Дослідження впливу етанолу на властивості розчинів полоксамеру 338 методами ротаційної віскозиметрії та спінових зондів

Автор(и)

  • Олексій Миколайович Ляпунов Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України», Україна https://orcid.org/0000-0001-6103-7489
  • Олена Петрівна Безугла Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України», Україна https://orcid.org/0000-0002-3629-7059
  • Анна Миколаївна Ляпунова Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України», Україна https://orcid.org/0000-0001-7997-3929
  • Олексій Андрійович Лисокобилка Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України», Україна https://orcid.org/0000-0003-2071-9955

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-4852.2024.306365

Ключові слова:

полоксамер 338 (Р338), етанол, розчин, гель, в’язкість, міцела, спіновий зонд, спектр ЕПР, параметри спектрів

Анотація

Мета. Дослідження властивостей 20 % розчинів полоксамеру 338 (Р338) у воді та змішаних розчинниках вода – етанол методами ротаційної віскозиметрії та спінових зондів при різних температурах.

Матеріали і методи. Об’єкти досліджень – 20 % м/м розчини Р338 у воді та сумішах вода – етанол. Розчини досліджували методом ротаційної віскозиметрії при різних температурах; визначали тип течії, нижню межу плинності (t0), динамічну або уявну в’язкість (η). В розчини вводили спінові зонди на основі жирних кислот, що різняться за молекулярною структурою, розчинністю та локалізацією радикалів. Отримували спектри електронного парамагнітного резонансу (ЕПР). За спектрами ЕПР визначали їх тип і параметри.

Результати. Залежно від вмісту етанол впливає на реологічні властивості 20 % розчину Р338. Показано, що здатність розчину до термоіндукованого золь → гель переходу при температурі 32 °С зберігається при вмісті етанолу 5 % м/м. Реопараметри гелю при 32 °С та 37 °С збільшуються (порівняно з гелем, що не містить етанол), що супроводжується зменшенням щільності упаковки поліпропіленоксидних (ППО) ланцюгів в ядрах міцел Р338. При вмісті етанолу 10 % м/м температура утворення гелю зростає до 40 °С. При вмісті етанолу 15 % м/м і вище гелі в 20 % розчині Р338 в інтервалі температур 25-40 °С не утворюються. З підвищенням вмісту етанолу до 30 % м/м зменшуються часи кореляції обертальної дифузії (τ) та параметр впорядкованості (S) спінових зондів на основі жирних кислот; у разі амонійної солі 5-доксилстеаринової кислоти (5-ДСК NH4 солі) анізотропні спектри ЕПР трансформуються в суперпозицію двох триплетів, а потім у триплет. Здатність до термоіндукованих золь ↔ гель переходів в 20 % розчинах Р338 зберігається, доки спектри ЕПР цього зонда є анізотропними при температурах від 25 ºС до 37 ºС. З підвищенням концентрації етанолу зростає сольватація ядер міцел Р338 дисперсійним середовищем його розчинів.

Висновки. Показано, що етанол залежно від вмісту впливає на реологічні властивості 20 % розчину Р338, здатність якого до термоіндукованого золь ↔ гель переходу зберігається при вмісті етанолу 5-10 % м/м. Зміни реологічних властивостей 20 % розчину Р338 корелюють зі спостережуваною зміною типів спектрів ЕПР 5-ДСК NH4 солі. З підвищенням вмісту етанолу зростає сольватація ядер міцел Р338 дисперсійним середовищем і зменшується щільність та впорядкованість упаковки ППО ланцюгів в ядрах міцел

Біографії авторів

Олексій Миколайович Ляпунов, Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України»

Кандидат фармацевтичних наук, науковий співробітник

Лабораторія технології та аналізу лікарських засобів

Інститут хімії функціональних матеріалів

Олена Петрівна Безугла, Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України»

Кандидат фармацевтичних наук, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії

Лабораторія технології та аналізу лікарських засобів

Інститут хімії функціональних матеріалів

Анна Миколаївна Ляпунова, Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України»

Кандидат фармацевтичних наук, старший науковий співробітник

Лабораторія технології та аналізу лікарських засобів

Інститут хімії функціональних матеріалів

Олексій Андрійович Лисокобилка, Державна наукова установа «Науково-технологічний комплекс «Інститут монокристалів» Національної академії наук України»

Молодший науковий співробітник

Лабораторія технології та аналізу лікарських засобів

Інститут хімії функціональних матеріалів

Посилання

  1. The European Pharmacopoeia (2022). European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare of the Council of Europe. Strasbourg: Sedex, 6105.
  2. Sheskey, P. J., Hancock, B. C., Moss, G. P., Goldfarb, D. J. (Eds.) (2020). Handbook of Pharmaceutical Excipients. London: Pharm. Press, 1296.
  3. Delgado, D. R., Martínez, F. (2014). Preferential solvation of sulfadiazine, sulfamerazine and sulfamethazine in ethanol+water solvent mixtures according to the IKBI method. Journal of Molecular Liquids, 193, 152–159. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2013.12.021
  4. Lee, S.-K., Ha, E.-S., Jeong, J.-S., Kim, S., Park, H., Kim, J.-S. et al. (2022). Determination and correlation of solubility of efinaconazole in fifteen mono solvents and three binary mixed solvents at various temperatures. Journal of Molecular Liquids, 349, 118148. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.118148
  5. Bezuhlaia, E. P., Melnykova, E. N., Zhemerova, E. H., Liapunov, A. N., Zynchenko, Y. A. (2016). Efficacy of antimicrobial preservation of certain hydrophilic non-aqueous solvents in aqueous solutions and gels. Farmakom, 1, 51–59.
  6. Hyde, A. E., Ohshio, M., Nguyen, C. V., Yusa, S., Yamada, N. L., Phan, C. M. (2019). Surface properties of the ethanol/water mixture: Thickness and composition. Journal of Molecular Liquids, 290, 111005. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111005
  7. Bielawska, M., Chodzińska, A., Jańczuk, B., Zdziennicka, A. (2013). Determination of CTAB CMC in mixed water+short-chain alcohol solvent by surface tension, conductivity, density and viscosity measurements. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 424, 81–88. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.02.017
  8. Kirschner, J., Gomes, A. H. A., Marinho, R. R. T., Björneholm, O., Ågren, H., Carravetta, V. et al. (2021). The molecular structure of the surface of water–ethanol mixtures. Physical Chemistry Chemical Physics, 23 (19), 11568–11578. https://doi.org/10.1039/d0cp06387h
  9. Belda, R., Herraez, J. V., Diez, O. (2004). Rheological study and thermodynamic analysis of the binary system (water/ethanol): Influence of concentration. Physics and Chemistry of Liquids, 42 (5), 467–479. https://doi.org/10.1080/00319100410001700850
  10. Hoga, H. E., Torres, R. B., Volpe, P. L. O. (2018). Thermodynamics properties of binary mixtures of aqueous solutions of glycols at several temperatures and atmospheric pressure. The Journal of Chemical Thermodynamics, 122, 38–64. https://doi.org/10.1016/j.jct.2018.02.022
  11. Idrissi, A., Jedlovszky, P. (2021). Effect of the alkyl chain and composition on the thermodynamics of mixing of small alcohols and water. Journal of Molecular Liquids, 338, 116777. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116777
  12. Pashayev, B. G., Aliyev, L. P., Hajiyeva, Sh. N. (2024). Viscous flow and structural properties in water-ethanol-urea systems. Advanced Physical Research, 6 (1), 29–35. https://doi.org/10.62476/apr61.35
  13. Pal, J., Patla, A., Subramanian, R. (2021). Thermodynamic properties of forming methanol-water and ethanol-water clusters at various temperatures and pressures and implications for atmospheric chemistry: A DFT study. Chemosphere, 272, 129846. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129846
  14. Finneran, I. A., Carroll, P. B., Allodi, M. A., Blake, G. A. (2015). Hydrogen bonding in the ethanol–water dimer. Physical Chemistry Chemical Physics, 17 (37), 24210–24214. https://doi.org/10.1039/c5cp03589a
  15. Marinho, R. R. T., Walz, M.-M., Ekholm, V., Öhrwall, G., Björneholm, O., de Brito, A. N. (2017). Ethanol Solvation in Water Studied on a Molecular Scale by Photoelectron Spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry B, 121(33), 7916–7923. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.7b02382
  16. Larkin, J. A. (1975). Thermodynamic properties of aqueous non-electrolyte mixtures I. Excess enthalpy for water + ethanol at 298.15 to 383.15 K. The Journal of Chemical Thermodynamics, 7 (2), 137–148. https://doi.org/10.1016/0021-9614(75)90261-x
  17. Dutton, S. E., Mastin, E. M., Blake, G. A. (2023). Chirped pulse Fourier-transform microwave spectroscopy of alcohol and water tetramers. Physical Chemistry Chemical Physics, 25 (8), 5960–5966. https://doi.org/10.1039/d2cp05022f
  18. Bezuglaya, E., Krasnopyorova, A., Liapunova, A., Zinchenko, I., Lyapunov, N., Sytnik, O. (2023). Influence of physicochemical properties and structure of mixed solvents propylene glycol – macrogol 400 on their in vitro release. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 1 (41), 4–13. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2023.274468
  19. Yang, W.-Z., Fan, G.-Q., Zhang, T.-T., Li, D.-B., Pei, L.-L., Huang, R.-Y. et al. (2019). Determination of the solubility and thermodynamic properties of albendazole in a binary solvent of ethanol and water. Physics and Chemistry of Liquids, 59 (1), 1–11. https://doi.org/10.1080/00319104.2019.1660979
  20. Zhang, C., Jouyban, A., Zhao, H., Farajtabar, A., Acree, W. E. (2021). Equilibrium solubility, Hansen solubility parameter, dissolution thermodynamics, transfer property and preferential solvation of zonisamide in aqueous binary mixtures of ethanol, acetonitrile, isopropanol and N,N-dimethylformamide. Journal of Molecular Liquids, 326, 115219. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.115219
  21. He, Q., Zheng, M., Zhao, H. (2019). Baicalin solubility in aqueous co-solvent mixtures of methanol, ethanol, isopropanol and n-propanol revisited: solvent–solvent and solvent–solute interactions and IKBI preferential solvation analysis. Physics and Chemistry of Liquids, 58 (6), 820–832. https://doi.org/10.1080/00319104.2019.1660981
  22. Zheng, M., Chen, G., Chen, J., Farajtabar, A., Zhao, H. (2019). Solvent effect and preferential solvation of cefpiramide in cosolvent plus water mixtures. Journal of Molecular Liquids, 276, 318–324. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.12.027
  23. Akay, S., Kayan, B., Jouyban, A., Martínez, F. (2021). Solubility and dissolution thermodynamics of 5-fluorouracil in (ethanol + water) mixtures. Journal of Molecular Liquids, 333, 116038. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116038
  24. Sarkar, B., Lam, S., Alexandridis, P. (2010). Micellization of Alkyl-Propoxy-Ethoxylate Surfactants in Water-Polar Organic Solvent Mixtures. Langmuir, 26 (13), 10532–10540. https://doi.org/10.1021/la100544w
  25. 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. https://doi.org/10.1016/s0927-7757(01)00538-6
  26. Ivanova, R., Lindman, B., Alexandridis, P. (2002). Effect of Pharmaceutically Acceptable Glycols on the Stability of the Liquid Crystalline Gels Formed by Poloxamer 407 in Water. Journal of Colloid and Interface Science, 252 (1), 226–235. https://doi.org/10.1006/jcis.2002.8417
  27. Soni, S. S., Brotons, G., Bellour, M., Narayanan, T., Gibaud, A. (2006). Quantitative SAXS Analysis of the P123/Water/Ethanol Ternary Phase Diagram. The Journal of Physical Chemistry B, 110 (31), 15157–15165. https://doi.org/10.1021/jp062159p
  28. Zhao, Y., Ma, S.-M., Li, B., De Nicola, A., Yu, N.-S., Dong, B. (2019). Micellization of Pluronic P123 in Water/Ethanol/Turpentine Oil Mixed Solvents: Hybrid Particle–Field Molecular Dynamic Simulation. Polymers, 11 (11), 1806. https://doi.org/10.3390/polym11111806
  29. Bodratti, A., Alexandridis, P. (2018). Formulation of Poloxamers for Drug Delivery. Journal of Functional Biomaterials, 9 (1), 11. https://doi.org/10.3390/jfb9010011
  30. Alkilani, A., McCrudden, M. T., Donnelly, R. (2015). Transdermal Drug Delivery: Innovative Pharmaceutical Developments Based on Disruption of the Barrier Properties of the Stratum Corneum. Pharmaceutics, 7 (4), 438–470. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics7040438
  31. Lyapunov, N., Bezuglaya, E., Liapunov, O., Lysokobylka, O. (2023). Study of aqueous solutions of poloxamers by rotational viscometry and spin probe method. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 4 (44), 4–18. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2023.285933
  32. Berliner, L. (Ed.) (1979). Metod spinovykh metok. Teoriia i primenenie. Moscow: Mir, 635.
  33. Likhtenshtein, G. I. (1974). Metod spinovykh zondov v molekuliarnoi biologii. Moscow: Nauka, 256.
  34. Kuznetcov, A. N. (1976). Metod spinovogo zonda (Osnovy i primenenie). Moscow: Nauka, 210.
  35. Derzhavna Farmakopeia Ukrainy. Vol. 1 (2015). Kharkiv: Derzhavne pidpryiemstvo «Ukrainskyi naukovyi farmakopeinyi tsentr yakosti likarskykh zasobiv», 1128.
  36. Bezuglaya, E., Lyapunov, N., Chebanov, V., Liapunov, O. (2022). Study of the formation of micelles and their structure by the spin probe method. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 4 (38), 4–18. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2022.263054
  37. Cabana, A., Aı̈t-Kadi, A., Juhász, J. (1997). Study of the Gelation Process of Polyethylene Oxidea–Polypropylene Oxideb–Polyethylene OxideaCopolymer (Poloxamer 407) Aqueous Solutions. Journal of Colloid and Interface Science, 190 (2), 307–312. https://doi.org/10.1006/jcis.1997.4880
  38. Prud’homme, R. K., Wu, G., Schneider, D. K. (1996). Structure and Rheology Studies of Poly(oxyethylene−oxypropylene−oxyethylene) Aqueous Solution. Langmuir, 12 (20), 4651–4659. https://doi.org/10.1021/la951506b
Дослідження впливу етанолу на властивості розчинів полоксамеру 338 методами ротаційної віскозиметрії та спінових зондів

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-30

Як цитувати

Ляпунов, О. М., Безугла, О. П., Ляпунова, А. М., & Лисокобилка, О. А. (2024). Дослідження впливу етанолу на властивості розчинів полоксамеру 338 методами ротаційної віскозиметрії та спінових зондів. ScienceRise: Pharmaceutical Science, (3 (49), 13–26. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2024.306365

Номер

№ 3 (49) (2024)

Розділ

Фармацевтичні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Oleksii Liapunov, Elena Bezuglaya, Anna Liapunova, Oleksii Lysokobylka

Creative Commons License

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.