Дослідження утворення міцел та їх структури методом спінових зондів
DOI:
https://doi.org/10.15587/2519-4852.2022.263054Ключові слова:
поверхнево-активна речовина (ПАР), полоксамер Р338 (Р338), розчин, міцела, спіновий зонд, спектр ЕПР, параметри спектрів, в’язкістьАнотація
Мета. Дослідити розчини ПАР методом спінових зондів залежно від вмісту і класу ПАР, а також їх взаємодії з деякими допоміжними речовинами.
Матеріали та методи. Розчини іонних і неіонних ПАР, в які вводили 4 спінових зонди, що різняться за молекулярною структурою і розчинністю. Отримували спектри електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). За спектром ЕПР визначали його тип і параметри, за ізотермою поверхневого натягу – критичну концентрацію міцелоутворення (ККМ), а реологічні параметри – методом ротаційної віскозиметрії.
Результати. Від вмісту ПАР залежить форма спектрів ЕПР і спектральні параметри спінових зондів, які також обумовлює їх молекулярна структура і розчинність. Існує область концентрацій ПАР, в якій асоціати ПАР утворюються до ККМ. Після ККМ аж до 1 % структура міцел ПАР не зазнає змін. В міцелах зонди, що моделюють ПАР, швидко обертаються навколо довгої осі молекули і перпендикулярно їй та фіксовані в радіальному напрямку. Обертальна дифузія розчинених у воді зондів є набагато швидшою. Ядра міцел неіонних ПАР і Р338 є більш в’язкими порівняно з іонними ПАР. Міцели ПАР анізотропні за в’язкістю, а різні сегменти алкільних ланцюжків зондів, що моделюють ПАР, мають різні динамічні властивості. Більш впорядкованою та щільною є упаковка молекул в міцелах на рівні 5 атому вуглецю. За параметрами спектрів ЕПР виявлено взаємодії між ПАР і зондом, між катіонним ПАР і динатрію едетатом. Показано зв’язок між зміною параметрів спектрів ЕПР з ростом температури, вмістом Р338 в розчинах і золь → гель переходом. Взаємодія пропіленгліколю з Р338 підвищує солюбілізацію ліпофільної речовини розчинами Р338.
Висновки. В істинних і міцелярних розчинах ПАР форма і параметри спектрів ЕПР є різними і залежать також від структури і розчинності зондів. Міцели ПАР анізотропні за в’язкістю, а різні сегменти алкільних ланцюжків зондів, що моделюють ПАР, мають різні динамічні властивості. Більш впорядкованою та щільною є упаковка молекул в міцелах на рівні 5 атому вуглецю. Спектри ЕПР та/або їх параметри змінюються у разі взаємодії між ПАР і зондом, ПАР та іншою речовиною, а також золь → гель переходів в розчинах Р338
Посилання
- The European Pharmacopoeia (2019). European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare of the Council of Europe. Strasbourg, 5224.
- Sheskey, P. J., Hancock, B. C., Moss, G. P., Goldfarb, D. J. (Eds.) (2020). Handbook of Pharmaceutical Excipients. London: Pharm. Press, 1296.
- Da Silva, J. B., Cook, M. T., Bruschi, M. L. (2020). Thermoresponsive systems composed of poloxamer 407 and HPMC or NaCMC: mechanical, rheological and sol-gel transition analysis. Carbohydrate Polymers, 240, 116268. doi: http://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116268
- Fakhari, A., Corcoran, M., Schwarz A. (2017). Thermogelling properties of purified poloxamer 407. Heliyon, 3 (8). doi: http://doi.org/10.1016/j.heliyon.2017.e00390
- Soliman, K. A., Ullah, K., Shah, A., Jones, D. S., Singh, T. R. (2019). Poloxamer-based in situ gelling thermoresponsive systems for ocular drug delivery applications. Drug Discovery Today, 24 (8), 1575–1586. doi: http://doi.org/10.1016/j.drudis.2019.05.036
- Bodratti, A., Alexandridis, P. (2018). Formulation of poloxamers for drug delivery. Journal of Functional Biomaterials, 9 (11). doi: http://doi.org/10.3390/jfb9010011
- Ćirin, D., Krstonošić, V. (2020). Influence of Poloxamer 407 on Surface Properties of Aqueous Solutions of Polysorbate Surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 23 (3), 595–602. doi: http://doi.org/10.1002/jsde.12392
- Russo, E., Villa C. (2019). Poloxamer Hydrogels for Biomedical Applications. Pharmaceutics, 11 (12), 671. doi: http://doi.org/10.3390/pharmaceutics11120671
- Ci, L., Huang, Z., Liu, Y., Liu, Z., Wei, G., Lu, W. (2017). Amino-functionalized poloxamer 407 with both mucoadhesive and thermosensitive properties: preparation, characterization and application in a vaginal drug delivery system. Acta Pharmaceutica Sinica B, 7 (5), 593–602. doi: http://doi.org/10.1016/j.apsb.2017.03.002
- Abdeltawab, H., Svirskis, D., Sharma M. (2020). Formulation strategies to modulate drug release from poloxamer based in situ gelling systems. Expert Opinion on Drug Delivery, 17 (4), 495–509. doi: http://doi.org/10.1080/17425247.2020.1731469
- Ivanova, R., Alexandridis, P., Lindman, B. (2001). Interaction of poloxamer block copolymers with cosolvents and surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 183-185, 41–53. doi: http://doi.org/10.1016/s0927-7757(01)00538-6
- Ćirin, D., Krstonošić, V., Poša, M. (2017). Properties of poloxamer 407 and polysorbate mixed micelles: Influence of polysorbate hydrophobic chain. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 47, 194–201. doi: http://doi.org/10.1016/j.jiec.2016.11.032
- Middleton, J. M., Siefert, R. L., James, M. H., Schrand, A. M., Kolel-Veetil, M. K. (2021). Micelle formation, structures, and metrology of functional metal nanoparticle compositions. AIMS Materials Science, 8 (4), 560–586. doi: http://doi.org/10.3934/matersci.2021035
- Pisarcik, M., Devinsky, F., Pupak, F. (2015). Determination of micelle aggregation numbers of alkyltrimethylammonium bromide and sodium dodecyl sulfate surfactants using time-resolved fluorescence quenching. Open Chemistry, 13, 922–931. doi: http://doi.org/10.1515/chem-2015-0103
- Rusanov, A. I., Shchekin, A. K. (2016). Mitcelloobrazovanie v rastvorakh poverkhnostno-aktivnykh veshchestv. Saint Petersburg: OOO «Izdatelstvo «Lan», 612.
- Berliner, L. (Ed.). (1979). Metod spinovykh metok. Teoriia i primenenie. Moscow: Mir, 635.
- Georgieva, E. R. (2017). Nanoscale lipid membrane mimetics in spin-labeling and electron paramagnetic resonance spectroscopy studies of protein structure and function. Nanotechnology Reviews, 6 (1), 75–92. doi: http://doi.org/10.1515/ntrev-2016-0080
- Sahu, I. D., Lorigan, G. A. (2021). Probing structural dynamics of membrane proteins using tlectron paramagnetic resonance spectroscopic techniques. Biophysica, 1, 106–125. doi: http://doi.org/10.3390/biophysica1020009
- Camargos, H. S., Alonso, A. (2013). Electron paramagnetic resonance (EPR) spectral components of spin-labeled lipids in saturated phospholipid bilayers: effect of cholesterol. Química Nova, 36 (6), 815–821. doi: http://doi.org/10.1590/s0100-40422013000600013
- Catte, A., White G. F., Wilson, M. R., Oganesyan, V. S. (2018). Direct prediction of EPR spectra from lipid bilayers: Understanding structure and dynamics in biological membranes. ChemPhysChem, 19 (17), 2183–2193. doi: http://doi.org/10.1002/cphc.201800386
- Farafonov, V. S., Lebed, A. V. (2020). Nitroxyl spin probe in ionic micelles: A molecular dynamics study. Kharkiv University Bulletin. Chemical Series, 34 (57), 57–64. doi: http://doi.org/10.26565/2220-637x-2020-34-02
- Liapunov, M. O., Ivanov, L. V., Bezuhla, O. P., Zhdanov, R. I., Tsymbal, L. V. (1992). Doslidzhennia ahrehativ poverkhnevo-aktyvnykh rechovyn (PAR) metodom spinovykh zondiv. Farmatsevtychnyi zhurnal, 5-6, 40–45.
- Bahri, M. A., Hoebeke, M., Grammenos, A., Delanaye, L., Vandewalle, N., Seret, A. (2006). Investigation of SDS, DTAB and CTAB micelle microviscosities by Electron Spin Resonance. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 290 (1-3), 206–212. doi: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2006.05.021
- Lyapunov, A. N., Bezuglaya, E. P., Lyapunov, N. A., Kirilyuk, I. A. (2015). Studies of Carbomer Gels Using Rotational Viscometry and Spin Probes. Pharmaceutical Chemistry Journal, 49 (9), 639–644. doi: http://doi.org/10.1007/s11094-015-1344-3
- Likhtenshtein, G. I. (1974). Metod spinovykh zondov v molekuliarnoi biologii. Moscow: Nauka, 256.
- Kuznetcov, A. N. (1976). Metod spinovogo zonda (Osnovy i primenenie). Moscow: Nauka, 210.
- Liapunov, N. A., Purtov, A. V. (2009). Issledovanie poverkhnostno-aktivnykh i kolloidno-mitcelliarnykh svoistv benzalkoniia khlorida. Farmakom, 4, 54–59.
- Bezuglaya, E., Lyapunov, N., Lysokobylka, O., Liapunov, O., Klochkov, V., Grygorova, G., Liapunova, A. (2021). Interaction of surfactants with poloxamers 338 and its effect on some properties of cream base. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 6 (34), 4–19. doi: http://doi.org/10.15587/2519-4852.2021.249312
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Elena Bezuglaya, Nikolay Lyapunov, Valentyn Chebanov, Oleksii Liapunov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.
