Технология изготовления, перспективы развития гелей в медицине и косметологии

1. Введение

В настоящее существует большое  разнообразие мягких лекарственных  форм, а гели в свою очередь занимают большую часть ассортимента, представленного  на прилавках магазинов и аптек.

Цель данной работы –  рассмотреть гели в косметологии и медицине.

Задачи:

-  изучить теоретический материал по данной теме;

-  выявить технологию приготовления гелей;

-  рассмотреть исходные вещества для приготовления гелей: жироподобные вещества, дезинфицирующие и консервирующие вещества, антиоксиданты, душистые вещества, растворители;

-  изучить вопросы асептики и контроля качества на производстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основная часть

1. 1. Гели (ед.ч. гель, от лат. gelo — «застываю») — структурированные дисперсные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость). [2][6]

Гель — мягкая лекарственная форма вязкой консистенции, способная сохранять форму и обладающая упругостью и пластичностью, или структурированные дисперсные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. [1]

Гели состоят, по крайней  мере, из двух компонентов, один из которых  образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную  сетку, выступающую в роли каркаса, пустоты в которой заполнены  низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.

Вещества, способные образовывать макромолекулярную структуру гелей, называются гелеобразователями. К ним  относятся как неорганические (диоксид кремния, оксид алюминия), так и органические вещества и их смеси (поливиниловый спирт, полиакриламид, желатина, агар-агар, пектиновые вещества и др.). В качестве низкомолекулярной дисперсионной среды — наполнителя геля — выступают вода, низшие моно- и олигоспирты, углеводороды. Гели с водной дисперсионной средой называются гидрогелями, со спиртовой — алкогелями, с углеводородной — органогелями (общее название «лиогели»).

Гели образуются при коагуляции и последующей коалесценции золей, понижении температуры, концентрировании мицеллярных растворов мыл или выделении новой дисперсной фазы из пересыщенных растворов.

Удалением из лиогелей жидкой среды можно получить тонкопористые  тела (аэрогели или ксерогели), в которых дисперсная фаза превращается в прочные адгезионные или фазовые (когезионные) пористые структуры. Таковы алюмогель и силикагель, получаемые высушиванием гидрогелей гидроксида алюминия и кремниевых кислот.

Гели термодинамически неустойчивы: вследствие синерезиса дисперсная система самопроизвольно разрушаются с выделением жидкой концентрированной фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки. При удалении низкомолекулярного растворителя (высушивании) гели, обычно, необратимо разрушаются.[2][3]

2. Применение гелей. Гели широко используются для производства разнообразных косметических, лекарственных препаратов и продукции бытовой химии (для ухода за волосами, для бритья, для наращивания ногтей и т. п.), а также для лабораторных исследований методом электрофореза и др.

Гелями могут заполняться  анатомические имплантаты, применяемые в пластической хирургии.

Твердые гели (алюмогель, силикагель) широко применяются как адсорбенты.

В медицине полимеры используются в  различных областях: в качестве диагностических препаратов, терапевтических препаратов пролонгированного действия;  в ожоговой терапии, для ускоренного заживления ран; в хирургии (шовные и перевязочные материалы); в восстановительной и пластической хирургии; в офтальмологии.[2][3]

3. Классификация гелей:

I. По способности взаимодействовать с водой:

1) Способные к набуханию  с последующим растворением в  воде (ПЭО, эфиры целлюлозы, крахмал,  желатин)

2) Способные к набуханию  и нерастворимые в воде (фитостерин, бетониты, РАП)

II. По происхождению:

1) Гели высокополекулярных  углеводов, белков: крахмал, эфиры  целлюлозы, желатин, коллаген

2) Гели синтетических  ВМС: ПЭО, РАП

3) Гели неорганических  веществ: бентониты

III. По физико-химической  природе:

1) Системы типа гелей

2) Студни и коллоидные  системы

Представители:

1)Гели крахмала:

Используется крахмально-глицериновый гель — Unguentum Glycerini. Исключен из Государственного реестра, но применяется в аптечной практике. Состав: крахмал (7), вода (7), глицерин (93). Бесцветная прозрачная однородная масса, легко распределяется на поверхности слизистой оболочки. За счет наличия глицерина, этот гель устойчив к воздействию микроорганизмов, но при хранении подвержен синерезису.

2)Желатино-глицериновый  гель:

Состав: желатин (1-3 %), глицерин (10-30 %). Представляет собой прозрачную, желтоватого цвета массу, легко разжижается при втирании в кожу. Применяется для изготовления защитных мазей, кожных клеев, застывает на коже в виде пленки. Наносится на руки в расплавленном состоянии. Например, паста Хиот, паста Унна.

3)Коллагеновые гели:

Коллаген — Collagenum является полимером и представляет собой основной белок соединительной ткани. Получают его из кожи крупного рогатого скота (используют отходы кожевенной промышленности). В концентрации 2-5 % при набухании в воде образует вязкие прозрачные гели. Оптимальными реологическими свойствами обладают гели коллагена в концентрации 3 %. 
Достоинства: нетоксичность, всасывается и полностью утилизируется организмом, хорошо высвобождает ЛВ, обладает сорбционной способностью, репаративными свойствами, применяется в технологии мазей для лечения ран. 
Гели подвержены высыханию. Для предотвращения этого, к ним добавляют до 2 % глицерина.

4)Фитостерин:

Получают из хвойной древесины. Основной компонент: β-стерин. По своему строению он близок к холестерину. Обладает и свойствами холестерина — 1 часть фитостерина способна удерживать до 12 частей воды. Это белая сметанооразная масса, легко наносимая на кожу, хорошо переносится и рекомендуется лицам с чувствительной кожей. 
Например, фитостерин (8), растительное масло (8), вода (64). Или водная основа, содержащая до 15 % фитостерина, применяется в мазях для лечения экзем.

5)Гели микробных полисахаридов:

Получают из полисахарида декстрана. Молекулярная масса его примерно равна 150 тыс. Примером такого геля может служить препарат «Аубазидан», разработанный в СПХФА, его применяют в качестве пролонгатора в технологии глазных капель. Состав: аубазидан (2), глицерин (10), воды (до 100).

6)Эфиры целлюлозы:

В качестве мазевых основ  могут использоваться гели метилцеллюлозы и натрий-карбоксиметилцеллюлозы:

[С₆H₇O₂ (OH)_3-x (OCH₃)_x]_n — метилцеллюлоза (МЦ)

[С₆H₇O₂ (OH)_3-x (OCH₂COONa)_x]_n — натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ)

Гели МЦ используют в концентрации 4-6 %. Соостав: МЦ (6), глицерин (20), вода (74). Глицерин добавляют для предотвращения высыхания. Гели МЦ образуют на коже пленки — используются для приготовления защитных мазей, а также их применяют в технологии мазей с цинка оксидом, ихтиолом, салициловой кислотой и проч. 
Гели Na-КМЦ применяют в концентрации 4-6 %. Состав: Na-КМЦ (6), глицерин (10), вода (84). Величина рН = 6,5-8,0, в связи с чем может изменяться и кислая реакция среды эпидермиса.

Достоинства: отсутствие раздражающего  и сенсибилизирующего действия, юезвредность; возможность использования доя  получения сухих мазей-концентратов; обладают мягкой осмотической активностью  и используются в мазях для  лечения ран. 
Недостатки: несовместимы со многими лекарственными веществами (резорцин, танин, йод, соли тяжелых металлов и др.)

7) Полиэтиленоксиды (ПЭО):

Это продукт полимеризации  окиси этилена в присутствии  щелочи: n «Этилен-оксид» + NaON → HO (CH₂CH₂O)_nH

Различают летучие (ПЭО-400) и  твердые (ПЭО-1500; ПЭО-4000). Консистенция зависит от степени полимеризации. В качестве основ для мазей используют сплавы ПЭО-400 и ПЭО-1500. Оптимальными реологическими свойствами обладает сплав в соотношении 8:12.

Достоинства: индифферентность, устойчивость к действию тепла и  света, не нарушают физиологические  функции кожи, легко высвобождают ЛВ и обеспечивают их высокую биодоступность. 
Недостаток: обезвоживание слизистых оболочек. 
Обладают высокой осмотической активностью. Наиболее значимы по сравнению со свеми имеющимися полимерами. Используются в мазях для лечения гнойных ран (Левомеколь, Левосин и др.)

8)Карбополы:

Являются сополимерами акриловой  кислоты с полиалкил-полиэфирами  многоатомных спиртов. За рубежом они  называются Карбополы или Карбомеры. В России выпускаются под маркой «Ареспол» или «мАРС-06». Образуют вязкие прозрачные однородные гели с  максимальной величиной вязкости в  интервале рН=5-9. Легко высвобождают лекарственные вещества, обеспечивают их высокую биодоступность. Всасываются через кожу и обеспечивают пролонгированный эффект.

9)Бентониты:

Бентониты — Bentonitum — природные неорганические полимеры. Относятся к глинистым материалам. В зависимости от места их добывания их делят на гели тихааскане и гели джамбулиты. Способны образовывать на коже пленку, которая быстро высыхает. Используются в защитных мазях. Имеют сложный состав — это алюмо-гидро-силикаты: (Al₂O₃)_n (SiO₂)_m H₂O. Содержат ионы К⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, которые способны участвовать в ионообменных реакциях, что позволяет получить системы с заданными свойствами. Бентониты (особенно их натриевые соли) обладают большой набухающей способностью. Получены также полусинтетические 3-этанол-аминовые бентониты.

Достоинства: их большая  индифферентность, стабильность, способность  поглощать эксудат. Легко высвобождают лекарственное вещество, обеспечивают его всасывание и также могут  использоваться для получения сухих  мазей-концентратов. 
Недостатки: высыхают. Для предотвращения этого вводят до 10 % глицерина. Так, известна основа состава: бентонит (13-20 %), глицерин (10 %), вода (70-77 %).

10)Гели поливинилпиролидона  (ПВП):

Бесцветный аморфный гигроскопичный порошок, растворимый в воде, глицерине, ПЭО. Водные растворы ПВП изменяют цвет при хранении и подвергаются микробной  контаминации. Хорошо смешиваются с  ланолином, простыми и сложными эфирами, касторовым маслом, производными целлюлозы  и силиконовыми жидкостями. В концентрации до 20 % используется для приготовления основ.

11)Гели поливинилового  спирта (ПВС):

Порошок белого или желтоватого  цвета, не растворимый в этиловом спирте. В воде и глицерине растворим  при нагревании. Водные растворы характеризуются  высокой вязкостью. Для получения  мазей используют 15 % гель.[1]

2. 1. Технология приготовления гелей

В косметике широко применяются  различные гели. Их основные элементы - это вода и какое-нибудь коллоидное вещество, как, например, желатин, гуммиарабик, карбоксиметилцеллюлоза и другие.

Гели - весьма распространенная форма продукции, используемой в  медицине и косметологии. Обе фазы гелей готовятся сначала по отдельности: в водной фазе растворяют водорастворимые вещества, а жирорастворимые вещества смешивают друг с другом в масляной фазе. Обе процедуры сопровождаются нагреванием жидкостей для облегчения растворения.

Сами гели изготавливаются  обычно в закрытом котле. Поскольку  производство эмульсии происходит при  температуре 80-90°С, в котле, как правило, имеется смеситель со стержнем А, в который для нагревания можно  вводить горячую воду, для ускорения  охлаждения - холодную воду. Как показано на рисунке, котел снабжен мешалкой Б и гомогенизатором В, который  постоянно вращает эмульсионную смесь, тем самым значительно  уменьшая размеры капель эмульгируемой (как правило, масляной) фазы (рис. 1).

Рис. 1. Котел с кожухом, в котором находятся приспособления для изготовления гелей: А - стержневой смеситель, Б - малая мешалка, В - гомогенизатор, Г - отверстие для заполнения, Д - отвод к вакуумному насосу, Е - отверстие для спуска, Ж - водяной кожух

С помощью перемешивания  гели готовят в течение нескольких часов. Если в состав гелей входят компоненты, которые не переносят  нагревания (как, например, некоторые  ферменты, экстракты трав и т. д.), то их добавляют только на стадии охлаждения. Если в результате этой операции гель не получается достаточно однородным, тонкодисперсным, то смесь можно  гомогенизировать с помощью так  называемой вальцевой мельницы. Это  машина, в которой вещество проводится сквозь вращающиеся вальцы, удаленность  которых друг от друга можно регулировать и с помощью которых слишком  крупные капли как бы дробятся на более мелкие.

Густоту гелей или их вязкость можно регулировать с помощью  карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) или одного из ее многочисленных производных. При  этом КМЦ образует в зависимости  от количества водной фазы более или  менее плотный гель, который, разумеется, изменяет всю структуру и, следовательно, консистенцию. Было отмечено, что используемая в определенном количестве КМЦ образует в водной фазе единую сетку геля; при этом она не только увеличивает  вязкость продукции, то также стабилизирует, препятствуя встрече капелек  масла и объединению их в более  крупные капли. Размер капель готовых  гелей проверяется под микроскопом  обычно сразу же после изготовления. Одновременно следят за тем, чтобы в  процессе производства в гель не попадал  воздух. Это нередко происходит, если стержень мешалки двигается  таким образом, что не находится  постоянно в жидкости, например, при изготовлении небольшой партии или при гомогенизации. Если к  эмульсии применился в виде маленьких  пузырьков воздух, его можно удалить, вакуумируя аппарат. Среди приборов, аппаратов и прочих устройств  наиболее важное место занимают следующие: