Кіріспе

Микрокапсуляция – бұл кішкентай бөлшектер немесе тамшыларды пайдалы қасиеттері бар шағын капсулалар түрінде беру үшін жабынмен қоршалатын процесс. Көбінесе, ол тағамдық ингредиенттерді, ферменттерді, жасушаларды немесе басқа материалдарды микрометрлік өлшемде енгізу үшін қолданылады. Микрокапсуляция, сондай-ақ, дәрілік заттардың дозасын азайту және олардың ыдырауын болдырмау мақсатында қатты немесе жұмсақ ерітілетін қабықшадан жасалған микрометрлік қабырғаға қатты заттарды, сұйықтықтарды немесе газдарды орау үшін қолданылады. Ең қарапайым түрінде микрокапсула – біркелкі қабырғамен қоршалған, ішінде белгілі бір материал бар кішкентай шар. Микрокапсуланың ішіндегі материал ядро, ішкі фаза немесе толтыру деп аталады, ал қабырғасы кейде қабық, қаптама немесе мембрана деп аталады. Алгинат сияқты липидтер мен полимерлер сияқты материалдар, қызығушылық тудыратын материалды тұтқындау үшін қоспа ретінде қолданылуы мүмкін. Көптеген микрокапсулалардың диаметрі бірнеше нанометрден бірнеше микрометрге дейінгі тесіктерге ие. Қаптама үшін көбінесе қолданылатын материалдар:
Этил целлюлоза
Поливинил спирті
Желатин
Натрий алгинаты

Анықтама кеңейтілді және дәмі бар тағамдарды қамтиды, онда дәмдік заттарды капсулалау ең көп таралған. Микрокапсуляциялау техникасы капсулаланатын материалдың физикалық және химиялық қасиеттеріне байланысты. Дегенмен, көптеген микрокапсулалар осы қарапайым шарларға ұқсамайды. Ядро кристал, тік бұрышты адсорбент бөлшегі, эмульсия, Пикеринг эмульсиясы, қатты заттардың суспензиясы немесе кішігірім микрокапсулалардың суспензиясы болуы мүмкін. Микрокапсула бірнеше қабырғаға ие болуы мүмкін.

Капсулалау себептері

Микрокапсуляциялаудың себептері көптеген. Ол негізінен капсулаға салынған өнімнің тұрақтылығы мен қызмет ету мерзімін ұзарту, өнімді өңдеуді жеңілдету және құрамының бақыланатын босатылуын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Кейбір жағдайларда ядроны сыртқы ортадан оқшаулау қажет, мысалы, витаминдерді оттегінің зиянды әсерінен, ұшқыш ядроның булануын тежеуден, жабысқақ материалды қолдануға ыңғайлы етуден немесе реактивті ядроны химиялық әсерден қорғаудан. Басқа жағдайларда мақсат ядроны толығымен оқшаулау емес, оның құрамын босату жылдамдығын реттеу болып табылады, мысалы, дәрілік препараттарды немесе пестицидтерді бақыланатын түрде босату. Мәселе ядроның дәмін немесе иісін жасырудай қарапайым немесе адсорбция немесе экстракция процесінің таңдаулылығын арттырудай күрделі болуы мүмкін. Экология ғылымында пестицидті микрокапсуляциялау арқылы сіңу немесе булану қаупін азайтуға болады. Тіпті микрокапсулаланған өзін-өзі жазылатын агенттің өзін-өзі жазылатын полимерлік жабындарды жасауда тиімділігі дәлелденген.

Ионотроптық желяция

Ионотроптық желяция – полимер альгинат тізбектеріндегі зәр қышқылының мономерлері көп валентті катиондармен байланысқанда жүзеге асады. Оларға кальций, мырыш, темір және алюминий жатады.

Коацервация фазасын бөлу

Коацервациялық фазаны бөлу үнемі араластыру арқылы жүзеге асырылатын үш кезеңнен тұрады. Үш араласпайтын химиялық фазаның қалыптасуы: сұйық құраушы орта фазасы, өзекті материал фазасы және қаптама материал фазасы. Қаптаманы жағу: өзекті материал қаптама полимерінің ерітіндісіне таратылады. Өзектің айналына қаптама полимерлік материал жабылады. Өзекті материал мен құраушы орта фазасы арасындағы интерфейсте адсорбцияланған полимер арқылы өзектің айналына сұйық полимерлік қаптаманың жиналуы. Қаптаманы бекіту: қаптама материалы құраушы орта фазасында араласпайды және қатты қалыпқа келтіріледі. Бұл термиялық, байланыстыру немесе еріту әдістерімен жүзеге асырылады.

Интерфейстік поликонденсация

Интерфейстік поликонденсацияда поликонденсацияға қатысатын екі реагент интерфейсте кездесіп, жылдам реакцияға түседі. Бұл әдістің негізі – қышқыл хлориді мен амин немесе спирт, полиэстерлер, полимочевина, полиуретан сияқты белсенді сутек атомы бар қосылыс арасындағы классикалық Шоттен Бауманн реакциясы. Тиісті жағдайларда интерфейсте жұқа, иілгіш қабырғалар тез қалыптасады. Пестицид ерітіндісі мен диакислота хлориді суда эмульсияланып, амин және полифункционалды изоцианатты қамтитын сулы ерітінді қосылады. Реакция барысында түзілген қышқылды бейтараптандыру үшін сілті қолданылады. Эмульсия тамшыларының интерфейсінде конденсацияланған полимер қабырғалары дереу пайда болады.

Интерфейстік қиылысу

Интерфейстік байланыс интерфейстік поликонденсациядан туындайды және фармацевтикалық немесе косметикалық қолданыстар үшін улы диаминдерді пайдаланудан аулақ болу мақсатымен әзірленді. Бұл әдісте белсенді сутек атомдары бар кішкентай екі функционалды мономер ақуыз сияқты биокөзден алынған полимермен алмастырылады. Реакция эмульсия интерфейсінде жүргізілгенде, қышқыл хлориді ақуыздың әртүрлі функционалдық топтарымен реакцияға түсіп, мембрананың қалыптасуына әкеледі. Бұл әдіс өте әмбебап, микрокапсулалардың қасиеттерін (өлшемі, кеуектілігі, ыдырауы, механикалық кедергіге төзімділігі) қажеттілікке сәйкес өзгертуге болады. Микрофлюидтік арналардағы жасанды микрокапсулалардың ағыны:

In situ полимерлендіру

Бірнеше микрокапсуляциялау процестерінде бір мономердің тікелей полимерленуі бөлшектердің бетінде жүргізіледі. Мысалы, бір процесте целлюлоза талшықтары құрғақ толуолға батырылғанда полиэтиленмен қапталады. Көбінесе, жабыну жылдамдығы шамамен 0,5 мкм/мин құрайды. Жабын қалыңдығы ауытқиды. Жабын тіпті өткір ұштарда да біркелкі болады. Ақуыз микрокапсулалары биологиялық үйлесімді және биодеградацияланады, ал ақуыз қаңқасының болуы мембрананы интерфациалдық поликонденсация арқылы алынғандарға қарағанда берік және серпімді етеді.

Матрицалық полимерлеу

Бірқатар процестерде түйіршіктердің қалыптасуы кезінде негізгі материал полимерлік матрицаға енгізіледі. Осы типтегі қарапайым әдіс – шашыратып кептіру, онда түйіршік матрицалық материалдан еріткіштің булануы арқылы түзіледі. Дегенмен, матрицаның қатаюы химиялық өзгерістер нәтижесінде де болуы мүмкін.

Босату әдістері мен үлгілері

Микрокапсуляциялау қолданылымының мақсаты ядроны қоршаған ортадан оқшаулау болса да, қабырға қолданыс кезінде жарылуы тиіс. Көптеген қабырғалар қысым немесе серпімдік күштердің әсерінен оңай жарылады, мысалы, көшірме жасау үшін жазу кезінде бояу бөлшектерін бұзу сияқты. Капсула ішіндегі заттар қабырғаны еріту арқылы немесе белгілі бір жағдайларда оны еріту арқылы босатылуы мүмкін, мысалы, ішекте еритін дәрілік препараттың қаптамасында. Басқа жүйелерде қабырға еріткіш әсерінен, ферменттердің шабуылынан, химиялық реакциядан, гидролизден немесе баяу ыдыраудан бұзылады. Микрокапсуляциялау дәрі-дәрмектің организмге шығарылуын баяулату үшін қолданылуы мүмкін. Бұл бір рет бақыланатын дозаның, капсулаланбаған дәрінің бірнеше дозасын алмастыруына мүмкіндік береді, сондай-ақ кейбір дәрілердің жоғары бастапқы қан концентрациясын болдырмау арқылы уытты қосымша әсерлерін азайтуы мүмкін. Әдетте, белгілі бір қажетті босату үлгісі болады. Кейбір жағдайларда ол нөлдік реттік, яғни босату жылдамдығы тұрақты. Бұл жағдайда микрокапсулалар тиімділік кезеңінде дәрі-дәрмектің белгілі бір мөлшерін минут сайын немесе сағат сайын береді. Бұл микрокапсулада қатты резервуар немесе еріген дәрі сақталғанда мүмкін болады. Дәрі шығарудың ең көп кездесетін үлгісі – бірінші реттік, онда дәрілік заттың көзі таусылғанға дейін уақыт өте келе жылдамдық экспоненциалды түрде төмендейді. Бұл жағдайда микрокапсуланың ішінде дәрі-дәрмектің белгілі бір мөлшері ерітіндіде болады. Капсуланың ішкі және сыртқы жағындағы концентрация айырмашылығы дәрі тараған сайын үнемі төмендейді. Дегенмен, капсулаланған материалды босату кезінде басқа да механизмдер жұмыс істеуі мүмкін. Оларға биологиялық ыдырау, осмостық қысым, диффузия және т.б. жатады. Әрқайсысы жасалған капсуланың құрамына және оның қоршаған ортасына байланысты. Сондықтан материалдың босатылуына бір мезгілде әрекет ететін әртүрлі механизмдер әсер етуі мүмкін.