Определение структурно-механических свойств мазей

Реология и реологические методы получили широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и медицине. Эти методы базируются на определении структурно-механических свойств различных материалов при условии, если они относятся к дисперсным системам, обладающим свойствами к деформации (изменение формы или размеров) и течению (относительное смещение частиц материального тела без нарушения его непрерывности). Важными реологическими характеристиками мазей являются пластическая вязкость, которую можно определить на ротационном вискозиметре, а также пластическая прочность, определяемая на коническом пластометре (Шрам, 2003).

В соответствии с концепцией реологии, науки о деформации и течении различных тел, к основным реологическим (или структурно-механическим) свойствам мазей относятся: пластичность, эластичность, структурная вязкость, тиксотропность и др., определение которых может служить эффективным и объективным контролем их качества при производстве и хранении. Мази относятся к структурированным дисперсным системам, состоящим из двух фаз (твердой и жидкой). Твердые частицы в мазях могут быть представлены как носителями, так и лекарственными субстанциями, иметь очень мелкие размеры, различную форму и образовывать пространственный структурный каркас. Микроструктура одной и той же мази в зависимости от температуры, степени и продолжительности обработки (гомогенизации), скорости охлаждения и др. факторов может изменяться. Однако при постоянстве рецептуры, технологического процесса и соблюдении режима хранения можно получить идентичную картину микроструктуры и свойств мази, что может служить показателем ее качества Большинство мазей в довольно широком интервале температур ведут себя как упругие тела, которые под влиянием деформирующих (механических) сил обладают обратимой деформацией. При приложении механической силы большей, чем предельная (предел текучести для каждой мази свой), мазь способна непрерывно и необратимо деформироваться или течь. Причем этот предел текучести может проявляться ниже температуры плавления мази. Это явление объясняется увеличением кинетической энергии частиц их структурного каркаса и разрывом связей между частицами под влиянием деформирующих сил. Однако текучесть мазей, как пластических тел, отличается от текучести вязких жидкостей и не подчиняется закону Ньютона. Вязкость мазей может изменяться в широких пределах с изменением условий, в которых происходит течение, а именно: с изменением деформирующей силы (напряжение сдвига), скорости течения (градиент скорости сдвига), температуры, степени гомогенизации и других переменных факторов (Шрам, 2003).

На реологические свойства дисперсных систем могут влиять: химическая природа входящих компонентов, межмолекулярные силы взаимодействия между ними и дисперсной средой, рН, температура, способ и продолжительность механического воздействия на систему и другие факторы. Структурно-механические характеристики оказывают заметное влияние на процессы высвобождения и всасывания лекарственных веществ из мазей, а также на их потребительские свойства: намазываемость, адгезию, способность выдавливаться из туб. Удобство и легкость нанесения мази на ткани или слизистую ассоциируется у пациента с теми усилиями, которые он прилагает для распределения на поверхности кожи определенного количества мази. Этот процесс является аналогичным тому, который происходит во время сдвига вязко-пластичного материала в ротационном вискозиметре, а усилие, затрачиваемое пациентом есть не что иное, как напряжение сдвига, которое характеризует сопротивляемость материала сдвиговым деформациям при определенной скорости и может быть измерено инструментально (Шрам, 2003).

В связи с этим оценка реологических характеристик является важным и неотъемлемым фрагментом исследований по созданию мягких лекарственных форм для дерматологической практики. Rheotest 2.1. может работать в 2-х режимах испытаний. СR — режим, при котором контролируется скорость сдвига и CS — режим, при котором контролируется напряжение сдвига. Rheotest 2.1. снабж? н измерительной системой Серле. Принцип Серле заключается в том, что внешний цилиндр неподвижен и в н? м можно задавать определ? нную температуру с помощью рубашки или внешне термостатирующей бани, в которых циркулирует теплоноситель, подаваемый из термостата. Внутренний цилиндр вращается двигателем М с постоянной или изменяющейся скоростью, в то время как внешний цилиндр (стакан) неподвижен. Стакан снабж? н рубашкой для точного термостатирования измеряемого образца. Движение внутреннего цилиндра приводит к течению жидкости, находящейся в кольцевом зазоре между внутренним и внешним цилиндрами. Сопротивление жидкости, которая подвергается сдвигу между неподвижной и движущейся поверхностями измерительной системы, приводит к возникновению на внутреннем цилиндре крутящего момента, связанного с вязкостью жидкости и направленного против крутящего момента двигателя. Индикатор крутящего момента (пружина, которая закручивается под влиянием приложенного крутящего момента) расположен между валом двигателя и валом внутреннего цилиндра. Угол закручивания цилиндра является прямой мерой вязкости образца. Возможность л? гкого измерения геометрии измерительных систем позволяет использовать этот тип реометра для измерения средних или очень высоких значений вязкости жидкостей (Шрам, 2003; Плетенёва, 2014).

Термин «предел текучести» означает, что образец напоминает тв? рдый материал, элемент объ? ма которого при напряжении сдвига, не превышающем некоторого критического уровня (называемого пределом текучести), подвергается только упругой деформации. Если напряжение сдвига превышает этот уровень, образец теч? т: элементы объ? ма необратимо перемещаются по отношению друг к другу. При этом кривая течения сначала движется вдоль ординаты, а при достижении предела текучести резко отклоняется от оси ординат и далее многократно возрастает с увеличением скорости сдвига.

Перед началом заполнения измерительной? мкости исследуемой мазью она тщательно протирается спиртоэфирной смесью и высушивается. Для установления консистентных свойств системы навеску мази помещают в измерительное устройство, в? мкость внешнего неподвижного цилиндра в результате заполняя «клещевой» зазор коаксиальной цилиндрической системы и термостатируют в течение получаса при температуре 20 °C. Затем цилиндр вращают в измерительном устройстве при тр? х — четыр? х последовательно увеличивающихся скоростях сдвига: 0,333с^-1, 1 с^-1, 27 с- 1,145,8 с^-1, регистрируя показатели индикаторного прибора на каждой ступени. Разрушение структуры изучаемой системы проводят путем вращения цилиндра в измерительном устройстве на максимальной скорости в течение 10 мин., после чего, остановив вращение прибора на 10 мин., регистрируют показания индикатора на каждой из четыр? х скоростей сдвига при их уменьшении. На основании полученных результатов рассчитывают величины предельного напряжения сдвига и эффективной вязкости, затем строят реограммы течения систем (Шрам, 2003; ГФ XI, 1998).

В ходе исследования определяются кривые гистерезиса, т. е. значения касательного напряжения для возрастающих, а затем убывающих градиентов напряжения сдвига.

Расч?т реологических параметров напряжения сдвига производится по формуле: ф = Z+ d, где ф — напряжение сдвига, Н/м2(Па); Z — константа цилиндра, Па/дел. шк. (деление шкалы); d' - отсчитываемое значение шкалы на индикаторном приборе ротационного вискозиметра.

з = ф/ Dr.

где з — динамическая вязкость, мПа с; Dr — градиент скорости сдвига, с;

Drk = Dr*(V/50).

где Drk — скорригированное значение скорости сдвига, с-1; Dr — градиент скорости сдвига по таблице ступеней, с-1;V — частота сети, Гц.

Реологические характеристики в значительной мере определяют качество мази и должны контролироваться на протяжении всего е? жизненного цикла (от разработки состава до использования), включая такой важный этап, как технологический процесс и его аппаратурное оснащение (Шрам, 2003).