chp10 Flashcards
(53 cards)
define μικρογαλακτώματα
= Υγρά συστήματα διασποράς νερού, ελαίου και αμφίφιλων μορίων τα οποία είναι οπτικά ισότροπα και θερμοδυναμικά σταθερά
= διάφανου συστημάτων που αποτελούνται από:
- μη πολικό συστατικό
- υδατικό συστατικό
- επιφανειοδραστικό
- συνεπιφανειοδραστικό
why are co-surfactants needed in ME? Is it necessary?
Απαιτείται για την παρασκευή των περισσότερων μικρογαλακτωμάτων.
—> Μπορεί όμως και να μην χρησιμοποιηθεί (παρασκευή μικρογαλακτώματος μόνο με επιφανειοδραστικό)
list different types of solutions that do NOT count as ME
- Διαλύματα επιφανειοδραστικών
—> π.χ. μικύλλια και αντίστροφα μικύλλια - Υγρά κρυσταλλικά συστήματα
—> στιβαδικά, εξαγωνικά και κυβικά - Απλά γαλακτώματα με διασπορές σταγονιδίων ελαίου ή νερού μικρού μεγέθους που παράγονται με παροχή ενέργειας
—> π.χ. μέσω μικροϊονισμού, ομογενοποίηση υψηλής ταχύτητας, κατεργασίας με υπερήχους - Συστήματα που δεν περιέχουν επιφανειοδραστικά
list all the main characteristics of microemulsions
- ομοιογενή συστήματα
- διάφανα
- μικρού ιξώδους
—> το ιξώδες τους είναι πιο κοντά σε αυτό του νερού, ακόμα και σε υψηλές συγκεντρώσεις σταγονιδίων - Νευτώνεια ροή
—> η ροή τους παραμένει σταθερή όταν υποβληθούν σε μεγάλο εύρος διατμητικών τάσεων - περιέχουν υψηλό ποσοστό νερού και ελαίου
- περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις μίγματος γαλακτωματοποιητών
- σχηματίζονται αυθόρμητα όταν τα συστατικά τους αναμιχθούν σε κατάλληλες αναλογίες και θερμοδυναμικά σταθερά
compare microemulsions vs emulsions
slide 6
Give all the advantages of ME
(+) Θερμοδυναμικά σταθερά
—> αυτο-γαλακτωματοποιούνται σε συστήματα των οποίων οι ιδιότητες δεν εξαρτώνται από τη διαδικασία που ακολουθείται
(+) Παρασκευάζονται εύκολα.
(+) Μπορούν να αποσταθεροποιηθούν σε χαμηλές ή υψηλές θερμοκρασίες αλλά επανέρχονται όταν η θερμοκρασία επιστρέψει σε κανονικά επίπεδα.
(+) Πολύ καλοί διαλύτες όσο για υδρόφιλες όσο και για λιπόφιλες δραστικές ουσίες
(+) Έχουν χαμηλό ιξώδες σε σύγκριση με τα συμβατικά γαλακτώματα.
(+) Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για χορήγηση από το στόμα, παρεντερικά και τοπικά.
(+) Προστασία δραστικών ουσιών από υδρόλυση και οξείδωση (μικρογαλακτώματα o/w)
(+) Επαναλήψιμες συγκεντρώσεις της δραστικής ουσίας στο πλάσμα και βιοδιαθεσιμότητα.
(+) Αύξηση απορρόφησης
—> ειδικά δραστικών ουσιών με χαμηλή διαλυτότητα στο νερό
(+) Παρέχουν ελεγχόμενο ρυθμό αποδέσμευσης της δραστικής ουσίας και στοχευμένη δράση
(+) επιτρέπουν την κάλυψη δυσάρεστης γεύσης δ.ο.
Give disadvantages of ME
(-) Απαιτούν μεγάλες ποσότητες επιφανειοδραστικών και συνεπιφανειοδραστικών για τη διατήρηση της σταθερότητάς τους
(-) Η σταθερότητά τους επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία και το pH
Show using thermodynamics how ME can be formed (logic behind it)
Μπορεί να εξηγηθεί μέσω μιας απλοποιημένης θερμοδυναμικής προσέγγισης¨
𝚫G = γ𝚫A − TΔS
- ΔG —> ελεύθερη NRG σχηματισμού των ME
- γ —> διεπιφανειακή τάση στη διεπιφάνεια ελαίου-νερού
- ΔA —> μεταβολή του εμβαδού της διεπιφάνειας (η οποία συσχετίζεται με τη μείωση του μεγέθους των σταγονιδίων)
-S —> εντροπία του συστήματος
- T —> απόλυτη θερμοκρασία
Explain the thermodynamics concept that makes ME
- Κατά το σχηματισμό των μικρογαλακτωμάτων το μέγεθος των σταγονιδίων της εσωτερικής φάσης μειώνεται —> αύξηση της τιμής του ΔA (λόγω αύξησης της συνολικής επιφάνειας)
- Αυτό αντισταθμίζεται από μια πολύ χαμηλή διεπιφανειακή τάση (γ) η οποία επιτυγχάνεται μέσω χρήσης υψηλών συγκεντρώσεων αμφίφιλων μορίων
- Η διατήρηση της διεπιφανειακής τάσης (γ) σε πολύ χαμηλές τιμές είναι απαραίτητη προϋπόθεση για το σχηματισμό και τη σταθερότητα των μικρογαλακτωμάτων
- Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού συνοδεύεται από αύξηση της τιμής της εντροπίας του συστήματος (τιμή ΔS)
—> λόγω της ανάμιξης 2 μη αναμίξιμων φάσεων, της κατανομής των μορίων του επιφανειοδραστικού στη διεπιφάνεια και της ανταλλαγής μορίων επιφανειοδραστικού μεταξύ μονομερών και μικυλλίων - Το αποτέλεσμα της εξίσωσης είναι αρνητική τιμή για την ΔG
—> αυθόρμητος σχηματισμός ME
Give some details about what happens to the particles while ME are being formed + time needed
- Παρόλο που τα συστήματα αυτά σχηματίζονται αυθόρμητα, οι κινητήριες δυνάμεις είναι μικρές και μπορεί να χρειαστεί αρκετός χρόνος για την επίτευξη της ισορροπίας
- Αυτή η διαδικασία είναι δυναμική
—> Παρατηρείται διάχυση μορίων μέσα στη μικροδομή του μικρογαλακτώματος και υπάρχουν διακυμάνσεις στην κυρτότητα των υμενίων του επιφανειοδραστικού
—> Τα σταγονίδια διαχέονται μέσα από τη συνεχή φάση
—> ενώ παράλληλα συγκρούονται, συγχωνεύονται και διαχωρίζονται
—> η μικροδομή τους αλλάζει συνεχώς, κάνοντάς τα εξαιρετικά δυναμικά συστήματα με αντιστρεπτή συνένωση σταγονιδίων
Name the 3 types of microemulsions
- Έλαιο σε νερό (o/w ME) —> water είναι η συνεχής φάση
- Νερό σε έλαιο (w/o ME) —> έλαιο είναι η συνεχής φάση
- Ασυνεχές μικρογαλάκτωμα νερού και ελαίου
—> σχεδόν ίσες ποσότητες νερού και ελαίου
—> είναι αρκετά διαφορετικοί όσον αφορά στη μικροδομή τους, αλλα όλοι έχουν μια μονοστιβάδα αμφίφιλων μορίων στη διεπιφάνεια των 2 φάσεων που τις διαχωρίζει
Describe the structure and properties of ασυνεχή
μικρογαλακτώματα
- τόσο το νερό όσο και το έλαιο υπάρχουν ως μικροτομείς που διαχωρίζονται μεταξύ τους από μια μονοστιβάδα αμφίφιλων μορίων με μηδενική κυρτότητα
- Ακανόνιστα κανάλια ελαίου και νερού διαπλέκονται, προκαλώντας το σχηματισμό μια δομής που μοιάζει με σφουγγάρι
- μπορεί να εμφανίζουν μη-Νευτώνεια ροή και πλαστικότητα
- εξαιρετικά χρήσιμα στην τοπική χορήγηση δραστικών ουσιών ή για ενδοφλέβια χορήγηση, όπου μέσω αραίωσης στα υδατικά βιολογικά υγρά σχηματίζουν o/w μικρογαλακτώματα
Compare uses and properties of drugs that are o/w vs w/o
- Microemulsions o/w
- επιτρέπουν την αύξηση της διαλυτότητας υδρόφοβων δραστικών ουσιών σε υδατικά συστήματα
- μέσω διαλυτοποίησής τους στα εσωτερικά σταγονίδια ελαίου
- Microemulsion w/o
- χορηγείται παρεντερικά ή από το στόμα
- μπορεί να αποσταθεροποιηθεί από το υδατικό βιολογικό σύστημα
- Το νερό των βιολογικών υγρών αυξάνει τον όγκο της εσωτερικής φάσης –> φαινόμενο διήθησης’ —> διαχωρισμός ή αναστροφή φάσης
- Συνήθως χρησιμοποιούνται συστήματα w/o, σε περιπτώσεις όπου η αραίωση από την υδατική φάση δεν είναι πιθανή, όπως σε ενδομυϊκές ενέσεις ή σε διαδερμική χορήγηση
How do microemulsions change phases
Η μετάβαση από o/w σε w/o μικρογαλακτώματα μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω της ασυνεχούς κατάστασης.
What determines εάν θα σχηματιστεί o/w ή w/o μικρογαλάκτωμα
- το κλάσμα όγκου του ελαίου και του νερού
—> o/w συμβαίνει συνήθως σε συστήματα όπου το κλάσμα του ελαίου είναι χαμηλό, ενώ συστήματα w/o σχηματίζονται όταν το κλάσμα νερού είναι χαμηλό - από τη φύση του διεπιφανειακού υμενίου που καθορίζεται από τη γεωμετρία των αμφίφιλων μορίων (επιφανειοδραστικών) που σχηματίζουν το υμένιο
What formula allows to predict what type of ME will form
CPP = κρίσιμος παράγοντας πακεταρίσματος (critical packing parameter)
—> Αυτή η μέθοδος, όπως και το HLB, είναι μια εμπειρική προσέγγιση δεδομένου ότι υπάρχουν πολλοί άλλοι παράγοντες που επιδρούν στις τελικές δομές που θα σχηματιστούν σε ένα μικρογαλάκτωμα
—> Ο CPP αποτελεί μέτρο της γεωμετρίας του επιφανειοδραστικού
= v / al
- v —> είναι ο όγκος του υδρόφοβου μέρους του επιφανειοδραστικού
- a —> η επιφάνεια
- l —> μήκος της αλυσίδας του επιφανειοδραστικού
Show the different values of CPP + what they mean
- CPP less than 1
—> η πολική κεφαλή είναι μεγαλύτερη από το υδρόφοβο μέρος του μορίου
—> σχηματισμός o/w - Bigger than 1
—> η πολική κεφαλή του μορίου είναι μικρότερη από το υδρόφοβο τμήμα του
—> σχηματισμός w/o ME - CPP ≈ 1
—> ίσες ποσότητες νερού και ελαίου
—> η μέση κυρτότητα του διεπιφανειακού υμενίου πλησιάζει στο μηδέν
—> τα σταγονίδια μπορούν να συνενωθούν προκειμένου να σχηματιστεί μια ασυνεχής δομή.
is CPP accurate?
Αυτή η προσέγγιση βασίζεται αποκλειστικά στη γεωμετρία των μορίων του επιφανειοδραστικού παράγοντα
—> Δεν λαμβάνει υπόψη τη διείσδυση μορίων ελαίου και συν-επιφανειοδραστικού στη διεπιφάνεια και την ενυδάτωση των πολικών κεφαλών του επιφανειοδραστικού
Name another method to predict ME types other than CPP
HLB = αναλογία των υδρόφιλων και των υδρόφοβων ομάδων των επιφανειοδραστικών μορίων
—> παίζει σημαντικό ρόλο για τον καθορισμό της κυρτότητας του διεπιφανειακού υμενίου και επομένως και για τη δομή του μικρογαλακτώματος
—> χρησιμοποιείται για την επιλογή των επιφανειοδραστικών που θα χρησιμοποιηθούν στη μορφοποίηση των ME
—> το HLB του μίγματος των επιφανειοδραστικών θα πρέπει να είναι ίσο με το απαιτούμενο HLB της ελαιώδους φάσης
Give the different values of HLB and what it indicates
- HLB < 10 —> μικρογαλακτώματα w/o
- HLB > 10 —> μικρογαλακτώματα o/w
- HLB ≈ 10 —> ασυνεχή (μηδενική κυρτότητα)
Compare HLB and CPP
Τόσο το σύστημα HLB όσο και ο CPP βασίζονται στην ίδια βασική αρχή —> γεωμετρία επιφανειοδραστικών
—> CPP είναι περισσότερο κατάλληλη for ME
Define and explain θερμοκρασία αναστροφής φάσης (phase inversion temperature, PIT)
= επίδραση της θερμοκρασίας στη συμπεριφορά των συστημάτων που μορφοποιούνται χρησιμοποιώντας 2 επιφανειοδραστικά:
- Εάν η θερμοκρασία είναι μικρότερη από την PIT → o/w ME
- Εάν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από την PIT → w/o ME
- Εάν η θερμοκρασία είναι ίση με την PIT → ασυνεχές μικρογαλάκτωμα
—> Μίγματα ιονικών και μη ιονικών επιφανειοδραστικών είναι πιο ανθεκτικά σε μεταβολές στη θερμοκρασία από ό,τι τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά όταν χρησιμοποιούνται μόνα τους
describe επιφανειοδραστικά (types / shapes / bonds / mix with the microemulsion)
= μόρια που συνήθως περιλαμβάνουν μια πολική κεφαλή και μια μη πολική ουρά. Μπορεί να είναι ιονικά (κατιονικά ή ανιονικά), μη–ιονικά ή αμφοτερικά
- Τα μόρια των επιφανειοδραστικών συνδέονται μέσω ενδο- και δια-μοριακών δυνάμεων
- Όταν ένα επιφανειοδραστικό αναμιχθεί με έλαιο και νερό, τα μόριά του θα συγκεντρωθούν στη διεπιφάνεια ελαίου/νερού, καθώς αυτό ευνοείται θερμοδυναμικά (μείωση της συνολικής ελεύθερης ενέργειας)
- Τα μόρια των επιφανειοδραστικών μπορούν να οργανωθούν σε διάφορα σχήματα:
a) σφαιρικά ή κυλινδρικά μικύλλια
b) εξαγωνικές φάσεις
c) στοιβαδικές φάσεις
d) ανάστροφα μικύλλια
e) εξαγωνικά ανάστροφα μικύλλια.
Describe non-ionic surfactants properties
- είναι δομικά όμοια με τα ιονικά επιφανειοδραστικά
—> εκτός από το ότι η πολική κεφαλή των ιονικών είναι φορτισμένη - Όταν χρησιμοποιούνται μη-ιονικά επιφανειοδραστικά, συνήθως δεν απαιτούνται συνεπιφανειοδραστικά για την παρασκευή των μικρογαλακτωμάτων
—> επδ συνήθως τα μη-ιονικά επιφανειοδραστικά αποτελούν μίγματα δομών με ελαφρώς διαφορετικό μήκος αλυσίδων - Τα μη-ιονικά επιφανειοδραστικά έχουν καλή βιολογική αποδοχή
- μπορούν να σχηματίσουν μικρογαλακτώματα που δεν είναι ευαίσθητα στο pH και τους ηλεκτρολύτες