסיפרופיל מסייעת להגביר את מידת ההידרציה ומקדמת סידור הדדי של שרשראות מולקולריות, כך שניתן ליצור מבנה רשת בטמפרטורה גבוהה יותר. לכן, טמפרטורת הג'ל עולה בדרך כלל עם עליית ההידרוקסיפרופיל עם עליית התוכן.

HPMC עם תכולת הידרוקסיפרופיל גבוהה יותר (כגון HPMC K15M) נוטה להפגין טמפרטורת ג'ל גבוהה יותר באותו ריכוז מאשר AnxinCel®HPMC עם תכולת הידרוקסיפרופיל נמוכה יותר (כגון HPMC K4M). הסיבה לכך היא שתכולת הידרוקסיפרופיל גבוהה יותר מקשה על מולקולות ליצור אינטראקציה וליצור רשתות בטמפרטורות נמוכות יותר, מה שמחייב טמפרטורות גבוהות יותר כדי להתגבר על הידרציה זו ולקדם אינטראקציות בין מולקולריות ליצירת מבנה רשת תלת מימדי. .

3.2 קשר בין תכולת הידרוקסיפרופיל לריכוז התמיסה

ריכוז התמיסה הוא גם גורם חשוב המשפיע על טמפרטורת הג'ל של HPMC. בפתרונות HPMC בריכוז גבוה, האינטראקציות הבין-מולקולריות חזקות יותר, כך שטמפרטורת הג'ל עשויה להיות גבוהה יותר גם אם תכולת ההידרוקסיפרופיל נמוכה יותר. בריכוזים נמוכים, האינטראקציה בין מולקולות HPMC חלשה, וסביר יותר שהתמיסה תג'ל בטמפרטורות נמוכות יותר.

כאשר תכולת ההידרוקסיפרופיל עולה, למרות שההידרופיליות עולה, עדיין נדרשת טמפרטורה גבוהה יותר ליצירת ג'ל. במיוחד בתנאי ריכוז נמוך, טמפרטורת הג'ל עולה באופן משמעותי יותר. הסיבה לכך היא ש-HPMC עם תכולת הידרוקסיפרופיל גבוהה יותר קשה לגרום לאינטראקציות בין שרשראות מולקולריות באמצעות שינויי טמפרטורה, ותהליך הג'לציה דורש אנרגיה תרמית נוספת כדי להתגבר על אפקט ההידרציה.

3.3 השפעת תכולת הידרוקסיפרופיל על תהליך הג'ל

בתוך טווח מסוים של תכולת הידרוקסיפרופיל, תהליך הג'לציה נשלט על ידי האינטראקציה בין הידרציה לשרשראות מולקולריות. כאשר תכולת ההידרוקסיפרופיל במולקולת HPMC נמוכה, ההידרציה חלשה, האינטראקציה בין מולקולות חזקה, וטמפרטורה נמוכה יותר יכולה לקדם את היווצרות הג'ל. כאשר תכולת ההידרוקסיפרופיל גבוהה יותר, ההידרציה מוגברת באופן משמעותי, האינטראקציה בין שרשראות מולקולריות הופכת חלשה יותר וטמפרטורת הג'ל עולה.

תכולת הידרוקסיפרופיל גבוהה יותר עשויה גם להוביל לעלייה בצמיגות של תמיסת HPMC, שינוי שלעתים מגביר את טמפרטורת תחילת הג'לציה.

לתוכן הידרוקסיפרופיל יש השפעה משמעותית על טמפרטורת הג'ל שלHPMC. ככל שתכולת ההידרוקסיפרופיל עולה, ההידרופיליות של HPMC גדלה והאינטראקציה בין שרשראות מולקולריות נחלשת, ולכן טמפרטורת הג'ל שלה בדרך כלל עולה. ניתן להסביר תופעה זו על ידי מנגנון האינטראקציה בין הידרציה לשרשראות מולקולריות. על ידי התאמת תכולת ההידרוקסיפרופיל של HPMC, ניתן להשיג שליטה מדויקת על טמפרטורת הג'ל, ובכך לייעל את הביצועים של HPMC ביישומים פרמצבטיים, מזון ויישומים תעשייתיים אחרים.