Beladung von Polymerpartikeln mit Wirkstoffen mittels eines Lösungsmittelverdampfungsprozesses

Loading of polymer particles with active ingredients by applying a solvent evaporation process

  • Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Beladung des Trägermaterials Polystyren mit unterschiedlich polaren Wirkstoffen mittels eines Lösungsmittelverdampfungsprozesses (LVP) untersucht. Hierbei sollten Parameter identifiziert und untersucht werden, mit denen sich die Beladung des Trägermaterials kontrollieren sowie die maximal mögliche Beladung durch einige wenige Beladungsversuche abschätzen lässt. Der LVP wurde mit wässrigen Tensidlösungen und mit in Dichlormethan aufgelösten Wirkstoff-PolystyIm ersten Teil dieser Arbeit wurde die Beladung des Trägermaterials Polystyren mit unterschiedlich polaren Wirkstoffen mittels eines Lösungsmittelverdampfungsprozesses (LVP) untersucht. Hierbei sollten Parameter identifiziert und untersucht werden, mit denen sich die Beladung des Trägermaterials kontrollieren sowie die maximal mögliche Beladung durch einige wenige Beladungsversuche abschätzen lässt. Der LVP wurde mit wässrigen Tensidlösungen und mit in Dichlormethan aufgelösten Wirkstoff-Polystyren-Gemischen durchgeführt. Es erfolgte der Einsatz des anionischen Tensids Natriumdodecylsulfat (engl.: sodium dodecyl sulfate, SDS) und des kationischen Tensids Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB). Als Wirkstoffe wurden die unterschiedlich polaren Stoffe Farnesol, trans-Anethol, Ibuprofen und Salicylsäure ausgewählt. Mit Tensidkonzentrationen oberhalb der Mizellbildungskonzentration (engl.: critical micelle concentration, CMC) der verwendeten Tenside konnten fließfähige Partikel hergestellt werden. Die Höhe der Beladung konnte gezielt für die Wirkstoffe Farnesol, trans-Anethol und Ibuprofen kontrolliert werden. Für eine Kontrolle der Beladung ist die Kenntnis der maximalen Solubilisierung eines Wirkstoffes in der eingesetzten wässrigen Tensidlösung von hoher Bedeutung. Aus diesem Grund wurde die Solubilisierung der vier verwendeten Wirkstoffe in SDS-Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration untersucht. Alle vier Wirkstoffe ließen sich merklich ab der CMC von SDS solubilisieren. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein thermodynamisches Mizellbildungsmodell nach Nagarajan et al. verwendet, um exemplarisch die Solubilisierung von Farnesol in SDS vorauszuberechnen. In das Modell gehen hauptsächlich die Länge der Kohlenwasserstoffkette eines Tensids sowie dessen Kopfgruppengröße ein. Zudem ist die Differenz des chemischen Potenzials zwischen einem Tensidmolekül, das sich in einer Mizelle befindet, und einem monodispers in Lösung befindlichen Tensidmolekül zu bestimmen. Dieses chemische Potential setzt sich aus einem transformatorischen, deformatorischen, sterischen, ionischen und einem Grenzflächenbeitrag zusammen. Die von Nagarajan et al. verwendete Approximation des ionischen Beitrags musste durch eine Approximation von Ohshima et al. ersetzt werden und eine Neubestimmung der Kopfgruppengröße von SDS im Vergleich zu Nagarajan et al. erfolgen, um eine physikalisch sinnvolle Vorhersage für die CMC zu erhalten. Des Weiteren wurde ein neues CMC-Kriterium eingeführt, um aus berechneten Daten die CMC in guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten zu ermitteln. Die Solubilisierung von Farnesol mit steigender SDS-Konzentration konnte mit dem Modell qualitativ wiedergegeben werden.show moreshow less
  • In the first part of this thesis, the loading of polystyrene with active ingredients that differ in their polarity was investigated by applying a solvent evaporation process (SEP). One of the objectives was to identify and investigate parameters with which loading can be controlled and the maximum loading can be estimated with a small number of experiments. The SEP was conducted with aqueous surfactant solutions and an active ingredient dissolved together with polystyrene in dichlormethane mixtuIn the first part of this thesis, the loading of polystyrene with active ingredients that differ in their polarity was investigated by applying a solvent evaporation process (SEP). One of the objectives was to identify and investigate parameters with which loading can be controlled and the maximum loading can be estimated with a small number of experiments. The SEP was conducted with aqueous surfactant solutions and an active ingredient dissolved together with polystyrene in dichlormethane mixtures. An anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and a cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) were used. Substances with differing polarity – farnesol, trans-anethole, ibuprofen and salicylic acid – were selected as active ingredients. With surfactant concentrations above the critical micelle concentration (CMC) of the surfactants used, fluid particles could be produced. The degree of loading could be controlled selectively for the active ingredients farnesol, trans-anethole, and ibuprofen. To effectively control loading, knowledge of the maximum solubilisation of an active ingredient in the aqueous solution used is of great importance. For this reason, the solubilisation of the four active ingredients used in SDS solutions with different concentrations was investigated. All four active ingredients could be clearly solubilised above the CMC of the SDS. In the second part of this work, a thermodynamic model of micelle formation was used according to Nagarajan et al., to predict the solubilisation of farnesol in SDS as an example. The key factors for the model are the length of the hydrocarbon chain of a surfactant and its head group size. In addition, the difference in chemical potential between a surfactant molecule located in micelle and a surfactant molecule monodispersed in solution must be determined. This chemical potential is composed of transformative, deformative, steric, ionic and interfacial contributions. The approximation used by Nagarajan et al. of the ionic contribution had to be replaced by an approximation from Ohshima et al., and a new determination of the size of head groups of SDS, as opposed to Nagarajan et al., was performed in order to obtain a physically meaningful prediction for the CMC. In addition, a new CMC criterion was introduced to determine the CMC from calculated data in agreement with experimental data. The solubilisation of farnesol with increasing concentration of SDS could be qualitatively reproduced with the model.show moreshow less

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Metadaten
Author: Jozo Mamic
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-35577
Advisor:Prof. Dr. rer. nat. habil. Sabine Enders
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/06/07
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Date of final exam:2012/05/08
Release Date:2012/06/07
Tag:Beladung; Lösungsmittelverdampfungsprozess; Mizellbildung; SDS; Solubilisierung
SDS; Solvent evaporation process; active ingredients; micelle formation; solubilization
Institutes:Institut für Verfahrenstechnik
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoCC BY-SA 2.0 DE: Creative Commons License: Namensnennung, Weitergabe zu gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland