Kauno technologijos universitetas Cheminės technologijos fakultetas
Lietuvos sveikatos mokslų universitetas Farmacijos fakultetas
Metilceliuliozinių plėvelių su lidokaino hidrochloridu sudėties
modeliavimas, optimizavimas ir biofarmacinis vertinimas
Baigiamasis magistro projektas
Milda Litvinaitė Projekto autorė
Lekt. dr. Modestas Žilius Vadovas
Kauno technologijos universitetas Cheminės technologijos fakultetas
Lietuvos sveikatos mokslų universitetas Farmacijos fakultetas
Metilceliuliozinių plėvelių su lidokaino hidrochloridu sudėties
modeliavimas, optimizavimas ir biofarmacinis vertinimas
Baigiamasis magistro projektas
Medicininė chemija (6281CX001)
Milda Litvinaitė Projekto autorė
Lekt. dr. Modestas Žilius Vadovas
Prof. Vitalis Briedis Recenzentas
Kauno technologijos universitetas Cheminės technologijos fakultetas
Lietuvos sveikatos mokslų universitetas Farmacijos fakultetas
Milda Litvinaitė
Metilceliuliozinių plėvelių su lidokaino hidrochloridu sudėties
modeliavimas, optimizavimas ir biofarmacinis vertinimas
Akademinio sąžiningumo deklaracija
Patvirtinu, kad mano, Mildos Litvinaitės, baigiamasis projektas tema „Metilceliuliozinių plėvelių su lidokaino hidrochloridu sudėties modeliavimas, optimizavimas ir biofarmacinis vertinimas“ yra parašytas visiškai savarankiškai ir visi pateikti duomenys ar tyrimų rezultatai yra teisingi ir gauti sąžiningai. Šiame darbe nei viena dalis nėra plagijuota nuo jokių spausdintinių ar internetinių šaltinių, visos kitų šaltinių tiesioginės ir netiesioginės citatos nurodytos literatūros nuorodose. Įstatymų nenumatytų piniginių sumų už šį darbą niekam nesu mokėjęs.
Aš suprantu, kad išaiškėjus nesąžiningumo faktui, man bus taikomos nuobaudos, remiantis Kauno technologijos universitete galiojančia tvarka.
Litvinaitė, Milda. „Metilceliuliozinių plėvelių su lidokaino hidrochloridu sudėties modeliavimas, optimizavimas ir biofarmacinis vertinimas“. Baigiamasis magistro projektas / vadovas Lekt. dr. Modestas Žilius; Kauno technologijos universitetas, Cheminės technologijos fakultetas; Lietuvos sveikatos mokslų universitetas, Farmacijos fakultetas.
Studijų kryptis ir sritis (studijų krypčių grupė): chemija, fiziniai mokslai. Reikšminiai žodžiai: polimerinės plėvelės, metilceliuliozė, optimizavimas Kaunas, 2019. 48 p.
Santrauka
Darbo tikslas: pagaminti kokybės reikalavimus atitinkančias metilceliuliozines plėveles su lidokaino hidrochloridu ir įvertinti šios medžiagos atpalaidavimą in vitro ir skvarbą į odą ex vivo. Darbo uždaviniai: optimizuoti metilceliuliozinės plėvelės sudėtį pagal pasirinktus kokybinius rodiklius; įvertinti skirtingų plastifikatorių įtaką šių plėvelių su lidokaino hidrochloridu kokybiniams rodikliams; įvertinti lidokaino hidrochlorido atpalaidavimą in vitro iš atsirinktos metilceliuliozinės plėvelės; įvertinti lidokaino hidrochlorido skvarbą į žmogaus odą ex vivo iš atsirinktos metilceliuliozinės plėvelės.
Metodai: Eksperimentinis planavimas ir plėvelių sudėties optimizavimas; eksperimentinių polimerinių plėvelių gamyba; fizikinių–cheminių savybių vertinimas (pH vertinimas, masės vienodumo, tirpimo trukmės, drėgmės kiekio ir sugerties bei lipnumo nustatymai); lidokaino hidrochlorido pasiskirstymo vienodumas plėvelėse; ultra efektyviosios skysčių chromatografijos metodas plėvelių mėginių analizei; lidokaino hidrochlorido atpalaidavimas in vitro; lidokaino hidrochlorido skvarbos į odą ex vivo tyrimas; statistinis duomenų vertinimas.
Rezultatai: optimaliausios sudėties plėvelės buvo sudarytos iš 1 – 1,2 proc. metilceliuliozės ir 6,2 – 6,8 proc. polietilenglikolio 400. Šių plėvelių pH vyravo nuo 5,65 – 5,80, drėgmės kiekis buvo ribose nuo 7,41 iki 9,32 proc., o lipnumas buvo nuo -285,47 iki -438,17. Į optimalių plėvelių sudėtį pridėjus plastifikatorių nustatyta, kad didžiausią įtaką kokybiniams rodikliams darė glicerolis. Nustatyta, kad plėvelės, kuriose glicerolio kiekis buvo 6,8 proc., drėgmės kiekis buvo 5,81 proc., lipnumas buvo didžiausias (-779,90 g), o pH buvo – 5,81. Tai pat nustatyta, kad šios plėvelės ištirpo greičiausiai – per 13,49 min. Į šias plėveles įterptas lidokaino hidrochloridas (1 mg/1,77 cm²) ir atlikti in vitro atpalaidavimo ir ex vivo skvarbos į odą tyrimai. Nustatyta, kad po 1 val iš metilceliuliozinės plėvelės atpalaiduotas vaisto kiekis – 2298, 36 µg/cm². Ex vivo skvarbos tyrimų rezultatai parodė, kad į dermą po 24 val prasiskverbė 37,51 µg/cm² – 4,2 kartus didesnis kiekis nei epidermyje.
Išvados: Optimizavimo modelis buvo tinkamas, todėl juo remiantis pagamintos trijų skirtingų sudėčių optimalios plėvelės su polietilenglikoliu 400. Nustatyta, kad visi plastifkatoriai daro įtaką plėvelių kokybiniams rodikliams. Plėvelės su plastifikatorium gliceroliu pasižymi tinkamu lipnumu, pakankamai greitu tirpumu ir yra tinkamo pH. Metilceliuliozinės plėvelėlės su plastifikatoriumi gliceroliu parodė greitą lidokaino hidrochlorido atpalaidavimą in vitro. Plėvelės su metilceliulioze ir plastifikatoriumi gliceroliu yra tinkamas nešiklis efektyviai tiekti lidokaino hidrochloridą. Pagal ex
vivo skvarbos rezultatus plėvelė su metilceliulioze ir gliceroliu yra tinkamas nešiklis efektyviai tiekti
Litvinaitė, Milda. Modeling, Optimization and Biopharmaceutical Assessment of Methylcellulose Films Containing Lidocaine Hydrochloride. Master's Final Degree Project / supervisor Lect. dr. Modestas Žilius; Faculty of Chemical Technology, Kaunas University of Technology; Faculty of Pharmacy, Lithuanian University of Health Sciences.
Study field and area (study field group): Chemistry, Physical Sciences. Keywords: polymer films, methylcellulose, optimization
Kaunas, 2019. 48 pages.
Summary
The aim of work: to prepare quality-compliant methylcellulose films with lidocaine hydrochloride and evaluate in vitro release and ex vivo penetration of this drug.
Main tasks: to optimize composition of methylcellulose films based on the selected qualitative parameters; evaluate influence of different plasticizers on films with lidocaine hydrochloride qualitative parameters.; to evaluate in vitro release of lidocaine hydrochloride from the selected methylcellulose film; to evaluate ex vivo penetration of lidocaine hydrochloride through human skin from the selected methylcellulose film.
Methods: experimental planning and film composition optimization; production of experimental polymer films; evaluation of physico-chemical properties (pH, uniformity of mass, rate of dissolution); uniformity of lidocaine hydrochloride in films; ultra-high performance liquid chromatography method for film sample analysis; in vitro release of lidocaine hydrochloride; ex vivo study of the skin penetration of lidocaine hydrochloride; statistical data evaluation.
Results: optimal composition films were formulated of 1 – 1,2 percent methylcellulose and of 6,2 – 6.8 percent polyethylene glycol 400. The pH of these films was from 5.65 to 5,80, the moisture content ranged from 7.41 to 9.32 percent, and the cohesiveness ranged from -285.47 to -438.17 g. The addition of plasticizers to the composition of optimal films showed that glycerol had the greatest impact on qualitative parameters. It was found that films with glycerol content of 6.8 percent had a moisture content of 5.81 percent, a high cohesiveness (-779.90 g) and a pH of 5.81. It was also found that these films dissolved very fast – in 13.49 min. Lidocaine hydrochloride (1 mg / 1.77 cm²) was loaded into these films and in vitro release and ex vivo skin penetration studies were performed. It was found that after 1 hour the amount of drug released from methylcellulose film was 2298.36 µg/cm². Ex vivo penetration studies showed that the amount of drug penetrated through skin was 37.51 µg / cm² after 24 hours – 4.2 times higher than the amount in the epidermis.
Conclusions: Model of optimization was suitable and based on this model three different optimal film compositions with polyethylene glycol 400 were produced. It has been found that all plasticizers influence the qualitative parameters of films. Polymer films with glycerol as plasticizer have appropriate cohesiveness, the rate of solulability is fast enough and pH of films is appropriate. Methylcellulose films with plasticizer glycerol showed rapid in vitro release of lidocaine hydrochloride. Films with methylcellulose and glycerol are a suitable carrier to effectively supply lidocaine hydrochloride. According to ex vivo permeation rate results, a film with methylcellulose and glycerol is a suitable carrier to effectively deliver lidocaine hydrochloride to human skin.
Turinys
Santrumpų ir terminų sąrašas ... 7
Įvadas ... 8
1. Literatūros apžvalga ... 9
1.1. Polimerinių plėvelių chrakteristika ... 9
1.2. Polimerinių plėvelių pritaikymo galimybės... 9
1.3. Polimerinių plėvelių sudėtis ... 10
1.3.1. Polimerai ... 10
1.3.2. Plastifikatoriai ... 12
1.3.3. Kitos pagalbinės medžiagos... 13
1.4. Lidokaino hidrochlorido veikimo mechanizmas ir pritaikymas medicinoje ... 14
1.5. Kokybiniai ir biofarmaciniai plėvelių tyrimo metodai ... 15
1.6. Literatūros apžvalgos apibendrinimas ... 17
2. Medžiagos ir tyrimų metodai ... 19
2.1. Tyrimo medžiagos ... 19
2.2. Tyrimo įranga... 19
2.3. Tyrime naudoti metodai ... 20
2.3.1. Eksperimentinis planavimas ir plėvelių sudėties optimizavimas ... 20
2.3.2. Plėvelių formulavimas ... 20
2.3.3. Plėvelių fizikocheminiai tyrimai ... 20
2.3.4. Ultra efektyviosios skysčių chromatografijos metodas plėvelių mėginių analizei ... 21
2.3.5. Lidokaino hidrochlorido atpalaidavimas in vitro ... 21
2.3.6. Lidokaino hidrochlorido skvarbos į odą ex vivo tyrimas ... 22
2.3.7. Statistinis duomenų vertinimas ... 22
3. Tyrimų rezultatai ir jų aptarimas ... 23
3.1. Eksperimentinis metilceliuliozinių plėvelių sudėties planavimas ... 23
3.1.1. Eksperimentinių metilceliuliozinių plėvelių fizikocheminių savybių įvertinimas ... 23
3.2. Plastifikatoriaus įtakos metilceliuliozinių plėvelių kokybiniams rodikliams vertinimas ... 26
3.2.1. Plėvelių su skirtingais plastifikatoriais fizikocheminių savybių vertinimas... 27
3.3. Lidokaino hidrochlorido įterpimas į optimalios sudėties plėvelę ... 31
3.3.1. Plėvelių su lidokaino hidrochloridu fizikocheminių savybių įvertinimas ... 32
3.4. Metilceliuliozinės plėvelės su gliceroliu fizikocheminių rodiklių įvertinimas... 36
3.4.1. Metilceliuliozinių plėvelelių su lidokaino hidrochloridu atpalaidavimas in vitro ... 39
3.4.2. Metilceliuliozinių plėvelelių su lidokaino hidrochloridu skvarbos į odą ex vivo tyrimas ... 39
Išvados ... 41
Santrumpų ir terminų sąrašas Santrumpos:
PEG 400 – polietilenglikolis 400 GLY – glicerolis
PG – propilenglikolis
Įvadas
Lidokaino hidrochloridas yra vienas iš plačiausiai chirurginėse procedūrose naudojamų anestetikų [1]. Yra įvairių vaisto formų su šia vaistine medžiaga : geliai, tepalai, pleistrai, injekcijos [2]. Vietinis gydymas šiuo vaistu paprastai taikomas burnos ligoms, tačiau įprastos formos kaip geliai ir emulsijos nėra itin efektyvios burnos ertmėje dėl seilių sekrecijos, rijimo ir kitų veiksnių. Dėl to, vaisto formos, kurios negali prilipti prie burnos paviršių yra veiksmingos tik ribotą laiką po vartojimo. Burnos gleivinėje lipnios plėvelės galėtų pagerinti vaisto veikimo laiką ir efektyvumą [1].
Plėvelės – farmacinė vaisto forma, kuri gali būti taikoma oraliam, bukaliniam ir oftalminiam vartojimui [3]. Tokios formos dėl savo lankstumo, mažo dydžio, storio bei puikaus prisitaikymo prie gleivinės yra tinkamesnės pacientams nei įprastos vaisto formos. Ypatingai plėvelės patogios vartoti vaikams ir vyresnio amžiaus žmonėms [4].
Celiuliozės eteriai, kurie ilgą laiką naudojami farmacijos pramonėje puikiai tinka polimerinių plėvelių gamybai, kadangi nėra toksiški, gali būti valgomi bei pasižymi biologiniu suderinamumu [5,6]. Visi šie celiuliozės dariniai gali formuoti biopolimerines plėveles, kurios pasižymi vidutiniu mechaniniu stiprumu, lankstumu, yra permatomos, bespalvės, beskonės, bekvapės, tirpsta vandenyje [7]. Metilceliuliozė – nebrangus, valgomas ir vandenyje skaidrus klampus polimeras, pasižymintis plėveles formuojančiomis unikaliomis savybėmis dėl kurių yra naudojamas farmacijoje ir maisto pramonėje [8]. Nors metilceliuliozė yra plačiai naudojama maisto produktų pakavimo ir farmacijos pramonėje, vis dar yra nedaug tyrimų apie plastifikatorių poveikį MC pagrindu pagamintoms plėvelėms [9].
Esminis medicininių plėvelių privalumas yra galimybė keisti polimero tipą ir taip valdyti vaisto atpalaidaivimą. Tokios plėvelės, dedamos ant burnos gleivinės, gali lėtai anestezuoti vaistą ir suteikti ilgą vietinę anesteziją. Naudojant įvairius metodus galima pakeisti fizines ir chemines polimero matricos savybes ir atitinkamai vaisto atpalaidavimą [10].
Tikslas – pagaminti kokybės reikalavimus atitinkančias metilceliuliozines plėveles su lidokaino hidrochloridu ir įvertinti šios medžiagos atpalaidavimą in vitro ir skvarbą į odą ex vivo.
Uždaviniai :
1. optimizuoti metilceliuliozinės plėvelės sudėtį pagal pasirinktus kokybinius rodiklius; 2. įvertinti skirtingų plastifikatorių įtaką šių plėvelių su lidokaino hidrochloridu kokybiniams
rodikliams;
3. įvertinti lidokaino hidrochlorido atpalaidavimą in vitro iš atsirinktos metilceliuliozinės plėvelės;
4. įvertinti lidokaino hidrochlorido skvarbą į žmogaus odą ex vivo iš atsirinktos metilceliuliozinės plėvelės.
1. Literatūros apžvalga
1.1. Polimerinių plėvelių chrakteristika
Polimerinės plėvelės apibūdinamos kaip plonas ir lankstus polimero sluoksnis su plastifikatorium ar be jo. Jos atitinka daug reikalavimų, kad būtų naudojamos kaip vaistų atpalaidavimo sistema [11]. Tai itin plonos plėvelės, kurių gamybai dažniausiai naudojami hidrofiliniai, greit burnos ertmėje tirpstantys, polimerai. Šios vaisto tiekimo formos uždedamos ant liežuvio ar kitos vietos burnos gleivinėje, iškart sudrėkinamos seilėmis, plėvelė hidratuoja ir prilimpa prie vartojimo vietos. Tada ji greit suyra ir ištirpsta, o jų sudėtyje esanti veiklioji medžiaga atpalaiduojama [12]. Plėvelės su įvairiomis vaistinėmis medžiagomis ar be jų, gali būti naudojama kaip farmacinė dozavimo forma oraliam, bukaliniam ir oftalminiam vartojimui [3].
Pagrindiniai plėvelių gamybos būdai – liejimas ir ekstruzija. Ekstruzijos būdu gaminant plėveles vaistas ir kitos medžiagos išmaišomos ir šis mišinys patenka į ekstruderį. Mišinys patekęs į ekstruderį išlydomas dėl įrenginyje esančių šildytuvų. Galiausiai lidinys per ekstruderio angą išliejamas į tam tikras formas, kuriose susiformuoja plėvelė. Šis metodas turi kelis privalumus – gamybai reikia mažiau etapų, medžiagos pasiskirto tolygiau, nereikalingas tirpiklis [13 – 15]. Vis dėl to, plėvelėms gaminti plačiausiai taikomas liejimo metodas. Tai santykinai paprastas būdas, kuriam nereikalinga brangi įranga ar dideli kaštai. Plėvelių gamyba liejimo būdu susideda iš šių etapų:
– visos reikalingos medžiagos (įskaitant ir vaistą) ištirpinamos vandenyje ar kitame tirpiklyje; – pašalinami susidarę burbuliukai (deaeracija);
– atitinkamas pagaminto tirpalo kiekis išliejamas į formą; – tirpalas džiovinamas, kol susiformuoja plėvelė;
– pagaminta plėvelės supjaustoma į mažesnio dydžio gabaliukus [13 – 17].
Batyrbekov‘a su kolegomis polivinilo alkoholio plėveles su lidokainu gamino tirpalo liejimo būdu ir gavo plėvelę, kuri buvo plona, elastinga ir skaidri [18]. Kita mokslininkų grupė ekstruzijos metodu sėkmingai pagamino plėveles iš hidroksipropilceliuliozės ir hidroksipropilmetilceliuliozės, kurios pasižymėjo itin greitu lidokaino atpalaidavimu. Tokios plėvelės galėtų būti vartojamos vietiniam poveikiui suteikti, pavyzdžiui, burnos audinių anestezijai [19]. Vieno eksperimentinio tyrimo metu nustatyta, kad tirpalo liejimo būdu pagamintų plėvelių, lidokaino atpalaidavimo ir skvarbos (žiurkėnų burnos gleivinėje) greitis buvo didesnis nei iš plėvelių, pagamintų ekstruzijos būdu [20].
1.2.Polimerinių plėvelių pritaikymo galimybės
Polimerinės plėvelės turi platų panaudojimo spektrą farmacijoje, maisto pramonėje, kosmetikoje ir biomedicinoje. Farmacijos srityje vartojamos polimerinės plėvelės išrastos kaip alternatyva kietoms vaisto formoms. Jos pasižymi efektyviu vaisto atpalaidavimu ir yra patogesnės vartoti pacientų atžvilgiu [21]. Tokios medicininės plėvelės yra puiki vaisto forma, ypač konkrečioms pacientų grupėms, pavyzdžiui, geriatriniams ar pediatriniams pacientams. Plėvelės gali būti lengvai vartojamos be vandens, nereikia jų nuryti, nes jos greitai ištirpsta burnoje ir išsiskiria veiklioji medžiaga. Kadangi gleivinė turi gerą kraujo tiekimą, ji vaistams suteikia greitą absorbciją ir greitą biologinį prieinamumą [11, 12, 22].
Dėl savo mažo dydžio plėvelės tinkamesnės pacientams nei tabletės. Kadangi plėvelės gali būti pritvirtinamos prie burnos gleivinės, jos gali būti skiriamos sisteminiam ar lokaliam veikimui.
Mokslinėje literatūroje dažniausiai minimos plėvelės skirtos burnos audiniams gydyti. Tokios paskirties plėvelės gali būti bukalinės arba disperguojamosios. Pagrindiniai skirtumai tarp burnoje disperguojamų ir bukalinių plėvelių yra vartojimas: disperguojamoji plėvelė patekus į burną greitai suskaidoma, o bukalinė plėvelė turi būti dedama ant gleivinės ir gali ištirpti arba paliekama ilgesniam laikui, o vėliau pašalinama [19]. Dauguma gleivinės plėvelių buvo suformuluotos siekiant atpalaiduoti vaistą lokaliai, siekiant gydyti periodontines ligas, aftines opas, stomatitą, grybelines infekcijas burnos ertmėje, pavyzdžiui, burnos kandidozę ar tiesiog taikant analgeziją [23, 24].
Įprastos vaisto formos lokaliam poveikiui suteikti yra tepalai, geliai, bukalinės tabletės ir pastilės. Tačiau šių formų vartojimas padidina riziką, kad didelis vaisto kiekis nebus absorbuotas ir nepasiskirstys į tikslinius audinius, nes tabletė ar pastilė gali būti nuryjama. Be to, šios vaistinės formos veikia trumpą laiką. Todėl pageidautina išplėtoti alternatyvią vaisto formą, kuri išliktų burnos ertmėje ir kontaktuotų su gleivine ir taip ilgesnį laiką vaistas būtų atpalaiduojamas. Be to, burnos audinių analgezijai būtų naudingas ne tik pailgintas veikimas, bet ir staigus pirminis vaisto atpalaidavimas, kad būtų pasiekiamas tinkamas terapinis efektas ir greitas skausmo numalšinimas [19, 24, 25].
Plėvelės pasižymi gebėjimu pagerinti vaisto veikimo greitį, sumažinti dozių dažnumą ir pagerinti vaisto veiksmingumą. Taip pat plėvelės gali būti naudingos norint sumažinti šalutinius efektus ir greitą vaisto skilimą, kurį sukelia proteolitiniai fermentai [11].
1.3. Polimerinių plėvelių sudėtis 1.3.1. Polimerai
Polimerai apibūdinami kaip makromolekulės, sudarytos iš kartotinių monomerų struktūrinių vienetų, sujungtų kovalentinėmis cheminėmis jungtimis. Jie skirstomi į sintetinius ir natūralius [7, 23]. Naudojami polimerai turi būti netoksiški, nedirginantys ir jų sudėtyje neturėtų būti įvairių priemaišų. Plėvelių gamyboje naudojami tiek natūralūs, tiek sintetiniai polimerai. Populiarūs polimerai plėvelėms formuluoti [11, 12, 14] :
• naturalūs – pululanas, krakmolas, pektinas, natrio alginatas, chitozanas ir kt;
• sintetiniai – polietileno oksidas, hidroksipropilmetilceliuliozė, natrio karboksimetilceliuliozė, polivinil-pirolidinas, polivinil-alkoholis, hidroksimetilceliuliozė, hidroksipropilceliuliozė, polietileno oksidas, hidroksietilceliuliozė.
Norint gauti norimas plėvelės savybes, gali būti naudojamas vienas ar keli polimerai. Dažniausiai naudojami vandenyje tirpūs polimerai, nes jie užtikrina spartų irimą bei geras mechanines savybes [13, 22]. Norint gauti geresnes savybes į plėvelių sudėtį gali būti įtraukiami daugiau nei vienas polimeras. Pavyzdžiui, viename moksliniame straipsnyje minimas būdas, kai plėvelės su citalopramo hidrobromidu gaminamos naudojant maišant įvairius polimerus. Viena iš tokių plėvelių, gauta sumaišius hidroksipropilmetilceliuliozę su okra polimeru, pasižymėjo lankstumu, mechaniniu tvirtumu bei greitu suirimo laiku [26].
Polimero koncentracija ir tipas lemia plėvelės mechanines savybes, nuo polimero pasirinkimo priklauso kaip atrodys suformuota plėvelė ir kaip ji gebės atpalaiduoti vaistą [16, 27, 28]. Be to, nuo polimero tipo ir kiekio priklauso ir plėvelės plėvelės tvirtumas, o didinant pagrindinio plėvelę sudarančio polimero molekulinę masę pailgėja irimo laikas [13]. Vaisto atpalaidavimas iš polimerinės
matricos priklauso ne tik nuo nuo vaisto bet ir polimero rūšies bei koncentracijos. Taigi norint pasiekti norimą vaisto atpalaidavimą labai svarbu pasirinkti tinkamą polimerą [27].
Gaminant plėveles svarbu parinkti ne tik tinkamą polimero tipą, bet ir jo koncentraciją. Jei koncentracija per žema susiformuoja silpna plėvelė, tačiau per didelis polimero kiekis gali sulėtinti vaisto atpalaidavimą. Maišant hidrofobinius ir hidrofilinius polimerus dėl hidratacijos susiformuoja poros. Tai gali būti pritaikoma ir formuluojant vietines polimerines plėveles, nes galima pasiekti platų atpalaidavimo spektrą ir kitokį atpalaidavimo mechanizmą. Tačiau tai gali būti sunku įgyvendinti, nes polimerinių mišinių sistemos yra sudėtingesnės ir plastifikatoriaus pasiskirstymas tarp polimerų gali būti neveiksmingas [28].
Celiuliozės eteriai, hidrofiliniai polimerai gauti iš celiuliozės, jau seniai naudojami farmacijos pramonėje. Be to, jie pasižymi atitinkamomis biologinėmis savybėmis, kurios leidžia jas pritaikyti biomedicinos reikmėms [5, 29]. Plačiausiai naudojami celuliozės eteriai yra metilceliuliozė, hidroksipropilceliuliozė, hidrokspropilmetilceliuliozė, karboksimetileliuliozė. Visi šie celiuliozės dariniai gali formuoti biopolimerines plėveles, kurios pasižymi vidutiniu stiprumu, yra atsparios, lanksčios, permatomos, bespalvės, beskonės, bekvapės ir tirpsta vandenyje [7, 30]. Celiuliozės eteriai gali būti panaudojami įvairių produktų gamyboje. Eteriai vienas nuo kito skiriasi pakaitų tipu ir kiekiu, molekuline mase (klampumu) ir dalelių dydžiu. Burnos plėvelėms paprastai naudojami tirpūs celiuliozės eteriai - hidroksipropilmetilceliuliozė, hidroksietileliuliozė, natrio karboksimetilceliuliozė ir metilceliuliozė [31, 32]:
Hidroksipropilmetilceliuliozė gerai brinksta ir formuoja klampius tirpalus daugelyje tirpiklių – vandenyje, acetone, etanolyje, izopropilalkoholyje bei vandens/etanolio mišinyje (50/50) [20]. Hidroksilpropilmetilceliuliozė yra vienas iš plačiausiai naudojamų celiuliozės darinių maisto, farmacijos, tekstilės ir daugelyje kitų sričių. Jis turi gerą plėvelės formavimo gebą, puikų biologinį suderinamumą ir biologinį skaidomumą, pasižymi vidutinėm mukoadhezinėm savybėm [11, 23, 33]. Hidroksietilceliuliozė – nejoninis polimeras. Būdingos brinkimo savybės ir greitas irimas. Nepasižymi gerom mukoadhezinėm savybėm, tačiau jos gali būti pagerinamos pridėjus natrio karboksimetilceliuliozės [11, 33].
Natrio karboksimetilceliuliozė tirpsta vandenyje ir pasižymi puikiomis plėvelių formavimo savybėmis. Naudojant šį polimerą galima sukurti labai skaidrias ir lanksčias bei biologiškai skaidžias plėveles su priimtinomis mechaninėmis savybėmis. Natrio karboksimetilceliuliozė pasižymi gerom adhezinėm savybėmis, tačiau šį polimerą naudojant dideliais kiekiais suprastėja plėvelės mechaninės savybės [11, 33, 34].
Metilceliuliozė – nebrangus, vandenyje skaidrus klampus polimeras. Jis pasižymi plėveles formuojančiomis unikaliomis savybėmis dėl kurių naudojamas farmacijoje ir maisto pramonėje [8, 35]. Lyginant metilceliuliozę su celiuliozės dariniais ji yra daugiau atspari vandeniui ir yra mažiausiai hidrofiliška [30].
1 pav. Metilceliuliozės cheminė struktūra [32]
Metilceliuliozės cheminė struktūra vaizduojama 1 paveiksle. Šis polimeras yra svarbus cheminis darinys, gaunamas iš celiuliozės, savo struktūroje turintis hidrofilinių -OH ir hidrofobinių -OCH3 grupių [30, 36]. Ilgos grandinės celiuliozėje maždaug 27 – 32 proc. hidroksilo grupių yra metileterio formoje [30, 37]. Metilceliuliozė labai gerai tirpsta vandenyje bei vandens:etanolio mišinyje (50:50), tirpsta chloroforme, o etanolyje brinksta ir susidaro nuosėdos [22, 27]. Gryna forma – tai hidrofiliniai balti milteliai, tirpstantys šaltame vandenyje ir formuojantys skaidrų klampų, koloidinį tirpalą [22, 36]. Pagrindinis veiksnys, lemiantis metilceliuliozės tirpumą vandenyje yra pakeitimo laipsnis. Kai šis laipsnis yra tarp 1,3 ir 2,5 metilceliuliozė tirpsta vandenyje, kai pakeitimo laipsnis >2,5 metilceliuliozė tirpsta organiniuose tirpikliuose [31]. Daugybė vandenilinių jungčių tarp metilceliuliozės grandinių prisideda prie metilceliuliozės-metilceliuliozės tarpusavio sąveikos, dėl kurios susidaro trapios, standžios ir kietos plėvelės. Trapumas yra būdingas biopolimerų sudėtingai šakotai struktūrai. Taigi, norint pagerinti metilceliuliozės plėvelių apdorojimo savybes, reikia tinkamo plastifikatoriaus, kuris sumažintų polimerinių grandinių nelankstumą [15, 32] Remiantis moksliniais šaltiniais metilceliuliozinės plėvelės yra sukurtos su šiais plastifikatoriais: GLY [20,35,38], PEG 400, PEG 1450 [39], sorbitoliu [8].
Gaminant metilceliuliozines plėveles labai svarbu pasirinkti tinkamą šio polimero kiekį, kuris gali nulemti plėvelių kokybę. Mokslininkai siekdami išsiaiškinti optimaliausią metilceliuliozės kiekį, pagamino plėveles su 1,5, 3, 4, 5 ir 6 g metilceliuliozės/100 ml tirpiklio. Šiame tyrime nustatyta, kad didėjant metilceliuliozės koncentracijai, didėja tirpalo klampumas ir metilceliuliozė ištirpsta nevisiškai, o pagamintos plėvelės pasižymi prastomis mechaninėmis savybėmis. Taip pat mokslininkai išsiaiškino, kad plėvelės su 1,5 g metilceliuliozės buvo prastos kokybės. Plėvelės, kuriose buvo 3 g metilceliuliozės, pasižymėjo geriausiomis mechaninėmis savybėmis [39]. Kanados mokslininkų grupė į polimerinių plėvelių su polikaprolaktonu, polisorbatu 80, augaliniu aliejumi ir gliceroliu sudėtį įdėjo 1 proc. metilceliuliozės [37].
1.3.2. Plastifikatoriai
Plastifikatorius apibūdinamas kaip medžiaga, kuri įterpiama į kitą medžiagą (paprastai į elastomerą ar plastiką ) siekant pagerinti jos lankstumą, tinkamumą naudoti ar atsparumą [14, 40]. Plastifikatoriai yra labai svarbūs gaminant plėveles, nes be jų plėvelės yra kietos, trapios [29].
Naudojant plastifikatorius polimeras tampa minkštesnis, jo grandinė pasidaro lankstesnė, palaikomas vientisumas, išvengiama porų ir įtrūkimų susidarymo [40]. Plastifikatorius palengvina polimerinių dalelių susiliejimą, todėl susidaro tvirtesnė ir tankesnė plėvelė. Be to, plastifikatoriaus ir polimero suderinamumas taip pat gali turėti didelį poveikį vaisto atpalaidavimui [5, 17, 28, 29]. Mokslininkai, tyrinėdami plastifikatorių (obuolių rūgšties ir sorbitolio) įtaką plėvelių mechaninėms ir fizkocheminėms savybėms, nustatė, kad metilceliuliozinės plėvelės su sorbitoliu buvo termiškai atsparesnės, pasižymėjo geresnėm mechaninėm savybėm ir didesne drėgmės sugertimi lyginant su plėvelėm, kurių sudėtyje plastifikatorius buvo obuolių rūgštis [9].
Plastifikatoriai skiriami į tirpius ir netirpius vandenyje. Plastifikatoriaus tipas stipriai veikia plėvelių formavimąsi. Hidrofiliniai plastifikatoriai pridėjus jų didelėmis koncentracijomis gali nulemti padidėjusią vandens difuziją polimere. Hidrofobiniai – gali uždaryti mikrotuštumas plėvelėse ir vandens sugertis sumažėja [40].
Organiniai esteriai, fosfato esteriai, riebalų rūgščių esteriai ir glikolio dariniai yra dažniausiai naudojami plastifikatoriai [11, 41]. Plačiai naudojami plastifikatoriai yra glicerolis, polietilenglikolis, sorbitolis, dibutilo ftalatas, propilenglikolis, trietilcitratas [11, 13]. Efektyviausi plastifikatoriai turi struktūrinius požymius, panašius į polimerą, į kurį jie yra įtraukti [28]. Plastifikatoriaus koncentracija itin svarbi plėvelių savybėm, tačiau per dideli plastifikatoriaus kiekiai gali pakenkti plėvelių lipnumui, nes susidaro per didelė hidratacija. Pavyzdžiui, glicerolis įsiterpia tarp kiekvienos polimero skaidulos ir suardo polimero-polimero sąveiką [11]. Polietileno glikolis yra efektyvus plastifikatorius gaminant metilceliuliozines plėveles [35].
Plastifikatorius pagerina mechanines savybes, pavyzdžiui, tempimo stiprumą ir pailgėjimą. Be to, naudojant plastifikatorių sumažėja plėvelės trapumas bei padidėja lankstumas. Plastifikatoriaus pasirinkimas priklauso nuo naudojamo tirpiklio tipo ir jo suderinamumo su polimeru [13]. Mokslininkai nustatė, kad plastifikatoriaus kiekis ir tipas, temperatūra, santykinė drėgmė veikia vaisto atpalaidavimą, drėgmės sugertį ir mechanines savybes, kai plėvelės formuojamos iš vandeninių dispersijų [42].
1.3.3. Kitos pagalbinės medžiagos
Į plėvelių sudėtį be polimero ir plastifikatoriaus taip pat galima įterpti paviršiaus aktyvias medžiagas, kurios sumažina tirpalo paviršiaus įtempį, pagerina drėgnumą ir adhezines savybes [40]. Šios medžiagos paprastai naudojamos tirpumui gerinti, todėl kai jų yra sudėtyje plėvelė tirpsta greičiau. Dažniausiai naudojamos paviršinio aktyvumo medžiagos yra natrio laurilo sulfatas, poloksomeras 407, benzalkonio chloridas, benzatono chloridas, polisorbatas [13-15].
Veikliosios medžiagos skvarbai į odą pagerinti gali būti naudojamos skvarbą gerinančios medžiagos. Vienas iš paprasčiausių pavyzdžių - vanduo. Kai oda tampa hidratuota ji palaipsniui didina pralaidumą. Skvarbą gali didinti ir kitos cheminės medžiagos, pavyzdžiui, paviršinio aktyvumo medžiagos (polisorbatas), riebalų rūgštys (oleino rūgšis), terpenai (eukaliptas) ar tirpikliai (etanolis). Kiti skvarbą didinančios medžiagos yra tulžies druskos, azonas, chitozanas bei jo dariniai ir polimerai, turintys gleivinės adhezijos savybę [13, 15, 43]. Alkoholiai tirpindami odoje esančius lipidų komponentus didiną skvarbą. Tačiau alkoholių naudojimas yra ribojamas dėl fiziologinio nesuderinamumo. Be to, gerai skvarbai pasiekti reikalinga didelė alkoholio koncentracija [44].
Į burnoje tirpstančių plėvelių sudėtį papildomai gali būti pridėta saldiklių, kvapiųjų medžiagų, dažiklių, seilių išskyrimą skatinančių medžiagų. Siekiant užmaskuoti tam tikrų vaistų kartų skonį į plėvelių sudėtį gali būti įtraukti tiek natūralūs (ksilozė, ribozė, manozė), tiek dirbtiniai saldikliai (sacharinas, ciklamatas, aspartamas) [14, 45]. Maloniam kvapui suteikti naudojamos kvapiosios medžiagos, gautos iš aliejų ar oleo dervų, ekstraktų (pavyzdžiui, lapų, vaisių ir gėlių). Taip pat naudojamas eterinis aliejus ar vandenyje tirpūs mentolio ekstraktai, pipirmėčių, saldžiųjų mėtų, cinamono, vaisių esensijos [14, 13, 45].
Spalvai suteikti dažniausiai naudojami natūralūs dažikliai ir natūralūs sulčių koncentratai. Pigmentai, tokie kaip titano dioksidas, silicio dioksidas taip pat naudojamas kaip ryškios dažiosios medžiagos [13, 15]. Seilių išsiskyrimą stimuliuojančių medžiagų paskirtis yra padidinti seilių gamybą ir taip pagreitinti plėvelių tirpimą. Dažnai tam naudojamos citrinų, obuolių, pieno, askorbo ir vyno rūgštys [13, 15, 45]
1.4. Lidokaino hidrochlorido veikimo mechanizmas ir pritaikymas medicinoje
Lidokaino hidrochloridas yra vienas svarbiausų amidinių vietinių anestetikų, vartojamas ant odos ar gleivinės, operacijų metu ir po jų [2, 46]. Lidokaino hidrochloridas (2 pav.) farmakopėjoje apibūdinamas kaip balti ar beveik balti kristaliniai milteliai, labai gerai tirpstantys vandenyje ir lengvai tirpstantys 96 proc. etanolyje. Lidokaino hidrochlorido tirpumas yra 50mg/1ml vandens, o lydymosi temperatūra 75-79°C [47, 48].
2 pav. Lidokaino hidrochlorido cheminė struktūra [49].
Vietinių anestetikų injekcija yra viena iš didžiausių pacientų baimių. Dėl šios priežasties labai svarbu vystyti vaisto formas, kurių veikimui nebūtų reikalinga injekcija [46, 50]. Procedūrinių ar operacinių skausmų valdymui paprastai naudojama vietinė anestezija, kuri apima anestetikų infiltraciją arba vietinį jų vartojimą. Infiltracijos anestezija (injekcija į audinį žaizdoje ir aplink ją) sukelia diskomfortą, gali pabloginti „baimę adatoms“ vaikams ir išdarkyti žaizdos vietą. Dauguma klinikinių tyrimų parodė lygiavertį arba geresnį vietinių analgetikų veiksmingumą lyginant su įprasta lidokaino infiltracija [51].
Lidokaino hidrochlorido vietinės anestezijos veikimo mechanizmas remiasi grįžtamuoju nervinių impulsų plitimo blokavimu. Lidokainas infiltruojamas šalia nervo ir vaistas dėl difuzijos per membranas patenka į nervų ląsteles. Tuomet lidokainas suriša natrio kanalus ir įvyksta depoliarizacija. Nerviniai jutikliai yra užblokuojami, kadangi jie ploni, neturi mielino ir į juos lengva prasiskverbti, todėl nerviniai impulsai negali susidaryti. Lidokaino veikimo pradžia yra greita, o nervų blokada priklausomai nuo dozės, koncentracijos ir paciento būklės, gali tęstis iki 5 valandų [1, 52].
Lidokaino hidrochloridas suteikia vietinį skausmą malšinantį poveikį, bet taip pat pasižymi ir sisteminiu poveikiu kaip antiaritminis vaistas, kai yra suleidžiamas į veną [20, 53].
Maisto ir vaistų administracijos (FDA) duomenimis šiuo metu JAV yra užregistruotos šios vaisto formos, kurių sudėtyje yra veiklioji medžiaga yra lidokaino hidrochloridas: gelis, injekcija, želė, tirpalas [54]. Lietuvoje lidokaino hidrochlorido vaistinės formos yra gelis, kietosios pastilės, injekcinis ar infuzinis tirpalas [55]. Lidokainas patenka į Pasaulio sveikatos organizacijos svarbiausių vaistų sąrašą ir yra laikomas veiksmingu, saugiu ir ekonomiškai efektyviu bet kuriai sveikatos priežiūros sistemai. Vietinio lidokaino veiksmingumas atskirai arba kartu su kitais anestetikais, vartojamiems ūminio žaizdos skausmo gydymui patvirtintas klinikinėje praktikoje. Vienas dažniausių vietinių anestetikų trūkumų yra laikas, reikalingas pasireikšti poveikiui (paprastai 20 – 30 ir iki 60 min priklausomai nuo procedūros). Dėl šios priežasties jie yra tinkamesni kai procedūros nėra skubios. Kitas trūkumas – vietinės injekcijos ar pusiau kietas anestetiko vartojimas yra netvarkinga, nepatogi procedūra. Šiuo metu, jei anestetikas turi būti vartojamas tiesiai į žaizdą nėra jokio kito pasirinkimo nei skystas arba pusiau kietas preparatas. Taigi reikia kurti naujas, sudėtingesnes formas. Plėvelės pasižymi patogiu vartojimu ir pašalinimu. Be to, plėvelių taikymas leidžia tikslesnį veikliųjų medžiagų dozavimą [2, 3].
1.5. Kokybiniai ir biofarmaciniai plėvelių tyrimo metodai
Siekiant įvertinti plėvelių savybes, kokybę atliekami įvairūs nustatymo metodai. Dažniausiai atliekami tyrimai - brinkimo, drėgmės pralaidumo, drėgmės kiekio ir sugerties nustatymai, vaistinės medžiagos atpalaidavimas, storio, masės vienodumo, mechaninių savybių (adhezija, atsparumas tempimui, procentinis prailgėjimas) vertinimas [56-60].
Brinkimo nustatymas yra itin paprastas, bet svarbus tyrimas, kadangi polimerų brinkimas turi įtakos plėvelės bioadhezijai, o brinkimo laipsnis ir greitis yra labai svarbūs rodikliai kontroliuojant vaisto atpalaidavimą [11]. Prieš atliekant tyrimą plėvelės pirmiausiai pasveriamos. Tuomet jos panardinamos į atitinkamą fosfatinį buferį ar distiliuotą vandenį. Nustatytais laiko intervalais vandens plėvelė pasveriama, o procentinis brinkimo laipsnis apskaičiuojamas pagal formulę [27, 56, 57]. Užsienio mokslininkai nustatė, kad polimerai, turintys hidrofilinį pobūdį pasižymi didesniu brinkimu nei hidrofobiniai polimerai. Etilceliuliozinės plėvelės su hialuronu brinkimo laipsnis buvo apie 95%, kai tuo tarpu etilceliuliozinės plėvelės be hialurono brinkimo laipsnis buvo daug mažesnis – 25 proc. [58].
pH nustatymas – dar vienas svarbus plėvelės kokybinis tyrimas. Šį rodiklį svarbu nustatyti, siekiant įvertinti galimus šalutinius poveikius (pavyzdžiui, gleivinės dirginimą), galinčius atsirasti dėl rūgštinio ar šarminio pH [15, 59]. pH nustatymo metu plėvelė panardinama į išgrynintą vandenį ir tam tikram laikui paliekama brinkti. pH vertė pamatuojama pH-metro elektrodą priliečiant prie išbrinkusios plėvelės paviršiaus [15, 26, 45, 60]. Tinkamas pH bukalinėms plėvelėms turėtų būti 7 ± 1,5. Vis dėl to nustatyta, kad plėvelės, kurių pH reikšmės svyravo nuo 4,5 iki 6,5 nesukėlė dirginimo [13]. Įvairių plėvelių pH yra labai skirtingas, kadangi priklauso nuo naudojamo polimero, plastifikatoriaus, įterpto vaisto ar kitų pagalbinių medžiagų. Pavyzdžiui, mokslininkai iš celiuliozės darinių, Carbopol 940, Eudragit RSPO pagamino bukalines plėveles su veikliąja medžiaga karvediloliu ir nustatė, kad jų pH buvo 5,45-6,33 [27]. Kitų mokslininkų pagamintos plėvelės su citalopramu, suformuluotos maišant natūralius ir pusiau sintetinius polimerus, pasižymėjo artimu neutraliam pH (6,46-6,95) [26].
Vandens pralaidumo tyrimas atliekamas su stikliniais buteliukais pripildytais vandens. Prieš atliekant tyrimą iš plėvelių išpjaunami nedidelio dydžio mėginiai ir buteliukai su vandeniu pasveriami. Kiekviena plėvelė sandariai pritvirtinama ant buteliukų viršutinės dalies. Buteliukai su plėvelėmis dedami į klimatinę kamerą ar termostatą, kuriame nustatoma santykinė drėgmė ir temperatūra. Stikliniai buteliukai sveriami svarstyklėmis po 24 valandų ir remiantis formule apskaičiuojama kiek vandens plėvelės praleidžia [61-63]. Plėvelių drėgmės pralaidumas vyrauja nuo 0,000262 iki 0,095 g/cm2 per 24 val. [61 - 65]. Drėgmės pralaidumas ir drėgmės sugertis plėvelėse gali paveikti vaisto atpalaidavimo greitį ir plėvelės sukibimą su epidermiu ar gleivine. Jungtinių Amerikos Valstijų mokslininkai nustatė, kad plastifikatoriaus kiekis ir tipas, temperatūra, santykinė drėgmė veikia vaisto atpalaidavimą, drėgmės sugertį ir mechanines savybes, kai plėvelės formuojamos iš vandeninių dispersijų [42].
Siekiant įvertinti pagamintos polimerinės plėvelės stabilumą atliekami drėgmės kiekio ir sugerties tyrimai. Drėgmės sugertis nustatoma žinomo svorio plėveles laikant klimatinėje kameroje, kur nustatyta santykinė drėgmė ir temperatūra. Po to plėvelės pasveriamos ir drėgmės sugertis apskaičiuojama pagal formulę [9, 43, 66]. Drėgmės kiekis nustatomas pasvertus plėvelės mėginius džiovinant 105 °C temperatūroje. Mėginiai džiovinami eksikatoriuje, kol pasiekiamas pastovus svoris. Drėgmės kiekis apskaičiuojamas remiantis formule. [29, 64, 66, 67] Paprastesnis būdas nustatyti drėgmės kiekį galimas naudojant infraraudonųjų spindulių drėgmės analizatorių [42, 68]. Drėgmės kiekis svyruoja plačiose ribose, 01,27 - 25.11% [64, 66, 69]. Mokslininkai ištyrė drėgmės kiekį ir sugertį hidrometilceliuliozinių plėvelių su diltiazemo hidrochloridu nustatė, drėgmės kiekis svyravo nuo 8,2%, iki 11,34%, o drėgmės absorbcijos vertės nuo 7,65% iki 22,62%. Pastebėta, kad plėvelėse padidėjus hidroksipropilmetilceliuliozės kiekiui drėgmės sugertis sumažėja. Akivaizdu, kad padidėjus hidrofilinei polimero daliai plėvelių drėgmės sugerties gebėjimas sumažėja [69].
Plėvelės storis matuojamas su slankmačiu, elektroniniu sakitmeniniu mikrometru ar pasitelkiant skenuojantį elektronų mikroskopą. Matavimai kiekvienoje plėvelėje atliekami 5 taškuose, duomenys suvedami ir paskaičiuojamas plėvelės storio vidurkis. Šis bandymas suteikia galimybę įvertinti svorio vienodumą partijoje ir kaip svoriai skiriasi nuo kitų plėvelių partijų. [11, 22, 68, 70]. Storio matavimai svarbūs, kadangi jie tiesiogiai koreliuoja su vaisto kiekiu plėvelėje. Be to, storis svarbus patogiam plėvelės vartojimui. Pavyzdžiui, idealus storis bukalinės paskirties plėvelėms yra 50 - 1000 μm [11]. Polimero pasirinkimas yra svarbus žingsnis paruošiant optimalaus storio plėvelę, kadangi jis gali sulėtinti arba pagreitinti vaisto atpalaidavimą iš plėvelės [71]. Pietų Korėjos mokslininkai nustatė, kad burnoje tirpstančių polimerinių plėvelių, sudarytų iš hidroksipropilmetilceliuliozės, natrio alginato, glicerino, natrio laurilsulfato, polivinilpirolidono ir citrinos rūgšties, storis varijavo nuo 0,04 iki 0,06 mm [46]. Indijos mokslininkai vertino hidroksipropilmetilceliuliozės plėveles su ezetimibu ir nustatė, kad jų storis varijavo nuo 0,166 mm iki 0,358 mm. Pastebėta, kad plėvelės storis padidėjo didėjant plėvelės formuojančio polimero koncentracijai [72].
Vaistinės medžiagos vienodumo testas atliekamas atskirai ištirpinant vienodo dydžio plėvelių mėginius iš skirtingų plėvelių vietų. Tirpalai analizuojami efektyviosios skysčių chromatografijos metodu arba spektrofotometriškai ir pagal gautus duomenis apskaičiuojamos veikliosios medžiagos koncentracijos. Tirpalai gali būti analizuojami, panaudojant ir UV spektrofotometrą. Šis testas leidžia įvertinti ar tolygiai vaistinė medžiaga pasiskirsčiusi plėvelėje [1, 22, 46, 66, 73].
Remiantis moksliniais straipsniais vaistinės medžiagos atpalaidavimo tyrimas paprastai atliekamas su Franc tipo difuzinėmis celėmis. Receptorinis skyrius užpildomas tirpalu, o plėvelės uždedamos ant
membranų, esančių donoriniame celių skyriuje. Franc celės patalpinamos į vandens vonelę, kurios temperatūra yra 37,0 ± 0,5 °C. Nustatytais laiko intervalais imami mėginiai ir matuojama, koks vaisto kiekis iš plėvelės atsipalaidavo per tam tikrą laiką. Mėginiai analizuojami efektyviosios skysčių chromatografijos būdu [1, 61, 74]. Vaistinės medžiagos atpalaidavimo nustatymui taip pat tinka krepšelio metodas, kuris atliekamas panašiu principu [15, 75]. Mokslininkų atlikto in vitro atpalaidavimo tyrimo metu nustatyta, kad burnoje tirpios plėvelės sudarytos iš hidroksipropilceliuliozės, natrio alginato, glicerolio ir kitų pagalbinių medžiagų per 1 min. atpalaidavo 91,7 proc., o po 5 min. 96,3 proc. lidokaino hidrochlorido [46]. Kiti mokslininkai naudojant skirtingus chitozano ir natrio alginato kiekius pagamino antihistaminines plėvelės. Propilenglikolis buvo naudojamas kaip plastifikatorius, o polisorbatas 80 ir monostearatas 20 naudotos, kaip medžiagos didinačios skvarbą. Mokslininkai nustatė, jog naudojant polisorbatą 80 kaip skvarbą gerinančią medžiagą, po 24 val. buvo atpalaidauota 99,88 proc vaisto [76]. Kito atlikto tyrimo metu nustatyta, kad žaizdų tvarsčiai, kurių pagrindą sudaro natrio karboksimetilceliuliozė, gali būti potencialūs preparatai skirti patogiam ir efektyviam vietinės anestezijos sukėlimui. Nustatyta, kad daugiau kaip 90 proc. vaisto išsiskyrė per pirmąsias 15 min. [3]. Pastebėta, kad vaisto atpalaidavimas yra gerokai mažesnis, kai hidroksipropilmetilceliuliozės procentinė dalis sumažėjo. Tai gali būti paaiškinta dėl šio polimero hidrofiliškumo ir būdingos savybės absorbuoti vandenį. Kai polimeras kontaktuoja su hidratuota membrana įvyksta greitas polimerų ištirpimas [69].
Adhezijos įvertinimui ant apatinės prietaiso platformos su celiuliozės membrana uždedama plėvelė. Viršutinis analizuojantis zondas uždedamas ant plėvelės paviršiaus ir kelias minutes palaikomas, o po to jis juda pastoviu greičiu. Sukibimas (adhezija) apibrėžiamas, kaip jėga, reikalinga plėvelės nuėmimui nuo membranos [75, 76]. Plėvelių mechaninės savybės – tempiamasis stiprumas, procentinis pailgėjimas – paprastai nustatomos vadovaujantis ASTM D882 metodu ir atliekamos naudojant tekstūros analizatorių [23, 38]. Plėvelė uždedama ant analizatoriaus įrenginio specialios platformos ir pritvirtinama gnybtais. Tuomet nustatytu greičiu analizuojamasis zondas juda link plėvelės tol, kol plėvelė plyšta. Apratas užfiksuoja plyšimo tašką ir apskaičiuoja tempimo jėgą bei plėvelės pailgėjimą plyšimo metu. Tempiamasis stiprumas – maksimalus plėvelės įtempimas iki tam tikro taško, kuriame plėvelė plyšta. Plėvelė turėtų pasižymėti geru tempimo stiprumu. Kita plėvelės savybė – procentinis pailgėjimas, atsiranda kai plėvelė veikiama įtempio jėgos. Dėl įtempio įvyksta plėvelės deformacija – ji pradeda temptis, plėvelės mėginys pailgėja. Paprastai procentinis pailgėjimas matuojamas, kad būtų galima prognozuoti polimerų lankstumą. Procentinis pailgėjimas – tai dėl tempimo atsiradusi plėvelės deformacija. Plėvelės procentinis pailgėjimas apskaičiuojamas plėvelės, kuri buvo ištempta, ilgį padalinus iš pradinio plėvelės ilgio. Ši savybė priklauso nuo pridėto plastifikatoriaus. Kai jo kiekis didėja, procentinis pailgėjimas padidėja [14, 27, 77, 68].
1.6. Literatūros apžvalgos apibendrinimas
Polimerinės plėvelės yra puiki vaisto forma, kadangi jas lengva ir patogu vartoti. Siekiant pagerinti polimerinės plėvelės kokybę ar suteikti papildomų savybių, į jas galima dėti įvairių medžiagų: plastifikatorių, skvarbą gerinančių medžiagų, kvapą suteikiančių medžiagų. Plastifikatorius – svarbiausia polimerinės plėvelės sudedamoji dalis. Naudojant šią medžiagą pagerėja plėvelės lankstumas, mechaninės savybės, išvengiama įtrūkimų susidarymo ir gali būti pagerinamas vaistinės medžiagos atpalaidavimas.
Modeliuojant plėveles itin svarbu pasirinkti polimerą. Plėvelių gamybai plačiai naudojami celiuliozės dariniai. Metilceliuliozė – celiuliozės eteris, hidrofilinis polimeras, pasižymintis puikiomis plėveles
formuojančiomis savybėmis. Norint gauti optimalios sudėties metilceliuliozinę plėvelę, svarbu pasirinkti plastifikatorių, kuris pagerintų plėvelės kokybę.
Lidokaino hidrochloridas yra vienas plačiausiai vartojamų vietinių anestetikų itin dažnai naudojamų odontologijoje. Įprastos šio vaisto formos yra geliai, pastilės ir emulsijos, tačiau polimerinės plėvelės dėl gebėjimo prilipti prie burnos audinių būtų daug efektyvesnė forma.
Siekiant įvertinti pagamintų plėvelių technologines svarbu atlikti kokybinius plėvelių tyrimus. Dažniausiai atliekami plėvelių tyrimai yra pH, mechaninių savybių, drėgmės kiekio bei sugerties įvertinimas, masės ir storio vienodumo nustatymas, vaistinės medžiagos vienodumo nustatymas, vaistinės medžiagos atpalaidavimo iš plėvelės nustatymas.
2. Medžiagos ir tyrimų metodai 2.1. Tyrimo medžiagos
96 proc. etanolis (AB „Vilniaus degtinė“, Lietuva)
Metilceliuliozė (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Vokietija ) Polietilenglikolis 400 (Carl Roth GmbH+Co.KG, Vokietija) Propilenglikolis (Carl Roth GmbH, Vokietija)
85 proc. glicerolio tirpalas (Sigma-aldrich Chemie GmbH, Vokietija) Lidokaino hidrochloridas (Carl Roth GmbH+Co.KG, Vokietija) Išgrynintas vanduo (Ph.Eur.01/2008:0008, LSMU laboratorija) Dejonizuotas vanduo (Ph.Eur.01/2008:0008, LSMU laboratorija) 2.2. Tyrimo įranga
Drėgnomatis (Kern & Sohn GmbH.,Vokietija)
Tekstūros analizatorius TA.XT plus (Stable Micro Systems Ltd, Jungtinė Karalystė) pH-metras 766 Calimatic (Knick Elektronische Meßgeräte GmbH & Co, Vokietija) Elektroninės svarstyklės ( Kern & Sohn GmbH, Vokietija)
Magnetinė maišyklė WiseStir MSH–200 (Wisd, Pietų Korėja)
Ultra-efektyvusis skysčių chromatografas (Waters Acquity UPLC System, JAV) Klimatinė spinta Binder KBF (Binder GmbH, Vokietija).
Franz celės (Copley Scientific Limited, Jungtinė Karalystė)
Bronaugh pratakios difuzinės celės sujungtos su cirkuliacine vandens vonele Grant GD120 (Grant Instruments Ltd.,UK), peristaltiniu siurbliu (Masterflex L/S) bei daugiakanale siurblio galva (ColeParmer Instrument Co., JAV)
2.3. Tyrime naudoti metodai
2.3.1. Eksperimentinis planavimas ir plėvelių sudėties optimizavimas
Metilceliuliozinių plėvelių sudėtis buvo modeliuojama ir optimizuojama taikant paviršiaus atsako centrinės kompozicijos modelį. Remiantis programos pasiūlytomis kompozicijomis buvo gaminamos polimerinės plėvelės. Plėvelių sudėtis optimizuojama keičiant metilceliuliozės ir PEG 400 koncentracijas.
Pagamintos plėvelės toliau tiriamos, atliekami kokybiniai tyrimai: pH vertinimas, masės vienodumo, tirpimo greičio, drėgmės kiekio, sugerties bei lipnumo nustatymai. Įvertinus šiuos rodiklius atrenkamos plėvelės toliau optimizuojamos. Į optimaliausią sudėtį turinčias plėveles įterpiamas lidokainas ir papildomai atliekami vaisto vienodumo pasiskirstymo, in vitro atpalaidavimo ir skvarbos per odą tyrimai.
2.3.2. Plėvelių formulavimas
Plėvelės pagaminamos pagal Design-Expert 6.0.8. pateiktas polimero ir plastifikatoriaus koncentracijas. Programa koncentracijas pateikia procentais, todėl apskaičiuojama koks medžiagų kiekis gramais reikalingas pagaminti 20 ml tirpalui.
Pirmiausiai pasigaminamas etanolio:vandens mišinys (santykiu 50:50), kuriame tirpinamos plėvelių formulavimui reikalingos medžiagos. Apskaičiuojamas ir pasveriamas atitinkamas kiekis metilceliuliozės (Sigma-Aldrich Chemie GmbH) ir ištirpinamas 20 ml tirpiklyje. Tirpalas maišomas magnetine maišykle, kol metilceliuliozė išbrinksta ir įpilamas reikiamas kiekis plastifikatoriaus. Plėvelės gaminamos tirpalo liejimo būdu, kai tirpalas išliejamas į talpas ir paliekamas garuoti kambario temperatūroje. Kai metilceliuliozė visiškai ištirpsta ir tirpalas yra homogeniškas viskas išpilstoma į stiklines Petri lėkšteles. Vienai plėvelei pagaminti reikia 20 ml tirpalo. Plėvelės džiovinamos kambario temperatūroje penkias paras. Plėvelė susiformavusi, kai svoris nekinta. Pagaminta plėvelė supjaustoma į mažesnius 1,77 cm2 ploto mėginius, kurie naudojami tyrimams [5, 26, 27, 78]. Įvertinus kokybės rodiklius atrenkama geriausios sudėties plėvelė į kurią įterpiamas lidokaino hidrochloridas.
2.3.3. Plėvelių fizikocheminiai tyrimai
Plėvelių masės vienodumo nustatymas. Kiekvienos plėvelės 8 mėginiai pasveriami analitinėmis svarstyklėmis. Šiuo tyrimu įvertinama kaip lygiai masė pasiskirsčiusi plėvelėje. Iš plėvelės išpjaunami penki 1,77 cm2 ploto apskritimai ir kiekvienas jų pasveriamas analitinėmis svastyklėmis 0,0001 tikslumu. Apskaičiuojami vidurkiai ir standartinis nuokrypis [26].
pH nustatymas. pH vertėms nustatyti naudojams Knick pH-Meter 766 Calimatic pH-metras. Trys plėvelių mėginiai ištirpinami 40 ml dejonizuotame vandenyje kambario temperatūroje (25 ± 1 °C), o po to į tirpalą įmerkiamas pH-metro elektrodas. pH vertės pateikiamos aparato ekrane užregistruojamos.
Drėgmės kiekis. Šiam rodikliui įvertinti naudojamas Kern infraraudonųjų spindulių drėgnomatis. Vienos plėvelės drėgmei įvertinti naudojami du mėginiai, kurie patalpinami ant aparato folinės lėkštelės. Plėvelių mėginiai su plastifikatoriais PEG 400 ir gliceroliu kaitinami 105 °C temperatūroje,
o mėginiams su propandioliu pasirenkama 70 °C temperatūra. Plėvelių drėgmės kiekis parodomas drėgnomačio ekrane ir išreiškiamas procentais [42, 68].
Drėgmės sugertis. Drėgmės sugerties tyrimams trys kiekvienos plėvelės mėginiai pasveriami, įdedami į Petri lėkšteles ir patalpinami į klimatinę spintą, kurioje nustatyta 40 °C temperatūra bei 75 proc. santykinė drėgmė. Po 24 val plėvelės ištraukiamos iš klimatinės kameros, su popieriniais filtrais nuvaloma ant plėvelių susikondensavusi drėgmė. Tuomet plėvelės pasveriamos ir drėgmės sugertis apskaičiuojama pagal formulę [22, 62, 79]:
Drėgmės sugertis (proc.) = W− Wo
Wo
× 100 , kur
W-pradinis mėginio svoris, Wo – mėginio svoris po džiovinimo
Lipnumas. Lipnumui įvertinti naudojamas tekstūros analizatorius TA.XT plus (Stable Micro Systems Ltd, Godalming, Jungtinė Karalystė), kuris yra prijungtas prie kompiuterinės įrangos. Kompiuteryje įjungiama Exponent programa, sukuriamas naujas projektas ir nustatomi tyrimo parametrai. Plėvelė uždedama ant specialios analizatoriaus platformos ir pritvirtinama. Tuomet kompiuteryje paspaudus mygtuką Start įrenginys paleidžiamas ir liečiamasis diskas juda link plėvelės 2mm/s greičiu. Diskas įstumia plėvelę į 4mm gylį ir grįžta atgal. Kompiuteryje nubrėžiamos kreivės ir lipnumo vertės pateikiamos lentelėje minusinėmis vertėmis.
Tirpimo trukmės įvertinimas. Trys vienos plėvelės mėginiai tirpinami 20 ml išgrynintame vandenyje Petri lėkštelėse. Plėvelė ištirpsta, kai praranda savo struktūrą ir tirpalas tampa skaidrus. Užregistruojama tirpimo trukmė ir išvedami plėvelių tirpimo vidurkiai bei standartiniai nuokrypiai [26, 57, 79, 80].
Lidokaino hidrochlorido pasiskirstymo vienodumas plėvelėse. Trys vienos plėvelės mėginiai ištirpinami 20 ml išgrynintame vandenyje. Kai mėginiai ištirpsta tirpalas filtruojamas pro memraninius švirkštų filtrus. Į chromatografinį buteliuką įpilama 1,5 ml tirpalo ir UESC metodu atliekama mėginių analizė [1, 22, 46, 66, 73].
2.3.4. Ultra efektyviosios skysčių chromatografijos metodas plėvelių mėginių analizei
Mėginių analizei atlikti buvo naudojamas Klinikinės farmacijos katedroje išvystytas ir validuotas ultra efektyviosios skysčių chromatografijos metodas. Lidokaino hidrochlorido identifikavimui naudota C18 kolonėlė ( 50 × 2,1 mm), užpildyta 1,7 µm dydžio dalelėmis. Judriąją fazę sudarė 0,1 proc. trifrluoracto rūgšties vandeninis tirpalas (eliuentas A) ir acetonitrilas (eliuentas B). Metode taikytas linijinio gradiento kitimas: 0 – 0,1 min (10 proc. eliuentas B), 0,1 – 5 min (10 – 60 proc. eliuentas B). Termostato pagalba buvo palaikoma 30 °C kolonėlės temperatūra. Eliuento tėkmės greitis buvo 0,7 ml/min, o injekcijos tūris 1 µl. Lidokaino hidrochlorido detekcija atlikta UV šviesoje, esant 230 nm bangos ilgiui. Lidokaino hidrochlorido sulaikymo laikas buvo 1 – 2 min.
2.3.5. Lidokaino hidrochlorido atpalaidavimas in vitro
In vitro atpalaidavimo tyrimams atlikti naudotos Franc tipo difuzines celės, kurių efektyvusis difuzijos potas yra 1,77 cm2. Akceptorinė dalis užpildoma akceptorine terpe – 40 ml išgrynintu vandeniu. Kiekviena pasverta metilceliuliozinė plėvelė (donorinė fazė) dedama į donorinės celės skyrių su regeneruotos celiuliozės dializės membrana. Prieš eksperimentą membranos brinkinamos
išgrynintame vandenyje (~32 °C). Akceptorinės terpės mėginiai (1 ml) imti po 10, 20, 30, 40, 50 ir 60 min įpilant tokį patį tūrį šviežios akceptorinės terpės. Mėginiai analizuoti UESC metodu [81]. 2.3.6. Lidokaino hidrochlorido skvarbos į odą ex vivo tyrimas
Lidokaino hidrochlorido skvarbos į odą ex vivo tyrimai buvo atlikti, naudojant žmogaus odos pavyzdžius, kurie gauti iš Lietuvos Sveikatos Mokslų Universiteto Plastinės ir rekonstrukcinės chirurgijos klinikos. Tyrimams vykdyti gautas Kauno regioninio biomedicininių tyrimų etikos komiteto leidimas (2016-07-14, Nr. BE-2-41). Vaisto skvarbos į odą tyrimas atliktas naudojant Bronaugh tipo pratakias difuzines celes, kurių efektyvusis difuzijos plotas yra 0,64 cm2. Septynios celės dedamos ant specialaus metalinio bloko, kuriame cirkuliuojantis vanduo, naudojant cirkuliacinę vandens vonelę, palaiko 37 °C temperatūrą. Kaip akceptorinė terpė naudotas 0,9 proc. natrio chlorido tirpalas, kuriame yra 0,005 proc. konservanto natrio azido. Akceptorinės terpės cirkuliavimas po odos mėginiais užtikrintas naudojant Masterflex L/S peristaltinį siurblį su daugiakanale siurblio galva. Pasirinktas cirkuliavimo greitis – 0,6 ml/min.
Atšildyta žmogaus oda įvertinama vizualiai, patikrinama ar nėra pažeidimų, pašalinami poodinio sluoksnio riebalai, nukarpomi plaukeliai. Oda sukarpoma ir dedama į celes. Atliekama ekvilibracijos fazė, kurios metu po oda cirkuliuoja 0,9 proc. natrio chlorido tirpalas, turintis 0,005 proc. natrio azido. Pasibaigus ekvilibracijos procesui ant odos mėginių, esančių difuzinėse celėse, užnešama donorinė fazė: 0,7 ml lidokaino hidrochlorido tirpalo arba uždedami polimerinių plėvelių mėginiai. Skvarbos į odą ex vivo tyrimai vykdyti 24 val.
Po 24 val. donorinė fazė nuimama nuo žmogaus odos paviršiaus. Odos paviršius nusausinamas ir iškerpami 0,64 cm2 ploto odos gabalėliai. Epidermis atskiriamas nuo dermos „sauso karščio“ metodu, kai odos gabalėliai (epidermio puse) kelioms sekundėms priglaudžiami prie įkaitintos metalinės mentelės (~60 °C) ir epidermis nuo dermos nulupamas pincetu. Atskirti žmogaus odos sluoksniai sudedami į Eppendorf tipo mėgintuvėlius ir į kiekvieną įpilama po 1 ml gryno metanolio. Lidokaino hidrochlorido ekstrakcija iš odos sluoksnių atliekama 30 min, naudojant ultragarso vonelę. Gautas ekstraktas filtruojamas pro membraninius švirkštų filtrus ir lidokaino hidrochlorido kiekybinė analizė vykdyta UESC metodu [81].
2.3.7. Statistinis duomenų vertinimas
Statistinė analizė atliekama naudojant Microsoft Office Excel 2016 duomenų paketą. Excel programa apskaičiuoti rezultatų vidurkiai, standartiniai nuokrypiai ir santykiniai standartiniai nuokrypiai. Tyrimų duomenų analizei naudotas Spirmeno ranginės koreliacijos koeficientas ir vieno faktoriaus dispersinės analizės modelis (angl. One-Way ANOVA).
3. Tyrimų rezultatai ir jų aptarimas
3.1. Eksperimentinis metilceliuliozinių plėvelių sudėties planavimas
Remiantis mokslinės literatūros duomenimis ir bandymų metu gautais rezultatais pasirinkta metilceliuliozės koncentracija 1 – 3 proc, o PEG 400 koncentracija 1 – 10 proc. Pagal šias koncentracijas naudojant centrinės kompozicijos paviršiaus atsako modelį sukomponuotos plėvelių sudėtys. Plėvelių sudėtys pateiktos 1 lentelėje.
1 lentelė. 1 bandymo metu gautos plėvelių sudėtys (proc.)
Plėvelė Metilceliuliozė PEG 400
1 2,00 5,50 2 1,00 5,50 3 2,00 1,00 4 1,00 10,00 5 3,00 10,00 6 1,00 1,00 7 2,00 10,00 8 3,00 5,50 9 3,00 1,00
Pagamintos plėvelės įvertintos vizualiai ir nustatyta, kad jos buvo prastos kokybės, prastai luposi nuo Petri lėkštelės, buvo trapios, nelipnios. Kadangi tik 2 ir 7 plėvelės vizualiai įvertinus pasižymėjo minimaliu lipnumu, buvo tvirtos, skaidrios, remiantis šių plėvelių sudėtimis buvo atliekamas eksperimentinis planavimas. Pasirinkta metilceliuliozės koncentracija buvo 1 – 2 proc., o PEG 400 koncentracija buvo 3,5 – 7,5 proc. Pagal šias koncentracijas pagaminamos 9 plėvelės (2 lentelė) ir atliekami jų kokybiniai tyrimai.
2 lentelė. Eksperimentinių metilceliuliozinių plėvelių sudėtys (proc.)
Plėvelės nr. Metilceliuliozė PEG 400 1 1 7,5 2 1 3,5 3 2 3,5 4 1 5,5 5 2 7,5 6 1,5 5,5 7 1,5 7,5 8 1,5 3,5 9 2 5,5
3.1.1. Eksperimentinių metilceliuliozinių plėvelių fizikocheminių savybių įvertinimas
Plėvelių masės vienodumo nustatymas. 3 lentelėje pateikti vienodumo testo rezultatai rodo, kad masė plėvelėse pasiskirsčiusi netolygiai. Didžiausiu mėginių masės svyravimu pasižymėjo 4 plėvelė
(0,066 ± 0,015). 6 plėvelė buvo kokybiškiausia, kadangi masės svyravimai buvo mažiausi (0,082 ± 0,004). Plėvelių mėginių svoris vyravo nuo 0,048 ± 0,009 iki 0,106 ± 0,009. Remiantis literatūra ne daugiau nei dvi plėvelės gali viršyti plėvelių masės vidurkį 10 proc. [3]. Įvertinus masės vienodumo rezultatus, galima teigti, kad reikalavimus atitinka visos plėvelės, išskyrus 4 ir 8, nes šių plėvelių svoris labiausiai skiriasi nuo vidurkio. Viename moksliniame straipsnyje pastebėti panašūs rezultai ir manoma, kad masės nehomogeniškumas gali atsirasti dėl ilgo džiovinimo laiko [22].
3 lentelė. Plėvelių masės vienodumo nustatymas
Plėvelės nr. Vidurkis SN SSN (proc.) 1 0,092 0,012 12,924 2 0,048 0,009 19,266 3 0,060 0,004 6,130 4 0,066 0,015 22,648 5 0,106 0,009 8,088 6 0,082 0,004 5,186 7 0,082 0,005 6,645 8 0,053 0,010 19,457 9 0,087 0,006 7,191
pH nustatymas. Rezultatai rodo, kad vidutinė plėvelių pH reikšmė yra 5,17 ± 0,199. 3 paveiksle pavaizduotas pH verčių kitimas priklausomai nuo polimero ir plastifikatoriaus procentinių koncentracijų. Didžiausia pH reikšmė (5,46) nustatyta plėvelėse pagamintose iš metilceliuliozės ir PEG 400, kai šių medžiagų santykis atitinkamai yra 1:3,5.
3 pav. Metilceliuliozės ir PEG 400 kiekių (proc.) įtaka plėvelės pH reikšmėms
Pastebėta, kad didėjant metilceliuliozės ir PEG 400 santykiui atitinkamai nuo 1:3,5 iki 2:7,5 plėvelių pH reikšmės sumažėjo 10,99 proc. Atlikus statistinę duomenų analizę, nustatyta statistiškai reikšminga (p < 0,01) labai stipri atvirkštinė koreliacija (r = -0,953) tarp PEG 400 koncentracijos ir pH. Šie duomenys rodo, kad mažėjant PEG 400 koncentracijai, pH reikšmės didėja. Be to, nustatytas
3,5 5,5 7,5 4,00 4,50 5,00 5,50 1 1,5 2 pH rei kš m ės 4,00-4,50 4,50-5,00 5,00-5,50 Metilceliuliozės
koncentracija (proc.) PEG 400
koncentracija (proc)
statistiškai reikšmingas (p < 0,01) stiprus tiesioginis ryšys tarp drėgmės kiekio ir pH. Drėgmės kiekiui didėjant, plėvelės pH taip pat didėja.
Drėgmės kiekis ir sugertis. Įvertinus gautus drėgmės kiekio rezultatus, nustatyta, kad eksperimentinių plėvelių drėgmės kiekis svyravo nuo 5,31 iki 8,22 proc. Atsako paviršiaus plokštumos grafikas, kuriame pateikiama drėgmės kiekio priklausomybė nuo skirtingų metilceliuliozės ir PEG 400 procentinių koncentracijų, vaizduojamas 4 paveiksle. Statistinė duomenų analizė parodė, kad didėjant PEG 400 koncentracijai, drėgmės kiekis reikšmingai mažėja (r = -0,843).
4 pav. Metilceliuliozės ir PEG 400 kiekių (proc.) įtaka plėvelės drėgmės kiekiui
Duomenys, gauti įvertinus plėvelės drėgmės sugertį, pateikiami 5 paveiksle. Rezultatai rodo, kad vidutiniškai per 24 valandas plėvelės sugeria apie 8,41 ± 1,88 proc. drėgmės. Didžiausią kiekį drėgmės (10,26 ± 1,15) absorbavo 5 plėvelė, kurios sudėtyje buvo 2 proc. metilceliuliozės ir 7,5 proc. PEG 400.
5 pav. Drėgmės sugerties (proc.) priklausomybė nuo plėvelių sudėties
Lipnumas. Plėvelių lipnumo tyrimo rezultatai grafiškai pateikti 6 paveiksle. Pastebėta, kad lipnumo vertės svyravo nuo -0,23 iki -232,27 g.Didžiausiu lipnumu (-232,27 ± 18,91 g) pasižymėjo 4 plėvelė, kurioje metilceliuliozės ir PEG 400 santykis yra atitinkamai 1:5,5. Plėvelė pagaminta iš 1,5 proc
3,5 5,5 7,5 0 2 4 6 8 10 1 1,5 2 D rėg m ės ki eki s (pr o c. ) 0-2 2-4 4-6 6-8 8-10 Metilceliuliozės PEG 400 kiekis (proc.) 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D rėg m ės s ug er ti s (pr o c. ) Plėvelių mėginiai
metilceliuliozės ir 7,5 proc. PEG 400 pasižymėjo 2,5 karto mažesniu lipnumu (-95,60 ± 12,87 g). Visose kitose plėvelėse lipnumas buvo labai mažas.
6 pav. Lipnumo (g) priklausomybė nuo plėvelių sudėties
Tirpimo trukmė. Plėvelių tirpimo trukmės rezultatai vaizduojami 7 paveiksle. Atlikus tirpimo greičio įvertinimą nustatyta, kad greičiausiai ištirpo (16,43 ± 0,38) 7 plėvelė, sudaryta iš 1,5 proc. metilceliuliozės ir 7,5 proc. PEG 400. Mažiausiu tirpimo greičiu (66,33 ± 0,58) pasižymėjo 3 plėvelė, kurios sudėtyje buvo 2 metilceliuliozės ir 3,5 PEG 400.
7 pav. Tirpimo trukmės (min) priklausomybė nuo plėvelių sudėties
Mokslinėje literatūroje rašoma, kad iš hidroksipropilmetilceliuliozės pagaminta plėvelė tirpo greičiau, kai šio polimero kiekis plėvelėje buvo mažesnis [77]. 1, 2 ir 4 plėvelės, turinčios 1 proc. metilceliuliozės, lyginant su kitomis plėvelėmis tirpsta greičiau.
3.2. Plastifikatoriaus įtakos metilceliuliozinių plėvelių kokybiniams rodikliams vertinimas Siekiant rasti sąlygas, kurioms esant būtų galima gauti geriausias savybes turinčią plėvelę, atliktas polimero ir plastifikatoriaus kiekio optimizavimas. 4 lentelėje pateikiamos polimero ir plastifikatorių sudėtys sumodeliuotos su Design Expert 6.0.8 programa. Optimizuojant plėvelių sudėtį buvo siekiama patenkinti šiuos kriterijus: drėgmės kiekį, lipnumą, pH vertes. Nustatyta, kad drėgmės
0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ti rpi m o tr uk mė (m in) Plėvelių mėginiai . -300,00 -250,00 -200,00 -150,00 -100,00 -50,00 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Li pnu m as (g ) Plėvelės mėginiai
kiekio, lipnumo ir pH matematinės optimizavimo lygtys buvo statistiškai reikšmingos (p < 0,05). Šių rodiklių matematinės lygtys:
▪ z = 10,81403 – 0,95667y – 0,49417x, kur
z = drėgmės kiekis (proc.), y – metilceliuliozės kiekis (proc), x – PEG 400 kiekis (proc.) ▪ z = -1,02532 – 2,79533y + 0,63202x, kur
z – lipnumas (g), y – metilceliuliozės kiekis (proc), x – PEG 400 kiekis (proc.) ▪ z = 5,92792 – 0,1133y – 0,10750x, kur
z – pH, y – metilceliuliozės kiekis (proc), x – PEG 400 kiekis (proc.)
Optimalioms plėvelėms gaminti naudojamas plastifikatorius PEG 400. Plėvelių su PEG 400 optimizavimui pasirenkamos metilceliuliozės koncentracijos ribosSiekiant įvertinti kokią įtaką plėvelių kokybiniams rodikliams daro plastifikatoriai papildomai naudojami – PG, GLY plastifikatoriai. Su kiekvienu iš šių plastifikatorių pagaminamos 3 plėvelės. Iš viso pagamintos 9 skirtingos plėvelės, kuriose skiriasi plastifikatoriaus ir metilceliuliozės sudėtis.
4 lentelė. Optimalių plėvelių su PEG 400 sudėtys ir plėvelių su GLY bei PG sudėtys
Plėvelė Plastifikatorius Metilceliuliozės kiekis (proc.) Plastifikatoriaus kiekis (proc.)
OPT1-PEG PEG 400 1 6,2 OPT2- PEG 1,1 6,3 OPT3- PEG 1,2 6,8 GLY1 GLY 1 6,2 GLY2 1,1 6,3 GLY3 1,2 6,8 PG1 PG 1 6,2 PG2 1,1 6,3 PG3 1,2 6,8
3.2.1. Plėvelių su skirtingais plastifikatoriais fizikocheminių savybių vertinimas
Plėvelių masės vienodumo nustatymas. Plėvelių masės vienodumo nustatymo duomenys pateikiami 5 lentelėje rodo, kad plėvelių masė pasiskirsčiusi labai netolygiai ir matomi dideli santykiniai standartiniai nuokrypiai. Kadangi ne daugiau nei dvejų plėvelių masė gali 10 proc. viršyti masės vidurkį, galima teigti, kad kokybiškos plėvelės yra OPT2-PEG, OPT3-PEG ir GLY3 sudėties plėvelės. Šių plėvelių mėginių masė yra mažiausiai standartiškai nutolusi nuo vidurkio [3].
5 lentelė. Plėvelių su skirtingais plastifikatoriais masės vienodumo nustatymas
Plėvelės
sudėtis Vidurkis SN SSN (proc.)
OPT1-PEG 0,06 0,02 24,92 OPT2-PEG 0,07 0,01 8,72 OPT3-PEG 0,06 0,01 10,73 GLY1 0,06 0,02 29,14 GLY2 0,06 0,01 18,61 GLY3 0,07 0,01 12,49 PG1 0,04 0,01 22,45 PG2 0,04 0,01 36,06 PG3 0,04 0,01 34,59
pH nustatymas. Visų plėvelių pH reikšmės pateiktos 8 paveiksle. Statistiškai nustatyta, kad plėvelių, kurių sudėtyje yra GLY, pH priklauso nuo šio plastifikatoriaus ir metilceliuliozės kiekio. Rezultatai rodo, kad plėvelės sudėtyje didėjant GLY ir metilceliuliozės koncentracijai, pH reikšmės reikšmingai mažėja (p < 0,01). Metilceliuliozės koncentracijai padidėjus 20 proc. ir GLY koncentracijai padidėjus 9,6 proc. pH reikšmės sumažėjo beveik 5 proc. Plėvelėse kintant PEG 400 ar PG kiekiams nepastebėta reikšmingo pH reikšmių mažėjimo ar didėjimo. Didžiausia pH reikšmė (6,28) užfiksuota PG2 sudėties plėvelėje su plastifikatorium PG. Vertinant visas plėveles tarpusavyje nepastebėta didelio pH reikšmių svyravimo. Plėvelių pH vidurkis yra 5,86 ± 0,25.
8 pav. pH reikšmių kitimas priklausomai nuo sudėties ir plastifikatoriaus
Drėgmės kiekis ir sugertis. Atlikus drėgmės kiekio tyrimą (9 pav.), didžiausias drėgmės kiekis (12,66 proc.) aptiktas GLY2 sudėties plėvelėje. Remiantis mokslinių šaltinių duomenimis GLY yra higroskopiškas, todėl polimerinių plėvelių matricoje sulaiko drėgmę. Taigi plėvelės turinčios didesnį GLY kiekį, pasižymi didesniu drėgmės kiekiu [82]. Rezultatai rodo, kad GLY kiekiui padidėjus nuo 6,2 iki 6,3, drėgmės kiekis padidėja net 33 proc. Tačiau matome, kad GLY3 plėvelė, kurioje glicerolio kiekis dižiausias, iš visų GLY plėvelių pasižymi mažiausiu drėgmės kiekiu
5 5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,4 pH ver tė
