XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Капсулы на страже здоровья

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шалимова И.А. 1

---

1МБОУ СОШ с.Тербуны

Филатова Н.Н. 1

---

1МБОУ СОШ с.Тербуны

Работа в формате PDF

4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Современный мир сталкивается с множеством новых вызовов в области здравоохранения, и эти вызовы становятся всё более сложными в условиях растущего числа заболеваний. Одним из самых универсальных и популярных способов переноса лекарств в организм человека являются капсулы. Они занимают важное место в фармацевтической промышленности. Однако материал, из которого изготавливается оболочка капсулы, может быть получен из растворов различной концентрации. В результате этого капсулы могут обладать различными свойствами.

Актуальность: исследование может дать глубокое понимание выбора изготовления капсул для конкретных препаратов, возможность улучшения их защитных характеристик, что может сказаться на эффективности лечения и безопасности пациентов.

Цель: исследование влияния концентрации раствора альгината натрия на защитные свойства капсул. Гипотеза: я предполагаю, что концентрация лекарственного раствора влияет на защитные свойства капсул. Задачи:

1. Провести анализ доступной научной литературы.

2. Изготовить капсулы растворами различной концентрации.

3. Провести ряд экспериментов по изучению защитных свойств капсул.

4. Описать полученные результаты

Методы исследования:

• поисково-теоретический (работа с литературой);

• эмпирический (получение данных через наблюдения и эксперименты);

• обобщающий (результаты и выводы)

Формы лекарственных препаратов

В фармацевтической промышленности большое внимание уделяется разработке и производству лекарственных препаратов. Как стрела, лекарство должно найти свою цель и достичь её. Но организм человека — сложная система, и часто лекарство сталкивается с различными препятствиями на своём пути. Одним из таких препятствий может быть среда желудка, которая характеризуется высокой кислотностью. Например, некоторые ферменты, используемые для нормализации пищеварения, не могут выдержать такой уровень кислотности и не достигают желудка без специальной защиты, которая позволяет сохранить их активность. В поисках оптимального способа защиты фармацевты проводят множество экспериментов. Все лекарственные препараты, независимо от их формы и назначения, должны соответствовать стандартам, установленным в фармакопее.

Фармакопея — это сборник официальных документов, который устанавливает нормы качества лекарственного сырья, медицинских субстанций, вспомогательных веществ, диагностических и лекарственных средств, а также препаратов, изготовленных из них.

Существует множество форм лекарственных препаратов, каждая из которых имеет свои особенности, преимущества и недостатки. В зависимости от своего агрегатного состояния они могут производиться в разных видах:

• жидком (растворы, настои, отвары);

• мягком (мази, пасты, пластыри);

• твёрдом (таблетки, драже, порошки);

• газообразном (ингаляционный наркоз и аэрозоли).

Выбор формы препарата зависит от его назначения. Одним из самых универсальных и популярных способов для переноса лекарств в организм человека является капсулирование.

Капсулирование

Капсулирование — это заключение мелких частиц вещества или его раствора в тонкую оболочку. Капсулируемое вещество, так называемое содержимое микрокапсул, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал составляет материал оболочек.

Капсулируемое вещество является основным компонентом микрокапсул, которое может находиться в любом агрегатном состоянии – жидком, твердом или газообразном. Содержание капсулируемого вещества в микрокапсулах обычно составляет 50-90%, но может доходить и до 95-98% от массы капсул. В зависимости от условий получения, соотношения количеств материала оболочек и капсулируемого вещества данная величина может колебаться.

На данный момент широко используются два вида капсул.

• Твердые капсулы. Обычно состоят из двух частей и могут содержать порошковые или гранулированные формы лекарств. Промышленность выпускает твердые капсулы 8 стандартных типоразмеров. Выпускают капсулы как прозрачные, так и окрашенные в разнообразные цвета. Фармацевт может использовать различные цветные капсулы, чтобы пациенту было легче отличать одни препараты от других.

• Мягкие капсулы. Изготавливаются из одной части и обычно содержат жидкие или полужидкие формы лекарств. Они могут иметь сферическую, яйцевидную, продолговатую или цилиндрическую форму с полусферическими концами, со швом или без него. В них помещают вязкие жидкости и масляные растворы, которые не взаимодействуют с веществом, формирующим капсулу.

В отличие от таблеток, в составе капсулы содержится минимальное количество вспомогательных веществ. В таблетке же более половины объёма могут занимать наполнители, разрыхлители, связующие вещества и другие «лишние» компоненты. 

Как изготавливают капсулы?

Активное вещество, которым обычно выступает лекарственный препарат, заключается внутрь капсулирующего материала, состоящего из синтетического или природного полимера.

Несколько слов о полимерах. Для получения медицинских пленок используются самые различные полимеры, такие как альгинат натрия, желатин, поливиниловый спирт, сукцинат хитозана и другие. К природным полимерам относят целлюлозу, альгиновые кислоты и их соли, хитин. Синтетические полимеры отличаются большим разнообразием, и в промышленности применяются, как правило, самые дешёвые, лёгкие в создании и безопасные для организма человека виды.

Методы получения капсул:

1) Метод погружения. Изготовление оболочек капсул при помощи специальных «макальных» рам со штифтами, отображающих форму капсул. Штифты опускаются в расплав желатиновой массы, которая застывает на них тонкой оболочкой. Полученную оболочку снимают.

2) Метод штамповки. Применяется для производства мягких капсул. Принцип заключается в получении первоначально желатиновой ленты, из которой под прессом выштамповывают капсулы сразу же после их заполнения и запайки.

3) Капельный метод. Позволяет получать мягкие бесшовные желатиновые капсулы строго сферической формы. Принцип в выдавливании под давлением из концентрической трубчатой форсунки одновременно расплава оболочки и жидкого наполнителя.

4) Метод выливания. Наиболее примитивный способ получения капсул, чаще всего ручной. Заключается во вливании нагретой желатиновой массы в металлические формы, имеющие вид продолговатых глобуль. В настоящее время такой метод получения капсул используется лишь в лабораториях.

Преимущества и недостатки капсульных лекарств

«Плюсы» капсулирования:

1. Удобство использования. Капсулы могут маскировать неприятный вкус или запах активного вещества.

2. Высокая биодоступность. Исследования показали, что капсулы зачастую быстрее распадаются, чем таблетки или драже, а их жидкое или непрессованное твердое содержимое быстрее и легче усваивается в организме человека.

3. Защита активных веществ. Капсулы помогают защитить чувствительные к внешним факторам (влажности, свету, кислороду) компоненты, сохраняя их биологическую активность до момента применения.

4. Снижение ирритации ЖКТ. Капсулы могут снизить раздражение желудочно-кишечного тракта, поскольку активное вещество высвобождается не сразу, а после того как капсула растворится.

5. Высокая производительность. Современные автоматические заводы позволяют получать до 120 тысяч капсул в час.

«Минусы» капсулирования:

1. Проблемы с проглатыванием. Не все пациенты могут легко проглотить капсулы, особенно дети и пожилые люди.

2. Кислотная устойчивость. Некоторые капсулы могут растворяться в желудке, что снижает эффективность препарата, если он должен действовать в тонком кишечнике.

3. Сложность дозировки. В отличие от таблеток, капсулы нельзя легко разбить или разжевать, что усложняет изменение дозы.

4. Аллергические реакции. Некоторые оболочки капсул могут вызывать аллергические реакции у чувствительных людей.

5. Цена. Иногда капсулы могут стоить дороже, чем аналогичные препараты в других формах, таких как таблетки.

Практическая часть

После изучения необходимой теории я приступила к практической части. Для подтверждения гипотезы были проведены следующие эксперименты:

Эксперимент 1 «Производство капсул» (Приложение 1)

1) Проведение первого эксперимента начала с приготовления водного раствора альгината натрия. В три отдельных ёмкости налила по 100 мл горячей воды. Затем, с помощью весов отмерила 1,5 г, 2 г и 3 г альгината натрия, распределила их по пластиковым стаканчикам. Добавила в каждый из стаканов разнообразные красители — зеленку и перманганат калия, а также крахмал. Тщательно перемешала содержимое до получения однородной массы, получила три раствора с различной концентрацией.

2) После этого я приступила к приготовлению 3%-ного раствора хлорида кальция. В 100 мл воды я растворила 3 г CaCl₂, следуя тому же алгоритму, что и с альгинатом натрия, перемещала содержимое. Этот раствор также разделила на три пластиковые ёмкости.

3) С помощью шприца аккуратно добавляла получившийся раствор альгината натрия в емкость с 3%-ным раствором хлорида кальция, стараясь не задевать уже внесенные капли. В результате взаимодействия молекулы альгината натрия соединились с ионами кальция, и произошло капсулирование. Через 10 минут с помощью сита извлекла капсулы, промыла их под проточной водой и аккуратно положила на салфетку для сушки, после чего поместила в пластиковые ёмкости до следующего эксперимента.

Таким образом, я получила три группы капсул с различной концентрацией (1,5% , 2%, 3 %).

Уже после первого эксперимента я заметила: чем больше концентрация раствора, тем более густая жидкость и более крупные по размеру, твёрдые капсулы.

Эксперимент 2 «Изучение защитных свойств капсул» (Приложение 2)

Изучение защитных свойств проводила на капсулах, полученных из 1,5%, 2% и 3% раствора альгината натрия. Для лучшего восприятия представляю проделанную работу в таблице (Приложение 3).

Вывод:внешний вид капсул изменился, но альгинат натрия в сочетании с CaCl₂ создаёт прочную защитную плёнку, которая не позволяет растворам проникнуть внутрь. Но чем меньше концентрация раствора, тем капсулы становятся более мягкими и хрупкими после контакта с различными растворами.

Эксперимент 3 «Исследование растворимости капсул в растворах рН» (Приложение 4) Я решила оценить устойчивость капсул в различных средах pH.

1) Подготовила две ёмкости, имитирующие среду желудка и кишечника человека. В одном стакане был создан кислотный раствор, аналогичный желудочной среде, с pH от 0,9 до 2, для чего использовала разбавленную соляную кислоту. В другой колбе был получен щелочной раствор, имитирующий среду кишечника, с pH от 7,2 до 7,5 с использованием Ca(OH)₂. 2) Поместила по 5 капсул, окрашенных и изготовленных из альгината различных концентраций (1,5%, 2% и 3%), в ёмкости с растворами, имеющими соответственно разные уровни pH. 3) Через 15 минут в растворе с 1,5%-ной концентрацией начало происходить разложение и обесцвечивание капсул, высвобождение фермента; через 25 минут это зафиксировала для 2%-ного раствора; а через 35 минут – для 3%-ного.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что концентрация альгинатного раствора имеет прямую связь с защитными свойствами капсул. Чем ниже концентрация, тем меньше защитные качества капсул, что приводит к более быстрой диссоциации и высвобождению активных веществ.

Эксперимент 4 «Создание оптимальной оболочки для капсулы кишечника» (Приложение 5)

Осознав, что защитные свойства капсул зависят от концентрации используемого раствора, я задалась целью создать капсулу, способную преодолеть кислую среду желудка и раствориться в кишечнике. Для этого я повторила эксперимент 1 и создала капсулы, используя растворы альгината более высокой концентрации – 4% и 5%. Чтобы различать их в ёмкости, окрасила в разные цвета: капсулы 4% - зеленый, 5% - чёрный.

В ёмкости с кислым раствором, имитирующим условия желудка, я поместила по 5 капсул различной концентрации (3%, 4%, 5%). Время прохождения пищи через желудок составляет от 30 минут до 6 часов. Рассмотрела два варианта условий.

1) 1 вариант – идеальные условия (человек принял капсулу натощак, запил её большим количеством воды. В таком случае необходимо, чтобы капсула продержалась в ёмкости «желудке», не растворившись в течение 20-30 минут.)

В ходе эксперимента в течение первых 30 минут все капсулы продержались без изменений.

2) 2 вариант – неидеальные условия.

Продолжила наблюдение дальше. В течение 1 часа все капсулы начали проявлять изменения в форме и цвете. У капсул с 3% раствором наблюдалось выделение фермента. Оставила образцы на ночь, спустя более 5 часов, обнаружила, что капсулы с 4% и 5 % концентрацией не растворились.

Вывод: по итогам исследования рекомендуемая концентрация раствора альгината натрия - 3%. Применение растворов большей концентрации нецелесообразно, так как капсула может не раствориться даже в кишечнике. Использование капсул с меньшей концентрацией также нежелательно, поскольку они могут раствориться в желудке.

Вывод

В ходе проделанной работы я опытным путём получила капсулы и изучила их свойства. Анализ литературных источников свидетельствует, что многочисленные разработки в области капсулирования биологически-активных и лечебных веществ касаются использования полисахарида морских водорослей – альгината натрия. Капсулирование предусматривает получение разными способами веществ, заключенных в полимерную оболочку со свойствами твердого тела, при этом внутреннее содержимое капсул может находиться в любом агрегатном состоянии.

Основными целями процессов капсулирования является увеличения сроков хранения неустойчивых продуктов; регулирование скорости высвобождения содержания капсул; маскировка вкуса и запаха веществ; предотвращение неустойчивых веществ от действия внешней среды. В ходе исследования я получила следующие выводы:

• чем больше концентрация раствора, тем более плотным становится гель, и более крупные по размеру, твёрдые капсулы;

• альгинат натрия в сочетании с CaCl₂ создаёт прочную защитную плёнку, которая не позволяет растворам проникать внутрь. Но чем меньше концентрация раствора, тем капсулы более мягкие после контакта с различными растворами;

• оптимальная концентрация для создания капсулы, способной пройти через кислую среду желудка и достичь кишечника, составляет 3%.

Цель достигнута, задачи решены! Моя гипотеза оправдала себя: концентрация лекарственного раствора влияет на защитные свойства капсул! Концентрация альгинатного раствора имеет прямую связь с защитными свойствами капсул. Чем ниже концентрация, тем меньше защитные качества капсул, что приводит к более быстрой диссоциации и высвобождению активных веществ; чем выше концентрация раствора, тем защитные свойства капсул выше.

Литература

1. Гаврилов, А.С. Фармацевтическая технология. Изготовление лекарственных препаратов: учебник / А. С. Гаврилов. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010 - 624 с.: ил. - ISBN 978-5-9704-1425-5. – Текст: электронный.

2. Капсулы, их виды, вспомогательные вещества, технологии наполнения: электронная статья. – URL: https://farmf.ru/prochee/kapsuly-ix-vidy-vspomogatelnye-veshhestva-texnologii-napolneniya/ (дата обращения: 13.11.2024) – Текст : электронный.

3. Фармакология. Руководство к практическим занятиям: учебное пособие/ Доровских В.А., Симонова Н.В., Анохина Р.А.; ГБОУ ВПО «Амурская ГМА». – Благовещенск, 2014 – 314 с. – Текст: электронный.

4. Венгеровский, А.И. Фармакология. Курс лекций : учеб. пособие / А.И. Венгеровский. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2015 - 736 с. : ил. – ISBN 978-5-9704-3322-5. – Текст: электронный.

5. О формах лекарственных средств: электронная статья. – URL: https://www.rigla.ru/about/news/2019/formi-lekarstv-2 (дата обращения 12.11.2024) - Текст: электронный.

Приложения

Приложение 1. Эксперимент 1 «Изготовление капсул».

Приложение 2. Эксперимент 2 ««Изучение защитных свойств капсул»

I. Изменение цвета капсул

II. Изменение рН капсул

Капсулы в сахарном сиропе

Капсулы в соляной кислоте

III. Изменение цвета капсул №1

IV. Изменение цвета капсул 2

Приложение 3. Эксперимент 2 ««Изучение защитных свойств капсул»

Приложение 4. Эксперимент 3 «Исследование растворимости капсул в растворах рН»

Спустя 15 минут: Спустя 25 минут: Спустя 30 минут:

Капсулы 1, 5 % Капсулы 2% Капсулы 3%

Приложение 5. Эксперимент 4 «Создание оптимальной оболочки для капсулы кишечника»

Спустя 30 минут: Спустя 1 час: Спустя более 5 часов: