Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

МИКРОКАПСУЛИ́РОВАНИЕ

  • рубрика

    Рубрика: Химия

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 20. Москва, 2012, стр. 263

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Г. В. Михайлова

МИКРОКАПСУЛИ́РОВАНИЕ (от мик­ро… и лат. capsula – ко­ро­боч­ка), про­цесс заклю­че­ния (им­мо­би­ли­за­ции) мик­ро­коли­честв ве­ще­ст­ва в обо­лоч­ку из плён­ко­об­ра­зую­ще­го (гл. обр. по­ли­мер­но­го) ма­те­риа­ла с по­лу­че­ни­ем мик­ро­кап­сул, об­ла­даю­щих за­дан­ны­ми свой­ст­ва­ми; один из ви­дов кап­су­ли­ро­ва­ния. Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние прин­цип ис­поль­зо­ва­ния ве­ществ, за­клю­чён­ных в мик­ро­кап­су­лы, по­лу­чил по­сле то­го, как в 1953 амер. фир­ма NCR за­па­тен­то­ва­ла спо­соб из­го­тов­ле­ния без­уг­ле­род­ной ко­пи­ро­валь­ной (са­мо­ко­пи­рую­щей) бу­ма­ги.

Про­дук­ты и пре­па­ра­ты, со­дер­жа­щие в сво­ём со­ста­ве мик­ро­кап­су­ли­ро­ван­ные ве­ще­ст­ва, вы­пус­ка­ют­ся в ви­де по­рош­ков, таб­ле­ток, бри­ке­тов, эмуль­сий, ма­зей, ка­ран­да­шей и т. д.; мик­ро­кап­су­лы на­но­сят­ся на под­лож­ку (ткань, бу­ма­гу, плён­ку), вво­дят­ся в со­став по­ли­мер­ных ма­те­риа­лов, паст, во­ло­кон, сус­пен­зий, аэ­ро­зо­лей и пр. Ис­поль­зуя раз­но­об­раз­ные ме­то­ды М., мож­но на ос­но­ве жид­ких, вяз­ких, га­зо­об­раз­ных ве­ществ по­лу­чать сы­пу­чие по­рош­ко­об­раз­ные ма­те­риа­лы; на ос­но­ве рас­тво­ри­мых ве­ществ – не­рас­тво­ри­мые фор­мы; из не­со­вмес­ти­мых ком­по­нен­тов – сме­си. М. по­зво­ля­ет по­вы­шать ста­биль­ность лег­ко­окис­ляю­щих­ся ве­ществ; уст­ра­нять по­те­ри ле­ту­чих ком­по­нен­тов; ре­шать во­про­сы хра­не­ния ре­ак­ци­он­но­спо­соб­ных, не­ус­той­чи­вых, ток­сич­ных, взры­во- и по­жа­ро­опас­ных ма­те­риа­лов, ка­та­ли­за­то­ров, вак­цин, не­стой­ких пре­па­ра­тов (для борь­бы с вре­ди­те­ля­ми с.-х. куль­тур и пр.); осу­ще­ст­в­лять на­прав­лен­ный транс­порт и ре­гу­ли­руе­мое вы­сво­бо­ж­де­ние ле­кар­ст­вен­ных ве­ществ, кон­тро­ли­руе­мое вве­де­ние реа­ген­тов в хи­мич. ре­ак­ции и т. д.

Обо­лоч­ки (мем­бра­ны) мик­ро­кап­сул мо­гут быть од­но-, двух- или мно­го­слой­ны­ми, тол­щи­ной от до­лей до де­сят­ков мкм, в за­ви­си­мо­сти от свойств об­ра­зую­щих их по­ли­ме­ров – жё­ст­ки­ми или эла­стич­ны­ми. Обо­лоч­ки мо­гут быть сплош­ны­ми или по­рис­ты­ми, раз­ли­чать­ся по проч­но­сти, рас­тво­ри­мо­сти в разл. сре­дах, ус­той­чи­во­сти к воз­дей­ст­вию вла­ги, мик­ро­ор­га­низ­мов или об­ла­дать др. за­дан­ны­ми свой­ст­ва­ми. Раз­ме­ры мик­ро­кап­сул мо­гут ко­ле­бать­ся от 10–7 до 10–3 м (в ме­ди­ци­не, в ча­ст­но­сти, в осн. при­ме­ня­ют­ся мик­ро­кап­су­лы раз­ме­ром 5·10–5–10–4 м). Совр. тех­но­ло­гии по­зво­ля­ют на­но­сить по­кры­тия на час­ти­цы раз­ме­ром 10–8–10–7 м; та­кие час­ти­цы с обо­лоч­ка­ми на­зы­ва­ют нано­кап­су­ла­ми, про­цесс их про­из-ва – на­но­кап­су­ли­ро­ва­ни­ем. Со­дер­жа­ние дей­ст­вую­щих ве­ществ в мик­ро­кап­су­лах обыч­но со­став­ля­ет от 75 до 97% (ино­гда до 99%) от мас­сы кап­сул. Со­дер­жи­мое – яд­ро – мик­ро­кап­сул мо­жет иметь разл. кон­си­стен­цию, на­хо­дить­ся в твёр­дом, жид­ком или га­зо­об­раз­ном со­стоя­нии, в ви­де ин­ди­ви­ду­аль­но­го ве­ще­ст­ва или сме­си ве­ществ. Вы­сво­бо­ж­де­ние ве­ще­ст­ва из обо­ло­чек мик­ро­кап­сул – де­кап­су­ли­ро­ва­ние – мо­жет про­ис­хо­дить при раз­дав­ли­ва­нии, ис­ти­ра­нии, ульт­ра­зву­ко­вой об­ра­бот­ке, раз­ры­ве под воз­дей­ст­ви­ем об­ра­зую­щих­ся при из­ме­не­нии внеш­них ус­ло­вий внут­ри мик­ро­кап­су­лы па­ров и га­зов, рас­тво­ре­нии обо­ло­чек, пу­тём диф­фу­зии ве­ще­ст­ва че­рез обо­лоч­ку мик­ро­кап­су­лы, в ре­зуль­та­те ком­би­на­ции этих спо­со­бов. Из­ме­няя свой­ст­ва обо­лоч­ки, мож­но ре­гу­ли­ро­вать ско­рость вы­сво­бо­ж­де­ния со­дер­жи­мо­го мик­ро­кап­сул.

При по­лу­че­нии по­ли­мер­ных мик­ро­кап­сул в ка­че­ст­ве плён­ко­об­ра­зую­щих ве­ществ при­ме­ня­ют: по­ли­ме­ры при­род­но­го про­ис­хо­ж­де­ния и их про­из­вод­ные, в осн. бел­ки (же­ла­тин, гид­ро­ли­зо­ван­ный же­ла­тин, аль­бу­мин, ка­зе­ин и пр.) и по­ли­са­ха­ри­ды (дек­ст­ра­ны, крах­мал, про­из­вод­ные цел­лю­ло­зы – ме­тил-, этил-, аце­тил-, нит­ро- и кар­бок­си­ме­тил­цел­лю­ло­зу, и пр.); при­род­ные смо­лы (ка­ме­ди, шел­лак); син­те­тич. по­ли­ме­ры и оли­го­ме­ры (по­лио­ле­фи­ны, по­ли­ви­ни­ло­вый спирт, по­ли­ви­нил­аце­тат, по­ли­ви­нил­хло­рид, по­ли­эти­ле­нок­сид, эпок­сид­ные и по­ли­эфир­ные смо­лы, по­ли­ами­ды, по­ли­ор­га­но­си­лок­са­ны, ак­ри­ло­вые по­ли­ме­ры); па­ра­фи­ны, стеа­ри­ны и др. На­но­кап­су­ла час­то пред­став­ля­ет со­бой мак­ро­мо­леку­лу по­ли­ме­ра, об­ра­зую­щую сфе­ру, внут­ри ко­то­рой им­мо­би­ли­зо­ва­но низ­ко­мо­ле­ку­ляр­ное ве­ще­ст­во.

М. – срав­ни­тель­но до­ро­гой ме­тод, в ря­де слу­ча­ев тре­бую­щий ис­поль­зо­ва­ния спец. ап­па­ра­ту­ры, до­ро­го­стоя­щих ус­та­но­вок и ма­те­риа­лов. Тех­но­ло­гия по­лу­че­ния мик­ро­кап­сул ос­но­ва­на на про­цес­сах плён­ко­об­ра­зо­ва­ния на гра­ни­цах раз­де­ла фаз: жид­кость – жид­кость, жид­кость – твёр­дое те­ло, газ (пар) – жид­кость, газ (пар) – твёр­дое те­ло. При­ме­ня­ют фи­зич., фи­зи­ко-хи­мич., хи­мич. ме­то­ды М. К фи­зи­че­ским от­но­сят ме­то­ды дра­жи­ро­ва­ния, рас­пы­ле­ния, дис­пер­ги­ро­ва­ния жид­ко­сти, элек­тро­ста­тич. на­пы­ле­ния, на­пы­ле­ния в псев­до­ожи­жен­ном слое, на­пы­ле­ния в цен­три­фу­гах и др. Суть ме­то­дов за­клю­ча­ет­ся в ме­ха­нич. на­не­се­нии обо­лоч­ки на твёр­дые или жид­кие час­ти­цы мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва. При дра­жи­ро­ва­нии фрак­ция кри­стал­лов мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва вра­ща­ет­ся в дра­жи­ро­валь­ном кот­ле и оп­ры­ски­ва­ет­ся из фор­сун­ки рас­тво­ром плён­ко­об­ра­зо­ва­те­ля. При рас­пы­ле­нии сус­пен­зия мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го твёр­до­го ве­ще­ст­ва рас­сеи­ва­ет­ся в рас­твор или рас­плав плён­ко­об­ра­зо­ва­те­ля в рас­пы­ли­тель­ной су­шил­ке с по­мо­щью фор­су­нок, дис­ков и др. уст­ройств. В ос­но­ве ме­то­да дис­пер­ги­ро­ва­ния ле­жит рас­сеи­ва­ние рас­тво­ра плён­ко­об­ра­зо­ва­те­ля с мик­ро­кап­су­ли­руе­мым ве­ще­ст­вом в жид­ко­сти, не сме­ши­ваю­щей­ся с этим рас­тво­ром. При элек­тро­ста­тич. М. на час­ти­цы мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва и ка­п­ли плён­ко­об­ра­зо­ва­те­ля на­во­дят про­ти­во­по­лож­ные по зна­ку элек­трич. за­ря­ды, про­пус­кая их раз­дель­ные по­то­ки в ви­де аэ­ро­зо­лей сквозь слои ио­ни­зи­ро­ван­но­го га­за; при объ­е­ди­не­нии по­то­ков раз­но­имён­но за­ря­жен­ных час­тиц про­ис­хо­дит коа­лес­цен­ция с об­ра­зо­ва­ни­ем мик­ро­кап­сул. При на­пы­ле­нии в псев­до­ожи­жен­ном слое на об­ра­зую­щие этот слой твёр­дые час­ти­цы ве­ще­ст­ва на­пы­ля­ют рас­твор или рас­плав плён­ко­об­ра­зую­ще­го ве­ще­ст­ва с по­мо­щью со­пла, фор­сун­ки, вра­щаю­ще­го­ся дис­ка. В ме­то­де цен­три­фу­ги­ро­ва­ния час­ти­цы мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва (твёр­до­го или жид­ко­го) под воз­дей­ст­ви­ем цен­тро­беж­ной си­лы про­хо­дят че­рез плён­ку рас­тво­ра плён­ко­об­ра­зо­ва­те­ля и по­кры­ва­ют­ся этой плён­кой. Фи­зи­ко-хи­мич. ме­то­ды ос­но­ва­ны на раз­де­ле­нии фаз. К ним от­но­сят: вы­де­ле­ние но­вой фа­зы, ис­па­ре­ние лег­ко­ле­ту­че­го рас­тво­ри­те­ля в жид­кой сре­де, за­твер­де­ва­ние при ох­ла­ж­де­нии в жид­кой сре­де, от­вер­жде­ние при рас­пы­ле­нии. Вы­де­ле­ние но­вой фа­зы (коа­цер­ва­ция) осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ре­зуль­та­те дис­пер­ги­ро­ва­ния мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва в рас­твор или рас­плав плён­ко­об­ра­зо­ва­те­ля. Пу­тём из­ме­не­ния к.-л. па­ра­мет­ра дис­перс­ной сис­те­мы (рН, темп-ра, со­став и др.) до­би­ва­ют­ся об­ра­зо­ва­ния во­круг час­тиц мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва мель­чай­ших ка­пе­лек (коа­цер­ва­тов), сли­ваю­щих­ся в плён­ку. Ме­тод испа­ре­ния лег­ко­ле­ту­че­го рас­тво­ри­те­ля в жид­кой сре­де осо­бен­но ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся для им­мо­би­ли­за­ции фер­мен­тов, по­сколь­ку не тре­бу­ет зна­чит. по­вы­ше­ния темп-ры и вве­де­ния до­пол­нит. вспо­мо­гат. ве­ществ (по­вы­шаю­щих ме­ха­нич. проч­ность, оса­ди­те­лей и др.). Мик­ро­кап­су­ли­руе­мое ве­ще­ст­во дис­пер­ги­ру­ют в рас­твор плён­ко­об­ра­зую­ще­го ве­ще­ст­ва в лег­ко­ле­ту­чем рас­тво­ри­те­ле; обра­зую­щую­ся сус­пен­зию (или эмуль­сию) сме­ши­ва­ют (дис­пер­ги­ру­ют) с не­ле­ту­чей жид­ко­стью, ко­то­рая не сме­ши­ва­ет­ся с лег­ко­ле­ту­чим рас­тво­ри­те­лем и плён­ко­об­ра­зо­ва­те­лем, и за­тем ис­па­ря­ют ле­ту­чий рас­тво­ри­тель, по­вы­шая темп-ру или сни­жая дав­ле­ние. М. пу­тём за­твер­де­ва­ния плён­ко­об­ра­зую­ще­го ма­те­риа­ла при ох­ла­ж­де­нии в жид­кой сре­де про­во­дят в ре­ак­то­ре с ме­шал­кой. Мик­ро­кап­су­ли­руе­мое ве­ще­ст­во (жид­кое или твёр­дое) и вос­ко­по­доб­ный плён­ко­об­ра­зо­ва­тель дис­пер­ги­ру­ют в боль­шом объ­ё­ме инерт­ной не­ле­ту­чей жид­ко­сти, с ко­то­рой они оба не сме­ши­ва­ют­ся. При по­вы­ше­нии темп-ры рас­плав­лен­ный плён­ко­об­ра­зо­ва­тель об­ра­зу­ет во­круг мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва обо­лоч­ку, ко­то­рая при ох­ла­ж­де­нии за­твер­де­ва­ет. Хи­мич. ме­то­ды М. ос­но­ва­ны на об­ра­зо­ва­нии за­щит­ных по­кры­тий во­круг ядер мик­ро­кап­су­ли­руе­мо­го ве­ще­ст­ва в ре­зуль­та­те по­ли­ме­ри­за­ции или по­ли­кон­ден­са­ции плён­ко­об­ра­зую­щих ком­по­нен­тов. Про­цесс по­лу­че­ния мик­ро­кап­сул про­те­ка­ет в жид­кой сре­де. Мик­ро­кап­су­ли­руе­мое ве­ще­ст­во не долж­но рас­тво­рять­ся в дис­пер­си­он­ной сре­де и иметь плот­ность, близ­кую к плот­но­сти дис­пер­си­он­ной сре­ды.

Об­ра­зую­щие­ся при всех тех­но­ло­гич. приё­мах М. сплош­ные обо­лоч­ки мик­ро­кап­сул под­вер­га­ют даль­ней­шей об­ра­бот­ке. В ча­ст­но­сти, для при­да­ния обо­лоч­ке твёр­до­сти ис­поль­зу­ют по­ни­же­ние темп-ры или из­ме­не­ние pH сре­ды, уда­ле­ние рас­тво­ри­те­ля, вве­де­ние оса­ди­те­ля или сши­ваю­ще­го аген­та и пр.

При­ме­не­ние мик­ро­кап­сул при­но­сит боль­шую вы­го­ду в разл. об­лас­тях че­лове­че­ской дея­тель­но­сти: в ме­ди­ци­не, пром-сти, с. х-ве, бы­ту и пр. Мик­ро- и на­но­кап­су­ли­ро­ва­ние от­кры­ло прин­ци­пи­аль­но но­вые под­хо­ды в соз­да­нии ди­аг­но­стич., ле­чеб­но-про­фи­лак­тич. и ле­кар­ст­вен­ных пре­па­ра­тов, кос­ме­тич. средств, био­ло­ги­че­ски ак­тив­ных ве­ществ, аро­ма­тич. до­ба­вок к пи­ще­вым про­дук­там, др. ви­дов про­дук­ции – от­вер­ждён­но­го жид­ко­го то­п­ли­ва, кле­ёв, фо­то­ма­те­риа­лов с вы­со­кой раз­ре­шаю­щей спо­соб­но­стью для цвет­ной фо­то­гра­фии, ла­ко­кра­соч­ных ма­те­риа­лов (в т. ч. бак­те­ри­цид­ных кра­сок, со­дер­жа­щих на­но­ча­сти­цы се­реб­ра для по­кра­ски стен боль­нич­ных уч­ре­ж­де­ний), бак­те­ри­цид­ных тка­ней с на­пы­ле­ни­ем из мик­ро­кап­су­ли­ро­ван­ных хи­мич. реа­ген­тов, ис­поль­зуе­мых в осн. в ме­ди­ци­не – для умень­ше­ния по­сле­опе­ра­ци­он­но­го ин­фи­ци­ро­ва­ния, и пр.

Лит.: Со­ло­дов­ник В. Д. Мик­ро­кап­су­ли­ро­ва­ние. М., 1980. См. так­же лит. при ст. Кап­су­ли­ро­ва­ние.

Вернуться к началу