Объективный информационный канал
для профессионалов отрасли

«Фармацевтическая отрасль», 2021, №3 (86) июнь

Полимеры Carbopol™ в качестве функциональных гелеобразователей

На  территории России и некоторых  стран СНГ  (Армения, Беларусь, Казахстан, Киргизия, Украина) технические консультации и проведение поставок в адрес более чем 400 предприятий осуществляют сотрудники регионального подразделения IMCD – ООО «ИМСД Рус». Портфель компании насчитывает широкий спектр высокотехнологичных продуктов для различных сфер промышленности – фармацевтической, косметической, пищевой, нутрицевтической и химической.

Фармацевтическое подразделение – наибольший сегмент IMCD Rus. Компания является официальным эксклюзивным дистрибьютором активных и вспомогательных веществ, производимых такими мировыми лидерами, как BASF (Германия), Lubrizol (США), FMC (США), Tereos (Франция), Peter Greven (Германия) и многие другие.

Ассортимента вспомогательных веществ, производимых вышеперечисленными компаниями, достаточно для разработки и производства практически всех лекарственных форм. В данный перечень входят связующие, дезинтегранты, лубриканты, суспендирующие агенты, матрицы, солюбилизаторы, пластификаторы, пленочные оболочки для немедленного и модифицированного высвобождения, гелеобразователи, эмоленты, модификаторы реологии и др. Среди наиболее актуальных и востребованных вспомогательных веществ для фармацевтического производства – кросс-сшитые акриловые полимеры, именуемые карбомерами.

Данные вспомогательные вещества имеют широкий спектр функциональных преимуществ, таких как биоадгезия, модифицирование профиля высвобождения, улучшение текучести полужидких и жидких рецептур. Специализированные карбополимеры успешно применяют и в твердых формах (как в процессе прямого прессования, так и во влажной/сухой грануляции), препаратах для наружного применения, пероральных суспензиях и растворах, в том числе продуктах по уходу за полостью рта.

Carbopol™, Pemulen™ и Noveon™ Polycarbophil представляют собой высокомолекулярные полимеры акриловой кислоты, химически кросс-сшитые с полиалкениловыми спиртами или дивинилгликолем. Основное различие между вышеуказанными полимерами связано с типом заместителя и плотностью сшивки, а также наличием гидрофобных сомономеров. Таким образом, карбомеры делятся на 5 групп:

Carbopol™ гомополимер – это полимер акриловой кислоты, кросс-сшитый с аллилсахарозой или аллилпентаэритролом.

Carbopol™ полимер – это полимер акриловой кислоты и С10-С30 алкилакрилата, кросс-сшитый с аллилпентаэритролом.

Carbopol™ интерполимер – это карбомергомополимер или сополимер, содержащий блок сополимера полиэтиленгликоля и сложного эфира с длинноцепочечным алкильным заместителем.

Pemulen™ полимер – это полимер акриловой кислоты, модифицированный длинноцепочечными акрилатными цепочками (С10 – 30), кросс-сшитый с аллилпентаэритолом.

Noveon™ Polycarbophil AA-1 гомополимер – это полимер акриловой кислоты, кросс-сшитый с дивинилгликолем. Благодаря тому, что карбополы имеют высокую молекулярную массу (около 3 – 4 млн Дальтон), они не адсорбируются и не подвергаются метаболизму.

Производные карбомеров получают путем полимеризации в различных растворителях. По внешнему виду Carbopol™ представляет собой белый легкий пушистый, гигроскопичный порошок, поэтому хранить данный продукт нужно в плотно укупоренной таре. Если говорить о химической стабильности, то карбополы являются стабильными при нормальных условиях хранения и даже спустя 5 лет значительных изменений параметров не происходит. Сам по себе порошок нерастворим в воде вследствие его кросс-сшитой природы. Carbopol™ набухает в воде и в некоторых полярных растворителях, образуя вязкие дисперсии, но для большинства типов необходима нейтрализация.

Что касается мягких форм, то в них полимеры Carbopol™ выступают в роли гелеобразователя. В этом случае его используют в небольших концентрациях 0,1 – 3%. Такого количества карбопола в рецептуре вполне достаточно, чтобы образовать гель с необходимой вязкостью. Например, в наружных водно-спиртовых гелях средний уровень ввода Carbopol™ составляет 0,5 – 3%. В то же время для пероральных суспензий достаточно использовать 0,1 –1% вещества.

Рассмотрим механизм действия Carbopol™ в качестве гелеобразователя. При диспергировании в воде кросс-сшитые алкиловые кислоты начинают раскручиваться – это стадия набухания. Далее идет стадия нейтрализации, во время которой создается отрицательный заряд вдоль основной цепи. Возникающая сила отталкивания отрицательных зарядов превращает цепочку полимера в развернутую структуру, в результате чего происходит гелеобразование. После проведения нейтрализации частицы карбопола увеличиваются в 10 раз.

На конечную вязкость геля влияют три параметра: концентрация карбопола, pH и степень образования водородных связей. Ниже рассмотрено, как вышеназванные параметры влияют на конечную вязкость готовой лекарственной формы. Влияние концентрации. Высокой вязкости можно достичь при заданном pH путем повышения концентрации Carbopol™ в системе. Это особенно эффективно при наличии заданных реологических свойств готового препарата с pH ниже 5,0 или выше 9,0. Пример влияния концентрации при определенном значении pH показан на рис. 1.

В арсенале компании Lubrizol имеется широкий ряд кросс-сшитых полимеров для получения различных реологических характеристик. Так, например, высококросс-сшитые полимеры Carbopol™ 980 NF, 5984 EP, 974 PNF, 934 PNF, 940 NF и 934 NF обладают высокой вязкостью.

В свою очередь слабокросc-сшитые полимеры Carbopol™ 981 NF, 971 PNF и 941 NF дают гели с низкой вязкостью.

Влияние pH на свойства гелей. Большую роль в модификации реологии в водных системах играет регулирование pH. Загущение полимера происходит после его нейтрализации основанием. Важно иметь в виду, что максимальная вязкость достигается в нейтральной среде при pH 6,0 – 7,0 (рис. 2).

В качестве основания могут выступать органические, неорганические вещества, аминокислоты и т.д. Выбор основания зависит от растворителя, который используется в рецептуре, и заданных конечных характеристик готового препарата. В табл. 1 представлен перечень часто используемых нейтрализаторов для водных систем.