Tema 3.4 Emulsions (M.J. García) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Farmacia - 3º curso
Asignatura Farmacia galenica I
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 22/04/2016
Descargas 16
Subido por

Descripción

Tema 3.4 de Farmàcia Galènica 1: "Emulsions"

- Explicació de les característiques principals de les emulsions
- Classificació de les emulsions
- Causes d'inestabilitat de les emulsions
- Descripció detallada del mètode de fabricació d'emulsions i de les diverses etapes de la preparació d'una emulsió

Aquests apunts inclouen petites explicacions de tipus de reactors i agitadors.

A més a més, inclou 5 exemples d'emulsions, on estan descrites les funcions dels seus components i a quin recipient es col·loquen (oli o aigua).

Vista previa del texto

Galènica 1 3.4 EMULSIONS Són sistemes dispersos constituïts per 2 líquids immiscibles, és a dir, són insolubles entre ells. No són capaços de crear cap tipus de lligand químic. Un d’ells serà el dispersant i afegirem l’altre en forma de gotes. El cas més senzill és aigua i oli, però hi ha altres casos.
Un exemple d’emulsió són els filtres solars.
A partir d’ara, quan parlem d’oli o component oliós ens referirem a un compost insoluble en aigua.
Les emulsions permeten l’administració de fàrmacs líquids oliosos i fàrmacs lipòfils. L’única manera d’introduir oli per via parenteral és en forma d’emulsió. Injectarem aigua com a medi dispersant i petites gotes d’oli.
Les emulsions són sistemes no estables termodinàmicament, per això serà necessari l’ús d’emulgents (o emulsionants) que li donarà estabilitat cinètica (no termodinàmica eh). Els emulsionants són: Tensioactius Hidrocol·loides: per exemple metilcel·lulosa.
Partícules finament dividides: aerosil per exemple.
No hi ha cap emulsió al mercat estabilitzada només amb hidrocol·loides i/o partícules finament dividides, sempre està present un o més tensioactius. Actualment hi ha publicacions d’emulsions estabilitzades amb nanopartícules i s’anomenen emulsions ‘pickering’.
Les emulsions poden tenir estabilitat cinètica.
Per dispersar cal aportar energia, no hi ha formació espontània.
Les propietats de les emulsions depenen del mètode de preparació, i per tant els canvis d’escala seran importants en la fabricació d’emulsions.
CLASSIFICACIÓ DE LES EMULSIONS segons la naturalesa de la fase externa • EMULSIONS SIMPLES → La “regla de Bancroft” diu “la fase externa d’una emulsió és aquella en la que el tensioactiu és més soluble”. Per tant, el tensioactiu mana. El tensioactiu marcarà el signe de l’emulsió, és a dir, si la fase externa és l’aigua o l’oli. La quantitat/volum d’oli o d’aigua no dicta quina és la fase externa, ja que si fos així no existirien les emulsions altament concentrades.
Galènica 1 Oli en aigua (emulsió de fase externa aquosa, també anomenades emulsions directes): O/A, O/W.
Aigua en oli (emulsió de fase externa oliosa, també anomenades emulsions inverses o reverses): A/O, W/O.
Per tal de mirar la fase externa: - Conductímetre: si la conductivitat és alta, la fase externa és aigua. Si la fase externa és oliosa, la conductivitat serà zero. L’aigua condueix.
- Blau de metilè: si la fase externa és aquosa, l’emulsió es tornarà blava. Si la fase externa fos oliosa, la gota no s’escampa perquè no és soluble en l’oli.
Classificació de les emulsions simples segons la quantitat de gotes: o Diluïdes: poques gotes, al voltant del 20%.
o Concentrades: moltes gotes. El límit superior ronda el 74%. La seva reologia passa a no newtonià.
o Altament concentrades: moltes moltes gotes. A partir del 74% les emulsions tenen comportament viscoelàstic. Les gotes es deformen, tenen formes polièdriques.
• EMULSIONS MÚLTIPLES És una emulsió dins d’una altra emulsió. Dins de les gotes de la primera emulsió hi ha minigotes.
Existeixen emulsions múltiples de fase externa aquosa (A/O/A) i fase externa oliosa (O/A/O).
Aquest sistema l’aconseguim amb l’ús de 2 tensioactius.
Galènica 1 Les emulsions de fase externa oliosa es prepara: 1. Aigua, oli i un tensioactiu soluble en aigua. Preparem una emulsió simple de fase externa aquosa.
2. Incorporació de l’emulsió 1 amb oli i tensioactiu soluble en oli.
Les emulsions múltiples s’usen en formes d’alliberació controlada o retardada. Si el principi actiu és lipòfil, es dissoldrà a l’oli. En el cas de que l’afegim en una emulsió O/A/O, el principi actiu es dissoldrà en la fase externa i dins de la goteta.
CLASSIFICACIÓ DE LES EMULSIONS segons la mida de gota El límit terapèutic és de 500 nm de diàmetre de la gota, és a dir, la via parenteral les gotes no poden superar els 500 nm. A partir d’aquí es van classificar en: • Macro-emulsions: diàmetre superior a 500 nm.
• Nano-emulsions: diàmetre inferior a 500 nm.
En les emulsions convencionals, la mida de la gota ronda la micra. En aquest cas serien macroemulsions.
CAUSES D’INESTABILITAT DE LES EMULSIONS Factors que determinen l’estabilitat de les emulsions: • Distribució de la mida de partícula: no només el valor mig, sinó també la distribució. En el cas de les macroemulsions, al microscopi òptic s’observa una petita mostra de l’emulsió. Per les nanoemulsions, fem servir un fotomultiplicador (DLS, dynamic light scattering). És un aparell amb una llum làser que incideix sobre la mostra i es mesura la intensitat de sortida. Fent servir una equació determinada podem relacionar la intensitat amb la mida de la partícula.
El que volem són gotes petites i uniformes.
Quan la distribució és gran, l’emulsió s’anomena polidispersa.
• Temperatura: els tensioactius tenim dos tipus: iònics (tenen polaritat) i no iònics (poden fer ponts d’H amb l’aigua). Els no iònics són els més usats. Els ponts d’hidrogen que es formen entre l’aigua i el tensioactiu, es trenquen amb la temperatura. Per tant, l’hem de tenir sempre molt controlada.
Un tensioactiu pot ser soluble en aigua perquè fa ponts d’hidrogen amb l’aigua, però si la temperatura és elevada i trenca els ponts, potser el tensioactiu tendeix a unir-se a l’oli.
• Viscositat de la fase externa: les gotes són mòbils, si donem més viscositat estaran més quietes.
• Naturalesa de la pel·lícula interficial: al voltant de la gota es forma una monocapa de tensioactiu. Depenent de l’estructura del tensioactiu, i per tant també la pel·lícula interficial que Galènica 1 forma, les gotes es mantindran separades o xocaran i s’ajuntaran. A vegades la solució és utilitzar una mescla de dos o més tensioactius, així reforçarem la pel·lícula interficial.
• Existència de barreres elèctriques o estèriques superficials: les gotes tenen càrrega superficial, per tant hi ha atraccions i repulsions. Podem estabilitzar amb electròlits, tensioactius, polímers hidròfils...
De la mateixa manera que el creixement de cristalls, el cake, entre d’altres, són problemes de les suspensions, existeixen problemes en les emulsions i són els següents: o SEDIMENTACIÓ: depenent de la diferència de densitats, les gotes poden anar cap adalt (sedimentació inversa o cremat o creaming) o abaix (sedimentació directa).
o FLOCULACIÓ: les gotes estan agrupades. Això passa perquè les gotes s’atrauen entre elles.
Podem afegir electròlits per modificar les interaccions o posat hidrocol·loïdes.
Tant la sedimentació com la floculació, són causes reversibles. Perquè les gotes mantenen la seva identitat, simplement s’han mogut. Si agitem, es poden tornar a separar.
o COALESCÈNCIA: és la fusió de gotes. Dues gotes amb una película interficial dèbil, que xoquen i es fusionen en una gota més gran. Aquest procés irreversible que tendeix a la separació de fases. Quan hi ha coalescència cal enfortir la pel·lícula interficial.
o MADURACIÓ D’OSTWALD (“Ostwald rippening”): es dóna quan tenim polidispersitat (gotes grans i petites) i és especialment perillós en emulsions intravenoses. Amb el temps, les gotes petites desapareixen i les gotes grans es fan més grans. Les gotes petites tenen una pressió de Laplace més gran que les gotes grans, per tant es trencaran més fàcilment i el seu contingut difòn a les gotes grans. És una causa irreversible de separació de fases. Per evitar la maduració d’Ostwald cal disminuir la polidispersitat.
Les fases de l’emulsió sempre es separen.
COMPOSICIÓ DE LES EMULSIONS En la fabricació d’una emulsió em de separar els components en les 2 ‘fases’ de l’emulsió: aigua i oli.
• COMPONENTS AQUOSOS: electròlits, solució reguladora, hidrocol·loïde, glicerina,... la glicerina és emolient, com és soluble en aigua i en oli podem posar-la on vulguem.
• TENSIOACTIU / S • COMPONENTS OLIOSOS: no només ens referim a triglicèrids, sinó a qualsevol substància lipòfila no soluble en aigua.
o Olis minerals: vaselina, parafina, oli de parafina, parafina líquida, vaselina, vaselina filant, vaselina blanca, etc. Són mescles d’hidrocarburs complexes derivats del petroli.
Galènica 1 En funció de la composició de la mescla, l’oli mineral variarà la seva densitat, punt de fusió, consistència, etc.
o Olis vegetals: oli d’ametlles, de sèsam, de cacahuet, de soja, d’oliva, oli de ricí, etc. Oli de ricí es diu ‘castor oil’ en anglès.
o Ceres: es treballa amb ceres líquides (escalfa a 70ºC mínim) i s’ha de vigilar que no es formin cristalls quan es refredi. Per evitar això, s’ha d’anar agitant mentre es refreda.
S’utilitzen ceres perquè aporten molt bones propietats a productes cosmètics. Cera microcristal·lina,cera de...., etc.
o Esters: miristat d’isopropil, palmitat d’isopropil, etc. Aquests s’anomenen ‘olis polars’ i no són tan lipòfils com pot ser un triglicèrid.
o Etc.
PREPARACIÓ D’EMULSIONS Hi ha 2 mètodes d’emulsificació: o Mètode d’emulsificació per dispersió o d’alta energia: l’energia és externa. Normalment s’escalfa i s’agita: − Alta cisalla: com en l’ultraturrax.
− Ultrasons: una sonda d’ultrasons aporta energia i fa les gotes petites.
− Alta pressió: com l’homogeneïtzador d’altra pressió (microfluidizer). Només quan ja estan en forma líquida.
o Mètode d’emulsificació per condensació de baixa energia o d’emulsificació “espontània”: s’aprofita l’energia química emmagatzemada al sistema.
Canviat la composició (mirant els diagrames ternaris oli-aigua-tensioactiu): s’ha vist que en un camí emulsionant, el passar per una zona de cristall líquid laminar s’obté emulsions amb gotes petites, uniformes i més estables sense gastar molta energia.
Canviant la temperatura o mètode PIT.
EMULSIFICACIÓ TÈCNIQUES D’EMULSIFICACIÓ: • Directa: no hi ha inversió de fases.
• Per inversió de fases • In situ: quan mesclem tot es fa l’emulsió; com quan el tensioactiu és un sabó i fem reaccionar l’àcid i la base i es forma in situ.
Galènica 1 FACTORS A CONSIDERAR EN LA PREPARACIÓ D’EMULSIONS o Proporció de les fases. Tan dolent és incorporar poc aigua com incorporar-li molta, i el mateix amb l’oli. Es pot afegir glicerina per augmentar el volum de la fase interna (en casos on la concentració de la fase interna és el 5% aprox.).
o Consistència de l’emulsió.
Si l’emulsió és molt viscosa tindrem problemes d’agitació.
Si l’emulsió és molt fluïda hi ha sedimentació i floculació més fàcilment perquè les gotes es mouen molt fàcilment (poc inestables).
o Incorporació d’electròlits. Un electròlit pot estabilitzar o inestabilitzar una emulsió. El tensioactiu pot ser iònic i per tant electròlit, i també altres components.
o Agitació i velocitat. Si són emulsions fluïdes un agitador senzill ja va bé. Si són emulsions viscoses haurem de triar una altra opció.
o Temperatura i temps d’emulsificació. Només escalfem si no ens queda més remei. Si els dos són líquids no fa falta escalfar. S’ha d’estudiar cada cas.
Potser l’emulsió ens queda millor afegint a poc a poc o tot de cop.
o Temperatura i temps de refredament. Durant la refrigeració s’ha de seguir remenant. Si es remena, no es tallarà encara que passi per la temperatura HLB.
o Altres factors: que el principi actiu sigui termolàbil...
ETAPES DE LA PREPARACIÓ D’EMULSIONS 1. Incorporació de l’emulgent a la fase corresponent, és a dir, la fase on sigui més soluble.
a. Si el tensioactiu és més soluble en aigua, es mescla amb els components aquosos.
b. Si el tensioactiu és més soluble en oli, es mescla amb els components oliosos.
A la pràctica, el tensioactiu es posa a la fase receptora: la que no es mou. La fase donadora és la que es va incorporant. La fase receptora, sigui soluble o no, la tenim en agitació pel que tenim el tensioactiu dispersat.
2. Preparació de les fases. Si a la fase oliosa tenim una cera, aquesta l’hem de fer líquida (escalfarem i mesclarem). Hem de fondre tots els components de la fase oliosa i mesclar-los.
La preparació de la fase aquosa: com són líquids hem de pesar, remenar i, al final, agitar.
Les dues fases han d’estar a la mateixa temperatura.
3. Emulsificació: és la fase clau. Incorporació d’un líquid sobre l’altre. Aigua sobre oli normalment. En aquesta etapa hi ha d’haver agitació intensa.
4. Refrigeració: agitació lenta fins que s’arriba a la temperatura ambient. S’observa el resultat al microscopi, si les gotes no són com volíem es posa al homogeneïtzador.
Galènica 1 5. Homogeneïtzació: igual que les suspensions. Amb un molí col·loïdal o amb microfluidizer (aquest és només per líquids, al contrari que el molí). Podem fer servir ultraturrax, però només durant uns segons i fa les gotes molt petites i augmenta la viscositat.
EXEMPLE DE PREPARACIÓ D’EMULSIONS SIMPLES 1. Introducció dels tensioactius a la fase oliosa, que en aquest cas serà la fase receptora.
2. Escalfament de la fase oliosa per aconseguir la fusió dels excipients sòlids (generalment a 70ºC).
3. Escalfament de la fase aquosa a la mateix temperatura que la fase oliosa.
4. Introducció de la fase aquosa en la fase oliosa en calent. La mescla es prepara amb agitació ràpida.
5. Refredament mitjançant agitació lenta.
Els principis actius termolàbils i els perfums s’incorporen a temperatura inferior a 40ºC.
TIPUS D’AGITADORS I TURRAX Agitador d’hèlix: per a coses molt fluïdes.
Agitador de pales: donen una mica més de cisalla que l’altre, talla una mica més les gotes.
Agitador de corona de pales: corona a fora que agita més les substàncies que es queden a les parets. Hi ha pales horitzontals, verticals,...
Agitador d’àncora simple: per a emulsions viscoses. Té rascadors a la part de fora que soles ser de teflon i no d’acer com l’agitador.
Agitador d’ancla múltiple: per emulsions molt viscoses. La part de fora és una àncora simple, però després les pales alternades es creuen i agitem tot.
Turrax: dues rodes dentades que giren en sentit contrari, succionen l’emulsió, i la distribueixen al mig de les rodes que giren a moltes revolucions (alta cisalla), fent gotes molt petites.
Són idonis per a barreges molt viscoses, ja que el fluid es situa a la càmera d’agitació en la que es sotmet a efectes de tall, percussió i rebot d’alta freqüència regulable, així com gradients de potencial hidrodinàmic i turbulència eficaç que permet la pràctica de processos de dispersió, d’homogeneïtzació, dissolució, estabilització, trituració i molturació col·loïdal.
REACTORS Un reactor per preparar la fase oliosa. Té un agitador d’àncora amb rascadors. Pugem la tapa i fiquem els trossos de cera i altres. Tanquem, comencem a escalfar i anem agitant de manera lenta perquè es fongui tot. Tindrem una mescla líquida a la temperatura adient.
Galènica 1 Un reactor per preparar la fase aquosa. Com tot és líquid i es mescla fàcilment, fiquem un agitador d’hèlix. Si haguéssim de posar un hidrocol·loide potser necessitaríem un altre tipus d’agitador.
Un reactor per preparar l’emulsió. Hi ha unes vàlvules que fa que surti el contingut de la fase oliosa, bombejant-lo cap el reactor central. Activem l’agitador lent perquè la fase oliosa estigui a les mateixes condicions que quan estava al seu reactor.
Comencem a emulsificar, obrint les claus del reactor aquós, bombejant-la cap al reactor central. Des del moment que entra el primer mL de la fase aquosa activem el turboagitador (agitació ràpida, intensa) fins que incorporem tota la fase aquosa al reactor central.
Quan hem acabat, durant la fase de refrigeració, posem l’agitador lent. Podem deixar que es vagi refredant o podem fer passar un líquid refrigerador per les parets del reactor.
A l’agitar emulsions viscoses, l’aire queda incorporat. Podem utilitzar un desgasificador (agitador de tornillo sin fin) o fent el buit.
EXEMPLES D’EMULSIONS Exemple 2. O/A Àcid esteàric Solució de NaOH 40% Glicerina Aigua destil·lada Àcid gras Reaccionarà amb l’àcid esteàric Emolient Galènica 1 L’àcid esteàric, al ser un àcid gras, reacciona amb la solució de NaOH i es formarà sabó, que funcionarà com a tensioactiu (estearat sòdic). Hi haurà un excés d’àcid esteàric, que actuarà com a oli.
Exemple 3. A/O Vaselina blanca Cera microcristal·lina Lanolina líquida Span i Tween Aigua Component oliós Component oliós Tensioactiu secundari Tensioactiu Posaríem la vaselina, la cera, la lanolina i el span en el mateix recipient. Per altra banda posaríem l’aigua i el tween.
Exemple 4. O/A Alcohol cetoestearílic Alcohol gras. Tensioactiu secundari. El posarem al recipient de l’oli.
Oli de ricí etoxilat Augmentar el volum del cap del tensioactiu, per tant és un tensioactiu.
Oli de lanolina Tensioactiu secundari 2-Octildodecanol Alcohol amb una cadena de 12 carbonis i una cadena de 8 en posició 2 (al costat de l’hidroxil), per això no pot autoagregar-se.
Parafina líquida Component oliós Clorur cetiltrimetilamoni Sal d’amoni quaternària: tensioactiu catiònic. Al N trobem units 3 metils i un cetil (aquest últim fa de cadena llarga). Són antisèptics.
Àcid cítric Estabilitzador o pH.
Aigua purificada En el recipient de l’oli posem: alcohol cetoestearílic, els 2 olis, l’octildodecanol, la parafina. En l’aigua posem el clorur i l’àcid cítric.
Galènica 1 Exemple 5. O/A Alcohol cetílic Alcohol gras. Cotensioactiu. (recipient de l’oli) Monoestearat de gliceril Tensioactiu secundari.
Monooleat de sorbità També conegut com a Span 80. Tensioactiu.
Polisorbat 80 (Tween) Tensioactiu Clorhidrat de tripelenamina Principi actiu. El posarem a l’oli o a l’aigua segons la seva solubilitat. Si es termolàbil l’afegirem al final.
Metilcel·lulosa Hidrocol·loides. Viscositzant de la fase externa aquosa.
Aigua purificada Conservador Recipient de l’oli: alcohol cetílic, monoestearat de gliceril, span.
Recipient de l’aigua: tween (tot i que pot estar amb l’oli), metilcel·lulosa, conservador.
Exemple 6.
Principi actiu liposoluble Parafina líquida Component oliós (oli mineral) Alcohol cetílic Tensioactiu secundari Vaselina Component oliós (oli mineral) Trietanolamina Amb l’àcid esteàric formarem el tensioactiu secundari in situ.
Glicerina Emolient Àcid esteàric Amb la trietanolamina formarà el sabó com en l’ex.2.
Silicat alumínic hidratat Viscositzant. Hidrocol·loide (argiles tixotròpiques).
Monooleat de sorbità polioxietilenat Tween 80. Tensioactiu principal Conservador Aigua purificada Recipient de l’oli: parafina, principi actiu, alcohol cetílic, vaselina, àcid esteàric, tween, glicerina (a tots dos llocs pot anar).
Recipient de l’aigua: trietanolamina, silicat i conservador.
...

Comprar Previsualizar