ผลของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ออุณหภูมิของเจล HPMC

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นโพลิเมอร์ชนิดละลายน้ำที่ใช้กันทั่วไป ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยา เครื่องสำอาง อาหาร และอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเตรียมเจล คุณสมบัติทางกายภาพและพฤติกรรมการละลายมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพในการใช้งานต่างๆ อุณหภูมิการเจลของเจล HPMC เป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญประการหนึ่ง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในการเตรียมต่างๆ เช่น การปล่อยสารที่ควบคุม การสร้างฟิล์ม ความเสถียร เป็นต้น

1.โครงสร้างและคุณสมบัติของ HPMC

HPMC เป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ ซึ่งได้มาจากการเติมสารแทนที่ 2 ชนิด ได้แก่ ไฮดรอกซีโพรพิลและเมทิล ลงในโครงกระดูกโมเลกุลของเซลลูโลส โครงสร้างโมเลกุลของพอลิเมอร์ประกอบด้วยสารแทนที่ 2 ชนิด ได้แก่ ไฮดรอกซีโพรพิล (-CH2CHOHCH3) และเมทิล (-CH3) ปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่แตกต่างกัน ระดับของการเมทิลเลชัน และระดับของการโพลีเมอไรเซชัน จะมีผลสำคัญต่อความสามารถในการละลาย พฤติกรรมการเกิดเจล และคุณสมบัติเชิงกลของ HPMC

ในสารละลายน้ำ AnxinCel®HPMC จะสร้างสารละลายคอลลอยด์ที่เสถียรโดยการสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลน้ำและทำปฏิกิริยากับโครงกระดูกที่มีเซลลูโลสเป็นฐาน เมื่อสภาพแวดล้อมภายนอก (เช่น อุณหภูมิ ความเข้มข้นของไอออน เป็นต้น) เปลี่ยนแปลง ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล HPMC ก็จะเปลี่ยนไป ส่งผลให้เกิดเจล

2. ความหมายและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออุณหภูมิการเกิดเจล

อุณหภูมิเจลเลชัน (Gelation Temperature, T_gel) หมายถึงอุณหภูมิที่สารละลาย HPMC เริ่มเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็งเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง ที่อุณหภูมิดังกล่าว การเคลื่อนที่ของโซ่โมเลกุลของ HPMC จะถูกจำกัด ทำให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ ส่งผลให้ได้สารคล้ายเจล

อุณหภูมิเจลของ HPMC ได้รับผลกระทบจากหลายปัจจัย โดยปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือปริมาณไฮดรอกซีโพรพิล นอกจากปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่ออุณหภูมิเจล ได้แก่ น้ำหนักโมเลกุล ความเข้มข้นของสารละลาย ค่า pH ประเภทของตัวทำละลาย ความเข้มข้นของไอออน เป็นต้น

3. ผลของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ออุณหภูมิเจล HPMC

3.1 การเพิ่มขึ้นของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลทำให้อุณหภูมิของเจลเพิ่มขึ้น

อุณหภูมิการเกิดเจลของ HPMC เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับระดับการแทนที่ไฮดรอกซีโพรพิลในโมเลกุลของมัน เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้น จำนวนตัวแทนที่ชอบน้ำบนโซ่โมเลกุลของ HPMC ก็จะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและน้ำเพิ่มขึ้น ปฏิสัมพันธ์นี้ทำให้โซ่โมเลกุลยืดออกมากขึ้น จึงลดความแข็งแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่โมเลกุล ภายในช่วงความเข้มข้นที่กำหนด การเพิ่มปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลจะช่วยเพิ่มระดับการไฮเดรชันและส่งเสริมการจัดเรียงซึ่งกันและกันของโซ่โมเลกุล ทำให้สามารถสร้างโครงสร้างเครือข่ายได้ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น ดังนั้น อุณหภูมิการเกิดเจลมักจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่เพิ่มขึ้น

HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูง (เช่น HPMC K15M) มีแนวโน้มที่จะแสดงอุณหภูมิการเจลที่สูงกว่าที่ความเข้มข้นเดียวกันเมื่อเทียบกับ AnxinCel®HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่ำกว่า (เช่น HPMC K4M) เนื่องจากปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่สูงกว่าทำให้โมเลกุลทำปฏิกิริยาและสร้างเครือข่ายได้ยากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า จึงต้องใช้ความร้อนที่สูงกว่าเพื่อเอาชนะการไฮเดรชั่นนี้และส่งเสริมการโต้ตอบระหว่างโมเลกุลเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ

3.2 ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลและความเข้มข้นของสารละลาย

ความเข้มข้นของสารละลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออุณหภูมิการเกิดเจลของ HPMC ในสารละลาย HPMC ที่มีความเข้มข้นสูง ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะรุนแรงกว่า ดังนั้น อุณหภูมิการเกิดเจลอาจสูงขึ้นแม้ว่าปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลจะต่ำลงก็ตาม ที่ความเข้มข้นต่ำ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของ HPMC จะอ่อนแอ และสารละลายมีแนวโน้มที่จะเกิดเจลที่อุณหภูมิต่ำกว่า

เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้น แม้ว่าคุณสมบัติชอบน้ำจะเพิ่มขึ้น แต่ยังคงต้องใช้ความร้อนที่สูงขึ้นเพื่อสร้างเจล โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะที่มีความเข้มข้นต่ำ อุณหภูมิในการเจลจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจาก HPMC ที่มีปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูงนั้นยากที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่โมเลกุลผ่านการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และกระบวนการเจลต้องใช้พลังงานความร้อนเพิ่มเติมเพื่อเอาชนะผลของไฮเดรชัน

3.3 ผลของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลต่อกระบวนการเจล

ภายในช่วงของปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลบางช่วง กระบวนการเจลจะถูกควบคุมโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างไฮเดรชั่นและโซ่โมเลกุล เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลในโมเลกุล HPMC ต่ำ ไฮเดรชั่นจะอ่อน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลจะแรง และอุณหภูมิที่ต่ำกว่าสามารถส่งเสริมการก่อตัวของเจลได้ เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลสูงขึ้น ไฮเดรชั่นจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่โมเลกุลจะอ่อนลง และอุณหภูมิของเจลจะเพิ่มขึ้น

ปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลที่สูงขึ้นอาจทำให้ความหนืดของสารละลาย HPMC เพิ่มขึ้น ซึ่งการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวบางครั้งอาจเพิ่มอุณหภูมิที่เกิดการเกิดเจลได้

ปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออุณหภูมิการเกิดเจลของเอชพีเอ็มซีเมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเพิ่มขึ้น ความชอบน้ำของ HPMC ก็จะเพิ่มขึ้น และปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซ่โมเลกุลก็จะอ่อนลง ดังนั้นอุณหภูมิของการเกิดเจลจึงมักจะเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยกลไกปฏิสัมพันธ์ระหว่างไฮเดรชั่นและโซ่โมเลกุล การปรับปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลของ HPMC จะทำให้ควบคุมอุณหภูมิของการเกิดเจลได้อย่างแม่นยำ จึงทำให้ประสิทธิภาพของ HPMC เหมาะสมที่สุดสำหรับยา อาหาร และการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ