皮克林乳液(Pickering emulsions)的評估:物理穩定性測量

皮克林乳液的應用在眾多領域中引起了人們的高度興趣,如藥物傳輸系統、囊泡、反應性材料、多孔材料、催化促進劑、以及在化妝品中,這是因為皮克林乳液與由界面活性劑穩定的系統相比具有更強的穩定性。它們還提供許多有益的特性:較低的刺激性、環境友善、碳足跡減少。本篇文章將介紹一項皮克林乳液在製藥領域中應用的研究結果,在製藥領域,不包含界面活性劑的乳液對於避免皮膚刺激、溶血反應和蛋白質變性非常有幫助。

什麼是皮克林乳液

皮克林乳液是一種由固體顆粒(大小在50-500nm之間)穩定的乳液,這些顆粒吸附在兩相之間的界面上,可參見下示意圖:

乳液的性質可以根據顆粒與水之間的親和性進行調整,顆粒呈現不可逆的吸附,與界面活性劑分子形成對比,界面活性劑在油水界面上存在動態平衡,比較容易在短時間內吸附和脫附,因此皮克林乳液的顆粒在界面上的強烈吸附也可能解釋了它們擁有較長時間穩定性的原因(即使存在較大的液滴尺寸)。因此,與由界面活性劑穩定的系統相比,皮克林乳液在防止液滴合併(coalescence)和奧斯瓦爾德熟化(Ostwald ripening)等不穩定現象方面非常穩定,並有提高氧化穩定性的潛力。但是,一些作者報告在稀釋樣品時(例如使用激光繞射法測量油滴尺寸時),乳液可能會出現團聚或絮凝的現象。
 

技術原理

Turbiscan®技術使用一種非侵入性的光學方法,可在不稀釋樣品的情況下對其進行穩定性測量,這項基於靜態多重光散射(SMLS)的技術,是通過將光源(波長880nm)照射在樣品上,並在整個樣品管上收取背向光散射(BS)和透射光訊號(T)信號來實現的,通過以固定的頻率來回掃描樣品管得到不同時間的訊號以監控穩定性,該信號會與顆粒濃度(φ)和大小(d)以及樣品的分散相及自身的折光度有關:

材料與方法

最常用的皮克林顆粒包括二氧化矽、黏土、碳酸鈣、氧化鈦或乳膠,本研究聚焦於利用生物相容性的天然環狀糊精(cyclodextrins;CD)基於econazole nitrate salt製成的抗真菌藥物,用於治療皮膚感染,在下表中列出了更改油相和環狀糊精類型的不同配方進行了後續的測試:

Formulation Stabilizer Oil
F1 α-CD Liquid   paraffin
F2 β-CD
F3 γ-CD
F4 α-CD Isopropyl myristate
F5 β-CD
F6 γ-CD


實驗結果

下圖一顯示了乳化液F1和F4的背向散射光訊號隨時間變化的圖譜,從藍色曲線到紅色曲線代表的時時間的進程:


圖一、在25°C下皮克林乳液F1(左)&F4(右)隨時間的背向光散射光訊號變化圖譜(橫軸為樣品管高度,由左而右為底到頂)

 

Turbiscan掃描圖顯示出整個樣品高度(整管)的變化,這意味著液滴尺寸正在增加,並且不同樣品之間變化的強度是不同的,換句話說,樣品中的凝聚發生的強度是不同的,再來我們通過Turbiscan獨特的穩定性指數(TSI)計算功能,可以監測樣品的不穩定性動力學並對其進行量化,它是通過將由於不穩定現象(沉澱、澄清、粒徑變化等)檢測到的所有信號變化相加而計算的,如果將所有樣品的測量時間固定(均追蹤訊號變化至特定的老化時間點),TSI越高,則表示樣品的穩定性就越差。
 


圖二、皮克林乳液F1至F6的穩定性指數TSI在2天中的變化趨勢圖

在上圖二中,我們利用TSI計算功能對6個樣品的穩定性進行排行:含有isopropyl myristate oil的乳化液F4-F6比含有paraffin oil的F1-F3更穩定,這可能是因為isopropyl myristate oil可以與CD cavity建立O-H ---O氫鍵,使結合常數比較高。另一方面,比較環狀糊精顆粒的效果顯示,含有γ-環狀糊精的乳化液比含有β-環狀糊精和α-環狀糊精的更穩定,可能是因為基於γ-環狀糊精的包合物較大,並且能夠將複合物結合在一起以進行更密集的包覆。

結論

本次藉由Turbiscan®測試通過(1)改變環狀糊精的大小和(2)連續相(油相)來量化和比較不同配方的乳化穩定性,凝聚現象確實會受到油/環狀糊精包合物的表面包覆限制,而無需添加聚合物或電荷,此外,樣品的整體穩定性排名可以在軟體中一鍵完成,甚至可以從這些靜置和未稀釋的測量中推斷乳滴的界面覆蓋率。

 

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