药物微粒分散系的基础理论

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②有利于提高药物微粒在分散介质中的分散性与稳 定性;
③具有不同大小的微粒分散体系在体内分布上具有 一定的选择性,如一定大小的微粒给药后容易被 单核吞噬细胞系统吞噬;
④微囊、微球等微粒分散体系一般具有明显的缓释 作用,可以延长药物在体内的作用时间,减少剂 量,降低毒副作用;
⑤还可以改善药物在体内外的稳定性。
微粒大小的测定方法有光学显微镜法、电子显微 镜法、激光散射法、库尔特计数法、Stokes沉降 法、吸附法等。
二、微粒大小与体内分布
小于50nm的微粒能够穿透肝脏内皮,通过毛细血 管末梢或通过淋巴传递进入骨髓组织。
静脉注射、m的微粒分散体系能很快被单核吞噬 细胞系统的巨噬细胞所吞噬,最终多数药物微粒 浓集于巨噬细胞丰富的肝脏和脾脏等部位,血液
七、微粒聚结动力学
聚沉速度是微粒稳定性的定量反映。 微粒稳定是由于总势能曲线上势垒的存
在。 若势垒为零,则微粒相互接近时必然导
致聚结,称为快聚结。
若有势垒存在,则只有其中的一部分聚
结,称为慢聚结。
(一)快聚结
当微粒间不存在排斥势垒(φT=0)时,微 粒一经碰撞就会聚结,其速度由碰撞速率 决定,而碰撞速率又由微粒布朗运动决定, 即由微粒的扩散速度决定,研究快速聚结 动力学实际上是研究微粒向另一微粒的扩 散。
(二)微粒在的相双电的层条结件下构,微 在微粒分粒散越体小系,的ζ电溶位液越中高,。微粒表面的离子与靠
近表面的反离子构成了微粒的吸附层;同时由于
扩散作用,反离子在微粒周围呈现距微粒表面越
远则浓度越稀的梯度分布形成微粒的扩散层,吸
附层与扩散层所带电荷相反。微粒的吸附层与相
邻的扩散层共同构成微粒的双电层结构。
第十一章 药物微粒分散系的基础理论
第一节 概述
分散体系(disperse system)是一种或几种物质 高度分散在某种介质中所形成的体系。被分
散的物质称为分散相(disperse phase),而连 续的介质称为分散介粗剂分、质散乳(d体剂is系、p的微er微囊se粒 、m给微e药球di系等um统。)包它。括们混的悬粒 分散体系按分散相粒子径的在5直00n径m~大1小00可m范分围为内小。 分子真溶液(直径<10-9m)、胶体分散体系(直 径 在 10-7 ~ 10-9m范 围 )和 粗 分 散 体 系 (直 径
2.微粒大小的影响 以分子量为10000的聚氧乙 烯作自由聚合物时为例,随着微粒粒度的增大, V2*和V2**之值同时减少,即尺寸较大的微粒在 高浓度聚合物溶液中呈现较大稳定性,而在低浓 度的同样聚合物溶液中却呈现出较大的聚沉性。
3.溶剂的影响 溶剂的好坏直接影响到聚合物的 溶解及其分子在溶液中的形状。良好的溶剂与聚 合物的相互作用力较大,可以使聚合物分子在溶 液中充分伸展开来,它们的混合使体系的自由能 减少更多;相反,它们的分离则使自由能增加更 多,因而V2*和V2**值都较小。对于不良溶剂, 聚合物分子在溶液中呈卷曲状,V2*和V2**值都 较大。
同物质微粒间的Vander Waals作用永远是相互吸引, 介质的存在能减弱吸引作用,而且介质与微粒的 性质越接近,微粒间的相互吸引就越弱。
(二)双电层的排斥作用能
当微粒接近到它们的双电层发生重叠,并 改变了双电层电势与电荷分布时,才产生 排斥作用。微粒的双电层因重叠而产生排 斥作用是DLVO理论的核心。
(一)微粒间的Vander Waals吸引能
Hamaker假设:微粒间的相互作用等于组成它们的 各分子之间的相互作用的加和。
对于两个彼此平行的平板微粒,得出单位面积上 相互作用能ΦA: ΦA= - A/12πD2
对于同一物质,半径为a的两个球形微粒之间的相 互作用能为: ΦA= - Aa/12H
计算双电层排斥作用的最简便方法是采用 Langmuir的方法。
ΦR =
64πaη0 k T x
r20exH
(三)微粒间总相互作用能
微粒间总相互作用能:ΦT= ΦA + ΦR
以ΦT对微粒间距离H微作粒图的,物即理得稳总定性势取能
曲线。
决于总势能曲线上势

垒的大小。
ΦT
h 第二级小

第一级小
(四)临界聚沉浓度
扩散双电层的存在,使微粒表面带有同 种电荷,在一定条件下因互相排斥而稳 定。双电层厚度越大,微粒越稳定。
体系中加入一定量的某种电解质,使微 粒的物理稳定性下降,出现絮凝状态。
反絮凝过程可使微粒表面的ζ电位升高。
四、DLVO理论
DLVO理论是关于微粒稳定性的理论。 (一)微粒间的Vander Waals吸引能(ΦA) (二)双电层的排斥作用能( ΦR) (三)微粒间总相互作用能( ΦT) (四)临界聚沉浓度
(一)微粒间的Vander Waals吸引能
分子之间的Vander Waals作用,涉及偶极 子的长程相互作用:
①两个永久偶极之间的相互作用; ②永久偶极与诱导偶极间的相互作用; ③诱导偶极之间的色散相互作用。
除了少数的极性分子,色散相互作用在三 类作用中占支配地位。此三种相互作用全 系负值,即表现为吸引,其大小与分子间 距离的六次方成反比。
五、空间稳定理论
微粒表面上吸附的大分子从空间阻碍了微粒相互 接近,进而阻碍了它们的聚结,这类稳定作用为 空间稳定作用。
一般用高分子作为稳定剂。 实验规律
1.分子稳定剂的结构特点:高分子应于微粒有很强的亲和力, 同时应与溶剂具有良好的亲和性。
2.高分子的浓度与分子量的影响:通常,分子量越大,高分 子在微粒表面上形成的吸附层越厚,稳定效果越好。高分 子低于临界分子量时,无保护作用(敏化作用)。
五、微粒的电学性质
(一)电泳从子吸电附荷层为表零面处至的反电离位 在电场的作差叫用动下电微位粒,发即生ζ电定向移动——电泳
(electron位p。hoζr电es位is)与. 微粒的 微粒在电物场理作稳用定下性移关系动密的切速。度与其粒径大小成反
比,其他条件相ζ=同σε时/r,微粒越小,移动越快。
△G=σ △A
当△A 时
△G
体系稳定性
为了降低△G
微粒聚结
σ
△G
体系稳定性
选择适当的表面活性剂、稳定剂、增加介质粘度等
二、动力学稳定性
主要表现在两个方面:
1.布朗运动
提高微粒分散体系的物 理稳定性
2.重力产生的沉降 使微粒分散体系的物 理稳定性下降
三、絮凝与反絮凝
微粒表面的电学特性也会影响微粒分散 体系的物理稳定性。
3.溶剂的影响:高分子在良溶剂中链段能伸展,吸附层变厚, 稳定作用增强。在不良溶剂中,高分子的稳定作用变差。 温度的改变可改变溶剂对高分子的性能。
五、空间稳定理论
(二)理论基础 体积限制效应理论
混合效应理论
: ΔGR=ΔHR-TΔSR 若使胶粒稳定,则ΔGR>0,有如下三种情
况:
① ΔHR , ΔSR>0 , 但 ΔHR>TΔSR , 焓 变 起 稳定作用,熵变则反之,加热会使体系不稳 定,容易聚沉:
总势能曲线上的势垒的高度随溶液中电 解质浓度的加大而降低,当电解质浓度 达到某一数值时,势能曲线的最高点恰 好为零,势垒消失,体系由稳定转为聚
沉,这就是临界聚沉状态,这时的电解
质浓度即为该微粒分散体系的聚沉值。
将在第一极小处发生的聚结称为聚沉 (coagulation),将在第二极小处发生的聚 结叫絮凝(flocculation)。
dN/dt=-4πDRN2 表明聚结作用是双分子 反应,其速率与微粒浓度的平方成正比。
第二节 微粒分散系的主要性质和特点
一、微粒大小与测定方法
微粒大小是微粒分散体系的重要参数,对其体内
外的性能有重要的影响。微粒大小完全均一的体 系称为单分散体系;微粒大小不均一的体系称为 多分散体系。绝大多数微粒分散体系为多分散体
系。常用平均粒径来描述粒子大小。
常用的粒径表示方法:几何学粒径、比表面粒径、 有效粒径等。
大量的表面现象;
②随分散相微粒直径的减少,微粒比表面积
显著增大,使微粒具有相对较高的表面自 由能,所以它是热力学不稳定体系,因此,
微粒分散体系具有容易絮凝、聚结、沉降 的趋势,
③粒径更小的分散体系(胶体分散体系)还
具有明显的布朗运动、丁铎尔现象、电泳 等性质。
微粒分散体系在药剂学的重要意义:
①由于粒径小,有助于提高药物的溶解速度及溶解 度,有利于提高难溶性药物的生物利用度;
成负吸附,使粒子表面上形成一种空缺表 面层。在这种体系中,自由聚合物的浓度
不同,大小不同可能使胶体聚沉,也可能 使胶体稳定。使胶体分散体系稳定的理论
称为空缺稳定理论(the theory of depletion stabilization),亦称自由聚合物稳定理论。
影响空缺稳定的因素:
随着聚合物溶液浓度降低,自由能曲线下 移,当势垒降低到刚使胶体发生聚沉时,
四、微粒的光学性质
如果有一束光线在暗室内通过微粒分散体 系,当微粒大小适当时,光的散射现象十 分明显,在其侧面可以观察到明显的乳光,
这 就 是 Tyndall 现 象 。 丁 铎 尔 现 象 (Tyndall
phenomenon) 是微粒散射光的宏观表现。
同样条件下,粗分散体系由于反射光为主, 不能观察到丁铎尔现象;而低分子的真溶 液则是透射光为主,同样也观察不到乳光。 可见,微粒大小不同,光学性质相差很大。
由于在微粒相距很近时ΦS趋于无穷大,故在第一 极小处的聚沉不大可能发生,微粒的聚结多表现 为较远距离上的絮凝。
空间稳定作用受电解质浓度的影响很小,它在水 体系及非水体系中均可起作用,能够使很浓的分 散体系稳定。
六、空缺稳定理论
聚合物没有吸附于微粒表面时,粒子表面 上聚合物的浓度低于体相溶液的浓度,形
②ΔHR,ΔSR<0,但|ΔHR|< |TΔSR|,熵 起稳定作用,加热时会使体系趋于稳定;
③ ΔHR>0 , ΔSR<0 , 无 论 是 焓 变 还 是 熵 变 均不会对体系不稳定产生影响,即微粒稳定 性不受温度影响。
由于空间稳定效应的存在,微粒间相互作用能ΦT 应写成:
ΦT=ΦR+ΦA+ΦS 式中,ΦR—静电排斥能;ΦA—吸引能,ΦS— 空间稳定效应产生的排斥能。
以分子量为4000~300000的聚氧乙烯作空缺稳定 剂,讨论其分子量对聚苯乙烯乳胶稳定性的影响: ①当随分子量增大时,V2*和V2**同时减少。这 就是说分子量高的聚合物既是良好聚沉剂,又是 良好稳定剂;②在任一相同分子量的情况下, V2**值总是大于V2*值,这说明同一聚合物在高 浓度下发生稳定作用,而在低浓度下发生聚沉作 用,③而对较高分子量的聚合物来说(比如 M>10000时),V2*M1/2和V2**M1/2均接近一常数。 即V2*和V2**值均与M1/2成反比例。
第三节 微粒分散体系的物理稳定性
微粒分散体系的物理稳定性直接关系到
微粒给药系统的应用。在宏观上,微粒 分散体系的物理稳定性可表现为微粒粒 径的变化,微粒的絮凝、聚结、沉降、 乳析和分层等等。
一、热力学稳定性 二、动力学稳定性 三、絮凝与反絮凝
一、热力学稳定性
微粒分散体系是多相分散体系,存在大 量界面,当微粒变小时,其表面积A增加, 表面自由能的增加△G:
中的微粒逐渐被清除。
人肺毛细血管直径为2m,大于肺毛细血管直径的 粒子被滞留下来,小于该直径的微粒则通过肺而 到达肝、脾,被巨噬细胞清除。
注射大于50m的微粒,可使微粒分别被截留在肠、 肝、肾等相应部位。
三、微粒的动力学性质
布朗运动是微粒扩散的微观基础,而扩
散现象又是布朗运动的宏观表现。
布朗运动使很小的微粒具有了动力学稳 定性。
相应的体积浓度称为临界聚沉浓度V2*;增
加浓度,自由能曲线上移,当势垒增加到
刚使胶体稳定时相应的体积浓度称为临界 稳定浓度V2**。由于稳定是在高浓度区出
现,而聚沉则是在低浓度区发生,所以 V2**总是大于V2*。V2**值小表示该聚合物 的稳定能力越强,而V2*值小则表示其聚沉 能力越强。
影响空缺稳定的因素:
>10-7m)。 胶体分散体系的微粒给药系统包 将微粒直径在括1纳0米-9微~乳1、0-脂4m质范体围、纳的米分粒散、 相统称
为 粒分微散粒体,系由。微纳径粒米全囊都构、小成纳于的米100胶分0n束m散等。体。它系们则的统粒 称为微
微粒分散体系的特殊性能:
①微粒分散体系首先是多相体系,分散相与
分散介质之间存在着相界面,因而会出现
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