Le misure di angolo di contatto statico sono state eseguite utilizzando il sistema OCA20 (Dataphysics, Filderstadt) ed i risultati sono stati analizzati tramite il software SCA22 (Dataphysics, Filderstadt). Lo strumento (Figura 23) è costituito da una telecamera che inquadra il piano sul quale viene fatta cadere la goccia della dispersione polimerica in esame ed è dotato di un sistema di dosaggio a controllo elettronico della quantità di sostanza erogata. Il software calcola il valore di angolo di contatto prendendo come riferimento la misura del diametro esterno dell‟ago della siringa attraverso cui viene erogato il liquido. Il software gestisce anche altri parametri come il volume di riempimento della siringa, la quantità e la velocità di erogazione del liquido. La scelta di tali parametri viene effettuata per ogni formulazione in modo tale che la goccia erogata dalla siringa non cada immediatamente sul piano ma vi venga poi appoggiata manualmente. Ci si basa quindi sulla cosiddetta “tecnica della goccia pendente”. Gli aghi utilizzati per erogare la goccia
81 cambiano in base alla consistenza della formulazione: per HEC, PAA, CMC HF, CMC LF sono stati usati aghi di diametro esterno di 0,90 mm (Te Needle 20 GA 1/2΄΄ PINK); per le formulazioni di PEO sono stati usati aghi di diametro esterno 0,52 mm (Te Needle 25 GA 1/2΄΄ RED). La superficie sulla quale la goccia della formulazione veniva fatta cadere è costituita da una lastra di vetro da microscopia, accuratamente lavata e sgrassata con etanolo.
Figura 23. Apparecchio per la misurazione dell’angolo di contatto.
82
7. Risultati e discussione.
In tabella 3 sono sommarizzati i dati ottenuti da tutte le serie di misurazioni effettuate sulle dispersioni polimeriche: viscosità apparente, lavoro di adesione ed angolo di contatto.
Tutte le dispersioni polimeriche studiate presentavano un comportamento reologico pseudoplastico. In figura 24 sono riportati i profili di viscosità apparente (‟) in funzione della concentrazione (% p/p) per i polimeri allo studio. Dai grafici è possibile notare una relazione diretta tra i due parametri: i coefficienti di correlazione, r2,
delle rette (PEO e PAA) o delle curve esponenziali (HEC, CMC LF e CMC HF) ottenute sono compresi tra 0,9972 e 0,9536.
La figura 25 riporta il lavoro di adesione (L) per ciascuna concentrazione (% p/p) delle dispersioni polimeriche impiegate; i valori riportati rappresentano la media di almeno 8 determinazioni. I risultati evidenziano che il valore di L aumenta all‟aumentare della concentrazione del polimero, fino a raggiungere un valore massimo (Lmax), diverso e specifico per ciascun polimero, raggiunto il quale si
ha una riduzione graduale di tale parametro. Questo comportamento non è evidente per il PEO: presenta valori di adesione più elevati a basse concentrazioni, che tendono a diminuire sensibilmente con l‟aumentare della quantità di polimero disperso. La misurazione della mucoadesione con un sistema tensile non è facilmente
83 applicabile a dispersioni meno concentrate: il polimero tende ad essere spremuto fuori dalle superfici mucose per effetto del peso del sistema di misura applicato ed a fare aderire fra di loro le superfici mucose stesse. In conclusione, il valore di L ottenuto per la dispersione a concentrazione 1,80 % potrebbe essere quello massimo sviluppato dal polimero anche se non si apprezza la parte ascendente del fenomeno.
La concentrazione delle dispersioni che sviluppa Lmax potrebbe
essere messa in relazione con il peso molecolare del polimero. Dai dati riportati nella tabella 3 si può infatti notare che la concentrazione percentuale delle dispersioni che producono Lmax è
inversamente proporzionale al peso molecolare del polimero. Tale fenomeno è meglio evidenziato nella figura 26 dove il LOG del peso molecolare dei polimeri è riportato in funzione della concentrazione in grado di produrre Lmax. Le due serie di dati sono molto ben
correlate. Il PM di CMC HF non è disponibile e quindi le correlazioni sono state effettuate solo per gli altri polimeri.
Confrontando le proprietà mucoadesive delle dispersioni polimeriche con il loro comportamento reologico (Figura 27), è interessante notare che il valore di Lmax, per tutti i polimeri saggiati,
si raggiunge con dispersioni aventi un valore di ‟ uguale o superiore a 5,00 Pa.s: da 4,94 per PEO a 6,52 per CMC LF, uno stretto range
84 di valori rispetto a quelli valutati (da 3,18 a 13,90 Pa.s). Per tre dei
polimeri saggiati (HEC, CMC LF e CMC HF), si raggiunge con la dispersione avente un valore di ‟ intorno a 6.00 Pa s. Le concentrazioni che producono Lmax sono invece più disperse, da
0,40% per PAA a 8,05% per CMC LF in un range di concentrazioni saggiate tra 0,30 e 9,00% (Figura 28). Questi dati sembrano dimostrare che le proprietà mucoadesive di una dispersione polimerica sono influenzate più dalla sua viscosità che dalla sua concentrazione.
In figura 29 sono riportati i valori di angolo di contatto in funzione della concentrazione delle varie dispersioni polimeriche: il valore dell‟angolo di contatto tende ad aumentare in modo lineare all‟aumentare della concentrazione di polimero presente nella dispersione e la retta risultante è ben correlata ai punti sperimentali, con valori di r2 compresi tra 0,9517 e 0,8888.
I polimeri impiegati, anche ad alte concentrazioni, presentano proprietà bagnanti, con valori di angoli di contatto intorno a 40.0°. Le proprietà bagnanti diminuiscono con l‟aumentare della concentrazione, probabilmente per minori quantità di acqua disponibili.
In figura 30 sono riportate, a titolo di esempio, immagini delle gocce di differenti dispersioni polimeriche sottoposte alla
85 misurazione.
I polimeri CMC LF e HF presentavano lo stesso grado di sostituzione ma differivano nel peso molecolare: anche se non è conosciuto, al momento, il PM del tipo HF esso è sicuramente maggiore di quello riportato per CMC LF. I dati riportati nella tabella 3 ed in figura 29 dimostrano che, almeno nel caso della carbossimetil cellulosa, la molecola con più basso PM ha tendenzialmente minori proprietà bagnanti (angolo di contatto più alto).
Visto le buone correlazioni ottenute confrontando le diverse serie di dati potrebbe essere possibile, valutando semplici parametri chimico-fisici di una dispersione polimerica (quali bagnabilità o viscosità), ricavarne altri, spesso più complessi da misurare al fine di orientare il formulatore nella scelta di un veicolo.
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Polimero
Concentrazioni
(% p/p)
HEC 1,90% 2,00% 2,05% 2,10% 2,30% 2,50% PAA 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,55% 0,80% CMC HF 1,20% 1,25% 1,30% 1,50% 2,00% CMC LF 7,00% 8,00% 8,05% 8,10% 8,50% 9,00% PEO 1,80% 1,90% 2,00% 2,10% 2,20%POLIMERO Concentrazione % p/p Viscosità Pa∙s Lavoro di Adesione erg/cm2 Angolo di Contatto º
HEC
PM= 1,000,000 1,90 2,00 2,05 2,10 2,30 2,50 4,550 5,728 6,339 6,745 8,872 12,560 353,35±33,35 416,63±25,79 562,04±39,10 410,95±15,51 425,59±28,90 374,71±15,80 37,75±0,28 39,13±0,23 40,47±0,26 41,97±0,26 45,05±0,28 51,54±0,33PAA
PM= 4,000,000,000 0,30 0,40 0,50 0,55 0,60 0,80 3,589 4,977 5,623 5,943 7,980 10,544 405,96±37,23 522,71±43,54 470,84±20,98 328,94±25,77 – 361,30±24,36 – 31,35±0,29 32,18±0,22 33,37±0,27 35,89±0,24 41,06±0,18CMC HF
1,20 1,25 1,30 1,50 2,00 5,383 6,310 6,966 8,790 13,900 395,68±14,51 503,60±22,33 441,07±12,37 378,61±9,65 353,92±28,39 29,63±0,17 30,57±0,17 33,04±0,19 35,68±0,20 40,48±0,44CMC LF
PM=90,000 7,00 8,00 8,05 8,10 8,50 9,00 3,177 5,309 6,516 7,129 9,354 12,794 507,27±34,96 515,92±20,15 572,77±28,92 519,59±24,11 486,52±39,04 473,45±25,86 33,72±0,20 37,87±0,14 38,49±0,16 39,09±0,27 40,86±0,20 42,60±0,11PEO
PM=4,000,000 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 4,943 5,333 6,166 7,211 7,464 475,02±35,50 468,11±21,91 427,79±12,13 438,16±22,65 433,98±20,66 34,36±0,18 35,52±0,14 36,90±0,12 39,16±0,12 40,68±0,27
Figura 30. Immagini delle misure di angolo di contatto di alcune dispersioni polimeriche studiate.