CC BY
10
УДК 544.773.32
Кесати Э.Э., Иванова Я.О., Королёва М.Ю.
ВЛИЯНИЕ ПОЛИСАХАРИДОВ НА СВОЙСТВА НАНОЭМУЛЬСИЙ С ОБЛЕПИХОВЫМ МАСЛОМ
Кесати Элита Эдуардовна - бакалавр 4-го года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии; [email protected]
Иванова Яна Олеговна - аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Королёва Марина Юрьевна - д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, 125047, Миусская пл., д. 9
В статье рассмотрено получение наноэмульсий с облепиховым маслом, содержащих в дисперсионной среде альгинат натрия или смесь альгината натрия и к-каррагинана. Показано, что в отсутствие альгината натрия эмульсия нестабильна и подвержена процессам флокуляции и коалесценции. При добавлении альгината натрия в концентрации 3 мас. % наноэмульсия стала устойчивой к фазовому расслоению в течение длительного времени вследствие гелеобразования дисперсионной среды. При добавлении альгината натрия в смеси с к-каррагинаном была получена стабильная наноэмульсия при 1 мас. % полисахаридов. Ключевые слова: наноэмульсия, облепиховое масло, полисахариды, альгинат натрия, к-каррагинан, устойчивость.
THE INFLUENCE OF POLYSACCHARIDES ON THE PROPERTIES OF NANOEMULSIONS WITH SEA BUCKTHORN OIL
Kesati E.E., Ivanova I.O., Koroleva M.Yu.
Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russian Federation
The article discusses the production of nanoemulsions with sea buckthorn oil that contain sodium alginate in a dispersion medium or a mixture of sodium alginate and к-carrageenan. It is shown that in the absence of sodium alginate, the emulsion is unstable to flocculation and coalescence. When adding sodium alginate at a concentration of 3 wt. % the nanoemulsion became resistant to phase separation for a long time due to the gelation of the dispersion medium. When adding sodium alginate and к-carrageenan at a concentration of 1 wt. %, a stable nanoemulsion is obtained.
Keywords: nanoemulsion, sea buckthorn oil, polysaccharides, sodium alginate, к-carrageenan, stability.
Введение
Наноэмульсии - дисперсные системы с размерами капель до 100 нм. Они представляют особенный интерес для современной медицины, так как могут быть использованы в качестве основы для противоопухолевых препаратов, противовирусных вакцин, а за счет малого размера капель дисперсной фазы данные системы перспективны для трансдермальной доставки биологически активных компонентов в организм человека. Многие лекарственные соединения ввиду своей гидрофобности плохо растворяются в биологических средах. Наноэмульсии способны инкапсулировать такие лекарственные вещества, что снижает их побочное действие и время поступления лекарства к нужному органу, при этом не затрагивая остальные ткани организма [1-5].
Дисперсная фаза наноэмульсии может состоять из масел различной природы, в частности, из растительных [6], представляющих собой смесь биологически активных компонентов. Например, облепиховое масло богато витаминами A, С, E, К, а также содержащимися в нем различными ненасыщенными жирными кислотами,
органическими кислотами, каротиноидами и фитостеролами. Облепиховое масло способствует ускорению регенерации пораженных участков кожи и слизистых оболочек и последующему заживлению,
а применение его в составе наноэмульсии способно сократить потенциальные аллергические реакции и раздражения.
Полисахариды - природные
высокомолекулярные соединения, образованные моносахаридными остатками, соединенных гликозидной связью. Наибольший интерес вызывают полисахариды, полученные из морских водорослей, так как они являются природными гелеобразователями. Примерами таких соединений являются агары, каррагинаны и альгиновые кислоты.
Высокомолекулярные соединения в составе наноэмульсий приводят к гелеобразованию в дисперсионной среде, что повышает стабильность данных систем [7-9].
В частности, добавление альгината натрия в водную фазу способствует повышению устойчивости наноэмульсий к агрегации, поскольку молекулы этого вещества могут вызывать стерическое и электростатическое отталкивание капель, что, соответственно, приводит к увеличению устойчивости к коалесценции.
Помимо свойств гелеобразования альгинат натрия оказывает выраженное гемостатическое действие и обладает противовоспалительными свойствами, водорастворим и нетоксичен.
Экспериментальная часть
В данной работе были получены прямые наноэмульсии методом температурной инверсии фаз. В качестве поверхностно-активных веществ была использована смесь Tween 80 и Span 80 концентрацией 12,5 об. %. Водный раствор хлорида натрия с концентрацией ~0,9 мас. % составлял дисперсионную среду, а в качестве дисперсной фазы было использовано облепиховое масло с концентрацией 25 об. %.
Были проведены исследования размеров капель наноэмульсии с облепиховым маслом без добавления полисахаридов методом динамического
светорассеяния. На гистограмме, приведенной на рис. 1a, можно увидеть распределение капель по размерам, где средний размер составил ~25 нм. Однако полученные наноэмульсии оказались
неустойчивыми к флокуляции. Через 1 ч. после получения наноэмульсии началось отслаивание водной фазы, а после 3 сут водная фаза почти полностью отслоилась (рис. 1б).
Для увеличения устойчивости наноэмульсий в дисперсионную среду был добавлен альгинат натрия. При концентрации 1,75 мас. % скорость расслаивания была значительно снижена, однако с течением времени полисахарид осаждался, и наноэмульсия оказалась неустойчива к агрегации.
При увеличении концентрации альгината натрия до 2 мас. % также происходило осаждение альгината натрия, и наноэмульсия расслаивалась (рис. 3а). Однако, повышение содержания полисахарида до 3 мас. % привело к увеличению устойчивости, и наноэмульсия стала стабильной более 30 сут. (рис. 3б).
a)
б)
ю о
1-й
5
и
«
о
50
40
30
20 ■
10 ■
_
_
18 20 25 28 35 Размер капель, нм
40 45
CD
К
Э «
И
и &
О Рч
100 30 60 40 20 0
О 0,5 1
Высота столба наноэмульсии
Время (ч):
-о
-2
-24
-48
•12
Рис. 1 Распределение по размерам капель (а) и зависимость пропускания света от высоты столба
наноэмульсии без альгината натрия (б)
а)
Время (ч):
б)
Время (ч):
Высота столба наноэмульсии
•о •1 7 10 17 20 24 •30
Высота столба наноэмульсии
•о
1
-7 10 -17
-20 -24 -30
Рис. 3 Зависимость обратного светорассеяния от высоты столба наноэмульсии, содержащей 2 (а) и 3
мас. % (б)альгината натрия
При добавлении в наноэмульсию смеси альгината натрия и к-каррагинана в массовом соотношении 3:1 при суммарной концентрации полисахаридов 1 мас. % наноэмульсия сохраняла устойчивость более 30 сут.
М< ¡ПИ IV
_I Л_ Il
1) 2) 3)
Рис. 5 Наноэмульсии с массовым соотношением альгината натрия и к-каррагинана 3:1 при суммарной концентрации полисахаридов в концентрациях 1) 0,25, 2) 0,5, 3) 1 мас. %
На рис. 5 показан внешний вид наноэмульсий облепихового масла со смесью альгината натрия и к-каррагинана в соотношении 3:1 через 14 сут после получения. Водная фаза в наибольшей степени отслаивалась из наноэмульсий с суммарной концентрацией полисахаридов 0,25 мас. %. Наноэмульсии с 1 мас. % смеси альгината натрия и к-каррагинана были устойчивыми и не расслаивались.
Заключение
В данной работе были получены наноэмульсии с облепиховым маслом с преобладающим размером капель дисперсной фазы ~25 нм. Показано, что в наноэмульсиях с облепиховым маслом без альгината натрия происходят процессы агрегации и коалесценции, в результате чего наноэмульсия расслаивается. При добавлении полисахарида в дисперсионную среду наноэмульсий значительно возрастает ее стабильность.
Показано, что концентрации альгината натрия <3 мас. % было недостаточно для образования стабильных коллоидных систем. При концентрации альгината натрия 3 мас. % наноэмульсии получаются
с гелеобразной дисперсионной средой, устойчивые в течение >30 сут.
Добавление к-каррагинана в смеси с альгинатом натрия в количестве 1 мас. % позволило получить наноэмульсию облепихового масла, устойчивую в течение > 30 сут.
Список литературы
1. Koroleva M.Y., Yurtov E.V. Nanoemulsions: the properties, methods of preparation and promising applications // Russian Chemical Reviews. - 2012. -Vol.81 (1). - P.21-43.
2. 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.
3. Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Yurtov E.V. Properties of nanocapsules obtained from oil-in-water nanoemulsions // Mendeleev Communications. - 2015. - Vol. 25(5). - P. 389-390.
4. Koroleva M.Y., Nagovitsina T.Y., Bidanov D.A., Gorbachevski O.S., Yurtov E.V. Nano-and microcapsules as drug-delivery systems // Resourcce- Efficient technologies. - 2016. - Vol. 2(4). - P. 233-239.
5. Ivanova Ya.O., Kostromicheva M.M., Koroleva M.Yu. Nanoemulsions with sea buckthorn oil and к-carrageenan // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2022. - Vol. 647. - P. 129-149.
6. Ivanova Ya.O., Kostromicheva M.M., Ofitserov E.N., Koroleva M.Yu. Nanoemulsions with Amaranth and Sea Buckthorn Oils // Colloid Journal. - 2022. -Vol. 84(1). - P. 31-38.
7. Koroleva M.Y., Yurtov E.V. Emulsions for Liquid Membrane Extraction: Properties and Peculiarities // ACS Symposium Series. - 1996. - Vol. 642. - P. 89-102.
8. Koroleva M., Tokarev A., Yurtov E. Simulation of flocculation in W/O emulsions and experimental study // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2015. - Vol. 481. - P. 237-243.
9. Юртов Е.В., Королева М.Ю. Экстрагирующие эмульсии для извлечения веществ из водных сред // Успехи химии. - 1991. - Т. 60(11). - С. 2422-2447.
