СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЛИПЕПТИДНЫХ ОБОЛОЧЕК МИКРОКАПСУЛ Советский патент 1973 года по МПК B01J13/20 

1

Известны Микрокапсулы, оболочка которых состоит из желатино-гуммиарабикового комплекса, отверждение полипептидных пленок производится альдегидами и солями переходных металлов с целью создания в ее химической структуре поперечных сшивок.

Предлагаемый способ предусматривает обработку полипептидных пленок цитратными солями в таких условиях, которые обеспечивают значительное уменьшение водорастворнмости пленки без введения в ее состав нежелательных остатков.

Цель изобретения состоит в разработке способа, позволяюш.его уменьшить растворимость полипептидного пленочного материала в воде. Способ отличается тем, что упомянутый пленочныр материал приводится в контактное взаимодействие с водным раствором, содержашим цитратные ионы, на срок, равный по крайней мере 2 дням.

Такая обработка полипептидного пленочного материала включает погружение предварительно отформованных капсул, стенки которых состоят из водорастворимого материала, содержашего желатин, в водный раствор цитратного иона, имеюший определенную концентрацию и определенную величину рН, и

выдерживание их в этом растворе в течение

определенного заранее установленного промежутка времени. Вслед за стадией погружения может при желании или необходимости следовать стадия сушки пленочного материала, и осушествляемая после нее стадия выдержки капсул либо в атмосфере, содержащей незначительное количество паров воды, например в эксикаторе над соответств}юшим осушителем,

либо в так называемых обычных условиях при температуре окружающей среды или при комнатпо температуре.

Стадии сушки и выдержки (обезвоживания) капсул имеют своей целью модифицировать, усилить эффект, достигнутый посредством обработки желатиновых каспул в цитратном растворе. Эти дополнительные стадии в той или иной степени усиливают инсолюбилизируюший эффект (эффект уменьшения растворимости) обработки полипептидного пленочного материала в растворе, содержащем цитратные ионы, и могут быть осуществлены для получения «апсульных «зделий со специальными характеристиками.

Один из наиболее существенных аспектов изобретения состоит в продолжительности погружения капсул с водный раствор, содержащий цитратные «оны, имеющего своей целью завершение процессов инсоипюбилизации полипептидного материала пленки.

Выдержка высушенных капсул в атмосфере, содержаш,ей незначительное количество влаги, позволяет уменьшить продолжительность иммерсии до одного, максимум двух дней, что приводит к некоторому уменьшению стоимости иммерсии капсул в водном цитратном растворе.

К числу пленочных материалов, применяемых для изготовления капсул или стенок капсул и пригодных для обработки по предлагаемому способу, относятся любые желатиисодержащие пленки и капсулы. Выражение «желатинсодержаш,ие относится к пленкам и капсульпым стенкам, изготовленным либо из простой комбинации желатины с другими материалами, либо из одной желатины, либо из комплексных соединений желатины с другими материалами. Пленки, в которых желатина находится в виде комплекса с другими материалами, получают иногда в процессе, известном под названием «комплекс-коацервации ; такие пленки часто называют комплекс-коацерватными пленками, причем это название распространяется даже на пленки, которые находятся в высушенной форме. Таким образом, обш,ую конструкцию материала, идущего на изготовление стенок капсул и пригодного для обработки по данному способу, можно представить в виде желатиновой комплекс-коацерватной пленки, стенки капсул, подлежащих обработке, образуют с помощью метода комплекс-коацервации и затем высущивают. Наиболее предпочтительным материалом, пригодным для изготовления стенок капсул и последующей обработки их в водном цитратном растворе, является комплекс л елатины в виде положительно заряженного гидрофильного полимерного материала и комплекс желатины в виде отрицательно заряженного полимерного материала. Типичным примером такого отрицательного зарял енного полимерного материала является гуммиарабик (аварийская или сенегальская камедь) и частично или полностью гидролизованный сополимер этилена с малеиновым ангидридом.

Наиболее предпочтительный вариант способа предусматривает обработку предварительно сформованной капсулы, изготовленной из материала, содержащего по крайней мере один желатиновый компонент, в водном растворе с определенной концентрацией цитратных ионов и определенным значением рН. Допускается обработка капсул практически любой величины. Размер капсул может варьироваться в пределах от нескольких микрон до нескольких тысяч микрон, причем наиболее предпочтительной является область в пределах 15-1500 мк, причем этот верхний предел может быть несколько выше.

По этому способу без каких-либо опасений обрабатывать капсулы, содержащие

любые вещества, на которые не влияет отрицательно цитратный водный раствор, имеющий определенное значение рН, и на которые не действуют отрицательно цитратные ионы.

В некоторых случаях, когда не исключена возможность слабого взаимодействия или химической реакции между цитратными ионами и материалом ядер капсул, обработку этих капсул все равно можно проводить при услоВИИ, что упомянутое химическое взаимодействие или химическая реакция не приводит в порче содержимого капсул до такой степени, что применение по прямому назначению становится невозможным.

Как указано выше, для осуществления обработки капсул, изготовленных из желатинсодержащего материала, требуется относительно длительное время. Продолжительность иммерсии капсул в цитратном водном растворе

может варьироваться в довольно широких пределах и зависит от целого ряда параметров обрабатывающей системы: от рН раствора, в котором проводится обработка, концентрации цитратных ионов в этом растворе, от

температуры раствора и от той степени инсолюбилизации (нерастворимости), которую желательно получить в качестве конечной характеристики пленочного или капсульного желатинсодержащего материала, а также от

времени и типа выдержки этого материала в процессе обезвоживания, который осуществляют после иммерсии.

Для полной обработки желатинсодержащего кансульного материала, включая заключительную стадию его выдержки в условиях обезвоживания может потребоваться от 2 до 60 или даже больще дней. Нижний предел продолжительности обработки, равный примерно 2 дням, может быть получен в тех

случаях, когда капсулы выдерживаются («созревают) в среде, имеющей относительную влажность в пределах от 5 до 20-30%. Верхний предел продолжительности обработки капсульного материала в цитратном водном растворе, равный 60 дням и более, может потребоваться в тех случаях, когда капсульный материал не предполагается высущивать после иммерсионной обработки в цитратном растворе. В этом случае CDOK цорядка 60 дней

может потребоваться для того, чтобы инсолюбилизировать капсульный материал до такой степени, которую можно считать достаточной при условии, что обработанные таким образом капсулы не будут затем подвержены выдержке с целью высушивания и обезвоживания, что тоже способствует инсолюбилизации. Хотя обработка капсульного желатинсодерл ащего материала быть выполнена в цитратном водном растворе, имеющем температуру нилсе температуры, при которой капсульный материал плавится или растворяется, было показано, что чем холоднее обрабатывающий раствор, тем быстрее происходит процесс цитратной инсолюбилизации материала пленки. Причина этого явления, иллюстрирующего влияние температуры на скорость уменьшения растворимости капсульного желатинсодержащего материала при его обработке в цитратном водном растворе, еще не совсем понятна и требует дополнительных исследований. Обработку капсульного желат)Нсодержащего материала удобнее проводить при комнатной температуре, равной приблизительно 25°С, хотя процесс обработки можно с большей эффективностью проводить при значительно более низкой температуре, близкой или равной 0°С или при значительно более высокой температуре, например 35°С.

Величина рН водного цитратного раствора, используемого для инсолюбилизирующей обработки капсульного желатинсодержащего материала, может варьироваться в пределах от 4 до 10, более предпочтительный интервал рН раствора лежит в пределах от 6 до 9. Самой предпочтительной величиной рН раствора является рН-8.

Капсульный желатинсодержащий материал, подлежащий инсолюбилизирующей обработке должен быть погружен в водный раствор, содержащий такую концентрацию цитратных солей, которая создает условия для своего рода усадки материала, когда этот материал как бы сжимается, затрудняя диффузию молекул воды у меньшая тем самым его растворимость. Предпочтительно применение растворов, общая концентрация солей в которых составляет по меньшей мере 0,25 моль/л. При использовании более разбавленных растворов капсульный желатинсодержащий материал набухает.

Для приготовления иммерсионного раствора может быть использована комбинация солей и, в частности, комбинация сульфата натрия с цитратом натрия. Использование комбинации солей дает возможность повысить ионную силу и концентрацию раствора до icni величины, при которой усадка (сжатие структуры) капсульного желатинсодержащего материала осуществляется скорее, чем его набухание, но при которой концентрация цитратных ионов оказывается настолько пониженной, что обработка материала в таком растворе становится менее эффективной с точки зрения инсолюбилизации капсульного материала. Что же касается уровня концентрации цитратных ионов в растворе, при которой имеет место инсолюбилизация капсульного желат инсодержащего вещества, то предпочтительным является такое положение, когда концентрация цитратных ионов составляет, по крайней мере, 0,25М. Принято считать, что цитратный ион является уникальным с точки зрения того влияния, которое его присутствие оказывает на процесс инсолюбилизации, и поэтому практически любая водорастворимая цитратная соль может быть использована для приготовления иммерсионного раствора и обработки капсульного желатинсодержащего материала, хотя предпочтительнее использовать ЛИШЬ те соли лимонной кислоты, которы/

не образуют нежелательных остатков в желатиновом материале.

Другой характерной особенностью является возможность осуществления в наиболее предпочтительном варианте этого способа обезвоживающей обработки капсульного желатинсодержащего материала, который перед этим был подвергнут иммерсионной обработке в водном цитратном растворе. Обезвоживающая обработка предусматривает цомещение капсзльного желатинсодержащего материала, подвергнутого предварительно иммерсионной инсолюбилизирующей обработке в цитратном водном растворе, в обезвоживающую среду

на период, в течение которого имеет место усиленное «старение материала. Капсульный желатинсодержащий материал, подвергшийся иммерсионной обработке в цитратном водном растворе л высущенный после этого, претерпевает совершенно неожиданные и поистине ЗДивительные превращения, которые проявляготся в увеличении скорости инсолюбилизации, возрастающей по мере увеличения промежутка времени, в течен-ие которого капсульный материал подвергают выдерживанию в обезвоживающей среде. Как будет показано ниже, эффективность обезвоживающей обработки капсульного желатинсодержащего материала, подвергнутого предварительной

иммерсионной обработке в цитратном водном растворе, более чем в 100 раз превышает эффективность выдержки высушенного, иммерсированного капсульного материала в так называемых обычных условиях, т. е. при относительной влажности среды 50% и температуре 20-25°С.

На фиг. I-3 представлена зависимость времени, которое требуется для перехода в раствор капсульного желатинсодержащего

материала, как функции нескольких переменных, включая продложительность обработки капсульного материала в цитратном водном растворе, продолжительность следующей вслед за иммерсионной обработкой сушки или

обезвоживания обработанного капсульного материала. Графики построены на основе экспериментальных данных, которые представляют собой лишь часть тех данных, на основании которых было составлено описание

наиболее предпочтительных вариатов изобретения. Капсулы, которые были использованы для получения данных, послуживших основой для построения графиков, изображенных на фиг. 1-3, содержали в качестве внутренней фазы минеральное масло и были изготовлены из материала, который представлял собой комплекс желатины с другими отрицательно-заряженными гидрофильными полимерными материалами; капсулы имели средНИИ диаметр 500 мк и толщину стенки 200 мк. На фиг. 1 представлено графическое изображение результатов 27-дневной обработки, более подробные сведения с которой приведены в примере 2. По оси абсцисс отложена

продолжительность иммерсии капсульного 7 желатинсодержащего материала в 1 М водном растворе цитрата натрия с рН-8 при 25°С. По оси ординат отложено время растворения капсульного материала в воде при 50°С. Упомянутая обработка капсулыюго желатин-5 содержащего материала получила название «27-дневной обработки по той причине, что капсулы были подвергнуты сначала вымачиванию в водном растворе цитрата натрия, а затем высушиванию (выдержке), причем в10 сумме продолжительность обоих стадий соетавила 27 дней. Выдержку капсул проводили в так называемых обычных условиях, т. е. в среде с относительной влажностью порядка 50% при 25°С. После 4-дневного вымачива-15 ния в цитратном растворе обработанный капсульный материал начинал постепенно терять свою растворимость. Как можно видеть из графика, скорость инсолюбилизации (потери растворимости) капсульного материала яв-20 ляется постоянной вплоть до 16-дневной продолжительности вымачивания в цитратном растворе, затем скорость ннсолюбилизац-ии начинает быстро нарастать, тем быстрее, чем быстрее продолжительность иммерсии при-25 ближается к 27-дневному периоду. Фиг. 2 иллюстрирует другой метод графического изображения экспериментальных данных, взятых из того же примера 2, результаты которого были использованы для построе-30 ния графика (см. фиг. 1). По оси абсцисс отложено время (в днях) послеиммерсионной выдержки капсул в условиях, оцисанных в цримере 2. По оси ординат графика отложен логарифм времени (мин), которое требуется35 для растворения капсульного желатинсодержащего материала, подвергнутого инсолюбнлизируюш.ей обработке. Кривые (см. фи)-. 2) свидетельствуют о том, что, по всей вероятности, существует определенная взаимосвязь40 между временем вымачивания капсул в водном растворе цитрата натрия и временем послеиммерсиопиой выдержки обработанных капсул IB упомянутых условиях, которая находит свое выражение в свойствах конечного ий-45 солюбилизированного желатинсодержащего капсульного продукта. Кривая 1 (см. фиг. 2) показывает, в частности, что однодневная выдержка капсул в 1М водном растворе цитрата натрия не приводит к сколько-нибудь за-50 метной инсолюбилизации материала капсул. независимо от цродолжительности послеиммерсионного выдерживания. С другой стороны, когда капсульный желатинсодержащий материал вымачивают в 1М водном растворе55 цитрата натрия в течение длительного времени, (10 или 17 дней, см. кривые 2, 3) инсолюбилизирующий эффект заметно возрастает при увеличении продолжительности послеиммерсионной выдержки. В том случае, когда60 упомянутые желатиновые капсулы вымачивали в 1 М водном растворе цитрата натрия в течение 24 или 38 дней, кривые 4, 5 зависимости скорости инсолюбилизации от времени послеиммерсионного выдерживания имеют да-65 8 же более :высокий наклон, чем у кривой 3, соответствующей 17-дневному выыачиванию. Из этого можно заключить, что между временем вымачивания желатинсодержащего капсульного материала в цитратном растворе и продолжительностью послеиммерсионного выдерживания в обычных условиях существует определенная взаимосвязь, Кривые, приведенные на фиг. 3, построены на основе опытов, описанных в примере 3. По оси абсцисс отложена продолжительность (в днях) послеиммероионного выдерживания или высушивания капсульного материала либо в условиях обычной о кружающей среды (с относительной влажностью 50% и при 25°С), либо в условиях незначительной влажности атмосферы. По оси ординат графика (см. фиг. 3) отложен логарифм времени (мин) растворения обработанных капсул в воде при 50°С. График показывает, что капсульный желатинсодержаш;ий материал, который был подвергнут иммерсионной обработке в водном растворе цитрата натрия в течение 7 дней, а затем был просто высушен и выдержан 1 - 3 дня в обычных условиях (кривая 6) не претерюевает заметного увеличения инсолюбилизации в течение почти всего времени выдерживания в условиях простого высушивания, Напротив, капсулы, которые были подвергнуты семидневной иммерсионной обработке в цитратном растворе, а затем были помешены в эксикатор на срок 1-3 дня (кривая 7) показали резкое увеличение (более чем в 50 раз) инсолюбилизации при увеличении периода выдерживания в эксикаторе от 1 до 3 дней. Из приведенного графика можно так же видеть, что при уменьшении продолжительности иммерсии капсул в цитратном растворе с 7 до 4 дней и зшеличении продолжительности послеиммерсионной выдержки в эксикаторе с 4 до 6 дней (кривая 8), степень инсолюбилизации желатинсодержащего материала капсул (т. е. уменьшения его растворимого в воде), резко возрастает, причем намного выше, чем в том случае, когда послеиммерсионная выдержка капсул производится в обычных условиях (при температуре и влажности окружающей среды). Пример 1. Желатинсодержащую пленку на основе комплексного соединения желатины с гуммиарабиком (аравийской камедью) получают путем смешения 180 г 11%-ного раствора желатины со 180 г 11%-ного раствора гуммиарабика и 500 мл воды при 55°С. Желатина, используемая для приготовления раствора представляет собой проэкстрагированную кислотой желатину свиной кожи, имеющую изоэлектрическую точку в пределах рН от 8 до 9 и концентрацию по Блюму 285-, 305 г. При смешении упомянутых выше растворов желатины и гуммиарабика происходило образование комплекс-коацервата, который представляет собой комплексное соединение

9

желатины с гуммиарабиком. Образовавшийся комплекс-коацерват в силу того, что его плотность превышает плотность оставшегося водного раствора, оседает на дно сосуда, в котором производят смешение растворов, в гглдс аморфного осадка. Оставшийся водный раствор (сунернатант) декантируют, а коацерватный материал разливают по спеииальным лоткам с целью получения пленок желатинсодержаш,его полимерного материала определенной толш,ины и размера. Эти пленки кпи плоские листы получают путем высуогивания отлитых коацерватных пленок. После того, как пленки были высушены, их погружают в 1 М водный раствор цитрата натрия и оставляют в этом растворе в погруженном состоянии на период, равный приблизительно двум месяцам. Часть пленок, извлеченных из раствора цитрата натрия после иммерсионного выдерживания в нем в течение 2 месяцев оказались совершенно целыми и неповре/кденными, т. е. не растворялись в воде при 50°С в течение 3 дней. Другие образцы пленок, подвергнутых двухмесячной иммерсионной обработке в 1М водном растворе цитрата натрия, помешали в кипящую воду, при этом было обнаружено, что для дезинтеграции (разрушения) пленки в этих условиях (в кипящей воде) требуется примерно 1 час. После одночасового погружения в кипящую воду было тем не менее обнаружено, что часть пленок, подвергнутых предварительно двухмесячной

10

иммерсионной обработке в водном растворе цитрата натрия, остается в нераствореннол состоянии. Это достаточно наглядно свидетельствует об эффективности инсолюбнлпзирующей обработки желатинсодержащих нленок по предлагаемому способу, так как те же л елатинсодержащие коацерватпые пленки, не подвергнутые инсолюбилизирующей обработке в водном растворе цитрата натрия, легко

и быстро растворяются в воде, нагретой всего лищь до 50°С, не говоря о кипящей воде, в которой они растворяются практически мгновенно.

Пример 2. Как указано выше, графикп (см. фиг. 1, 2) построены на основе данных, полученных в этом примере. Капсулы, содержащие в качестве внутренней фазы минеральное масло и изготовленные из комплексного

соединения желатины с гуммиарабиком (аравийской камедью) обрабатывают в 1 М водном растворе цитрата натрия с при 25°С в состоянии полного погружения (иммерсии) в течение различных промежутков времени.

Затем их выдерживают в течение 3-26 дней при относительной влал ностп среды 50% и 25°С и определяют время их растворения в воде при 55°С. Часть капсул подвергают дополнительному выдерживанию при вышеуказанных условиях в течение И-32 дней и определяют время их растворения в воде при 50°С. Результаты опытов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Пример 3. В этом примере инсолюбилизирующей обработке подвергают капсулы того же типа, которые были использованы в предыдущем примере 2. Эти капсулы «вымачивали в 1 М водном растворе цитрата натрия в течение различных промежутков времени, которые указаны в табл. 2, а затем извлекают из этого раствора и выдержвают различные промежутки времени либо в обычных условиях, упоминавшихся выше, либо в атмосфере с пониженным содержанием влаги с относительной влажностью менее 5% при 25°С. Для проведения такого рода выдерл ки капсул используют обычный лабораторный эксикатор, содержащий в донной своей части специальный водопоглощающий материал, в качестве которого используют прокаленный сзльфат кальция. При выдерживании капсул в это:м эксикаторе сущку производят при обычном атмосферном давлении. Время растворения оболочки капсул, подвергнутых инсолюбплизирующей обработке при 50°С, приведено в табл. 2.

Пример 4. Капсулы того типа, которые использовались в примерах 2, 3, погружают в 1 М водный раствор цитрата натрия,

с рН 8при25°С на 66 дней. После этого капсулы извлекают из раствора и выдерлушаюг сначала при обычных условиях в течение 6 дней, а затем в эксикаторе над безводным сульфатом кальция в течение 14 дней. Обработанные таким образом капсулы испытываЮТ на растворимость в воде. Определено, что для растворения оболочки капсул в кипящей воде требуется приблизительно 30 мин. Эти же капсулы, не подвергнутые инсолюбилизирующей обработке в водном растворе цитрата натрия и не выдержанные сначала в обычных условиях, а затем в эксикаторе над осушителем, растворялись в кипящей воде практически мгновенно. Такйм образом, результаты данного опыта показывают, что инсолюбилизирующая обработка .капсульных желатинсодержащих материалов в значительной степени уменьшает растворимость оболочки капсул в воде, позволяя им выдерживать в течение довольно длительного времени воздействие Кипящей воды.

Пример 5. Этот пример демонстрирует зависихмость растворимости капсульного желатинсодержащего материала, подвергнутого инсолюбилизирующей обработке в нитратном растворе, от рН испытательного водного раствора. Капсулы, изготовленные из желатинсодержащего материала, обрабатывают в цитратном инсолюбилизирующем растворе и затем помещают в водяные бани, нагретые до 50°С, с тремя различными значениями рН.

В первой водяной бане рН 3 оболочки капсул растворяют в такой бане примерно в течение одного часа. Во второй водяной бане поддерживали рН на уровне 7. В этой бане оболочки капсул растворялись тоже в течение одного часа. В третьей бане рН устанавливали равным 12, оболочки калсул растворялись

Таблица 2

в такой бане менее, чем за 2 мин. Таким образом, приведенные данные показывают, что инсолюбилизирующая обработка .капсульных желатинсодержащих материалов не дает заметного эффекта лишь при обработке инсолюбилизированных капсул в сильно щелочных

условиях, т. е. в водных растворах с высоким

значением рН.

Пример 6. В данном примере описываются результаты опытов по инсолюбилизирующей обработке капсул, изготовленных из желатинсодержащего материала, в водных растворах цитрата натрия с рН 4-8. Послеиммерсионная обработка капсул была во всех

этих случаях одинаковой. В итоге было обнаружено, что иммерсионная обработка капсул в растворе цитрата натрия с рН 8 дает наибольший инсолюбилизируюидий эффект и позволяет получать капсулы с наименьшей проницаемостью и наихудшей растворимостью в воде даже при повышенной температуре.

Предмет изобретения

Способ обработки полипептидных оболочек микрокапсул путем воздействия водными растворами солей, отличаюипшся тем, что, с целью снижения растворимости оболочек в воде, цредварительно отформированные микрокапсулы погружают в водный раствор соли лимонной кислоты с концентрацией от 0,25 моль/л и выдерживают в течение 2 - 60 дней.

4

c

;;;

SfSMjJ, дни

Фиг. 3