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
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
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.