Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
advertisement
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» На правах рукописи ШИГАБИЕВА ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕНООБРАЗУЮЩИХ И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ 02.00.11 – коллоидная химия Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Галяметдинов Ю. Г. Казань – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ............................................ 5 ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 6 ГЛАВА 1 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ.................................................................... 12 1.1 Пены как объекты исследования коллоидной химии ........................ 12 1.2 Коллоидно-химические свойства гелевых систем ............................. 20 1.2.1 Классификация и общие свойства .................................................... 20 1.2.2 Реологические свойства гелевых композиций ................................ 28 1.3 Антиоксиданты для косметических композиций .............................. 32 1.4 Системы контролируемого высвобождения активных компонентов ................................................................................................. 42 ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ .................... 52 2.1 Объекты исследования .......................................................................... 52 2.1.1 Базовые композиции .......................................................................... 52 2.1.2 Биологически активные компоненты ............................................... 54 2.1.3 Поверхностно-активные вещества ................................................... 57 2.1.4 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил......................................................... 58 2.2 Методы исследования ........................................................................... 59 2.2.1 Определение поверхностного натяжения ........................................ 59 2.2.2 Определение пенообразующей способности методом Росс-Майлса ................................................................................................. 59 2.2.3 Определение размера и электрокинетического потенциала частиц биологически активных золей .................................................................... 60 2.2.4 Определение водородного показателя рН ....................................... 61 2.2.5 Определение реологических свойств гелевых систем ................... 62 2.2.6 Определение антиоксидантной активности методом ЭПР ............ 64 3 2.2.7 Абсорбционная спектроскопия ......................................................... 65 2.2.8 Определение высвобождения биологически активных веществ из гелевых систем ............................................................................................. 65 2.2.9 Термический анализ гелей ................................................................. 66 ГЛАВА 3 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ КОМПОЗИЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ................. 67 3.1 Размер и электрокинетический потенциал частиц биологически активных золей ............................................................................................. 67 3.2 Влияние биологически активных веществ на пенообразующую способность базовой композиции .............................................................. 73 3.3 Влияние концентрации биологически активных веществ на реологические свойства гелевых композиций .......................................... 76 3.3.1 Гелевые композиции с ксимедоном ................................................. 76 3.3.2 Гелевые композиции с добавкой золя танино-катехинового комплекса ...................................................................................................... 82 3.3.3 Гелевые композиции с добавкой золей меланина .......................... 85 3.3.4 Сравнительный анализ оптимизированных гелей с биологически активными компонентами ........................................................................... 88 3.4 Антиоксидантная активность пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами ......................... 96 3.5 Влияние биологически активных веществ на состояния воды в гелях ............................................................................................................ 103 3.6 Косметические композиции с 1,2-дитиолан-3-пентановой кислотой и аминокислотным комплексом метионина с литием ........................... 106 ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ПАВ НА СВОЙСТВА ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ....................................................................................... 114 4.1 Высвобождение биологически активных веществ из гелевых систем в присутствии ПАВ .................................................................................... 114 4 4.1.1 Высвобождение золя танино-катехинового комплекса из гелевых композиций ................................................................................................. 115 4.1.2 Высвобождение ксимедона из гелевых композиций .................... 121 4.2 Реологические характеристики гелевых систем с добавками биологически активных компонентов и ПАВ......................................... 125 4.3 Влияние ПАВ на состояния воды в гелях с добавкой золя танинокатехинового комплекса .......................................................................... 134 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ....................................... 136 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................... 137 5 СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ БАВ – биологически активное вещество; ПАВ – поверхностно-активное вещество; НПАВ – неионное поверхностно-активное вещество; ГЛБ – гидрофильно-липофильный баланс; ПАК – полиакриловая кислота; АО – антиоксидант; АФК – активные формы кислорода; АОА – антиоксидантная активность; ДФПГ˙ - 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил; ЭПР – электронный парамагнитный резонанс; ДРС – динамическое рассеяние света; ДСК – дифференциальная сканирующая калориметрия; ОЭВЖС – оксиэтилированный высший жирный спирт; ДТПК – 1,2-дитиолан-3-пентановая кислота; АКМЛ – аминокислотный комплекс метионина с литием; Н0 – максимальный объем пены; τ0 – статический предел текучести; τ0д – динамический предел текучести; ηпл – пластическая вязкость; К – коэффициент консистенции; n – индекс течения; m – темп разрушения структуры; λ – время релаксации напряжений; М – механическая стабильность; Е – энергия активации вязкого течения; EW – общее содержание воды; Wf - содержание свободной воды; Wb – содержание связанной воды. 6 ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы. Современные косметические средства являются классическими коллоидными системами – гелями, пенами, суспензиями, эмульсиями. В настоящее время актуальным направлением является введение в композиции биологически синтетического активных происхождения веществ направленного (БАВ) натурального действия – и экстрактов, витаминов, антиоксидантов. Ключевым моментом при разработке рецептур с активными компонентами антиоксидантного действия является анализ их влияния на коллоидно-химические свойства композиций (пенообразование, гелеобразование, структурно-механические характеристики и т.д.). Исследования в этой области весьма ограничены. Новыми и перспективными косметическими, а также фармацевтическими продуктами являются полимерные гели. Благодаря способности к формированию пространственной сетки данные системы выступают в качестве основы для введения биологически активных компонентов. Одной из актуальных задач коллоидной химии направленного косметических мембранного средств транспорта является БАВ, контролируемое высвобождение. Для гелей эта создание систем обеспечивающих их задача может быть решена введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), являющихся неотъемлемыми ингредиентами большинства гетерогенных систем косметического назначения. Перспективно использование неионных ПАВ (НПАВ), поскольку они обладают рядом достоинств - дерматологической мягкостью, нетоксичностью, термостойкостью и т.д. Вместе с тем, коллоидно-химические свойства гелевых композиций с биологически активными веществами и ПАВ исследованы недостаточно. Сведения о влиянии природы и концентрации ПАВ на процесс высвобождения активных ингредиентов и структуру гелей практически отсутствуют. 7 Цель работы заключалась в выявлении закономерностей совокупного влияния биологически активных компонентов и ПАВ на коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций косметического назначения. Для достижения поставленной цели в процессе работы решались следующие задачи: 1. Анализ коллоидно-химических свойств золей меланина чаги и танинокатехинового комплекса зеленого чая – биологически активных компонентов композиций. 2. Исследование влияния природы и концентрации добавок биологически активных золей на количественные характеристики пенообразования. 3. Оптимизация структурно-механических свойств гелевых композиций и содержания в них свободной и связанной воды в присутствии биологически активных компонентов и НПАВ. 4. Установление осуществления возможности процесса и условий контролируемого применения высвобождения НПАВ для биологически активных веществ из гелей. 5. Оценка антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения. Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование коллоидно-химических свойств гелевых и пенообразующих композиций с БАВ антиоксидантного, противовоспалительного и регенерирующего действия - золями меланина чаги и танино-катехинового комплекса зеленого чая, N-(β-гидроксиэтил)-4,6-диметилдигидропиримидоном-2 (ксимедоном), а также 1,2-дитиолан-3-пентановой кислотой и аминокислотным комплексом метионина модифицирующее с действие литием. БАВ на Выявлено и оптимизировано структурно-механические свойства полимерных гелей, определяемое концентрацией добавки, температурой, присутствием ПАВ в системе. Показано, что в присутствии биологически активных компонентов и ПАВ изменяется содержание свободной и связанной воды в гелях. Определены оптимальные концентрации НПАВ 8 (оксиэтилированных высших жирных спиртов (ОЭВЖС) и сорбитан бис(полиоксиэтилен)–моноолеата (Твина-80), обеспечивающие регулируемое высвобождение БАВ из гелевых композиций. Разработан алгоритм оценки антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения методом ЭПР. Практическая значимость работы. Разработанные подходы к созданию и исследованию коллоидных систем с биологически активными веществами позволили расширить диапазон косметических средств антиоксидантного действия. Предложены рецептуры косметических композиций (лечебно- косметических гелей, шампуней, лосьонов) с исследуемыми БАВ. Гели с экстрактами чаги награждены серебряной медалью на 5 биотехнологической выставке-ярмарке «РОС-БИОТЕХ» (Москва, 2011). На основании анализа влияния БАВ на количественные характеристики пенообразования и реологический свойства гелей установлены концентрационные диапазоны ввода антиоксидантов в композиции. Апробирован способ определения антиоксидантной активности гетерогенных композиций с БАВ методом ЭПР без значительного изменения структуры. Методика получения косметических композиций с БАВ антиоксидантного и противовоспалительного действия внедрена в лабораторный практикум для студентов, обучающихся по магистерской программе «Технология косметических средств». На защиту выносятся следующие положения: 1. Результаты исследования коллоидно-химических свойств биологически активных золей. 2. Анализ концентрационного влияния БАВ на максимальный объем и устойчивость пены. 3. Выявленные условия введения НПАВ в гелевые композиции с БАВ, обеспечивающие контролируемое высвобождение активных компонентов. 4. Экспериментальные данные о влиянии биологически активных компонентов и ПАВ на структурно-механические характеристики гелей. Расчет реологических параметров гелей. 9 5. Оценка антиоксидантной активности гетерогенных систем косметического назначения методом ЭПР. 6. Рекомендации по использованию результатов исследования для создания пенообразующих и гелевых композиций косметического назначения с оптимальным комплексом коллоидно-химических свойств. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на XVIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка ВМС» (Казань, 2009); IX Республиканской школе студентов и аспирантов «Жить в XXI веке» (Казань, 2010); Научной школе с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах» (Казань, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); I Всероссийском симпозиуме по поверхностно-активным веществам «От коллоидных систем к нанохимии» (Казань, 2011); VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2011); V Молодежной конференции ИОХ РАН (Москва, 2012); XII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2012); Научной школе с международным участием «Новые материалы и технологии переработки полимеров» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной научной школе «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности» (Казань, 2012); Международной молодежной научной школе «Кирпичниковские чтения» (Казань, 2012); Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии» (Казань, 2012); II Всероссийском симпозиуме по ПАВ (Москва, 2013), VI Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2014» (Москва, 2014). Результаты работы также обсуждались на итоговых научных сессиях КНИТУ 2011-2013 гг. Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 7 статей, 6 из которых в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ, и 15 тезисов докладов на конференциях различного уровня. 10 Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и содержит 65 рисунков и 22 таблицы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 201 наименований. Введение отражает актуальность темы диссертационной работы, цели и задач исследования, научную новизну, а также практическую значимость работы. Первая глава содержит литературный обзор, касающийся общих понятий о пенных системах и гелях, их классификации и коллоидно-химических свойствах. Описан механизм антиоксидантного действия биологически активных веществ, а также характеристики некоторых антиоксидантов. Особое внимание уделяется системам контролируемого высвобождения биологически активных компонентов. Во второй главе приведена характеристика объектов исследования, обосновано применение экспериментальных методов исследования. Третья глава посвящена оценке коллоидно-химических свойств и антиоксидантной активности пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами. Приводятся данные исследования влияния БАВ на максимальный объем и устойчивость пены, реологические характеристики гелевых систем и соотношение содержание воды в них. Дается анализ антиоксидантных свойств композиций в зависимости от их формы и вида БАВ. На основании разработанных подходов к исследованию коллоиднохимических свойств пенообразующих и гелевых композиций предложены рецептуры косметических систем с 1,2-дитиолан-3-пентановой кислотой и аминокислотным комплексам метионина с литием антиоксидантного действия с лечебным эффектом. В четвертой главе установлен характер влияния добавок ПАВ на свойства гелей. Исследованы процессы высвобождения БАВ из данных систем в зависимости от концентраций ПАВ в гелях, структурно-механические свойства 11 гелей с оптимизированным содержанием активных компонентов и поверхностно-активных веществ. Личный вклад автора. Все данные экспериментального характера, а также их анализ, интерпретация и формулирование выводов были получены автором работы лично или при его непосредственном участии. Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет». Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.х.н., профессору Галяметдинову Ю. Г. и к.х.н., доценту Богдановой С. А. за помощь при выполнении и обсуждении работы. 12 ГЛАВА 1 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПЕНООБРАЗУЮЩИХ И ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ Современные косметические композиции являются объектами исследования коллоидной химии, представляющими собой многокомпонентные гетерогенные системы – пены, гели, эмульсии, суспензии. Их получение и использование определяются коллоидно-химическими процессами на межфазных границах, устойчивостью и стабилизацией, структурно-механическими свойствами. Актуальным направлением в технологиях косметических средств является введение в их состав многофункциональных биологически активных веществ направленного действия. В связи с этим важно иметь четкое представление о структуре, классификации этих систем, а также о современных исследованиях в области их коллоидно-химических свойств. В данной главе более подробно остановимся на таких косметических композициях, как пены и гели. 1.1 Пены как объекты исследования коллоидной химии Пенообразование является необходимым условием при использовании широкого диапазона косметических средств c моющим и очищающим действием. Исследование пенообразующей, пеностабилизирующей способности и степень влияния различных факторов на свойства пен является важным для характеристики данных систем [1]. Пены относятся к лиофобным дисперсным системам, в которых дисперсной фазой является газ или пар, а дисперсионной средой – жидкость. Пенные ячейки, имеющие в идеале фигуру пентагонального додекаэдра, в пенах разделены пленками жидкости. В реальной пенной системе среднее количество пленок дисперсионной среды достигает 14. В качестве ребер ячейки пены выступают каналы Гиббса-Плато, которые заполнены дисперсионной средой. В соответствии с правилами Плато, в одном канале могут сходиться три пленки, которые расположены под углом 120 0С. Узлы ячейки пены, в которых сходятся 13 четыре канала, образованы вершинами додекаэдров. Перенос дисперсионной среды осуществляется по системе, образованной каналами и узлами пены [2]. Реальные пены характеризуются полидисперсностью, которая влечет изменение формы пенных ячеек. При этом сохраняется правило, что канал образуют три пленки, а вершину – четыре канала. Главными количественными характеристиками процесса образования пен являются пенообразующая способность, устойчивость и кратность пен. Пенообразующая способность определяется высотой столба пены (метод Росс-Майлса) или объемом пены (метод встряхивания), образуемым в течение определенного времени из постоянного объема раствора. Устойчивость пены выражает способность сохранять общий объем, дисперсность, а также препятствовать синерезису (истечению дисперсионной среды) [3]. Главной характеристикой пены является ее кратность β, показывающая, во сколько раз объем пены VП больше объема дисперсионной среды (жидкости) VЖ, который необходим для ее образования [4]: VП V Г V Ж V 1 Г VЖ VЖ VЖ , (1.1) где VП – объем пены, VГ – объем газовой фазы, VЖ – объем дисперсионной среды (жидкости). Если β меньше 10, то пены называют низкократными (влажными); в случае, когда значение β превышает, пены считаются высокократными (сухими), если β находится между данными числами, то получаются полусухие пены. Пены образуются только из растворов, способности к вспениванию у однокомпонентных жидкостей нет. Первым необходимым условием получения пен, обладающих высокой устойчивостью, является присутствие стабилизирующих веществ, в качестве которых в большинстве случаев применяют ПАВ. Вместе с тем не все поверхностно-активные вещества проявляют высокую эффективность в стабилизации данных коллоидных систем. По данному критерию выделяют два типа ПАВ-пенообразователей [5]: 14 1. Пенообразователи первого рода – вещества, которые в растворе и адсорбционном слое присутствуют в молекулярно-дисперсном состоянии. К ним относятся низшие спирты, крезолы, анилин и т.д.). Стабильность пен, образованных пенообразователями первого рода, возрастает до максимального значения с увеличением их содержания вследствие адсорбции на межфазной границе с дальнейшим снижением практически до нуля. Данные пены имеют склонность к быстрому распаду в процессе течения междупленочной жидкости. 2. Пенообразователи второго рода – вещества, образующие в водной среде коллоидные системы. К их числу можно отнести поверхностно-активные вещества. Устойчивость пен, образованных данными пенообразователями, достаточно высока. Течение междупленочной жидкости в некоторый момент времени останавливается, а каркас пены при этом становится стабильным и в отсутствии влияния внешних факторов способен сохраняться в течение продолжительного времени. В описанных метастабильных системах отмечается энергетический барьер, который противодействует разрушению пены и обеспечивает сохранение состояния равновесия. Ко второму необходимому условию получения устойчивой пены относится то, что пленки пены должны иметь поверхностную упругость, а именно, при их растяжении должна образовываться сила, которая стремится вернуть пленку в первоначальное состояние. При растяжении пенной пленки происходят изменения в равновесии между адсорбционном слоем и раствором ПАВ. Если скорость деформации низка, то растяжение приводит к выходу некоторого количества ПАВ из объема раствора на поверхность пенной пленки, обеспечивающему снижение их концентрации в объеме. Из-за этого равновесная адсорбция снижается и, как следствие, возрастает поверхностное натяжение. Этот процесс называется эффектом Гиббса [2]. В том случае, когда скорость растяжения пенной пленки велика настолько, что равновесие адсорбционного слоя ПАВ и объемом пены за время деформации пленки не успевает установиться, то модуль упругости является повышенным. Скорость диффузии ПАВ из объемной части пленки к ее поверхности определяет модуль упругости и 15 степень установления описанного равновесия. Она зависит от типа ПАВ. Быстрая и локальная деформация пенной пленки также нарушает равновесное распределение ПАВ по ее поверхности. При вызванных растяжением пленки в результате возникновении дефектов, внешних воздействий (механические вибрации, термическая нестабильность и т.д.), имеет место возрастание поверхностного натяжения вследствие уменьшения концентрации молекул ПАВ в адсорбционном слое. Такое состояние энергетически невыгодно, что вызывает поверхностную миграцию молекул ПАВ из недеформированной области пленки (с высокими значениями адсорбции и низким поверхностным натяжением) в деформированную часть, характеризующуюся низкими значениями адсорбции. Происходит «залечивание» дефекта пленки. Данный фактор устойчивости пленки, выражающийся в отсутствии равновесного положения на поверхности и между внутренней частью пенной пленки и адсорбционным слоем ПАВ, называется эффектом Гиббса-Марангони [6]. Поверхностная упругость характеризуется увеличением свободной поверхностной энергии (поверхностного натяжения) при возрастании площади пенной пленки А (при растяжении). В процессе пенообразования диффузия ПАВ из объема раствора к вновь возникшей поверхности должна протекать с достаточно низкой скоростью, иначе адсорбция поверхностно-активных веществ на данной поверхности будет приводить к снижению поверхностного натяжения. Этот факт связан с потерей пленки упругости и стабильности из-за того, что растяжение пленки пены сможет стать постоянным. ПАВ с высокими значениями ККМ, а значит, с большим содержанием молекулярно-растворенного вещества в растворе, не обладают способностью образования устойчивых пен. Актуальной областью исследований пен является их коллоидно-химические свойства в присутствии в системе частиц дисперсной фазы. Примером таких явлений процессы флотации, которым посвящено большое количество работ. Основным назначением ПАВ в этих процессах считается стабилизация пузырьков воздуха в пульпе, повышение дисперсности, а также увеличение устойчивости насыщенной частицами флотируемого минерала пены [7]. Ф.Ф. 16 Можейко с сотрудниками в результате изучения влияния химической природы различных пенообразователей (капрола, соснового масла, Т-66) на флотацию желваковой фосфоритовой руды показано, что для получения оптимальных свойств флотационной пены следует применять следующие синергические смеси ПАВ-пенообразователей: карбоновых кислот (и их мыл) и гексилового спирта. В случае применения олеата натрия в использовании синергической смеси нет необходимости. В этой же области выполнена работа М.Г. Щербаня и сотр. [8], где установлено, что в процессе концентрирования цветных металлов высокими пенообразующими свойствами обладает новый класс ПАВ - N-(2- гидроксиэтил)алкиламины. В работе [9] изучены общие закономерности процесса флотации при извлечении НПАВ с участием полиэтиленгликоля и неорганических солей. О.Л. Лобачевой и Т.Е. Литвиновой исследован процесс флотоэкстракции ионов иттрия с помощью анионного ПАВ – додецилсульфата натрия [10]. Очевидна зависимость функций, выполняемых ПАВ-пенообразователями в конкретной композиции, от ее состава и назначения, поэтому остановимся лишь на некоторых научных исследованиях, не углубляясь подробно в многообразие применения данных добавок. В работе Е.П. Константиновой и сотр. [11] дан сравнительный анализ свойств пен из водных растворов ароматических и алифатических олигоэфирфосфатов. Обозначены преимущества пенных систем, полученных из растворов производных ортофосфорной кислоты и эпоксидных олигомеров – олигоэфирфосфатов. Исследование влияния ряда факторов на процесс образования пены необходимо и для характеристики косметических пенообразующих композиций, в которых основными компонентами, определяющими данные свойства, являются ПАВ [12]. Спектр применяемых ПАВ для систем косметического назначения достаточно широк. В работе Г.Г. Эмелло, Ж.В. Бондаренко и Н.В. Черной [13] изучены коллоидно-химические свойства, в частности, пенообразующая способность таких ПАВ, как Tween 20, Tween 80, Genapol LRO, Texapon K12G. Показано, что Tween 20 и Tween 80 зарекомендовали себя как 17 компоненты, обеспечивающие получение устойчивой и объемной пены, сформулированы общие рекомендации области их применения в косметической отрасли. В работе [14] предложен подход к синтезу новых перспективных неионных ПАВ - алкилоламидов рапсового масла, обладающих высокими пенообразующими свойствами. М.Ю. Крысиным показана перспектива синтеза ПАВ на основе триглицеридов, входящих в состав подсолнечного масла, N,Nдиметиламинопропиламидов и амидопропилбетаинов, характеризуемых как высокоэффективные пенообразователи [15]. В поиске перспективных ПАВ, обладающих высокими показателями пенообразующей способности, в ряде работ были предложены следующие решения данной проблемы. М. Гусманном и сотр. [16] изучена возможность применения для этих целей ПАВ на основе ацил-производных аминокислот, получаемых по реакции Шоттера-Баумана. Путем подбора углеводородной цепи жирной кислоты или замены гидрофильной части молекулы, можно получить ПАВ с заранее задаваемыми свойствами, что расширяет круг возможных областей их применения. Данное ПАВ, наряду с дерматологической мягкостью, обеспечивает получение пен с оптимальными свойствами именно в близком к естественной кислотности кожи диапазоне рН. Еще одним современным амфифилом, демонстрирующим высокие пенообразующие характеристики, является анионный алкилполиглюкозид [17]. Сырьем для получения гидрофобной части алкилполиглюкозидов являются жирные спирты природных растительных масел. Карбоксиметилированием неионных алкилполиглюкозидов удалось синтезировать анионные ПАВ, сочетающие в себе положительные качества алкилполиглюкозидов (хорошая переносимость, экологические параметры) и высокие пенообразующие и пеностабилизирующие свойства анионных ПАВ. В работе [18] показано, что в качестве добавок с вышеупомянутыми характеристиками перспективно применение полимерных ПАВ, которые способны объединить в себе различные свойства – неионные, ионные, гидрофобные, гидрофильные. 18 При разработке рецептур косметических композиций исследователи все чаще обращают внимание на эффекты синергизма компонентов. Например, в работе М.Г. Щербаня и сотр. [19] установлено, что смесь неионных ПАВ – синтанол-7 и словасол 255 обладает пенообразующей превышающую таковую для индивидуальных веществ, способностью, что позволяет рекомендовать ее в технологиях производства косметических моющих средств. На примере пен отмечен вклад Sodium Laureth-8 Carboxylate в их свойства, включая пенистость и мягкость композиции. Синергический эффект также был отмечен для систем, описанных выше [17]. Типичный пример данной смеси – комбинация ПАВ на основе аминокислот с лаурилсульфонатом натрия. В работе С.А. Богдановой и А.О. Эбель [20] обнаружен синергический эффект для процессов пенообразования смеси неионного и анионного ПАВ косметического назначения – сульфоэтоксилата натрия (СЭК) и алкилдиметиламинооксида, а также СЭК+диэтаноламиды кислот подсолнечного масла, что вероятно может быть связано с образованием смешанных адсорбционных слоев. Интересные эффекты обнаружены для смесей неионные ПАВ – олигодиметилсилоксаны [21]. В работах Л.А. Дерзаевой, А.И. Курмаевой, В.П. Барабанова [22,23] эффект синергизма наблюдался в системе алкилбензолсульфонат натрия - оксиэтилированный алкилфенол (неонол АФ 9-12) в моющей композиции по сравнению с индивидуальными ПАВ. Наиболее распространенными пенообразующими композициями косметического назначения являются шампуни, гели для душа. Остановимся более подробно на первом виде средств, принцип построения рецептур которых достаточно прост. В их состав входит смесь ПАВ, регуляторы вязкости и рН, полезные добавки, консерванты и парфюмерные композиции [24]. Обычно применяется сочетание неионогенных, амфотерных и анионных ПАВ, поскольку эта комбинация позволяет обеспечить компромисс между моющим действием и пенообразованием, с одной стороны, и мягким действием на кожу и волосы, с другой. При правильном подборе соотношения данных амфифилов, помимо всего прочего, продукт приобретает необходимую вязкость. В работе [25] 19 приведены рецептуры шампуней и пен для ванн, обладающих высокой пенообразующей и пеностабилизирующей способностью, в которых в качестве комбинации со-ПАВ рассматривается система алкилполиалкоксикарбоксилатов и бетаинов или амфо(ди)ацетатов. Также показано, что двойные, тройные смеси ПАВ придают пенной системе нужные характеристики. Современными компонентами пенообразующих композиций являются полезные добавки, в том числе, биологически активные вещества – витамины, белковые гидролизаты, натуральные экстракты, масла, антиоксиданты. Это отражение средств. актуальных Активно тенденций проводится полифункциональности поиск новых БАВ, косметических характеризующихся многофунциональностью и эффективностью действия. Особое место среди всех БАВ занимают антиоксиданты, призванные защищать волосы от отрицательного воздействия свободных радикалов. Разработка пенообразующих композиций с новыми антиксидантами и анализ их коллоидно-химических свойств является актуальной задачей. Следует отметить, что пены, несмотря на важное практическое значение, являются недостаточно изученными объектами, поэтому изучение влияния БАВ на их свойства позволит внести определенный вклад в банк данных об этих коллоидных системах. Вместе с тем, данных по влиянию активных веществ на коллоидно-химические свойства пенообразующих композиций косметического назначения, а также их взаимодействие с прочими ингредиентами рецептур весьма ограничены. В работе Х. Денцера и соавт. [26] имеются данные об увеличении объема пены шампуня на основе алкилкарбоксилатов с солюбилизированным маслом авокадо по сравнению с композицией без БАВ. Работа [27] посвящена исследованию влияния масляных компонентов – ланолина, диметикона и диметиконкополиола на пенообразование ПАВ для шампуней. Из рассмотренных выше данных очевидно, что присутствие дисперсной фазы оказывает влияние на свойства пен. Однако, воздействие экстрактов, отваров и других коллоидных систем на количественные характеристики пенообразования косметических композиций ранее не 20 исследовалось, что стимулирует научный поиск в данной области и способствует оптимизации коллоидно-химических свойств пеномоющих средств. 1.2 Коллоидно-химические свойства гелевых систем 1.2.1 Классификация и общие свойства В настоящее время гелевые системы заняли центральное место в различных областях науки и технологий. Применение полимерных компонентов как природного, так и синтетического происхождения при создании данных композиций является актуальным направлением, поскольку выбор соответствующего гелеобразователя позволяет варьировать свойства всей системы: структурно-механические, физико-механические свойства, пористость, биосовместимость с биологически активными веществами, а также степень их биодоступности, молекулярно-массовое распределение и т.д. [28,29]. Полимерный гель, согласно определению Л.З. Роговиной с сотр. [30], представляет собой бинарную систему, где один из компонентов (полимер) из макромолекул удерживающую или их агрегатов количество формирует растворителя, пространственную существенно сетку, превышающее содержание полимера. С точки зрения коллоидной химии, гели относятся к связнодисперсным системам с коагуляционной структурой [31]. Данные системы обладают эластичностью, упругостью, прочностью, а также частично сохраняют форму – проявляют свойства, характерные для твердых тел. Однако вследствие малой прочности связи между частицами в гелях, структурная сетка данной системы может разрушаться, и появляется способность системы течь. Гели занимают промежуточное положение между твердыми телами и растворами. Общепринята следующая классификация полимерных гелей в зависимости от природы связей между макромолекулами в узлах: физические (термообратимые) и химические (термонеобратимые) [32]. Для получения физического геля необходим полимер дифильного строения, в растворе которого одни группы макромолекул будут взаимодействовать с растворителем, а другие проявлять 21 склонность к взаимодействию друг с другом, образуя тем самым на молекулярном уровне узлы пространственной сетки [33-35]. В работе Ю.А. Шашкиной и сотр. [36] проведен сравнительный анализ физических гелей гидрофобно модифицированного полиакриламида (ГМПАА), полученного мицеллярной радикальной сополимеризацией акриламида, акриловой кислоты/ее соли (10 мол.%) и н-нонил акриламида (1,5 мол.%), в зависимости от рН среды при синтезе. Показано, что гель ГМПАА, синтезированного при рН=9 характеризуется большим значением модуля упругости, что вероятно, связано с его большей гидрофобностью. Пространственная сетка в физическом геле реализуется за счет Ван-дер-ваальсовых взаимодействий, водородных связей, а также сил, имеющих электростатический и гидрофобный характер. Узлы сетки данного типа геля могут быть представлены ассоциатами макромолекул, не растворяющихся в исходном растворителе, взаимодействием спиралей (как одиночных, так двойных и тройных), водородными связями боковых групп и зацеплениями между макромолекулами, ионными связями и кристаллитами [3739]. К главному свойству физических гелей можно отнести термообратимость, т.е. при температурном изменении узлы трехмерной сетки в большинстве данных систем возникают и разрушаются [40]. Как было показано в работе П.М. Пахомова и сотр. [41], в системе геля полиэтилена имеется кристаллическая фаза, о чем свидетельствует наличие на ИК спектрах «кристаллического» дублета 720/730 cm-1, интенсивность которого постепенно снижалась при повышении температуры вплоть до полного исчезновения при 90 0 С. Наблюдался фазовый переход системы гель-раствор. Охлаждение раствора приводило к прежнему возникновению на ИК спектрах кристаллической фазы, что говорит об обратном переходе раствора в гель. Химические гели образуются вследствие набухания в большом объеме растворителя полимера, макромолекулы которого пространственно сшиты ковалентными связями с соответствующим сшивающим агентом. Данный тип гелей подвержен разрушению только под действием термической деструкции полимера или течения, вызванного напряжением, приводящим к разрыву 22 ковалентных связей с их дальнейшей перестройкой в равновесном состоянии. Химические связи придают данному типу гелей свойства эластичности, малой подвижности, характеризуются равновесным модулем упругости, что изучено в ряде работ [42-44]. Гели в зависимости от исходных реагентов могут быть хрупкими, (образованны жесткими частицами) и эластичными, в образовании которых принимают участие гибкие макромолекулы полимера [45]. Гели полимеров характеризуются эластичностью вследствие гибкости цепей полимерных компонентов и большого объема растворителя. Данный параметр находится в прямой зависимости от концентрации полимера и расстояния между узлами сетки, а также от гибкости полимерных цепей. В том случае, когда для макромолекул полимера характерна жесткость цепей, его набухание в растворителе затруднено, образуется частая сетка, и образующиеся гели обладают хрупкостью, что отражено в исследованиях В.А. Даванкова [46]. Ввиду способности поглощать большое количество воды особый интерес исследователей привлекли полиэлектролитные гели – гели, которые содержат заряженные группы. При помещении гелей данных полимеров в воду происходит их диссоциация с образованием звеньев макромолекул, несущих заряд, и противоионов. При этом одни заряженные ионы связаны с цепью, а другие – противоионы – остаются в растворителе в свободном состоянии [47]. Происходит отталкивание одноименно заряженных звеньев пространственной сетки друг от друга, вытягивание цепей, имеющих изначально конформацию клубка. При этом образец геля, поглощая воду, начинает набухать. Также фактором, способствующим набуханию гелей, является осмотическое давление, создаваемое противоионами, которые перемещаются внутри геля, но не имеющие возможности его покинуть (энтропийный фактор) [48]. Полиэлектролитные гели обладают способностью коллапсировать. Коллапс резкое уменьшение объема системы (геля) при незначительном изменении условий окружающей среды (рН, температуры, состав растворителя и т.д.). Это обусловлено тем обстоятельством, что за счет усиления сил притяжения между макромолекулами полимера ввиду гидрофобных взаимодействий или 23 водородных связей, происходит вытеснение растворителя из объема геля в наружный раствор. В работе Синга и сотр. [49] рассматривается влияние концентрации солей в растворе на протекание осмотических процессов полиэлектролитных гелей; подобраны теории, описывающие данные эффекты, выходящие за рамки традиционных теорий Дебая-Хюккеля и ПуассонаБольцмана. Такого распространенными рода гели называются восприимчивыми гелями восприимчивыми. являются рН-, Наиболее термо- и фоточувствительные. Восприимчивые к изменению рН гели имеют в структуре группы слабого основания или группы слабой кислоты, обладающие способностью к ионизации при изменении кислотности окружающей среды. Если гель содержит слабощелочные группы, то набухание его уменьшается, если слабокислые – увеличивается [50]. В большинстве работ в качестве полимерной матрицы гелей данного типа применяется полиакриловая кислота, проявляющая полиэлектролитные свойства, или ее производные [51]. Термочувствительные гели набухают/сжимаются при изменении температуры растворителя, что описано в ряде работ [52,53]. Из приведенного выше общего подхода к определению понятия «гель», к классификации гелей можно сделать вывод, что разработка новых систем для разных областей науки и техники является актуальным направлением, позволяющим в зависимости от варьирования условий синтеза и исходных реагентов получать гелевые системы с заданным комплексом свойств. При этом ввиду невозможности подробного описания и анализа исследований во всех данных областях, остановимся более детально на рассмотрении гелей косметического назначения вследствие перспективности их применения в технологиях производства косметических средств, поскольку они служат основой для введения полезных биологически активных компонентов. К актуальным направлениям разработки систем косметического назначения следует отнести применение композиций с преобладающим количеством водной фазы. Среди данных систем выделяется такая группа, как косметические гели, обладающие рядом преимуществ перед косметическими средствами на жировой 24 основе, а именно, длительным увлажняющим эффектом, отсутствием жирного блеска, а также усилением трансдермального транспорта биологически активных добавок через поверхностные слои кожи при одновременной целостности липидного баланса [54]. Косметические гели подразделяются на безводные – дисперсные системы, включающие в состав углеводородную жидкость и гелеобразователь, и водные, состоящие из воды и гелеобразователя. В качестве основы гелевых систем косметического назначения применяются полимеры, именуемые гелеобразователями, проявляющие высокое сродство к воде, вследствие чего образуются стабильные композиции с количеством воды примерно 95-98 %. При этом следует отметить, что макромолекулы полимера, образующие гель, вследствие их высокой молекулярной массы не проникают в глубокие слои кожи, а распределяются на ее поверхности, формируя своеобразную сетку. Данная структура после установления равновесного состояния между избытком воды, удаляемым при испарении, и водой, питающей кожу, обеспечивает ей гидратирующее действие, притягивая влагу из внешней окружающей среды; она проницаема для кислорода, ионов металлов, углекислого газа, а также продуктов метаболизма клеток [55]. Существует классификация гелеобразователей и загустителей, применяемых при производстве косметических средств на природные, синтетические и искусственные [24]. Природные гелеобразователи - полисахариды имеют широкое распространение в косметике наряду с пищевой отраслью. Известно, что процесс их гелеобразования имеет кинетический характер и длится в течение продолжительного времени [56]. Приведем некоторые примеры таких полимеров. Каррагинан представляет собой полисахарид, который извлекается из красных морских водорослей. Является совместимым со всеми видами ингредиентов рецептур косметических средств. В основном применяется при получении зубных паст. Может быть использован в качестве стабилизатора пены в кремах для бритья. Важнейшей характеристикой, учитываемой в случае применения каррагинана в качестве гелеобразователя и загустителя, является его 25 молекулярная масса. В работе [57] предложены технологические подходы к получению низкоконцентрированных гелей с концентрацией каррагинана 1,5%, рекомендуемой для образования оптимальной структуры эмульсионной и гелеобразной формы. Альгинаты – соли альгиновой кислоты, получаемые из ламинарии (бурых водорослей), в которой они содержатся в виде смеси кальциевых, калиевых и натриевых солей. Альгинат натрия имеет хорошую растворимость в воде и совместимость с компонентами косметических композиций. Производные альгиновой кислоты применяются в процессе приготовления гелей для душа, зубных паст, а также средствах, характеризуемых высокой вязкостью (косметические гели). В работе [58] упоминается взаимосвязь физикохимических и структурно-механических свойств гелей альгината натрия от степени полимеризации данного полисахарида. Также установлено влияние концентрации альгината натрия в растворе на интенсивность процесса структурообразования гелей, описывающегося линейным уравнением. Наиболее яркими представителями искусственных гелеобразователей и модификаторов вязкости являются производные целлюлозы. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (NaКМЦ) выполняет функции гелеобразователя, эмульгатора, стабилизатора, загустителя, пленкообразователя. Получила широкое распространение в косметической, фармацевтической, текстильной и прочих отраслях промышленности [59]. В косметической области применяется в гелях, зубных пастах, в кремах, в косметических масках, кремах для бритья, шампунях, кондиционерах для волос. Пределы ввода в данные системы 1-1,5%. В работе Н.Я. Инагамова и соавт. [60] показана возможность применения NaКМЦ в качестве основы полимерных комплексов для создания пролонгаторов лекарственных препаратов. Второй составляющей комплекса являются синтентические мочевино-формальдегидные олигомеры. Метилцеллюлоза – гелеобразователь, также может выполнять функции загустителя и эмульгатора в пастах и кремах. Образует растворы с высокой стабильностью в достаточно высоком интервале рН от 2 до 12. Применяется в 26 зубных пастах без глицерина, средствах для волос. В работе [61] на основании изучения физико-механической стабильности гелевой системы с минералом бишофит установлено, что оптимальной основой является метилцеллюлоза, характеризуемая степенью полимеризации 16. При производстве косметических гелей синтетические полимерные гелеобразователи, к которым относятся анионные полиэлектролиты, содержащие в структуре солевые карбоксилатные и карбоксильные группы, заняли центральное место. Остановимся более подробно на гелеобразователях данного типа, которые получили наиболее широкое применение не только в составе косметических композиций, но и систем фармацевтического назначения. Это полимеры акриловой кислоты (ПАК), редкосшитые аллильными эфирами дивинилгликоля или пентаэритритола, именуемые по Международной классификации INCI карбомерами (Carbomer). Разница между различными модификациями состоит в количестве поперечных сшивок, изменяя которое можно варьировать свойства геля. Молекулярная масса (М) фрагмента ПАК около 75-78 Да. В работе [62] была теоретически рассчитана М геля, образованного карбомером, которая составила 700 тыс. – 4 млн. Да. При этом методов для определения реальной М не существует. Карбомеры характеризуются следующими функциональными преимуществами [63]: 1) высокая загущающая способность; 2) эффективность гелевой композиции в широком диапазоне температур; 3) высокая оптическая прозрачность гелей; 4) устойчивость к микробному заражению; 5) контролируемый транспорт БАВ и воды в гелевой системе и т.д. ПАК формируют полимерную матрицу геля, характеризующегося высокой вязкостью и совместимостью с БАВ, лекарственными препаратами и ферментами, и обеспечивают пролонгированный эффект данных активных субстанций направленного действия [64]. Механизм образования геля ПАК можно представить следующей схемой (рис. 1.1) 27 Рисунок 1.1 – Схематическое полиакриловой кислоты (Карбомера) изображение золь-гель перехода Порошок карбомера представляет собой глобулы из жестко связанных и переплетенных между собой макромолекул ПАК. В результате диспергирования гелеобразователя в воде происходит разматывание макромолекулярного клубка вследствие склонности карбоксильных групп к гидратации. Заключительным этапом в процессе образования полимерной гелевой структуры является введение в дисперсию карбомера нейтрализующего агента щелочного характера (гидроксид натрия (рис. 1.1), триэтаноламин т.д.), что приводит к переходу в солевую форму кислотных групп карбомера, который характеризуется более высокой степенью диссоциации [65]. При этом глобула макромолекул ПАК максимально увеличивается в объеме. В данном случае окружающая жидкость и микрогелевые макромолекулярные частицы характеризуются равновесием. При высоком их содержании происходит размещение данных компонент гелей по всему свободному объему, вследствие чего возрастает вязкость геля. Загущение гелевой системы осуществляется при формировании больших агрегатов. Скорость этого процесса достаточно низкая. Для получения гелей исследователями наряду с полимерами акриловой кислоты отечественного производства (Карбомер, Ареспол, мАРС), применяются и зарубежного – Carbopol (Карбопол) 940, 941, 2001, 2020 (Германия) [66, 67]. Несмотря на всю масштабность перспектив применения гелевых форм в различных сферах, системы косметического назначения изучены недостаточно. Отсутствуют сведения о технологических решениях при создании гелей, о совместном влиянии биологически активных веществ природного и 28 синтетического происхождения и компонентов рецептур на свойства этих композиций и т.д. Получение такой информации является актуальной задачей в настоящее время. 1.2.2 Реологические свойства гелевых композиций Рассмотрим в общих чертах структурно-механические характеристики гелевых композиций, поскольку они во многом определяют свойства и применение этих коллоидных систем, тесно связаны с биологической доступностью, процессами реологических свойств высвобождения формирует БАВ, поэтому неотъемлемый и изучение важный блок исследовательской работы. В соответствии с общей классификацией дисперсных систем по характеру реологического течения, гели относятся к неньютоновским жидкостям, характеризующимися снижением вязкости при увеличении скорости сдвига. По Шрамму Г. [68], этот факт связан с сохранением пространственной сетки геля при низких значениях скорости сдвига γ, вследствие чего вязкость системы высока. При повышении γ элементы сетки дезагрегируют, ориентируются по направлению течения, и происходит проскальзывание их друг относительно друга, как следствие снижение вязкости гелей. К числу наиболее распространенных уравнений для описания течения данных систем относятся 0 пл , [69]: 1) Уравнение Шведова-Бингама: где τ0 – предел текучести, Па; ηпл – пластическая вязкость, Па·с; γ – скорость сдвига, с-1 n 2) Уравнение Гершеля-Балкли: 0 К , где К – коэффициент консистенции, Па·с; n – индекс течения. 3) Уравнение Кэссона: 1/ 2 0 1/ 2 пл 1/ 2 . В работе Ю.М. Самченко и соавт. [70] показано, что прочность связей в структурной организации геля на основе акриламида и акриловой кислоты 29 связана с величиной динамического предела текучести τ0д, который характеризует преодолевание системой упругого отклика на нагрузку и начало пластического течения. Чем больше величина τ0д, тем выше прочность гелевой системы. Установлено, что прочность связей в гелевой структуре увеличивается при повышении концентрации сшивающего агента – МБА (N,N' -метилен-бисакриламида) и уменьшается при повышении концентрации акриловой кислоты. Важными характеристиками, потребительские тиксотропные свойства свойства. гелей определяющими в процессе Большинство гелей их технологические и применения, являются характеризуются наличием тиксотропии в структуре, т.е. обратимого разрушения-восстановления связей между частицами в геле (рис. 1.2) [71]. Рисунок 1.2 – Кривая течения тиксотропной дисперсной системы Рис. 1.2 демонстрирует течение тиксотропной системы, которая образует «верхнюю кривую», получаемую в режиме возрастания скорости сдвига, когда система подвергается разрушению и вязкость падает. «Нижняя кривая» соответствует восстановлению межчастичных контактов в режиме уменьшающейся скорости сдвига. В работе И.О. Рогачева и соавт. [72] предложена методика определения наличия тиксотропных свойств композиции путем ее разрушения: изначально регистрировали показания прибора в режиме увеличения скорости сдвига. Разрушение системы осуществляли путем вращения на максимальной скорости сдвига в течение 10 мин., после чего останавливали прибор и оставляли гель на 10 мин. в состоянии покоя, после чего повторяли измерения при уменьшении скоростей сдвига. Здесь же рассмотрен 30 подход к расчету «механической стабильности» системы, определяемой как отношение τ0д после разрушения к τ0д до него. Еще одним параметром, определяющим степень тиксотропности систем, является время релаксации, определяемое по уравнению Кросса [73]: 0 1 , m где η0 –ньютоновская вязкость при →0; η∞ - ньютоновская вязкость при →∞; λ – время релаксации геля; m – эмпирическая величина, определяемая соотношением: m d log d log Изначально данное уравнение применялось для описания течения растворов и расплавов полимеров. Однако в дальнейших исследованиях имеются данные о его применении к структурированным системам [74]. Реологические свойства гелей во многом зависят не только от природы гелеобразователя, характеризуемого строением и молекулярной массой макромолекул, степенью и типом их ионизации, но также и от концентрации гелеобразователя. Как уже было упомянуто выше, наибольшее распространение в качестве гелеобразователей в косметической и фармацевтической отрасли получили полимеры. В исследованиях Н.А. Ляпунова, Н.В. Воловика методом ротационной вискозиметрии на основании реограмм произведен сравнительный анализ структурно-механических характеристик гелей на основе синтетических высокомолекулярных полимеров акриловой кислоты в зависимости от характеристик данного гелеобразователя, и осуществлен научно-обоснованный выбор марки карбомера в зависимости от назначения композиции [75]. Также на важность выбора гелеобразователя указывает работа [76], где методом ротационной вискозиметрии исследуются реологические кривые течения гидрогелей на основе полиакриламида, в котором в качестве сшивающего агента применялся пропиленхлоргидрин. Показано, что в диапазоне концентраций модификатора от 0,3 до 0,5% масс. у исходного геля без сшивающего агента напряжение сдвига больше, чем при его наличии в системе, что связано с 31 перераспределением энергий связи при образовании комплекса. Дальнейшее увеличение концентраций способствует упрочнению системы. На основании полученных данных графическим методом из кривых течения определены пределы текучести. Н.Г. Воронько [77] изучалось совместное влияние природных гелеобразователей – желатины и альгината натрия в диапазоне концентраций от 1 до 5% масс. Прослеживается зависимость между структурными особенностями геля и реологическими свойствами. Введение альгината натрия в гидрогель приводит к значительным изменениям реологических свойств системы, что объясняется формированием комплексов «белок-полисахарид» вследствие электростатических взаимодействий. Описание полученных экспериментальных данных осуществляли с помощью модели Гершеля-Балкли и Кэссона. Г.П. Ямпольская и сотр. [78] исследовали структурно-механические характеристики физического геля на основе биополимера – каррагенана в присутствии электролита в режиме установившегося сдвигового течения и в динамическом колебательном режиме, в результате которого был определен модуль упругости. Установлено, что при содержании каррагинана 1,5% масс. в присутствии хлорида натрия системы проявляют вязкопластичные свойства (наличие предела текучести) в отличие от базовой системы. Показано, что с увеличением концентрации полисахарида в условиях установившегося течения возрастает значение наибольшей ньютоновской вязкости. Приведенные литературные сведения указывают на интерес исследователей к проблеме влияния компонентов гелевых композиций на их структурно-механические свойства. Несмотря на достаточно большой интерес исследователей к реологическим свойствам гелей, влияние биологически активных веществ, которые вводятся в гелевую матрицу, на комплекс этих свойств практически не изучено. Кроме того, недостаточно ясным остается вопрос температурного влияния на данные характеристики в зависимости от состава композиции. 32 1.3 Антиоксиданты для косметических композиций В технологиях производства косметических средств актуально введение в состав композиций биологически активных веществ разнообразного спектра действия. При этом лидирующие позиции занимают антиоксиданты (АО) вещества и соединения, защищающие организм от агрессивного действия свободных радикалов, способных вызвать старение организма в целом и кожи и волос, в частности. Наиболее распространенной теорией старения является свободнорадикальная (митохондриальная) теория, сформулированная изначально Д. Харманом и получившая развитие в дальнейших исследованиях. Согласно данной теории, процесс старения заключается в нарастании повреждений мембранных молекул и генетической клеточной структуры, вызываемых активными формами кислорода (АФК), ослаблении защитных функций организма [79]. Согласно классификации Ю.А. Владимирова, все типы АФК можно объединить в три класса – первичные, вторичные и третичные [80]. К первичным относятся противомикробную супероксид-анион функцию, и монооксид радикал азота О2•-, NO, выполняющий отвечающий за расслабление сосудов. Наиболее мощным токсическим действием, имея способность к необратимому повреждению мембранных липидов, молекул ДНК, углеводов и белков, обладают вторичные радикалы, представленные гидроксильным радикалом HO•, липидными радикалами LO•. Эти радикалы получаются в реакции взаимодействия избытка О2•- с NO, образуя пероксинитрил или переводя железо Fe+ в Fe2+, которые в свою очередь связываются с НСlО, Н2О2 и липоперекисями. Третичные антиоксиданты образуются при соединении вторичных АФК с молекулами антиоксидантов. Как уже упоминалось, для нейтрализации действия АФК в организме вырабатывается антиоксидантная защита (АОЗ). Антиоксиданты - соединения, обладающие способностью легко окисляться или восстанавливаться в результате отдачи или захвата электронов, образуя безвредные для клеток метаболиты [81,82]. Антиоксидантная защита организма представлена следующими 33 группами соединений [83]: 1. Ферменты, обеспечивающие непосредственную деактивацию свободных радикалов (суперокиддисмутаза (СОД), пероксидаза, каталаза); 2. Низкомолекулярные антиоксиданты (токоферол – в гидрофобной среде, селеновые, тиоловые производные и т.д.–в гидрофильной среде организма и т.д.). Супероксиддисмутаза (СОД) является важнейшим ферментным компонентом антиоксидантной защиты системы от АФК, которая переводит супероксид-анион радикал О2•- в Н2О2, которая менее реакционноспособна и разлагается под действием других ферментов организма [84]. Реакция клетки ОС заключается, в первую очередь, в увеличении активности СОД [85]. Данный фермент представлен тремя формами: Cu, Zn, Fe-содержащие. Катализ каждой формы фермента заключается в восстановлении и окислении соответствующего металла на активном центре СОД. Пероксидаза, в первую очередь, глутатионпероксидаза – фермент, содержащий в своем составе атом селена [86]. Восстанавливает перекись водорода и органические гидропероксиды нуклеотидов, свободных жирных кислот, нуклеиновых окисленный. Его кислот, активность переводит восстановленный усиливается витамином глутатион А и в С. Глутатионпероксидаза вместе с восстановленным глутатионом переводит липоперекиси в окссикислоты с меньшей токсичностью. Каталаза является высокоэффективным антиоксидантом АОЗ. Каталаза не требует энергии активации [80]. Данный фермент также, как глутатионпероксидаза, способствует замедлению накопления H2O2, которая образуется из флавопротеидов и О2•- при аэробном окислении. Классификация низкомолекулярных антиоксидантов в соответствии с особенностями структуры [87]: 1) жирорастворимые (токоферол, каротиноиды, фосфолипиды и т.д.) – защищают от действия АФК биологические мембраны; 2) водорастворимые (лимонная, аскорбиновая и никотиновая кислота; серосодержащие компоненты АОЗ – липоевая кислота, цистеин, бензойная 34 кислота, церулоплазмин; фенольные соединения – флавоноиды, полифены, трансферрин, альбумин и т.д.) - проявляют активность в области плазмы, межклеточной жидкости, цитозоле клеток, лимфе и крови. Существует также классификация в зависимости от происхождения антиоксиданта [88]: 1) природные: водо- и жирорастворимые витамины, биофлавоноиды (полифенолы), серосодержащие соединения (метионин, цистеин и т.д.); 2) синтетические: ионол, 1,2-дитиолан-3-пентановая (липоевая) кислота, оксипиридины [89, 90]. Остановимся на антиоксидантов. антиоксидантные более подробной Представителями свойства, высокоэффективные являются антиоксиданты, характеристике веществ, полифенолы активность некоторых проявляющих яркие (биофлавоноиды) которых – обусловлена соседством гликозильной части с флавольной [91]. Они обладают возможностью выступать в качестве доноров электрона или водорода, а также хелаторов ионов переходных металлов, способностью фенолпроизводных радикалов разрывать цепные реакции за счет стабилизации и делокализации неспаренных электронов. Антиоксидантная активность различных полифенолов в отношении разных типов свободных радикалов различна. Например, кверцетин ингибирует действие супероксид анион-радикала О2•-; эпикатехин, катехин активны против гидроксильного радикала НО• [92]. Помимо индивидуальных соединений, обладающих антиоксидантными свойствами, в рецептуры косметических композиций также вводятся полифункциональные вещества-антиоксиданты – экстракты растений. Активную борьбу со свободными радикалами ведут экстракты коры сосны, гингко билоба, конского каштана, облепихи, розмарина. Гамамелис содержит высокую концентрацию танинов — веществ, обладающих вяжущим, антиоксидантным, противовоспалительным действием. Экстракт кожицы винограда и виноградных косточек по антиоксидантному действию превосходит витамин Е в 5 раз [93]. Вместе с тем, далеко не для всех экстрактов проведен глубокий анализ их 35 состава в зависимости от способов экстракции, присутствия компонентов в коллоидном состоянии, влияния на весь комплекс базовых косметических и космецевтических композиций. Рассмотрим некоторые примеры такого подхода к природным антиоксидантам сложного состава. Экстракт зверобоя – компонент рецептур косметических средств, обладающий высокими показателями антиоксидантной защиты. Основными компонентами зверобоя являются флавоноиды, азулен, танины, токоферол, витамины С и РР, инвертный сахар, фитостерины, дубильные вещества [24]. В работе [94] обнаружено, что полисахариды, полученные экстракцией зверобоя водным раствором оксалата аммония с концентрацией 0,7%, идентифицированы как пектиновые полисахариды, состав которых характеризуется присутствием остатков галактуроновой кислоты (участки незамещенного 1,4-α-D- галактуронана). В исследованиях Т.П. Кукиной и соавт. [95] впервые выявлены в составе экстракта зверобоя следующие неполярные соединения – полипренолы, имеющие длину цепи 8-12 изопреновых единиц в свободном виде. В работе [96] методом кулонометрического титрования была доказана высокая антиоксидантная активность экстракта из данного растения, наибольшая в ряду зверобой-пустырник-подорожник-боярышник. В составе косметических композиций применяются водно-спиртовые или масляные экстракты зверобоя. Экстракт крапивы получают из листьев крапивы двудомной Urnica dioica. В экстракте присутствуют хлорофилл, провитамин А – каротин, лецитин, витамины В, С, К, муравьиная кислота, определяющая жгучие свойства данного растения, а также дубильные вещества [24]. Состав экстракта крапивы в общем может охарактеризоваться белково-витаминно-углеводным комплексом, терапевтические свойства экстракта определяются в основном присутствием каротиноидов и β-каротина [97]. Биополимерные молекулы в составе крапивы, связанные в агрегаты, являются трудноизвлекаемыми компонентами, поэтому подбор оптимальных условий экстракции и типа экстрагента, считается важной технологической задачей. В работе [97] показано, что диспергирование листьев 36 крапивы двудомной способствует интенсификации процесса извлечения жирорастворимых и водноспиртовых биологически активных компонентов. В составе косметических композиций применяется главным образом масляный экстракт крапивы. Проявление антиоксидантных свойств масляного экстракта крапивы подтверждается работой [98]. Экстракт ройбоса – новый перспективный экстракт выраженного антиоксидантного действия для косметических композиций, полученный из листьев кустарника ройбос Aspalathus linearis. Антиоксидантная активность данного экстракта исследовалась в работе [99] следующими методами: с применением свободных радикалов (2,2-дифенилпикрилгидразилом и радикалом 2,2'-азино-бис(3-этилбензтиазолин-6-сульфоновой кислоты) с анализом спектрофотометрическим методом, а также с использованием клеточного теста с фибробластами 3Т3 (DHR анализ). В данных тестах были обнаружены достаточно высокие антиоксидантные свойства, соизмеримые с таковыми для высокоэффективного антиоксиданта – экстракта зеленого чая. За проявление данной активности экстракта ройбоса отвечает уникальный компонент – полифенольная смола аспалатин. Экстракт зеленого чая – яркий представитель системы антиоксидантов природного происхождения. Состав зеленого чая ввиду его многокомпонентности трудно точно расшифровать. В работах К. Сычева [100], П.А. Федина [101] изучен состав основных компонентов зеленого чая и его экстракта, к которым были отнесены полифенолы – катехины, или флавон-3-олы (примерно 36%), представленные в порядке уменьшения содержания в экстракте зеленого чая: эпигаллокатехин-эпикатехин-эпигаллокатехингаллат- эпикатехингаллат (рис. 1.3). В процессе сушки и технологической обработки для получения исходного зеленого чая из катехинов (около 40-42%) происходит вначале образование катехинов-хинонов, далее олигомеров – теарубигинов порядка 20% и теафлавинов – около 2-6%, характеризуемых высокими антиоксидантными свойствами [102]. При этом из всего количества катехинов остается всего порядка 10%. Дальнейшее продолжение процесса заключается в 37 образовании гидролизуемых галотаннинов (ММ 500-3 тыс.) и конденсированных танинов (ММ более 3 тыс.). Конденсированные танины, нерастворимые в воде, образуются главным образом, из катехинов и проантоцианидинов – флаван-3,4олов (рис. 1.3). Конечным результатом данной цепочки превращений является формирование танино-катехинового комплекса (ТК-комплекса). а б в г д Рисунок 1.3 – Структурные формулы катехинов (а- эпигаллокатехин; б – эпикатехин; в – эпигаллокатехингаллат; г – эпикатехингаллат) и танина (д – конденсированный тип) Согласно [102], в экстракте зеленого чая также присутствует белки (15), кофеин (примерно 3,5%), теобромин, теофиллин, аминокислоты, сапонины, в незначительном количестве эфирные масла, витамины, углеводы (неусвояемые) и микроэлементы, включая фтор. Между белками за счет карбонильных групп и танинами за счет гидроксильных групп происходит образование прочных связей. Катехины являются самыми восстановленными из флавоноидов, а значит, обладают наибольшей антиоксидантной активностью [103]. Эпилгаллокатехин характеризуется как наиболее мощный из всех существующих АО растительного происхождения. Совокупность катехинов зеленого чая превосходит по антиоксидантным свойствам такие сильные АО, как α-токоферол и аскорбат в 25-100 раз при прочих равных условиях. В реакции со свободными радикалами данные полифенольные соединения прекращают свободнорадикальное окисление, превращаясь в радикалы, не способные к продолжению цепи. Антиоксидантная активность их осуществляется по следующим механизмам [104]: • алкилпероксидный – против алкоксирадикала RO˙, пероксирадикала ROO˙, алкилрадикала R˙; • алкилрадикальный – против О2- и ОН˙; • антикислородный – против О2 и 1О2; • хелатирование металлов; • перехватчики 38 стабильных радикалов (ДФПГ˙); • перехватчики радикальных форм окиси азота и т.д. Таким образом, экстракт зеленого чая - разнообразнейшая по химическому составу и спектру действия антиоксидантная система растительного происхождения. Следует также отметить, что коллоидно-химические свойства экстрактов зеленого чая практически не изучены. Следующим экстрактом-антиоксидантом, на который следует обратить внимание, является экстракт березового гриба чаги. На кафедре пищевой биотехнологии КНИТУ в течение продолжительного времени под руководством проф. М.А. Сысоевой проводятся научные исследования по изучению физикохимических свойств экстрактов чаги. Исходя из данных, представленных в работе [105], процессу получения экстракта чаги сопутствует возникновение коллоидной системы, характеризующейся полидисперсностью. Лечебное и антиоксидантное действие данной системы связано с наличием в ее составе дисперсной фазы - полифенолоксикарбонового комплекса (ПФК), именуемого в настоящее время меланином, помимо которого также извлекаются зольные элементы, производные фенольных альдегидов, стероидные соединения и т.д. [106]. В работе А.И. Носова и М.А. Сысоевой [107] методом электронной микроскопии показана сложная организация меланина, состоящая из хромогенной (окрашенной) части и неокрашенного белково-полисахаридного матрикса (рис. 1.4). Наноразмерный меланин чаги (средний размер частиц составляет от 60 до 160 нм) представлен высокомолекулярным сетчатым трехмерным полимером на основе лигнина. В составе хромогенной части присутствуют соединения фенольного типа – сиреневая, ванилиновая, пгидроксибензойная кислоты, ванилин, эфир синапового альдегида и т.д. [108]. В меланин входят также фенолы в свободном и связанном виде, углеводы, карбоновые кислоты, флавоноиды и др. Белково-полисахаридный матрикс представлен преимущественно следующими белками: глицин, аланин, серин; и полисахаридами: глюкозой, серозой и т.д. Сформированные таким образом частицы дисперсной фазы имеют на своей поверхности в среднем 6,5% 39 карбоксильных, 5,8% метоксильных, 4,5% - карбоксильных групп, что обеспечивает устойчивость данной системе. Хромогенная (пигментная) часть Белковополисахаридный матрикс Рисунок 1.4 – Микрофотография меланина чаги [107] Как упоминалось выше, именно меланин отвечает за проявление системой антиоксидантной и терапевтической активности, которая зависимости от условий экстрагирования. В работе [109] возможность повышения антиоксидантной активности находится в показана новая экстракта путем обработки водного извлечения гиперразветвленным полимером марки Boltorn Н марки Н30 и Н40 из-за изменения размеров частиц меланина. Говоря об антиоксидантах синтетического происхождения, мы хотели бы остановиться на применении в антиоксидантных композициях медицинского назначения N-(β-оксиэтил)-4,6-диметилдигидропиримидона-2 относящегося к гетероциклическим соединениям (ксимедона), пиримидинового ряда, синтезированного и изученного впервые в научных исследовательских группах казанских химических школ (ИОФХ им. Арбузова и КГМУ) [110]. Помимо антиоксидантных свойств, ксимедон проявляет выраженное противовоспалительное и противоожоговое действие [111], что открывает перспективы его применения в композициях полифункционального действия, в частности, в космецевтических полимерных гелях. В работе [112] показано, что в системах ПАК – ксимедон и Na-КМЦ – ксимедон возможно комплексообразование, механизм которого зависит от вида полимерного гелеобразователя. В комплексообразвания случае геля сопровождается на основе связыванием образуемых в результате диссоциации ПАК (рис. 1.5). ПАК первая ксимедоном стадия протонов, 40 Рисунок 1.5 – Связывание ксимедоном протонов, образуемых при диссоциации ПАК [112] При возникновении избыточного содержания ксимедона в роли свободного лиганда в системе наблюдается вторая стадия комплексообразования, связанная с образованием за счет водородных связей циклических структур (рис. 1.6). Рисунок 1.6 – Образование циклических структур ксимедона [112] Na-КМЦ образует комплексы с ксимедоном вследствие нековалентных взаимодействий – водородных связей, гидрофобных сил и электростатических взаимодействий. Таким образом, еще одним достоинством данного БАВ является взаимодействие с карбоксильными полимерными группами подобно действию нейтрализующих агентов - аминов (триэтаноламина и т.д.) [28], что позволяет, помимо направленного действия ксимедона, уменьшить содержание данных нейтрализующих агентов без ухудшения реологических параметров гелей. В настоящее время существует множество антиоксидантной активности веществ и соединений. методов определения В.В. Хасановым, Г.Л. Рыжовой и Е.В. Мальцевой [113] предложена следующая их классификация на электрохимические, фотометрические, флуоресцентные, хемилюминесцентные и более специфические. Большое распространение для анализа антиоксидантных свойств экстрактов получил метод, основанный на взаимодействии антиоксидантной добавки со стабильным свободным радикалом 2,2-дифенил-1пикрилгидразилом (ДФПГ˙), фиксируемом спектрофотометрическим методом при длине волны детектирования данного радикала (λ=547 нм) либо с помощью 41 электронного парамагнитного резонанса [114-116]. Вместе с тем виды коллоидно-химических структур косметических композиций достаточно разнообразны – пены, эмульсии, гели и т.п. Возможности применения этого метода в отношении данных систем с антиоксидантными компонентами изучены недостаточно. К тому же, практически все описанные методы определения антиоксидантной активности сопровождаются значительным изменением в структуре композиций. Поэтому очень важно применение метода ЭПР для оценки АОА косметических композиций, поскольку он позволяет количественно определить данный параметр в различном фазовом состоянии системы без значительного ее разрушения. Исходя из всего вышеизложенного материала, можно сделать вывод, что проблема защиты организма от действия свободных радикалов в форме АФК является центральной для исследователей не только в области медицины, но и косметической науки. Продолжается поиск и исследование эффективности натуральных антиоксидантов в связи с перспективами использования в косметических средствах anti-age. Вместе с тем, в литературе отсутствуют данные о научно-обоснованных концентрационных пределах введения БАВ- антиоксидантов в системы косметического назначения, нет сведений о взаимном влиянии биологически активных веществ и компонентов рецептур как на весь комплекс свойств косметических средств, так и на проявление антиоксидантной активности БАВ с другой. Зависимость антиоксидантной активности косметических композиций с активными компонентами от их коллоидной структуры не выявлена, нет данных о влиянии базовых косметических ингредиентов определению на АОА. Отсутствует антиоксидантной научно-обоснованный активности косметических подход к композиций в зависимости от их фазового состояния, который бы не сопровождался значительными изменениями в их структуре. 42 1.4 Системы контролируемого высвобождения активных компонентов Как правило, самым распространенным способом применения косметических композиций является нанесение их на поверхность кожного покрова. Важным аспектом является биологическая доступность активных веществ в зависимости от их функционального назначения, которая при данном способе нанесения принимает еще большее значение ввиду барьерной функции кожи. Поскольку далеко не всем активным компонентам место в более глубоких слоях кожи, применение систем доставки, обеспечивающим контролируемое высвобождение БАВ, является центральным процессом, определяющим интенсивность транспорта. Существуют факторы, влияющие на способность БАВ проникать в кожный покров, основные из которых [117]: 1) подвижность БАВ в системе доставки (носителе); 2) его способность к высвобождению из носителя. В настоящее время системы доставки активного компонента, разрабатываемые изначально для повышения его стабильности, достаточно многофункциональны. Главной функцией является транспортная, то есть контролируемое высвобождение. При этом важным является тот момент, что носитель БАВ в процессе высвобождения не меняет химическую природу добавки и биологическую активность [118]. Высвобождение БАВ в некоторых случаях осуществляется в начальные моменты времени, в других характеризуется медленной скоростью и продолжительностью. На рис. 1.7 приведены кинетические кривые контролируемого высвобождения БАВ [119]. а б в г д Рисунок 1.7 – Зависимость концентрации высвободившегося БАВ от времени: а - экспоненциальное снижение скорости данного процесса во времени, б – высвобождение с постоянной скоростью, в – наличие запаздывания в высвобождении (нулевой порядок), г – пульсирующий характер высвобождения с запаздыванием, д – многократное высвобождение с запаздыванием постоянной величины между периодами. 43 Современные системы доставки, обеспечивающие контролируемое высвобождение БАВ, в настоящее время весьма разнообразны, поэтому остановимся лишь на некоторых примерах носителей. Липосомы Представляют собой простые липидные везикулы, содержащие во внутренней полости гидрофильную среду [120]. К уникальным свойствам, обеспечивающим возможность их применения в качестве систем направленной доставки, являются: 1) способность одновременной доставки как гидрофобных, так и гидрофильных БАВ; 2) схожесть структуры липосом и клеточных мембран, вследствие чего липосомы без особого труда встраиваются в липидные бислои и сливаются с клетками. Применение липосом в качестве эффективных систем контролируемого высвобождения БАВ упоминается в работах Е.В. Толчевой и соавт. [121], А.Ю. Барышникова и сотр. [122], А. Гомеса-Хенца [123] и многих других исследованиях. Эмульсии Главным достоинством применения эмульсий в качестве основ для систем направленной доставки является возможность одновременного введения в композицию как водо- так и жирорастворимых БАВ. Большое распространение для этих целей получили множественные эмульсии и микроэмульсии. Отличие множественных эмульсий от традиционных заключается в том, что капли дисперсной фазы у множественных эмульсий намного меньше и создают впечатление непрерывной фазы. Множественные эмульсии делятся на виды: «масло-в-воде-в-масле» (м/в/м) и «вода-в масле-в воде» (в/м/в). Эмульсии в/м/в в водной дисперсионной среде состоят из капель масла, представляющих дисперсионную среду для капель воды меньшего размера . Эмульсии типа м/в/м имеют противоположную структуру [124]. Наибольшей привлекательностью в качестве косметических композиций направленной доставки обладают множественные эмульсии в/м/в. Ввиду присутствия водной фазы, практически сразу после распределения композиции по поверхности кожи наблюдается увлажняющее действие ее верхних слоев с одновременным высвобождением 44 БАВ. Микроэмульсии, в том числе и фармацевтического назначения, представляют собой системы, повышающие биологическую доступность активного компонента и обеспечивающие контролируемого высвобождение [125]. Микроэмульсии характеризуются как агрегативно устойчивые, прозрачные, оптически изотропные системы, самопроизвольно образующиеся при смешивании в присутствии ПАВ воды и масла, нерастворимых друг в друге. Размер капель микроэмульсий находится в диапазоне от 10 до 200 нм [126]. Микроэмульсии по степени высвобождения БАВ превосходят традиционные эмульсионные системы. По мере их поступления в роговой слой происходит усиление поглощения кожей активного компонента из-за способности соэмульгатора снижать на границе раздела фаз поверхностное натяжение, обеспечивая этим условия для спонтанного образования микроэмульсий, а также перемещению в них БАВ [117]. Полимерные системы контролируемого высвобождения В последнее время к полимерам, которые могут применяться в качестве инновационных систем контролируемого высвобождения, проявляется большой интерес. Не углубляясь во все многообразие полимерных систем, применяемых в настоящее время в качестве систем доставки, в зависимости от структуры, особенностей синтеза и специфических характеристик рассмотрим основные механизмы высвобождения из таких композиций и некоторые примеры. В работе [127] на примере гелевых композиций с лекарственным веществом представлена классификация полимерных систем по механизму высвобождения (рис. 1.8). а б в Биодеструкция матрицы после полного выхода БАВ Рисунок 1.8 - Механизмы высвобождения БАВ из полимерной матрицы: а – контролируемая диффузия; б – контролируемое набухание; в – химически контролируемая эрозия 45 Остановимся более подробно на полимерных системах, в которых высвобождение БАВ осуществляется по приведенным механизмам. Полимерные системы с контролируемой диффузией. Внутри этой высвобождения группы активного также существует компонента в деление зависимости по механизмам от структурных особенностей и свойств полимеров [128]: 1) через проницаемую мембрану полимерной природы; 2) эрозия либо биодеградация исходной системы с поверхности с высвобождением БАВ; 3) через поры либо каналы в составе матриц, не подвергаемых эрозии. В полимерных композициях с контролируемой диффузией химического взаимодействия активного компонента с полимерной матрицей не происходит, высвобождение осуществляется под действием полимерной деструкции или диффузии через проницаемую мембрану полимерной природы. Полимерные системы контролируемого высвобождения в основном представлены матрицами или мембранами. Поскольку активный компонент в мембранных полимерных системах располагается внутри капсулы или некого резервуара, то скорость его диффузии из данной системы зависит от продолжительности поддержания БАВ внутри композиции в состоянии насыщения до полного израсходования, что отражено в работах [129,130]. К главному недостатку мембранных систем относится невозможность обеспечения постоянной скорости высвобождения БАВ ввиду постепенного снижения его скорости. В матричных диспергированном в системах активный биодекструктируемых компонент полимерных находится матрицах в или растворенном виде. В работе [131] показано, что функциональные группы в матрице композиции обладают способностью снижать скорость процесса высвобождения анионных БАВ. Полимеры, полученные из сополимеров 4винилпирролидона и 2-гидроксиэтилметакрилата, обеспечивали пролонгацию высвобождения БАВ без нанесения механических изменений в структуре полимера. 46 Химически контролируемые полимерные системы В данных системах активные компоненты присоединены к пространственной полимерной сетке посредством химической или физической связи. Их высвобождение осуществляется в результате энзиматического или гидролитического разрушения данных связей по следующим механизмам: 1) разрушение связей между полимером и активной добавкой; 2) постепенная биодеградация полимерной композиции с БАВ; 3) диффузия активных компонентов из микросфер, подвергнутых биодеструкции [127]. В свою очередь, данная группа систем подразделяется на водорастворимые и нерастворимые биодеструктируемые полимерные биодеструктируемых композиций системы. Для применяют водорастворимых главным образом водорастворимые полимеры [132]. К группе традиционных нерастворимых медленно деструктируемых систем относятся полиуретаны [133]. Полимерные системы с контролируемым набуханием. Среди описанных систем наибольшее распространение получили полимерные композиции с контролируемым набуханием, представленные главным образом гелевыми системами. Для обеспечения пролонгированного высвобождения активного компонента из них используют химическое или физическое взаимодействие БАВ с полимерной пространственной сеткой (рис. 1.9) [134, 135]. а) БАВ (ЛВ) в связанном виде БАВ (ЛВ) в свободном виде б) БАВ (ЛВ) Поперечная связь БАВ+полимер ЭНЗИМ, ВОДА Заряженная группа полимера Полимерная цепь Рисунок 1.9 – Механизмы обеспечения пролонгированного высвобождения активного компонента: а – химическое, б – физическое взаимодействие Скорость высвобождения из гидрогелей, которая включает в себя абсорбцию воды, десорбцию активного компонента и характеризуется 47 коэффициентом диффузии через полимерную сетку, может также контролироваться путем регулирования плотности ее сшивки [136]. Если активный компонент связан с полимером в геле посредством ковалентных связей, то его высвобождение определяется, в первую очередь, скоростью расщепления этой связи. Таким образом, присоединение БАВ (лекарственных веществ) к полимерной матрице приводит к увеличению времени их высвобождения [137]. В работе В.Н. Павлюченко и соавт. [138] была предложена методика определения механизмов транспорта лекарственной составляющей в полимерном геле, основными из которых являются диффузия и релаксационные процессы. Для этого на основании нижеприведенной формулы рассчитывалась величина W, представляющая собой количество биологически активного компонента, высвободившегося из полимерного геля к моменту отбора проб t: W C N V0 N 1 P N 1 C N 1 P , i 1 где V0 – начальный объем диализной среды, N – порядковый номер пробы, P – объем пробы (5 мл), CN – концентрация активного компонента в растворе в момент отбора пробы с номером N. За W0 принималось количество БАВ, перешедшей в диализат к моменту наступления равновесия, за который принимался момент достижения постоянной концентрации БАВ в растворе. Далее из кинетических зависимостей lg (W/W0) – lg t определяли показатель n*, характеризующий механизм транспорта БАВ, как тангенс угла наклона на прямолинейном участке. Если значения показателя n близки к 0,5, то высвобождение осуществляется по диффузионному механизму, если n=1, то определяется релаксационными явлениями в полимерной сетке. В случае, когда n меньше 1, но больше 0,5, то присутствуют оба механизма высвобождения. В составе косметических и фармацевтических композиций может иметь место взаимодействие активного компонента (БАВ или лекарственного вещества) с другими компонентами рецептур. Химическое взаимодействие может привести как к активации БАВ, так и к ее дезактивации. Скорость его высвобождения из основы композиции в определенной степени зависит от их сродства – в случае высокого сродства, активный компонент не диффундирует в 48 глубокие слои кожи, а остается на ее поверхности в связанном виде. Для усиления диффузии БАВ в косметические композиции вводятся специальные вещества, которые способны увеличить проницаемость эпидермального барьера, называемые химическими энхансерами [139]. Вместе с тем, наряду с данной функцией энхансеров, важно, чтобы они сами оставались лишь на поверхности кожи. Остановимся более подробно на некоторых химических энхансерах. Спирты. К данной группе можно отнести как одноатомные (этиловый спирт), так и многоатомные спирты, характеризуемые гигроскопичностью – пропиленгликоль, глицерин, низкомолекулярные полигликоли и т.д. [118]. Активность этилового спирта определяется его концентрацией. Объяснений энхансерного действия этанола может быть несколько. Он обладает способностью усиливать растворение БАВ в среде-основе, во-первых, и, вовторых, за счет нарушения целостности может менять структуру мембран в коже, тем самым усиливая проницаемость активного компонента. В некотором роде, возможно, вклад в данные свойства этилового спирта может вносить и его летучесть, т.е. при нанесении косметической системы на кожу этанол способен испаряться, увеличивая этим концентрацию активного компонента в композиции до супернасыщенного состояния, что является большой движущей силой [140]. Другой характер действия наблюдается для многоатомных спиртов. Действие пропиленгликоля, вероятно, связано со встраиванием в межклеточные липидные пласты (в домены жидкокристаллической структуры), результатом чего является их разбухание. В данном процессе в липидные пласты вместе с пропилегликолем встраивается и вода, еще больше усиливая процесс проникновения. Масла. К группе энхансеров можно также отнести масла – ненасыщенные и насыщенные жирные кислоты. Механизм их действия заключается в встраивании в гидрофобные липидные бислои мембран, нарушая целостность и образуя домены. Обнаружено, что ненасыщенные цис-изомеры приводят к нарушению целостности липидного бислоя в меньшей степени, чем трансизомеры. Наибольшее распространение в этом классе соединений получили олеиновая кислота и изопропилмиристат – маслоподобный синтетический эфир 49 [140]. Однако злоупотреблять данными соединениями не стоит, поскольку они, попав на кожу, могут вызвать необратимые изменения в морфологической организации клеток Ларгенганса, которые сосредоточены в супербазальном слое и отвечают за инициирование и координацию иммунного ответа кожи. Поверхностно-активные вещества. ПАВ входят в состав практически всех косметических композиций. Вместе с тем они выполняют роль химических энхансеров в системах, увеличивая проницаемость через эпидермальный барьер как воды, так и многих активных компонентов. Ярко выраженное энхансерное действие наблюдается у анионных ПАВ, которые оказывают самое жесткое действие на кожу, связываясь с поверхностью корнеоцитов и повреждая липидные пласты вплоть до экстракции липидов [139]. Типичным примером таких ПАВ являются алкилсульфаты и алкилэтоксисульфаты натрия. Подобным действием обладают катионные ПАВ, которые наряду с анионными ПАВ, не так часто применяются в составе косметических композиций. Наиболее распространенной группой ПАВ, применяемые в основном в качестве эмульгаторов при изготовлении косметических композиций, являются неионные ПАВ, которые обладают рядом достоинств: нетоксичность, термостойкость, возможность изменения ГЛБ в широких пределах, а также дерматологическая мягкость [141]. Механизм действия этих ПАВ тоже до конца не выявлен. К тому же в этом случае может иметь место уменьшение проникновения БАВ через эпидермальный барьер. Возможно, это может быть объяснено образованием ассоциатов с активными компонентами, приводящим к снижению их активности. Наибольшим энхансерным действием обладают этоксилированные жирные спирты (особенно производные лаурилового спирта) и полисорбаты [140], механизм действия которых, по-видимому, связан с их прямым действием на липиды кожи. Важна в данной области исследований работа Н.М. Задымовой [142], где рассматриваются факторы, определяющие эффективность трандермального транспорта БАВ. Приводится коллоидно-химический подход к выбору усилителей проницаемости активных компонентов, в особую группу которых 50 были выделены ПАВ. Для данных добавок отмечается зависимость процесса трансдермальной доставки БАВ от ГЛБ. Имеются данные по введению ПАВ в гелевые композиции высвобождения БАВ в качестве [143], добавок, связанные со регулирующих процессы структурно-механическими характеристиками систем. В работе Ю.В. Матрунчика и соавт. [145] рассматривается образование структур между гелем на основе полиакриловой кислоты и анионным ПАВ – олеатом натрия, сопровождаемое значительным изменением структурномеханических характеристик. М.В. Потаповой и соавт. [146] проведен анализ структурно-механических свойств косметических гелей с цвиттер-ионным ПАВ и зеленой глиной. Обнаружен структурирующий эффект при совместном введении данных компонентов. Вместе с тем коллоидно-химические свойства гелевых систем с БАВ и ПАВ исследованы недостаточно. Сведения о влиянии природы и концентрации ПАВ на процесс высвобождения активных ингредиентов и структуру гелей практически отсутствуют. Для достижения требуемой степени биодоступности активного компонента в системе необходим научно-обоснованный подход к выбору ПАВ. Также недостаточно освещен вопрос взаимодействия компонентов гелевых композиций с ПАВ, в частности, неионного характера. Отсутствуют данные по влиянию добавок ПАВ на структурно-механические характеристики гелей. Все это открывает возможности для новых исследований. Анализируя вышеизложенный материал, можно сформулировать следующие выводы по литературному обзору. Несмотря на широкий спектр БАД, которые вводятся в косметические и лечебные композиции, ряд вопросов остаются невыясненными. Не изучено влияние биологически активных веществ на пенообразующую способность. Особенно это касается влияния на свойства пен частиц дисперсной фазы натуральных экстрактов. Не изучено совокупное влияние БАВ и традиционных компонентов рецептур на коллоидно-химические свойства косметических композиций. Недостаточно сведений о влиянии ПАВ на биологическую доступность БАВ в гелевых формах. Не проанализировано 51 совокупное влияние БАВ и ПАВ на структурно-механические свойства гелевых композиций. Нет сведений о температурных исследованиях гелевых систем с БАВ в присутствии ПАВ. Недостаточно исследованы вохзможности определения антиоксидантной активности косметических композиций с БАВ в зависимости от фазового состояния без значительного разрушения структуры. Исходя из этого, цель данной работы заключалась в выявлении закономерностей совокупного влияния биологически активных веществ и ПАВ на коллоидно-химические свойства пенообразующих и гелевых композиций косметического назначения. 52 ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Объекты исследования Объектами пенообразующие исследования и гелевые в данной композиции работе являлись косметического базовые назначения, биологически активные компоненты, неионные ПАВ, а также вещества, необходимые для определения специфических характеристик систем, в частности антиоксидантной активности (ДФПГ˙). 2.1.1 Базовые композиции При разработке базовых композиций мы руководствовались рекомендациями и стандартными рецептурами, используемыми в технологии косметических средств [147-149]. Таблица 2.1 - Рецептура базовой пенообразующей композиции Компонент Концентрация, % масс. Сульфоэтоксилат натрия Диэтаноламиды высших жирных кислот кокосового масла Кокамидопропилбетаин Хлорид натрия Лимонная кислота Вода 8,0 1,0 1,0 1,5 0,5 До 100 В композицию входит комплекс ПАВ, регулятор вязкости – хлорид натрия и регулятор рН –лимонная кислота. Для получения базовых гелевых систем использовался модификатор вязкости и гелеобразователь марки TEGO Carbomer 141 - продукт полимеризации полиакриловой кислоты. Он представляет собой гигроскопичный порошок белого цвета с высокой степенью дисперсности. Обладает высокой способностью к набуханию в водной среде, а также в других полярных растворителях при диспергировании вследствие гидратации карбоксильных групп 53 полимера. При добавлении к полученной дисперсии нейтрализующего агента (триэтаноламин, гидроксид натрия) происходит загущение и получение геля. Основные характеристики гелеобразователя приведены в табл. 2.2. Таблица 2.2 - Физико-химические характеристики Carbomer 141 Наименование показателя Внешний вид Численное значение Белый порошок с уксусным запахом 1400 2,7-3,3 2,5-6,4 Плотность, кг/м3 рН водного раствора Динамическая вязкость водного раствора, Па·с Состав базовой гелевой композиции приведен в табл. 2.3. Добавка глицерина предотвращает потерю влаги гелями с высоким содержанием воды [124]. Таблица 2.3 - Рецептура базовой гелевой композиции Компонент Концентрация, % масс. Глицерин Полимер акриловой кислоты «Карбомер 141» Триэтаноламин Вода 5,0 Технология получения базовых 0,4 0,2 До 100 гелевых систем заключалась диспергировании порошка гелеобразователя в воде, добавлении в глицерина в полученную дисперсию и последующей нейтрализации триэтаноламином [150]. Важным нормативным показателем приведенных композиций является рН, значения которого приведены в табл. 2.4. Они находятся в пределах, установленных ГОСТ 22567.5-93 и ГОСТ 31695-2012. Таблица 2.4 – Значения рН базовых композиций Нормируемый показатель рН Базовая композиция Пенообразующая Гелевая композиция система 5,6 5,9 Норма по ГОСТ Пенообразующая Гелевая композиция система 5,0-8,5 5,0-9,0 54 2.1.2 Биологически активные компоненты В данной работе в качестве биологически активных компонентов антиоксидантного и противовоспалительного были использованы - экстракты чаги Фунги Б11 и Фунги Б13, экстракт зеленого чая, N-(β-оксиэтил)-4,6диметилдигидропиримидон-2 (ксимедон), 1,2-дитиолан-3-пентановая (липоевая, дитиооктановая кислота), аминокислотный комплекс метионина с литием. Экстракты березового гриба чаги представляет собой жидкость темнокоричневого цвета. антиоксидантными Образцы свойствами, экстрактов, были обладающие получены на кафедре высокими пищевой биотехнологии КНИТУ*. Экстракт чаги Фунги Б11 был получен путем экстрагирования измельченной чаги водным 7,5% раствором диметилсульфоксида, фильтрованием полученной субстанции с получением экстракта первой ступени и жома, который также подвергался экстрагированию с получением системы второй ступени. Заключительный шаг заключался в объединении двух ступеней экстрактов [151]. Методика получения экстракта чаги Фунги Б13 заключалась в замачивании измельченной чаги в водном растворе, содержащем 5-15% диметилсульфоксида и 2-8% гидроксида натрия. Далее следовало фильтрование системы и удаление водного раствора. Следующим этапом стало ступенчатое экстрагирование полученной системы водой, фильтрование экстракта с получением первой ступени и жома. Жом также экстрагировался с получением экстракта второй ступени. Заключительный этап – объединение всех ступеней систем [152]. Основные характеристики экстрактов чаги представлены в табл. 2.5. Таблица 2.5 - Основные характеристики экстрактов чаги Наименование показателя Содержание экстрактивных веществ, г/100 мл Фунги Б11 Фунги Б13 1,97 3,96 Содержание меланина, г/100 мл 1,01 2,91 ______________________________________________________________________ * Автор выражает благодарность профессору Сысоевой М.А. и доценту Кузнецовой О.Ю. за предоставленные образцы 55 Из приведенной таблицы видно, что экстракты чаги Фунги Б11 и Фунги Б13 отличаются содержанием меланина – важным показателем для данных систем. Пропиленгликолевый маслянистую жидкость экстракт зеленого желто-зеленого чая цвета. представляет Получен в собой ИОФХ им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН (ТУ 9154-010-02700055-2002). Таблица 2.6 - Физико-химические характеристики экстракта зеленого чая Наименование показателя Внешний вид Данные опытных испытаний Прозрачная жидкость желто-коричневого цвета 1037 Плотность (t=200С), кг/м3 Показатель преломления nd20 Кислотное число, мг NaOH/1 г экстракта 1,4310 0,06 N-(β-оксиэтил)-4,6-диметилдигидропиримидон-2 (ксимедон) относится к гетероциклическим соединениям пиримидинового ряда. Представляет собой порошок розового цвета. Хорошо растворяется в воде. Обладает выраженным противовоспалительным и противоожоговым действием, а также антиоксидантными свойствами [111] (см. главу 1). Рисунок 2.1 – Структурная формула ксимедона Ксимедон был впервые синтезирован в лаборатории химии нуклеотидных оснований ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН. Суть метода заключалась в превращении гидрохлорида 2-окси-4,6-диметилпиримидина в натриевую соль 2окси-4,6-диметилпиримидина, при нагревании которой с этиленхлоргидрином получали ксимедон. В данной работе использовался продукт производства ОАО «Татхимфармпрепараты». 56 1,2-дитиолан-3-пентановая кислота (ДТПК) (липоевая, дитиооктановая кислота)* – серосодержащий антиоксидант. Представляет собой жёлтый кристаллический порошок со специфическим запахом, смесь право- (биологически активный) и левовращающих изомеров. Растворима в этиловом спирте, хлороформе, бензоле, нерастворима в воде. Молекулярная масса 206,33 г/моль. Рисунок 2.2 – Структурная формула 1,2-дитиолан-3-пентановая кислота (ДТПК) В работе использовалась ДТПК производства ОАО «Татхимфармпрепараты». Аминокислотный комплекс метионина с литием (АКМЛ)* - антиоксидантная композиция. Представляет собой бесцветные кристаллы, которые хорошо растворимы в воде и ДМСО, но не растворимые в ацетоне. Относится к малотоксичным соединениям. Помимо антиоксидантных свойств, проявляет стресспротективную активность, а также обладает противовоспалительными свойствами [153]. Комплекс синтезирован в лаборатории координационных соединений ФГАУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» под руководством к.х.н., заведующего лабораторией Штырлина В.Г. ______________________________________________________________________ * Автор выражает благодарность профессору кафедры фармакологии КГМУ Залялютдиновой Л.Н. за предоставленные образцы БАВ 57 2.1.3 Поверхностно-активные вещества Для исследования регулируемого высвобождения БАВ из гелевых систем в работе применялись аддукты оксида этилена и высших жирных спиртов и сорбитан бис(полиоксиэтилен)-моноолеат (табл. 2.7). Оксиэтилированные высшие жирные спирты (ОЭВЖС)* общей формулы С12Н25O(CH2CH2O)nH представляют собой вязкую прозрачную жидкость. Для работы были выбраны ОЭВЖС со степенью оксиэтилирования n=3 и n=10. Они были получены в ЦЛО ОАО «Казаньоргсинтез». Процесс оксиэтилирования заключался в последовательном присоединении оксида этилена к органическим соединениям, содержащим подвижный атом водорода, в присутствии щелочного катализатора в условиях, описанных в работе [154]. Cорбитан бис(полиоксиэтилен)–моноолеат (Твин-80)* – оксиэтилированный эфир сорбитана и олеиновой кислоты, число оксиэтильных групп n=20. Рисунок 2.3 – Структурная формула Твин-80 Твин-80 является малотоксичным и биоразлагаемым, применяется в фармацевтической, косметической и пищевой промышленности. Представляет собой вязкую светло-желтую массу, растворимую в воде. В работе использовался Твин-80 фирмы «Ferak» марки «ч». На рис. 2.4 приведены изотермы поверхностного натяжения водных растворов исследуемых неионных ПАВ (НПАВ), которые соответствуют литературным данным [155]. ______________________________________________________________________ * Автор выражает благодарность профессору ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН Захаровой Л.Я. и доценту кафедры ФКХ КНИТУ Эбель А.О. за предоставленные образцы ПАВ 58 γ·103, Н/м 80 70 60 50 3 2 40 30 1 20 10 0 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 4 С·10 , моль/л Рисунок 2.4 - Изотермы поверхностного натяжения водных растворов неионных ПАВ: 1 – ОЭВЖС с n=10; 2 – ОЭВЖС с n=3; 3 – Твин-80 Таблица 2.7 - Коллоидно-химические характеристики неионных ПАВ Неионное ПАВ ОЭВЖС с n=3 ОЭВЖС с n=10 Молекулярная масса 318 626 ГЛБ по Дэвису 3,9 6,2 ККМ ·105, моль/л 9 12,5 1308 15,0 5 Твин-80 Исследуемые ПАВ вводились в базовые пенообразующие и гелевые композиции в количестве от 0,05 до 2% масс. включительно. 2.1.4 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил (ДФПГ˙) Для определения антиоксидантной активности применялся триарилгидразильный радикал - 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил (ДФПГ˙). Рисунок 2.5 – Структурная формула ДФПГ˙ Он представляет собой фиолетовые кристаллы, обладающие металлическим блеском. Молекулярная масса M=394. Растворим в органических растворителях, 59 стабилен в широком диапазоне температур и в разных средах [156]. Обладает дегидрирующими свойствами, фотохимической нестабильностью. Применяется в качестве ингибитора радикальных реакций. Метод определения антиоксидантных свойств основан на взаимодействии ДФПГ˙ с антиоксидантами в системах, в результате чего атом водорода переходит от антиоксиданта к стабильному радикалу, что сопровождается изменением окраски раствора. В приведенной работе использовался ДФПГ фирмы «Sigma Aldrich». В качестве растворителя для 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила использовался этанол. Концентрация рабочего раствора составляла 2·10-4 моль/л. 2.2 Методы исследования 2.2.1 Определение поверхностного натяжения Поверхностное натяжение экстрактов и водных растворов неионных ПАВ на границе раздела жидкость-воздух измеряли методом отрыва кольца (Дю-Нуи) на тензиометре К6 фирмы Kruss [157]. Данный метод относится к динамическим, принцип которого заключается в определении силы, прилагаемой для отрыва кольца с поверхности раздела. Измерения проводились в термостатируемой ячейке при температуре 25±2 0С с калибровкой прибора по воде. Погрешность измерений порядка 1%. 2.2.2 Определение пенообразующей способности методом Росс-Майлса Для исследования влияния биологически активных компонентов на свойства пен применяли метод Росс-Майлса (ГОСТ 22567.1–77) [15]. Сущность метода заключается в определении высоты столба пены, которая формируется при падении 200 см3 водного раствора исследуемой композиции с массовой долей 0,5% масс. с высоты 900 мм на поверхность раствора той же композиции. Рабочая температура на приборе Росс-Майлса t=37±2 0C поддерживалась при помощи циркуляционного термостата Termex ВТ3-1. 60 Рисунок 2.6 - Устройство прибора Росс-Майлса (1 – термостат, 2 – термометр, 3 – водяная рубашка, 4 – трубка, 5 – пипетка, 6 – штатив, 7 – запорный кран) Устойчивость пены рассчитывали по формуле: У Н5 , Н0 (2.1) где Н0 – высота столба пены в начальный момент времени после истечения водного раствора исследуемой системы на поверхность того же раствора; Н5 высота столба пены спустя 5 мин. после истечения. Предел допускаемой погрешности составляет 1 мм. 2.2.3 Определение размера и электрокинетического потенциала частиц биологически активных золей Измерение размеров и ζ-потенциала частиц дисперсной фазы биологически активных золей (экстрактов чаги и зеленого чая) осуществляли на анализаторе Zetasizer Nano ZS компании Malvern Instruments при температуре 25±2 0С. В 61 качестве источника света прибор оснащен гелий-неоновым лазером (длина волны 633 нм, мощность 4 мВт). Каждый образец подвергался измерениям не менее трех раз. Для получения графической интерпретации полученных результатов применяли программное обеспечение «DTS Application Software» для анализатора компании Malvern Instruments. Размер частиц определялся методом динамического рассеяния света (ДРС), который заключается в освещении лазерным лучом частиц систем, находящихся в броуновском движении, в результате чего возникают флуктуации интенсивности света, рассеянного частицами, которые анализируются автокоррелятором (формирует автокорреляционную функцию интенсивности сигнала, затухающей экспоненциально). На основании полученных данных осуществляется расчет коэффициента диффузии и гидродинамического диаметра частиц, связанного с ним уравнением Стокса-Эйнштейна: Dн k T , 3 D (2.2) где η – вязкость растворителя, k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура. Кювета с исследуемым образцом помещалась в анализатор, куда направлялся свет от лазера, который рассеивается на частицах системы. Рассеянный свет достигает системы счета фотонов, откуда на кореллятор поступает сигнал, где формируется функция флуктуаций интенсивности рассеянного света. Далее происходит компьютеризированный расчет размера частиц. Электрокинетический потенциал коллоидных частиц исследуемых экстрактов был определен методом электрофоретического рассеяния света. Расчет ζ-потенциала исследуемых систем проводили посредством программного обеспечения, встроенного в анализатор. Погрешность метода 8%. 2.2.4 Определение водородного показателя рН Водородный показатель рН является практически значимой характеристикой косметических средств, нормативным показателем (ГОСТ 62 22567.5-93, ГОСТ 31695-2012), измерения которого проводили потенциометрическим методом с помощью рН-метра милливотметра рН-410 с электродной системой и термокомпенсатором при температуре t=25±2 0С. Водородный показатель рН для пенообразующих композиций определяли в водном растворе с содержанием 10% масс. [158]. Определение рН гелевых систем проводилось в водной системе с массовой долей композиции 10% [159]. 2.2.5 Определение реологических свойств гелевых систем Важную информацию о влиянии биологически активных веществ на структуру и свойства исследуемых базовых гелевых композиций несут реологические параметры систем, которые измерялись в динамическом режиме с помощью ротационного вискозиметра «Reotron», состоящего из двух коаксиальных цилиндров. Диапазон чисел оборотов внутреннего цилиндра составил от 0 до 700 мин-1. Измерения проводились в температурном интервале от 20 до 50 ± 20С. Для обеспечения постоянства температуры эксперимента применялся циркуляционный термостат Termex ВТ3-1. В измерительную ячейку помещался ртутный термометр для контроля температуры. Рисунок 2.7 - Принципиальная схема ротационного вискозиметра «Reotron» (1 – внешний, 2 – внутренний коаксиальные цилиндры, 3 – электронный привод, 4 – измерительный механизм в форме пружин, 5 – камера термостатирования, 6 – 63 циркуляционный термостат, 7 – камера охлаждения, 8 – регулирующий и индикаторный блок) Исследуемая система массой 10 г помещалась в измерительную ячейку, после чего закреплялись внутренние и внешние цилиндры реометра. Термостатом устанавливалась необходимая для проведения эксперимента температура. С помощью переключателя диапазонов устанавливалось необходимое его значение (В). Число оборотов внутреннего цилиндра, являющегося ключевым параметром для дальнейшего расчета структурномеханических характеристик системы, задавалось с помощью 10-ходового потенциометра. Значение данного параметра (S) фиксировалось на цифровом индикаторе, далее устанавливали новое число оборотов. Градиент скорости сдвига вычисляли по формуле: 0,897 n , (2.3) где n – число оборотов внешнего цилиндра. Расчет напряжения сдвига производили по формуле: 2,133 В S , (2.4) где В - фактор диапазона, S – числовая величина цифрового индикатора. Формула для расчета вязкости: 2378 В S n (2.5) Для определения консистентных свойств гелевых систем вращение внутреннего цилиндра осуществляли в приведенном диапазоне чисел оборотов в порядке увеличения их значений, фиксируя каждое из них. Путем вращения внутреннего цилиндра на максимальной скорости в течение 10 минут осуществляли разрушение структуры, далее на 10 минут прибор останавливали, происходило частичное восстановление разрушенной структуры, после чего фиксировали значения при уменьшающихся числах оборотов внутреннего цилиндра. Расчет механической стабильности осуществляли по методике, описанной в [160]. Относительная погрешность не превышает 3%. 64 2.2.6 Определение антиоксидантной активности методом ЭПР Для определения антиоксидантной активности косметических композиций может быть применен метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), который заключается в поглощении квантов электромагнитного излучения, образованного вследствие перехода между электронными энергетическими уровнями парамагнитной частицы в результате расщепления в постоянном магнитном поле основного энергетического уровня со спином s на 2s+1. 1 2 3 4 6 7 5 Рисунок 2.8 - Принципиальная схема спектрометра ЭПР отражательного типа (1 – микроволновой генератор, 2 – циркулятор, 3 – усилитель, 4 – измеритель, 5 – блок питания, 6 – резонатор, 7 – перо) Исследуемый образец помещается в резонатор 6, куда через циркулятор 2 подводится мощность от микроволнового генератора 1. В щели электромагнита происходит переход через резонансное значение магнитной индукции вследствие линейного изменения индукции магнитного поля. В данный момент исследуемый образец в резонаторе 6 поглощает часть мощности, что приводит к изменению его параметров, как следствие к изменению коэффициента отражения. Данная характеристика фиксируется в виде сигнала ЭПР микроволновым детектором. Регистрацию спектров ЭПР в стационарном режиме проводили на спектрометре отражательного типа «SE/X 2544» (РадиоПАН, Польша) в течение 30 мин. от начального применялся смешения композиций. стабильный В качестве триарилгидразильный парамагнитной радикал частицы 2,2-дифенил-1- пикрилгидразил (ДФПГ) фирмы «Sigma Aldrich», концентрация спиртового раствора которого составила 2·10-4 моль/л. Концентрация БАВ в исследуемых 65 композициях составляла 0,01-1% масс. включительно. В качестве системы сравнения выбиралась базовая композиция без БАВ. Основные исследования проводились при температуре 293 К. Некоторые измерения выполнялись при 310 К, соответствующей температуре кожи. Погрешность метода не превышает 3%. 2.2.7 Абсорбционная спектроскопия Изучение спектров поглощения активных добавок, компонентов рецептур и диализатов гелей осуществлялось на двухлучевом спектрометре Lambda 35 компании Perkin-Elmer в УФ области. Принцип действия данного типа спектрометра заключается в определении отношения двух потоков света, проходящих через исследуемый образец и эталонный в кюветном отделении. Электронный спектр поглощения представлял собой зависимость оптической плотности А от длины волны поглощаемого света λ. Рабочая температура эксперимента составляла t=25±2 0C. Важным моментом при изучении спектров поглощения исследуемых систем является выбор ширины щели, которая определяет интервал спектра (нм), который выходит из монохроматора в определенные промежутки времени и проходит через исследуемый образец. Погрешность составляет ±0,1 нм. 2.2.8 Определение высвобождения биологически активных веществ из гелевых систем Для исследования динамики высвобождения in vitro применялся метод равновесного диализа (метод Крувчинского) через полупроницаемую мембрану (целлофановую пленку), куда наносили взвешенное количество гелевой системы с биологически активным веществом [161]. Данную мембрану крепили к диализной трубке с площадью основания S=7 см2, которую вносили в сосуд с диализной средой (вода) объемом 50 мл и опускали на глубину не более 2 мм. Температура эксперимента составляла t=37±1 0С и поддерживалась с помощью термостата марки Termex ВТ3-1. Отбор проб проводили в течение 360 мин. с момента погружения системы. Взятые пробы восполняли новыми порциями 66 диализной среды того же объема с рабочей температурой. С помощью метода спектрофотометрического анализа осуществляли контроль проб и оценивали концентрацию активного компонента в диализате при длинах волн, имеющих максимум поглощения для каждого конкретного биологически активного вещества. 2.2.9 Термический анализ гелей Содержание свободной, промежуточно-связанной и связанной воды в гелевых композициях определялось по данным термического анализа – метода термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) [162]. Принцип термогравиметрического анализа состоит в определении изменения массы исследуемого образца в зависимости от температуры. Термогравиметрический анализ образцов гелей проводили на термоанализаторе SDT Q600 (ТA INSTRUMENTS) в диапазоне температур от 20 до 250 0С со скоростью сканирования 10 град/мин в атмосфере воздуха 100 мл/мин. Метод ДСК заключается в определении поглощаемой или выделяемой исследуемым образцом теплоты (теплового потока) в результате нагревания или охлаждения образца. Измеряемый тепловой поток представляет собой разность энергий рабочей и эталонной ячейки. Метод ДСК проводился с помощью дифференциального сканирующего калориметра DSC 204 F1 Phoenix (Netzsch, Германия) в диапазоне температур от -50 до 50 0С со скоростью сканирования 4 град/мин в динамической атмосфере аргона. Обработка полученных данных проводилась с помощью программного пакета NETZSCH Proteus Thermal Analysis. Погрешность измерения не более 2%. 67 ГЛАВА 3 КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ КОМПОЗИЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ Косметические композиции, как это уже упоминалось, относятся к гетерогенным коллоидным системам – гелям, пенам, эмульсиям, суспензиям. Важными характеристиками таких систем являются устойчивость, структурномеханические свойства, пенообразующая способность, размеры частиц. В настоящее время косметических актуальным средств является направлением создание в химии композиций и с технологии биологически активными веществами (БАВ) натурального и синтетического происхождения направленного антиоксидантам. свойств действия, среди которых важная роль принадлежит Перед нами стояла задача изучения коллоидно-химических гетерогенных композиций сложного состава в присутствии биологически активных компонентов, выбор которых базировался на основании анализа литературного материала и научно-технических достижений ученых РТ. При этом не менее важной частью работы являлось изучение взаимного влияния базовых компонентов систем косметического назначения на проявление активных свойств БАВ. Наличие возможных межчастичных и межфазных взаимодействий способствовать БАВ с объяснению ингредиентами влияния косметических различных факторов систем на может свойства композиций, а также оптимизации концентрационных пределов ввода данных компонентов в косметические системы. 3.1 Размер и электрокинетический потенциал частиц биологически активных золей В связи с тем, что многие натуральные экстракты являются коллоидными системами, дисперсной фазой которых в большинстве случаев являются частицы или кластеры частиц, в основном определяющие биологически активные свойства композиции, важным моментом является установление взаимосвязи 68 между их коллоидно-химическими свойствами и оптимальными концентрациями введения в композиции косметического назначения. На основании анализа научно-технической литературы, патентных исследований и результатов, полученных в КНИТУ [105,106], экстракты чаги и зеленого чая можно представить как биологически активные коллоидные системы, основные компоненты дисперсной фазы и дисперсионной среды которых представлены на рис. 3.1. и 3.2. в виде упрощенной схемы. Дисперсная фаза - ТАНИНО-КАТЕХИНОВЫЙ КОМПЛЕКС: Дисперсионная среда: кофеин, • Танины • Катехины органические кислоты, пропиленгликоль, вода, сапонины: • Белки • Аминокислоты Рисунок 3.1 – Основные биологически активные компоненты дисперсной фазы и дисперсионной среды экстракта зеленого чая Дисперсная фаза - МЕЛАНИН: Хромогенная часть: • Фенольные соединения: Дисперсионная среда: фенолы, органические кислоты, диметилсульфоксид, вода • Липиды: *Сиреневая *Ванилиновая *Пирогаллол *Триглицериды кислота кислота Белково-полисахаридный матрикс: • Полисахариды: • Белки • Аминокислоты *Глюкоза *Ксилоза Рисунок 3.2 – Основные компоненты дисперсной фазы и дисперсионной среды экстракта чаги Прокомментируем представленные схемы. 69 В главе 1 мы рассматривали природу коллоидных частиц экстрактов чаги, изученную в ряде работ. Установлено, что она определяется способом и условиями экстрагирования [151-152]. Коллоидно-химические свойства объектов исследования, используемых в данной работе (экстрактов чаги Фунги Б11 и Фунги Б13, зеленого чая), ранее изучены не были. Вместе с тем, такие сведения необходимы для интерпретации результатов анализа влияния биологически активных компонентов на свойства пенообразующих и гелевых композиций. Структурная организация меланина и его содержание в двух используемых экстрактах чаги, очевидно, будет несколько отличаться в зависимости от условий экстрагирования (см. главу 2). Исходя из общих рекомендаций введения БАВ в косметические средства, концентрационный диапазон содержания экстрактов в базовых композициях составлял от 0,5 до 5% масс. При этом в базовых композициях содержится вода в количестве 80-95 % масс. (см. главу 2, раздел 2.1.1.) Поэтому мы оценивали размер частиц и электрокинетические свойства биологически активных коллоидных частиц при разведении водой, моделируя условия их существования в пенообразующих и гелевых композициях. Размер коллоидных частиц и фракционный состав дисперсной фазы - танино-катехинового (ТК)-комплекса для экстракта зеленого чая, меланинов 1 и 2 - для экстрактов чаги Фунги Б11 и Фунги Б13 соответственно определялся методом динамического рассеяния света, на анализаторе Zetasizer Nano ZS компании Malvern Instruments (рис. 3.3 -3.5). Из рис. 3.3-3.5 видно, что диапазон преобладающих размеров частиц дисперсной фазы исследуемых систем достаточно широк: меланин экстракта чаги Фунги Б13 характеризуется наибольшим размером – от 65 до 320 нм для исследуемых концентраций; экстракт чаги Фунги Б11 имеет частицы меланина малых размеров – от 4 до 16 нм. ТК-комплекс экстракта зеленого чая занимает промежуточное положение с радиусом от 16 до 68 нм. Поскольку размеры частиц разбавленных экстрактов в целом находятся в диапазоне до 100 нм, в дальнейшем будем именовать их в соответствии с классификацией дисперсных систем в коллоидной химии – золями [2] меланина 1 – в случае применения в качестве 70 БАВ экстракта чаги Фунги Б11 и меланина 2 – в случае применения в качестве БАВ экстракта чаги Фунги Б13, а также золя танино-катехинового (ТК)комплекса – для использования в качестве БАВ экстракта зеленого чая. Подобная терминология более точно соответствует целям и задачам работы и отражает коллоидно-химический подход к свойствам полученных пенообразующих и гелевых композиций. Существенные различия в размерах частиц золей меланина могут быть связаны особенностями процессов экстракции и природой экстрагентов. Так, частицы золя меланина 2 получены в присутствии гидроксида натрия, что отражается и в значениях рН неразбавленных экстрактов (рН экстракта чаги Фунги Б11 - 6,81; рН чаги Фунги Б13 - 7,85). По-видимому, добавка NaOH приводит к некоторой агрегации частиц золя. Кроме того, данный золь характеризуется большим содержанием дисперсной фазы (см. табл. 2.5). а б в Рисунок 3.3 – Распределение по размерам частиц золя ТК-комплекса: а – 0,5 % масс.; б – 1 % масс.; в – 3,5 % масс. а б в Рисунок 3.4 – Распределение по размерам частиц золя меланина 1: а – 0,5 % масс.; б – 1 % масс.; в – 3,5 % масс. 71 а б в Рисунок 3.5 – Распределение по размерам частиц золя меланина 2: а – 0,5 % масс.; б – 1 % масс.; в – 3,5 % масс. Вместе с тем, он сохраняет стабильность, о чем свидетельствует отсутствие изменений оптической плотности золей при длительном хранении и отражается в последующих электрокинетических исследованиях. Также неодинакова и степень полидисперсности данных систем (рис. 3.33.5). Золи меланина являются более полидисперсными системами по сравнению с золем ТК-комплекса, что, вероятно, может быть связано со склонностью достаточно лабильного белково-полисахаридного матрикса меланина к перестройке при изменении концентрации данной коллоидной системы [107]. Данные рис. 3.6 указывают на склонность к агрегации частиц дисперсной фазы исследуемых БАВ при повышении содержания, которая наиболее отчетливо прослеживается в золе меланина 2, причины такой агрегации рассмотрены выше. r, нм 1 320 280 240 200 160 120 80 2 40 3 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.6 – Зависимость радиуса частиц от содержания золя: 1 –меланина 2; 2 – ТК-комплекса; 3 - меланина 1 72 Помимо размера частиц, анализатор Zetasizer Nano ZS компании Malvern Instruments определять методом еще электрофоретического один важный рассеяния параметр света коллоидных позволяет систем - электрокинетический потенциал (ζ-потенциал), определяющий их стабильность. Таблица 3.1 – Электрокинетический потенциал частиц золей Содержание золя, % масс. 0,5 ζ – потенциал, мВ ТК-комплекс Меланин 1 Меланин 2 -34,7 -51,4 -40,5 1,0 2,0 3,5 -32,8 -31,1 -29,7 -47,2 -46,0 -45,2 -36,0 -34,8 -32,9 5,0 -26,2 -44,2 -30,7 Из табл. 3.1 видно, что частицы исследуемых золей заряжены отрицательно, что, по-видимому, объясняется приобретением белками, входящими в состав частиц дисперсной фазы, отрицательного заряда при значениях рН, превышающих их изоэлектрической точки (рН больше 4,5-6,5) вследствие диссоциации карбоксильных групп [163]. Отмечается снижение ζ-потенциала при повышении концентрации всех БАВ, что коррелирует с агрегацией частиц, рассмотренной выше. При разведении, возможно, происходят перестройки в структуре частиц дисперсной фазы, которые могут сопровождаться переходом части белков в дисперсионную среду [107]. Рассматривая комплексно изменение размера и электрокинетического потенциала частиц исследуемых золей, можно выделить оптимальную концентрацию БАВ для введения в композиции косметического назначения. Содержание биологически активных веществ в системе 0,5% масс., обеспечивающее наименьший размер и наибольший ζпотенциал частиц дисперсной фазы всех БАВ, а вероятно, и получение устойчивых композиций, в качестве рекомендуемого нами не рассматривалось, поскольку столь малая концентрация не может обеспечить направленного антиоксидантного действия. Оптимальным содержанием золей ТК-комплекса и меланина для введения в пенообразующие и гелевые композиции по данным 73 проведенных исследований, является 1% масс., при этом не наблюдается значительных процессов агрегации частиц дисперсной фазы, приводящих к снижению устойчивости системы. 3.2 Влияние биологически активных веществ на пенообразующую способность базовой композиции Коллоидная природа биологически активных компонентов предполагает неоднозначный характер их взаимодействия с базовыми композициями. Исследование влияния БАВ на свойства пены является актуальным направлением научного поиска. Пенообразующие композиции, используемые в данной работе, содержат комплекс ПАВ, который обеспечивает необходимый максимальный объем и устойчивость пены. Данные характеристики нами были определены методом Росс-Майлса. БАВ вводились в композиции в диапазоне концентрации от 0,5 до 5% масс. Пенообразующие композиции с ксимедоном не исследовались ввиду его окисления и изменения цвета при введении в базовый состав. Н0, мм 220 215 1 210 205 2 200 3 195 190 4 185 180 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.7 – Зависимость максимального объема пены от содержания золя: 1 – ТК-комплекса; 2 – базовая пенообразующая композиция; 3 – меланина 1; 4 – меланина 2 74 Приведенные на рис. 3.7 данные указывают на индивидуальный характер влияния конкретного золя на пенообразующую способность композиций, который зависит как от вида БАВ, так и от его концентрации [164]. Отмечены области повышения объема пены при введении в базовую композицию биологически активных компонентов. По-видимому, этот эффект связан с присутствием в дисперсионной среде исследуемых БАВ поверхностно-активных веществ - сапонинов, гидролизованных танинов (для золя ТК-комплекса), органических кислот и белковых соединений (для золя меланина). Это подтверждается данными тензиометрических исследований (рис. 3.8). Из всех исследуемых биологически активных веществ наибольшей поверхностной активностью характеризуются компоненты золя ТК-комплекса – γ снижается до 45 мН/м, что согласуется с наибольшим увеличением пенообразующей способности базовой композиции (рис. 3.7). Поверхностная активность компонентов золя меланина 1 выше, чем для золя меланина 2. Возможно, большее содержание дисперсной фазы в золе меланина 2 препятствует существенным перестройкам подвижного белково-полисахаридного матрикса и переходу из дисперсной фазы в дисперсионную среду значительной части белковых составляющих, обеспечивающих снижение поверхностного натяжения экстракта. В литературе имеются данные по стабилизации пены высокодисперсными частицами [165], что также может иметь место в нашем случае. Данные рис. 3.7 позволяют уточнить концентрационные пределы ввода исследуемых БАВ в пенообразующую композицию. При рассмотрении влияния золя ТК-комплекса на максимальный объем пены очевидно, что увеличение пенообразующей способности базовой композиции в присутствии БАВ имеет место до концентрации 2 % масс., при дальнейшем повышении содержания добавки значительных изменений не наблюдается. Это коррелирует с результатами определения поверхностного натяжения и выходом γ на плато при достижении этой концентрации (рис. 3.8). Таким образом, рекомендованный 75 диапазон ввода золя ТК-комплекса в пенообразующие композиции составил до 2 % масс. включительно. γ·103, Н/м 75 70 65 60 1 55 2 50 45 3 40 35 30 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.8 - Изотермы поверхностного натяжения золей: 1 – меланина 1; 2 – меланина 2; 3 – ТК-комплекса Аналогичные рекомендации можно сделать и в отношении золя меланина 1 до 2% масс. включительно. Выше данного содержания БАВ (до 3%) в системе значения его поверхностного натяжения и Н0 не изменяются (рис. 3.8), а затем объем пены уменьшается. В область рекомендуемых концентраций золя меланина 2, приводящих к увеличению максимального объема пены, входят значения до 1% масс. включительно, затем происходит уменьшение пенообразования. Очевидно, что в этом случае сказывается влияние больший размер частиц комплекса меланина 1 (до 320 нм). Уменьшение объема пены в области высокого содержания БАВ, очевидно, обусловлено агрегацией частиц дисперсной фазы в пенной пленке. Вероятно, такие крупные агрегаты частиц оказывают пеногасящее действие, разрушают структуру пены. Несмотря на это, значения Н0 и устойчивости пены во всем диапазоне концентраций БАВ находятся в интервале, рекомендованном ГОСТ 22567.1–77 для пеномоющих композиций (табл. 3.2). 76 Таблица 3.2 – Влияние БАВ на устойчивость пены Содержание БАВ, % масс. 0,5 1,0 2,0 3,5 5,0 Базовая композиция 0,98 Устойчивость пены С золем ТКС золем комплекса меланина 1 0,95 0,96 0,96 0,97 0,97 0,96 0,96 0,96 0,96 0,98 С золем меланина 2 Норма по ГОСТ 0,97 0,97 0,96 0,97 0,97 Не менее 0,8 Из табл. 3.2 видно, что в исследуемых системах не происходит значительных изменений устойчивости пены, данная характеристика имеет высокие значения для всех пенообразующих композиций с БАВ. 3.3 Влияние концентрации биологически активных веществ на реологические свойства гелевых композиций Активные свойства гелей с БАВ (высвобождение активных компонентов, пролонгация действия и т.д.) тесно связаны со структурно-механическими характеристиками, поэтому исследование и оптимизация последних является важными при разработке данных систем [166,167] . Мы полагаем, что на основе полученных результатов направленного изменения можно получить информацию о возможностях реологических свойств систем, что имеет существенное значение для получения и применения гелевых композиций косметического назначения. Реологические исследования проводились методом ротационной вискозиметрии при контролируемой скорости сдвига. Интервал концентраций БАВ составил от 0,5 до 5 % масс. включительно. 3.3.1 Гелевые композиции с ксимедоном Анализ кривых течения и вязкости гелевых систем с ксимедоном в зависимости от его концентрации в системе указывает на то, что все исследуемые гели являются неньютоновскими вязкопластичными жидкостями, для которых характерно асимптотическое уменьшение вязкости до минимального значения 77 при увеличении скорости сдвига. Это явление объясняется тем, что при низких показателях скорости сдвига пространственная структура геля сохраняется, вследствие чего композиция обладает высокой вязкостью. В процессе повышения скорости сдвига происходит дезагрегация элементов структурной сетки, которые ориентируются по направлению течения, проскальзывая друг относительно друга, что сопровождается снижением вязкости системы [68]. Одними из важных структурно-механических параметров, характеризующих структурированность и прочность гелей, являются пределы текучести. Напомним, что течение вязкопластичных жидкостей наблюдается лишь при значениях напряжения сдвига, превышающих некое критическое напряжение, именуемое пределом текучести системы. Для оценки степени влияния БАВ на прочность базовой гелевой композиции были определены следующие пределы текучести: 1) τ0 – статический - минимальный (первый) предел текучести, характеризующий возникновение процесса разрушения структурной сетки. 2) τ0д – динамический (предел текучести по Бингаму), определяемый на прямолинейном участке кривой [76]. γ, c,-1с -1 1 23 4 56 600 η, Па·с 100 500 1 2 80 3 4 400 5 60 6 300 40 200 20 100 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 τ, Па 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 τ, Па Рисунок 3.9 – Кривые течения и вязкости гелевых систем с концентрацией ксимедона: 1 – 0,5% масс.; 2 – базовая композиция; 3 - 1% масс.; 4 - 2% масс.; 5 - 3,5% масс.; 6 - 5% масс. Полученные экспериментальные данные можно аппроксимировать уравнением Гершеля-Балкли, характеризующим вязкопластичное течение систем: 78 n (3.1), где τ0 – статический предел текучести, Па; К – коэффициент консистенции, K 0 пропорциональный эффективной вязкости при градиенте скорости сдвига, равном единице, Па·с; - скорость сдвига, с-1; n – индекс течения системы. Уравнение Шведова-Бингама также с высокой точностью применимо для описания структурно-механических характеристик представленных в работе гелей: 0 пл , (3.2) где τ0 – предел текучести, Па; ηпл – пластическая вязкость, Па·с. Пластическая вязкость, которая определялась нами по уравнению ШведоваБингама, является не менее значимым критерием для оценки реологических свойств систем. Для представления более полной картины влияния биологически активных веществ на структурно-механические свойства композиций, помимо статического предела текучести τ0, был рассчитан коэффициент консистенции К и индекс течения n композиций по уравнению Гершеля-Балкли (уравнение 3.1). Исходя из значений индекса течения n, определен темп разрушения структуры m по формуле: (3.3) mn-1 Важным аспектом с точки зрения практического применения полимерных гидрогелей является влияние БАВ на временные параметры системы (время релаксации и т.д.), рассчитанные по уравнению Кросса [73]. Изначально данное уравнение применялось для описания течения растворов и расплавов полимеров. Однако в дальнейших исследованиях имеются данные о его применении к структурированным системам [74]. 0 1 m , (3.4) где η0 –ньютоновская вязкость при →0; η∞ - ньютоновская вязкость при →∞; λ – время релаксации геля; m – эмпирическая величина. Степень разрушения структуры геля характеризует величина «механической стабильности», которая определяется отношением предела текучести системы после разрушения (в период уменьшения скорости сдвига) к пределу прочности 79 до него. На рис. 3.10-3.12 приведены рассчитанные нами структурномеханические характеристики исследуемых гелевых систем. τ0д, Па τ0, Па 450 45 400 350 40 300 35 250 200 30 150 25 100 50 20 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.10 – Влияние концентрации ксимедона на динамический τ0д и статический τ0 предел текучести гелевых композиций λ, с η, Па·с 2,6 0,45 2,4 0,4 2,2 0,35 2 0,3 0,25 1,8 0,2 1,6 0,15 1,4 0,1 1,2 0,05 1 0 0,8 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.11 – Влияние концентрации ксимедона на пластическую вязкость ηпл и время релаксации λ гелевых композиций Обратимся к вышеприведенных природе и свойствам экспериментальных диметилдигидропиримидон-2 (ксимедон), ксимедона для зависимостей. имеющий интерпретации N-(β-оксиэтил)-4,6в своем составе гидроксильную группу, склонен к взаимодействию с карбоксильными группами 80 гелеобразователя - полиакриловой кислоты с образованием комплексов. Он обладает способностью к легкому отрыву протона у полиакриловой кислоты, либо к прочному связыванию протона вследствие образования циклических структур и димеров предположительно по карбонильному кислороду [112]. Этим можно объяснить увеличение пределов прочности, а также пластической вязкости системы при увеличении концентрации данного БАВ (рис. 3.10-3.12). Однако введение в систему 0,5% масс. ксимедона приводит к снижению параметров, характеризующих прочность композиции - динамического предела текучести и вязкости, уменьшение значений которых происходит на 17% и на 30%, соответственно. Очевидно, что данного количества ксимедона недостаточно для взаимодействия с полиакриловой кислотой в составе геля и дополнительного структурирования системы. Следствием этого является уменьшение времени релаксации системы в 1,1 раз. При дальнейшем увеличении концентрации БАВ в составе геля значения всех структурно-механических характеристик системы возрастают. Структурирование гелевой композиции при введении ксимедона является положительным моментом, поскольку можно снизить концентрацию нейтрализующего агента (триэтаноламина), необходимого для получения устойчивого геля. Однако концентрации ксимедона 3,5 и 5% масс. приводит к существенному повышению прочности базовой гелевой композиции, выражающемуся в увеличении предела текучести на 51 % и 54 %, соответственно, что нежелательно из-за возникновения затруднений при нанесении, гелевых композиций. Кроме этого, слишком плотная структура может препятствовать полезному действию активного вещества. Рис. 3.12 указывает на изменение параметров К и n, рассчитанных по уравнению Гершеля-Балкли (уравнение 3.1). Индекс течения сохраняется неизменным во всей области концентраций, определяя свойства неньютоновских жидкостей (n=0,35-0,33). Коэффициент констистенции композиций, характеризующий вязкостные свойства при единичном градиенте скорости сдвига также, как и все реологические характеристики данных систем, имеет склонность к уменьшению в области концентрации ксимедона 0,5% масс. 81 n К, Па·с 0,35 70 60 0,3 50 0,25 40 30 0,2 20 0,15 10 0 0,1 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.12 – Влияние концентрации ксимедона на коэффициент консистенции К и индекс течения n гелевых композиций Также была определена механическая стабильность приведенных гелей (рис. 3.13). М 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Базовая 0,5% масс. композиция 1% масс. 2% масс. 3,5% масс. 5% масс. Рисунок 3.13 – Влияние концентрации ксимедона на механическую стабильность гелевой композиции Данные рис. 3.13 показывают различное влияние концентрации ксимедона на значения данной величины. Существенных изменений в механической стабильности в диапазоне концентраций от 0,5% до 2% масс. не наблюдается. 82 Безусловно, данные композиции обладают тиксотропными свойствами, о чем говорят значения М. При введении в гелевую систему ксимедона в количестве от 3,5% масс. отмечается существенное увеличение рост М, максимально повышаясь для 5% масс., что является нежелательным моментом ввиду затруднений в технологическом процессе получения данных гелевых композиций. Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что оптимальным концентрационным диапазоном введения ксимедона в базовую гелевую композицию, является интервал от 1 до 2 % масс. включительно. 3.3.2 Гелевые композиции с добавкой золя танино-катехинового комплекса Кривые течения гелевых композиций, полученных с добавкой золя ТКкомплекса (рис. 3.14) указывают на вязкопластичный характер во всем исследуемом диапазоне концентраций, сохраняется тенденция к резкому уменьшению вязкости при увеличении нагрузки. γ, с -1 6 54 3 2 1 600 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 τ, Па Рисунок 3.14 – Кривые течения гелевых композиций с добавкой золя ТКкомплекса: 1 – базовая композиция; 2 – 0,5% масс.; 3 – 1% масс.; 4 – 2% масс.; 5 – 3,5% масс.; 6 –5% масс. Реологические параметры течения гелей, рассчитанные по алгоритму, приведенному в п. 3.3.1, представлены на рис. 3.15-3.16. 83 τ0д, Па τ0, Па 30,5 300 30 275 29,5 250 29 28,5 225 28 200 27,5 175 27 26,5 150 26 125 25,5 100 25 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.15 – Зависимость динамического τ0д и статического τ0 пределов текучести гелей от содержания БАВ λ, с η, Па·с 0,3 1,2 0,25 1 0,2 0,8 0,15 0,6 0,1 0,4 0,05 0,2 0 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 С, % масс. Рисунок 3.16 – Зависимость пластической вязкости ηпл и времени релаксации λ гелей от содержания БАВ Данные рис. 3.15-3.16 характеризуют общий характер изменения реологических свойств гелевых композиций в зависимости от содержания добавки золя ТК-комплекса. Прочность гелей при введении БАВ имеет тенденцию к снижению, что отражается на уменьшении динамического предела 84 текучести при увеличении концентрации до 5% масс (рис. 3.15). При этом пластическая вязкость в диапазоне концентраций, близком к 5% масс., изменяется более существенно: при введении 3,5% масс. золя ТК-комплекса в композицию ее значение уменьшается на 30%, для 5% масс. – на 43%, что с технологической и потребительской точки зрения является нежелательным. Наблюдаемые эффекты, по-видимому, связаны с коллоидной природой вводимой добавки, как уже отмечалось ранее, и вследствие этого перераспределением энергии связей. Коллоидные частицы золя, очевидно, препятствуют формированию равномерно структурированной композиции. Интенсификация данного явления при увеличении концентрации БАВ коррелирует с агрегацией частиц при увеличении концентрации (см. рис. 3.3). М 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Базовая 0,5% масс. композиция 1% масс. 2% масс. 3,5% масс. 5% масс. Рис. 3.17 – Зависимость механической стабильности гелевых композиций от содержания добавки золя ТК-комплекса Данные рис. 3.17 указывают на способность всех исследуемых систем восстанавливать структуру после приложенной нагрузки, о чем свидетельствуют высокие значения М. Происходит снижение величины механической стабильности при повышении содержания золя ТК-комплекса по сравнению с базовой композицией, что доказывает участие коллоидных частиц БАВ в перераспределении энергии связи в гелевой матрице [168]. 85 Обобщая данные анализа реологических характеристик гелевых композиций с золем ТК-комплекса, можно сделать вывод, что рекомендуемый концентрационный диапазон ввода данного БАВ составляет от 0,5 до 2% масс. 3.3.3 Гелевые композиции с добавками золей меланина В соответствии с выбранным алгоритмом исследований далее мы изучили реологические свойства гелевых композиций с золями меланина 1 и меланина 2, характеризующимися различным содержанием и, возможно, структурой дисперсной фазы [169]. γ, с -1 6 5 43 2 1 γ, c -1 600 600 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 6 4 5 32 1 0 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 τ, Па 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 τ, Па а б Рисунок 3.18 - Кривые течения гелевых композиций с золями меланина 1 (а) и меланина 2 (б): 1 – базовая композиция; 2 – 0,5% масс.; 3 – 1% масс.; 4 – 2% масс. экстракта; 5 – 3,5% масс.; 6 – 5% масс. Данные рис. 3.18 подтверждают неньютоновское поведение гелей в исследуемом диапазоне концентраций БАВ. 86 Таблица 3.3 – Реологические характеристики гелевых композиций с золями комплекса меланина Реологиический Базопараметр вая композиции компо зиция Статический предел 29,6 текучести τ0, Па Динамический 300 предел текучести τ0д, Па Пластическая вязкость ηпл, 0,30 Па·с Время релаксации 1,28 λ, с Коэффициент консистенци 49,8 К, Па·с Индекс 0,35 течения n Темп разрушения 0,65 структуры m Механическая ста- 0,87 бильность М Гелевая композиция С содержанием золя С содержанием золя меланина 1, % масс. меланина 2 % масс. 0,5 1 2 3,5 5 0,5 1 2 3,5 5 26,4 25,1 22,5 22,3 18,6 25,6 24,7 22,0 17,1 10,8 262 249 226 220 181 251 235 200 170 103 0,25 0,22 0,19 0,18 0,16 0,23 0,21 0,18 0,15 0,13 1,20 1,18 1,16 1,14 1,10 1,18 1,14 1,08 0,98 0,80 44,5 42,3 37,8 37,5 31,1 43,5 41,5 36,1 28,0 17,4 0,34 0,34 0,34 0,33 0,33 0,34 0,34 0,33 0,33 0,32 0,66 0,66 0,66 0,67 0,67 0,66 0,66 0,67 0,67 0,68 0,85 0,80 0,78 0,72 0,70 0,80 0,75 0,73 0,65 0,51 Из табл. 3.3 видно, что введение исследуемых золей меланина во всем концентрационном диапазоне от 0,5% масс. до 5 % масс. снижает значения реологических характеристик по сравнению с базовой композицией. В большей степени уменьшение структурно-механических параметров наблюдается при введении в базовую гелевую композицию золя меланина 2 по сравнению с системой меланина 1. Корреляция этих результатов с размерами частиц 87 дисперсной фазы (см. рис. 3.4-3.5) подтверждает роль коллоидной природы частиц в нарушении формирования сетки геля. Не так критично уменьшение данных параметров при содержании золя меланина 1 до 3,5% масс. Введение же большего количества БАВ влияет на структурно-механические свойства геля значительно. Так, τ0д уменьшается в случае концентрации 3,5 % масс. в 1,4 раза, а для 5% масс. – почти в 2 раза, что значительно ухудшает потребительские свойства композиции. ηпл и К также претерпевают изменения (ηпл уменьшается в 1,6 раза, К – почти в 2 раза). В случае гелей с добавкой золя меланина 2 (табл. 3.3) очевиден больший вклад содержания БАВ в изменение реологических свойств композиции, что связано с интенсификацией процесса агрегации частиц золя меланина 2 при повышении концентрации (рис. 3.6) [170]. Диапазон вводимых концентраций данного БАВ ограничивается таким образом до 2% масс. При превышении этого содержание добавки, значения структурно-механических параметров снижаются более существенно – τ0д – в 3 раза (для 5% масс.), ηпл – в 1,8 раза. Содержание БАВ 5 % масс. максимально уменьшает значения всех реологических параметров по сравнению с базовой композицией, что недопустимо в технологии получения и использования геля. Отмечается проявление всеми гелевыми системами тиксотропных свойств. снижаются при Значения М систем с золями меланина значительно повышении концентрации, что нежелательно ввиду неустойчивости композиций при хранении. Таким образом, в результате проведенного исследования установлен характер влияния БАВ на структурномеханические характеристики гелевых композиций, а именно: добавка ксимедона увеличивает значение данных параметров, а введение золей ТК-комплекса и меланина приводит к их снижению в разной степени. Итогом наших исследований, изложенных концентрационных условий в данном ввода разделе, исследуемых содержанием БАВ в гелевой композиции, явилась БАВ. оптимизация Рекомендуемым не приводящим к значительным изменениям структурно-механических характеристик по сравнению с базовой композицией, является 1% масс. [171]. 88 3.3.4 Сравнительный анализ оптимизированных гелей с биологически активными компонентами Фундаментальным исследованием стало изучение влияния БАВ различной природы (ксимедона, золей ТК-комплекса и меланина) на структурномеханические характеристики базовой гелевой композиции. Исследования проводились при 20 0С, содержание БАВ составляло 1% масс. Все исследуемые гели относятся к вязкопластичным системам. Напряжение сдвига в период убывающих скоростей сдвига запаздывает по сравнению с периодом их возрастания, в результате чего восходящие и нисходящие кривые течения образуют «петлю гистерезиса» (рис. 3.19), что свидетельствует о наличии в гелевых структурах коагуляционных связей, восстанавливающихся после снятия приложенной нагрузки (тиксотропные свойства). Введение в систему ксимедона приводит к уменьшению площади «петли гистересиза», что указывает на усиление связей в композиции и на незначительное ослабление тиксотропных свойств. Среди всех систем наибольшей петлей гистерезиса обладает гель с добавкой золя меланина 2, который в большей степени снижает интенсивность взаимодействий в полимерной матрице [172]. γ, ,cс-1 -1 5 4 3 2 1 600 500 400 300 ` 200 100 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 τ, Па Рисунок 3.19 – Кривые течения гелевых композиций с БАВ: 1 – ксимедон; 2 – базовая композиция; 3 – золь ТК-комплекса; 4 – золь меланина 1; 5 – золь меланина 2 89 Структурно-механические характеристики, полученные в результате обработки реологических кривых гелей с 1 % масс. БАВ, по алгоритму, предложенному в п. 3.3.1, сведены в таблицу 3.4. Анализ табл. 3.4 указывает на неоднозначный характер влияния вводимых БАВ антиоксидантного и противовоспалительного действия на структурно-механические характеристики гелей. Более высокие значения пределов текучести свидетельствуют о большей прочности связей в гелевой матрице. Исходя из табл. 3.4, очевидно, что наиболее структурированной системой является гелевая композиция с ксимедоном, поскольку характеризуется наибольшим динамическим пределом текучести, превышающим значения для базовой композиции. Введение золей приводит к снижению прочностных характеристик по сравнению с базовой композицией, что уже обсуждалось. В целом для гелей с рассматриваемыми активными компонентами предел текучести изменяется незначительно. Для гелевой системы с золем ТК-комплекса происходит снижение предела текучести на 1%. Более существенное снижение прочностных свойств наблюдается только для систем с золями меланина – предел текучести геля уменьшается на 17% в случае введения золя меланина 1 и на 22 % - для золя меланина 2 по сравнению с базовой гелевой композицией. Несмотря на это обстоятельство, введение в гель данных золей практически не влияет на значения таких показателей, как индекс течения, отражающий отклонение свойств исследуемой системы от ньютоновской жидкости; а также темп разрушения структуры, следовательно, данные БАВ не приводят к кардинальным изменениям в структурной организации гелевой системы (табл. 3.4). Индекс течения всех исследуемых гелей практически не зависит от присутствия в системе БАВ и имеет значения меньше единицы (n=0,34-0,35), что указывает на принадлежность данных композиций к неньютоновским жидкостям, к классу которых изначально и были отнесены исследуемые гелевые системы. Такие параметры, как пластическая вязкость и коэффициент консистенции, определяющие вязкостные свойства гелей, также имеют тенденцию к монотонному изменению значений при введении БАВ. Так, пластическая вязкость при введении ксимедона незначительно увеличивается (на 90 0,01 ед.), золи снижают значения данного параметра – в 1,3-1,6 раза. Коэффициент консистенции имеет такую же тенденцию к изменению значений, уменьшение которых в 1,2-1,3 раза наблюдается для систем золями меланина; для систем с золем ТК-комплекса коэффициент консистенции не изменяется. Для систем с ксимедоном значения К незначительно увеличивается. Таблица 3.4 – Реологические параметры гелей с 1 % масс. БАВ Реологический параметр композиции Гелевая композиция Базовая С С золем С золем компо- ксимедоном ТКмеланина 1 зиция комплекса С золем меланина 2 Статический предел текучести τ0, Па 29,6 31,0 29,3 25,1 24,7 Динамический предел текучести τ0д, Па 300 315 297 249 235 0,30 0,31 0,24 0,22 0,21 1,28 1,49 1,19 1,18 1,14 49,8 52,3 49,3 42,3 41,5 0,35 0,35 0,35 0,34 0,34 0,65 0,87 0,65 0,95 0,65 0,84 0,66 0,80 0,66 0,75 Пластическая вязкость ηпл, Па·с Время релаксации λ, с Коэффициент консистенции К, Па·с Индекс течения n Темп разрушения структуры m Механическая стабильность М Согласно восстановление [76], высокие структуры. значения Таким предела образом, текучести способность к замедляют релаксации напряжений наименее выражена для геля с ксимедоном, наиболее – для системы с золем меланина 2, что подтверждается рассчитанными значениями времени релаксации, которые находятся в диапазоне значений 1,14-1,49 с. Данные значения также указывают на незначительный структурирующий эффект при введении ксимедона в систему (λ=1,49 с) по сравнению с базовой композицией 91 (λ=1,28 с), а введение золей снижает время релаксации гелей, что связано с вязкостными и прочностными свойствами систем, и является положительным моментом для практического использования данных гелей в связи с ускорением восстановления структуры после приложенной нагрузки. Значения механической стабильности систем характеризуют гели как тиксотропные (табл. 3.4). Видимые отличия в М наблюдаются только для системы с золем меланина 2, что коррелирует со значением времени релаксации. Полученные данные позволяют оценить исследуемые композиции по консистентным свойствам как стабильные и рекомендовать для использования даже при длительном хранении. Обратимся к природе и свойствам исследуемых активных веществ для интерпретации вышеприведенных экспериментальных зависимостей. Незначительное увеличение пределов прочности, а также пластической вязкости гелевой системы связано с комплексообразованием ксимедона с ПАК (гелеобразователем), о чем упоминалось выше. Влияние золей БАВ на структурно-механические характеристики гелей, на наш взгляд, имеет иной механизм. Встраивание частиц золей в пространственную сетку геля снижает его реологические параметры вследствие частичного разрушения пространственной структуры. отталкивание Возможно, этому отрицательно способствует заряженных также частиц электростатическое дисперсной фазы и карбоксильных групп гелеобразователя – редкосшитой полиакриловой кислоты. Введение золя ТК-комплекса не приводит к существенным структурным изменениям в гелевой матрице и в реологическом поведении геля, что, повидимому, связано с меньшей степенью полидисперсности данной коллоидной системы (для 1% масс.) по сравнению с остальными БАВ (см. рис. 3.3). Введение золей меланина по-разному изменяют структурно-механические свойства гелей: в большей степени – золь меланина 2, что коррелирует с наибольшим размером частиц его дисперсной фазы (см. рис. 3.5). Для подбора оптимальных условий приготовления гелей и их хранения важно выявить влияние температуры на структурно-механические 92 характеристики композиций с 1% масс. БАВ. Для достижения данной цели проведем сравнительный анализ влияния температуры на некоторые структурномеханические характеристики данных гелевых систем. Исследования проводились в интервале температур от 293 до 323 К. τ0д, Па 350 300 1 250 2 3 4 200 150 5 100 50 0 290 295 300 305 310 315 320 325 Т, К Рисунок 3.20 – Влияние температуры на динамический предел текучести гелей с БАВ: 1 – ксимедон; 2 – базовая композиция; 3 – золь ТК-комплекса; 4 – золь меланина 1; 5 – золь меланина 2 η, Па·c 0,35 0,3 1 0,25 2 0,2 3 0,15 4 5 0,1 0,05 0 290 295 300 305 310 315 320 325 Т, К Рисунок 3.21 – Влияние температуры на пластическую вязкость гелей с БАВ: 1 – ксимедон; 2 – базовая композиция; 3 – золь ТК-комплекса; 4 – золь меланина 1; 5 – золь меланина 2 93 Анализ данных рис. 3.20-3.21 показывает, что базовая гелевая композиция устойчива во всем диапазоне температур от 293 К до 323 К, о чем свидетельствуют не столь значительные изменения в значениях исследуемых структурно-механических характеристик – в целом наблюдается уменьшение в 1,3 раза для всех реологических параметров. Это связано с тем, что пространственная сетка геля, образуемая нейтрализованной полиакриловой кислотой (карбомером), термостабильна, не плавится и не разрушается в области высоких температур [75]. Структурно-механические характеристики композиций (динамический предел текучести, пластическая вязкость) с ксимедоном в зависимости от температуры изменяются примерно в 1,2 раза, что указывает на меньшее изменение прочности геля по сравнению базовой композицией, и, как следствие, снижение времени релаксации системы. Полученные данные могут быть объяснены совокупностью обстоятельств. Во-первых, термостабильностью карбомерной пространственной сетки, о чем упоминалось выше. Во-вторых, повидимому, при введении в гелевую композицию ксимедона образуются комплексы с полиакриловой кислотой, достаточно устойчивые в исследуемом температурном интервале. Таким образом, для этих систем не имеется никаких температурных ограничений в технологии получения и применения. Более очевидно влияние золей на данные характеристики в интервале температур от 293 К до 323 К. В случае золя ТК-комплекса динамический предел текучести, который определяет прочность структурной сетки, снижается в 1,3 раза для 313 К и почти в 1,5 раза при повышении температуры до 323 К. Также явные снижения значений прослеживаются и для пластической вязкости и коэффициента консистенции. Золи комплекса меланина 1 и 2 в разной степени снижают величины реологических параметров гелей. Из рис. 3.20-3.21 видно, что для гелевой системы с золем комплекса меланина 1 отмечается линейное снижение динамического передела текучести при увеличении температуры до 323 К в 1,6 раз, а для геля с золем комплекса меланина 2 происходит более отчетливое уменьшение данных характеристик, в частности, τ0д снижается в 1,8 раз для 323 К. Столь же значительные изменения наблюдаются в значениях пластической 94 вязкости при увеличении температуры до 323 К (для геля с добавкой золя комплекса меланина 1 – в 1,6 раз, для системы меланина 2 – в 1,8 раз), чего с технологической точки зрения следует избегать. При этом для системы с золем меланина 2 уже при температуре 313 К происходит значительное изменение в τ0д, η и К в 1,5; 1,3 и 1,5 раз соответственно, что ограничивает рекомендуемый диапазон температур. Данное монотонное изменение структурно-механических характеристик может коррелировать со значениями размеров частиц дисперсной фазы (рис. 3.3-3.5), которые оказывают деструктурирующее действие на пространственную сетку гелевой матрицы. Таким образом, по результатам температурного исследования реологических свойств гелей, можно сделать вывод, что рациональным технологическим решением станет получение и применение гелей при температурах, не превышающих 313 К для систем с золями ТК-комплекса и комплекса меланина 1, а для гелей с золем комплекса меланина 2 – не более 308 К во избежание частичной потери потребительских свойств продукта. Важным параметром, характеризующим влияние температуры на изменение реологических свойств системы, является энергия активации вязкого течения, которая может быть рассчитана с помощью модифицированного для неньютоновских жидкостей уравнения Аррениуса-Френкеля-Эйринга [69]: E эф A exp R T m , (3.6) где А – постоянная, Па·с; Е – энергия активации, Дж/моль; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К); Т – абсолютная температура, К; m – темп разрушения структуры. Согласно «дырочной» теории, представленной в работах Х.Эйринга и Я.И. Френкеля, молекулы в исследуемой системе колеблются около положения равновесия [173]. Данная молекула способна перейти в соседний слой только при наличии в нем так называемой «дырки», на образование которой нужно затратить энергию – энергию активации вязкого течения. Изменение амплитуды и частоты колебаний с изменением температуры очевидно. Энергия активации вязкого 95 течения Е характеризует химическое строение, уровень межмолекулярного взаимодействия в системе, а также структуру макромолекул при фиксированном значении температуры. Данный параметр отражает энергию, которую необходимо затратить для перехода молекулы исследуемой системы через энергетический барьер, обусловленный взаимодействием соседних молекул. На рис. 3.22 приведены значения Е для гелей с содержанием БАВ 1% масс. в зависимости от температуры. 120 Еа, кДж/моль 100 80 60 40 20 0 Базовая композиция Ксимедон Экстракт Экстракт чаги Экстракт чаги зеленого чая Фунги Б11 Фунги Б13 Рисунок 3.22 – Зависимость энергии активации вязкого течения от температуры для гелей с БАВ: 1 – ксимедон; 2 – базовая композиция; 3 – золь ТКкомплекса; 4 – золь комплекса меланина 1; 5 – золь комплекса меланина 2 Из рис. 3.22 видно, что энергия активации вязкого течения зависит от присутствия в геле БАВ. Введение ксимедона приводит к увеличению Е, остальные БАВ (золи) уменьшают значения энергии активации, что указывает на дифференцированное изменение межмолекулярных взаимодействий при введении БАВ – усиление или, наоборот, ослабление, что коррелирует с данными реологических исследований. 96 3.4 Антиоксидантная активность пенообразующих и гелевых композиций с биологически активными компонентами Нами подробно рассмотрено влияние вводимых БАВ на структурномеханические свойства гелевых композиций. Не менее важно изучить возможное изменение активных свойств самих активных веществ в зависимости от фазового состояния исследуемой системы. Ранее такие исследования не проводились. В задачи данной работы входило получение и исследование композиций косметического назначения, проявляющих выраженное антиоксидантное действие, в связи с этим необходима оценка их антиоксидантной активности в зависимости от состава рецептуры. Для анализа антиоксидантных свойств композиций применялся метод, в основе которого лежит реакция биологически активных компонентов композиций со стабильным триарилгидразильным радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом нескольким потенциально возможным (ДФПГ˙), механизмам. протекающая Наиболее по вероятным механизмом протекания данной реакции считается радикальный, который основан на переходе ДФПГ в нерадикальную форму вследствие присоединения атома водорода от молекулы антиоксиданта к данному радикалу [174]. АН ДФПГ А ДФПГ Н А ДФПГ ДФПГ А В результате реакции происходит изменение фиолетовой окраски рабочего спиртового раствора ДФПГ˙, фиксируемое спектрофотометрией и электронным парамагнитным резонансом (ЭПР) по снижению интенсивности спектра данного раствора в результате взаимодействия с антиоксидантами. Такое снижение, в соответствии с литературными источниками, непосредственно связано с концентрацией антиоксидантов и их антиоксидантной активностью, следовательно, данный метод с применением ДФПГ˙ достоверен и сопоставим с другими методами определения данной характеристики [175, 176]. Метод ЭПР в большинстве исследований применялся для характеристики реакции ДФПГ˙ с антиоксидантами композиций в виде растворов [177]. Применение данного метода к карбомерным гелям и пенообразующим 97 композициям изучено впервые. Он открывает новые возможности определения антиоксидантной активности композиций без значительного разрушения структуры. Нами исследовались пенообразующие, гелевые композиции с БАВ – ксимедоном и золями активных добавок, а также для сравнения анализировалась антиоксидантная активность самих золей и водного раствора ксимедона [178]. В данной работе применяли ДФПГ фирмы «Sigma Aldrich», степень чистоты 97%. 2·10-4 М спиртовый раствор ДФПГ готовили непосредственно перед проведением измерений. Для систем с золем ТК-комплекса исследовались композиции с содержанием БАВ 0,01% масс., 0,1% масс. и 0,2% масс. в отличие от систем с остальными БАВ, диапазон концентраций которых расширялся до 1% масс. Спектр ЭПР для систем с содержанием золя ТК-комплекса 1% масс. ввиду высокой его реакционной способности было трудно зафиксировать, поскольку он полностью расходовался спустя 30 мин. после начала реакции, поэтому диапазон концентраций данного БАВ ограничился 0,2% масс. 1,5 мл рабочего раствора ДФПГ смешивали с 1,5 г каждой концентрации исходных систем. Регистрацию спектров ЭПР в стационарном режиме проводили на спектрометре «SE/X 2544» (в течение 30 мин. от начального момента смешения. В качестве системы сравнения выбиралась соответствующая базовая композиция. Основные исследования проводились при температуре 293 К. Некоторые измерения выполнялись при 310 К, соответствующей температуре кожи. Центральной характеристикой, на которую опираются для сравнительной оценки антиоксидантных свойств композиций и активных компонентов в ее составе, является величина ЕС50 – это концентрация БАВ, которая обеспечивает снижение содержания ДФПГ• в 2 раза. Антиоксидантная активность тем выше, чем более низкие значения принимает ЕС50. Порядок определения следующий. В начале по снижению интенсивности спектров ЭПР исследуемых композиций в результате взаимодействия БАВ в композициях с ДФПГ˙ определялась глубина превращения ДФПГ (% ДФПГ) по формуле 3.7 [179]: 98 % ДФПГ Аt 100 , А0 (3.7) где А0 – интенсивность спектра ЭПР в начальный момент регистрации; Аt – интенсивность спектра ЭПР по окончании 30 мин. от начала реакции. На рис. 3.23 приведены спектры ЭПР и кинетические зависимости снижения их интенсивности для композиций разных коллоидно-химических структур с различной концентрацией БАВ. а б 0,010 Signal EPR, A.U. 0,008 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 S ig na l E P R , A .U . 0,006 0,004 0,002 0,000 -0,002 -0,004 -0,006 -0,008 -0,010 316 318 320 322 324 326 Magnetic field, mT R^2=0,995 R^2=0,996 R^2=0,999 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1 2 3 0,020 0,016 0,012 S ig n a l E P R , A .U . Signal EPR, A.U. 0,004 0,000 -0,004 -0,008 -0,012 -0,016 -0,020 316 318 320 322 Magnetic field, mT 324 326 R^2=0,973 R^2=0,998 R^2=0,976 0 1800 0,008 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1 2 3 1800 Time, sec Time, sec в Signal EPR, A.U. 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,012 0,010 S ig n a l E P R , A .U . 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 -0,002 -0,004 -0,006 -0,008 -0,010 316 318 320 322 Magnetic field, mT 324 326 R^2=0,996 R^2=0,992 R^2=0,983 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1 2 3 1800 Time, sec Рисунок 3.23 – Кинетические кривые снижения интенсивности спектра ЭПР ДФПГ˙ в композициях с золем ТК-комплекса: а – в отсутствии композиции; б – пенообразующих композициях; в – гелях. СБАВ: 1 – 0,01 % масс.; 2 – 0,1 % масс.; 3 – 0,2 % масс. Исходя из графических данных, можно определить величины A0 и Аt 99 конкретной системы. В качестве начальной точки использовали значение интенсивности спектра ЭПР соответствующих базовых композиций. Рис. 3.23 позволяет описать спектр ЭПР ДФПГ˙, характеризуемый узкими пятью линиями для всех систем. В присутствии кислорода возможно фиксирование только сверхтонкое взаимодействие (СТВ) с двумя ядрами азота. Реакция взаимодействия ДФПГ˙ с добавками антиоксидантного действия характеризуется быстрой (обусловленной отрывом подвижных атомов водорода от молекулы антиоксиданта) и медленной стадией. Кинетические кривые (рис. 3.23) указывают на принадлежность золя ТК-комплекса к высокоактивным антиоксидантам ввиду резкого уменьшения интенсивности спектра ЭПР на начальной стадии реакции. Данный эффект происходит при концентрациях, практически равных ЕС50. Следовательно, первый этап реакции для золя ТКкомплекса происходит в начальный момент времени от смешения реагентов. Продолжительность данного этапа около до 180 сек. для всех композиций. Второй этап реакции (от 180 до 1800 сек.) характеризуется более низкой скоростью вследствие ослабления антиоксидантной активности окисленных форм данного экстракта антиоксидантной [180]. активности БАВ Рис. от 3.23 указывает фазового на состояния зависимость системы и концентрации БАВ. У всех композиций с золем ТК-комплекса с концентрацией 0,2 % масс. отмечается наиболее выраженные антиоксидантные свойства, так как ввиду большего содержания высокоактивных компонентов в данной коллоидной системе кинетическая кривая наиболее пологая (рис. 3.23, кривая 3). По сравнению с базовыми композициями интенсивность спектров ЭПР снижается в 5-10 раз. Значения данного параметра для всех систем с 0,01 % масс. золя ТКкомплекса уменьшаются почти в 1,5 раза по сравнению с базовыми композициями (рис. 3.23, кривая 1). Данное обстоятельство связано с более высоким содержанием антиоксидантного ТК-комплекса в золе в случае 0,2 % масс. БАВ. Снижение интенсивности спектра ЭПР ДФПГ˙ по истечение 30 мин. по сравнению с началом регистрации отчетливее проявляется для геля с БАВ, что может быть следствием возможной интенсификации реакции 100 взаимодействия ДФПГ˙ с антиоксидантными составляющими коллоидной системы ТК-комплекса в структурированных системах. После определения % ДФПГ (формула 3.7) строили графическую зависимость для получения численных значений ЕС50 – центральной характеристики антиоксидантной активности. На рис. 3.24 на примере композиций с золем комплекса меланина 2 показан принцип определения ЕС50. 100 90 80 % ДФПГ 70 60 50 40 2 30 1 3 20 10 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 C, % мас. Рисунок 3.24 – Концентрационная зависимость глубины превращения ДФПГ˙ в реакции взаимодействия с золем комплекса меланина 2: 1 – гелевая композиция; 2 – в отсутствии композиции; 3 – пенообразующая композиция Из рис. 3.24 видно, что интенсивность взаимодействия антиоксидантов с ДФПГ˙ в композициях находится в зависимости от рецептурного окружения. Прямые зависимости для золей и пенообразующих композиций с БАВ характеризуются наклоном, не имеющим значительного отличия, что позволяет сделать вывод о сопоставимом взаимодействии ДФПГ˙ с антиоксидантными компонентами в данных системах. В гелях глубина превращения ДФПГ˙ в реакции с БАВ оказывается отличной от таковой в золях и пенообразующих композициях. Сводя полученные графическим методом значения ЕС50 в единую диаграмму (рис. 3.25), можно наглядно увидеть влияние структуры и состава композиции на изменение антиоксидантной активности. 101 ЕС50, % масс. 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 С золем ТКкомплекса С золем меланина 1 БАВ в отсутствии композиции С золем меланина 2 Гель С ксимедоном Пенообразующая композиция Рисунок 3.25 – Значения антиоксидантной косметического назначения по данным метода ЭПР активности систем В результате анализа рис. 3.25, очевидно, что более выраженные антиоксидантные свойства проявляют золи по сравнению ксимедоном. Это обстоятельство, вероятно, может быть объяснено меньшей реакционной способностью аминогрупп в составе ксимедона по отношению к ДФПГ˙, чем фенольных компонентов в исследуемых золях, о чем известно из литературных источников [181]. антиоксидантные Золь свойства. ТК-комплекса Золи меланина проявляет также наиболее обладают явные различной активностью. Золь меланина 1 (ЕС50=1,00% масс.) уступает по антиоксидантным свойствам аналогу комплекса меланина 2 (ЕС50=0,78% масс.). Достоверность полученных результатов для данных золей меланина подтверждается корреляцией с полученными ранее амперометрическим методом результатами [151,152]. В результате сравнения пенообразующей композиции и самого золя меланина 2 наблюдается ослабление антиоксидантной активности компонента (рис. 3.25) [182]. В случае золей меланина 1 и ТК-комплекса антиоксидантные свойства пенообразующих композиций и БАВ соизмеримы. Переход от золей к гелевым структурам сопровождается изменением антиоксидантной активности. 102 По сравнению с золями и пенообразующими композициями для всех исследуемых гелей с БАВ наблюдается повышение антиоксидантной активности. Данный факт может свидетельствовать о возможном эффекте синергизма между компонентами рецептуры перспективы для природными и и разработки антиоксидантами, что лечено-косметических синтетическими биологически открывает гелевых активными широкие систем с веществами антиоксидантного и противовоспалительного характера. Нами проводилось исследование возможности использования метода ЭПР для определения антиоксидантных свойств в условиях реального применения косметических систем – при температуре 310 К (температуре кожи). Данные получены для геля с добавкой золя ТК-комплекса как наиболее высокоактивным антиоксидантом. Результаты показывают, что при изменении рабочей температуры антиоксидантная активность не остается неизменной. Рис. 3.26 отражает спектры ЭПР исследуемых систем в зависимости от температуры. Посторонний сигнал от кварцевого дьюара указан с помощью стрелки. а б Signal EPR, A.U. Signal EPR, A.U. 0,100 0,100 0,075 0,075 0,050 0,050 0,025 0,025 0,000 0,000 -0,025 -0,025 -0,050 -0,050 -0,075 -0,075 -0,100 -0,100 316 318 320 322 324 326 316 318 320 322 324 326 Magnetic field, mT Magnetic field, mT Рисунок 3.26 – Спектры ЭПР ДФПГ˙ при взаимодействии с гелями с добавкой коллоидной системы ТК-комплекса: а – T=293 К; б – T= 310 К Рис. 3.26 указывает на увеличение скорости расходования радикала ДФПГ˙ в реакции с антиоксидантными компонентами композиций при росте температуры, следовательно, антиоксидантные свойства в гелях более ярко выражены при 310 К (ЕС50=0,14% масс.) по сравнению с 293 К (ЕС50=0,19% 103 масс.). По-видимому, увеличение температуры приводит к интенсификации скорости взаимодействия ДФПГ˙ с антиоксидантными компонентами золя. Представленный графический материал расширяет границы возможности применения данной методики для оценки антиоксидантных свойств композиций с БАВ не только при стандартной температуре 293 К, но также и в условиях практического использования композиций – 310 К – температуре кожи. Обобщив все экспериментальные данные, можно сделать вывод, что в результате сравнения значений ЕС50, полученных по данным взаимодействия исследуемых БАВ с ДФПГ˙, показано, что наиболее выраженными антиоксидатными свойствами обладает золь ТК-комплекса. При этом в ряду золи – пенообразующие композиции - гели выявлено, что на антиоксидантную активность существенно влияют компоненты данных композиций: наибольшие антиоксидантные свойства всех БАВ были обнаружены для гелевых форм. Выявлена возможность применения метода ЭПР для определения антиоксидантной активности косметических композиций, не только при 293 К, но и при температуре, соответствующей условиям непосредственного применения данных композиций косметического назначения (310 К). 3.5 Влияние биологически активных веществ на состояния воды в гелях Важным этапом данной работы стало исследование влияния БАВ натурального и синтетического происхождения на количественное содержание в гелевых композициях различных типов воды. Как известно, вода в полимерном геле представлена тремя типами [183]: 1) свободная вода – не образует с молекулами полимера водородных связей (температура фазового перехода составляет от 0 до +3 0С); 2) промежуточно-связанная вода (межфазная) – с полярными группами полимера принимает участие в слабых межмолекулярных взаимодействиях (температура фазового перехода – ниже 0 0С); 3) связанная вода – с полярными взаимодействия. группами полимера осуществляет межмолекулярные 104 Влияние БАВ на наличие конкретного типа воды и его количественное содержание в гелях с концентрацией 1% масс. активного компонента определялось нами с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) в температурном интервале от -50 0С до 500С. Содержание связанной воды Wb рассчитывали по формуле 3.8: Q Wb % Wt W f W fb Wt endo 100 , Qf (3.8) где Wt – общее содержание воды в гелевой системе, Wf – содержание свободной воды; Wfb – содержание промежуточно-связанной воды. Общее количество воды в гелях Wt определяли, исходя из кривых термогравиметрического анализа (рис. 3.27). Рисунок 3.27 – Кривые термогравиметрического анализа для базовой гелевой композиции На основании данных ДСК вычисляли содержание свободной Wf и промежуточно-связанной Wfb воды как отношение площади эндотермического пика плавления соответствующего типа воды в характерном для него интервале температур (t=0÷+3 0С – для свободной воды и при температурах ниже 0 0С – для промежуточно-связанной) (рис. 3.28) к площади эндотермического пика плавления льда (Qf=334 Дж/г). 105 Рисунок 3.28 – ДСК-термограмма базовой гелевой композиции Исходя из представленного графического и расчетного материала, было определено количественное содержание каждого типа воды в гелевой композиции в зависимости от присутствия БАВ. Как видно из рис. 3.28, промежуточно-связанная вода, которая имеет фазовый переход в области отрицательных температур, в базовой композиции отсутствует. Рассчитанные значения содержания воды приведены в табл. 3.5. Таблица 3.5 – Влияние БАВ на содержание воды разных состояний в гелевой композиции Гелевая композиция Базовая композиция Общее содержание воды EW, % 95,0 Содержание Содержание свободной воды связанной воды Wf,, % Wb,, % 74,8 20,2 С ксимедоном 94,9 81,4 13,5 С золем ТК-комплекса 92,8 87,4 5,4 С золем меланина 1 96,9 92,7 4,2 С золем меланина 2 96,2 69,0 27,2 Анализ табл. 3.5 обнаруживает влияние природы БАВ на содержание воды в гелевых композициях. Общее содержание воды практически не изменяется при 106 введении в систему активного вещества. Отличия в процентном содержании отмечаются относительно свободной и связанной воды. Основным типом воды, определяющим биологическую доступность БАВ, является свободная вода. Увеличение содержания данного типа воды способствует пенетрации активного компонента через эпидермальный барьер кожи. Максимальным содержанием свободной воды по сравнению с базовой композицией обладает гель с добавкой золя меланина 1, наименьшим – с золем меланина 2. Полученные данные согласуются с содержанием дисперсной фазы (меланина), обладающего способностью активно набухать в водных средах. Его содержание выше в составе золя меланина 2 относительно системы с меланином 1, в связи с чем происходит связывание воды в композиции [184]. Увеличение содержания свободной воды для системы с золем ТК-комплекса практически соизмеримо с таковой для системы с ксимедоном. 3.6 Косметические композиции с 1,2-дитиолан-3-пентановой кислотой и аминокислотным комплексом метионина и лития Разработанные подходы к созданию и исследованию коллоидно-химических свойств систем веществами, косметического предложенные в назначения с биологически вышеприведенном активными материале, позволили расширить диапазон косметических средств антиоксидантного действия с лечебным эффектом. Активно продолжается поиск новых перспективных БАВ данного действия для косметики anti-аge сектора. Предпосылками для разработки косметических композиций с новыми эффективными БАВ антиоксидантного действия стали исследования, проводимые в КГМУ под руководством профессора Л.Н. Залялютдиновой. В работах [185-187] показано, что 1,2дитиолан-3-пентановая дитиооктановой, кислота проявляет противовоспалительную (ДТПК), именуемая выраженные активность при также липоевой антиоксидантные введении внутрь и и свойства, наружном применении на различных моделях воспаления. Существуют данные о введении ДТПК в косметические композиции, предназначенные для ухода за кожей лица, 107 что позволило нам выдвинуть предположение о разработке с применением 1,2дитиолан-3-пентановой кислоты гелей косметического назначения и шампуней. Вместе с тем свойства данных композиций с ДТПК практически не изучены. Отсутствуют данные о взаимном влиянии этого компонента и ингредиентов косметических средств на коллоидно-химические свойства системы и проявление антиоксидантной активности ДТПК. Научной группой под руководством Л.Н. Залялютдиновой перспективная аминокислотный исследована новая биологически активная система, для применения в композициях косметического назначения, комплекс метионина и лития (АКМЛ), проявляющий антиоксидантные, противовоспалительные свойства, а также обладающий стресспротективной активностью [188,189]. Обе составные части комплекса вносят вклад в расширение спектра полезных свойств – противовоспалительных, тонизирующих, регенерирующих, питательных. В косметических средствах ранее эта добавка не применялась. В связи с этим представляется целесообразным анализ возможности получения косметических композиций с аминокислотным комплексом лития – шампуня и геля и исследование их коллоидно-химических свойств. Как показывалось выше, при разработке рецептур косметических композиций следует отметить важность концентрационных и реологических исследований, а также пенообразования. Таблица 3.6 - Рецептура шампуня с АКМЛ Компонент Сульфоэтоксилат натрия Диэтаноламиды высших жирных кислот кокосового масла Кокамидопропилбетаин АКМЛ Хлорид натрия Лимонная кислота Д-пантенол Парфюмерная композиция Неолон(консервант) Вода Концентрация, % масс. 8,0 1,0 1,0 1,0 1,5 0,5 0,2 0,05 0,2 До 100 108 Таблица 3.7 - Рецептура шампуня с ДТПК Компоненты Сульфоэтоксилат натрия Диэтаноламиды высших жирных кислот кокосового масла Кокамидопропилбетаин Система растворителей – спирт этиловый+глицерин ДТПК Хлорид натрия Парфюмерная композиция Неолон Вода Концентрация, % масс. 8,0 1,5 2,5 10,0 1,0 2,0 1,0 До 100 Рецептуры шампуней были разработаны на основе базовых композиций (см. главу 2). Дополнительно они содержат БАВ в количестве 1%; витамин (Дпантенол); консервант; парфюмерную композицию и воду. Для пеномоющей композиции с ДТПК имели место небольшие изменения в рецептуре ввиду специфики ее растворимости, а также для обеспечения необходимых технологических свойств данного вида косметического продукта (табл. 3.6-3.7). Система растворителей для ДТПК для конкретной косметической композиции выбиралась в соответствии с рекомендациями к применению компонентов данной смеси в каждом средстве, а также совместимости с остальными ингредиентами рецептур. При подборе растворителя для ДТПК лучшим образом зарекомендовали себя двойные и тройные смеси, в частности, спирт этиловый + глицерин 1:1, а также спирт этиловый + пропиленгликоль 1:10. Рецептуры косметических гелей с исследуемыми БАВ представлены в табл. 3.8-3.9. Косметические гели дополнительно (в сравнении с базовой композицией) содержат БАВ в количестве 1%; консервант, парфюмерную систему растворителей для ДТПК. композицию и 109 Таблица 3.8 – Рецептура косметического геля с АКМЛ Компонент Концентрация, % масс. Карбомер 0,4 АКМЛ 1,0 Глицерин 5,0 Триэтаноламин 0,2 Метилпарабен 0,2 Парфюмерная композиция 0,02 Вода До 100 Таблица 3.9 - Рецептура косметического геля с ДТПК Компоненты В Концентрация, % масс. Карбомер ДТПК Система растворителей – спирт этиловый+монопропиленгликоль Триэтаноламин Метилпарабен Вода табл. 3.10 приведены нормативные 1,5 1,0 10,0 1,5 0,2 до 100 показатели разработанных косметических композиций - водородный показатель рН шампуней и гелей с БАВ антиоксидантного действия и пенообразующая способность шампуней, определенная нами методом Росс-Майлса. Таблица 3.10 - Характеристики косметических композиций в зависимости от концентрации биологически активных веществ Косметическая композиция Содержание БАВ, % масс. Пеномоющая композиция 0,5 с ДТПК 1,0 Пеномоющая композиция с АМКЛ Гель с ДТПК Гель с АМКЛ рН Норма по ГОСТ Устойчивость пены У 6,1 0,97 5,4 0,98 1,0 6,4 2,5 6,3 1,0 5,8 2,5 5,2 1,0 6,0 5,0-8,5 Норма по ГОСТ 0,94 Не менее 0,95 0,8 - 5,0-9,0 110 Из приведенных данных видно, что разработанные косметические средства соответствуют требованиям ГОСТ, обладают значениями рН, соответствующими физиологическому значению данного параметра для кожи головы, необходимыми характеристиками пены. Для определения антиоксидантных свойств композиций в зависимости от концентрации БАВ, на примере шампуней с ДТПК методом кулонометрического титрования был проведен сравнительный анализ их АОА [190]. Полученные данные по зависимости антиоксидантной емкости систем, характеризующей антиоксидантные свойства, от концентрации БАВ приведены на рис. 3.29. АОЕ, кКл/100 г 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Базовая композиция 0,5% масс. 1% масс. Рисунок 3.29 – Зависимость антиоксидантной емкости шампуней от концентрации ДТПК Рис. 3.29 показывает, что базовая пенообразующая композиция также обладает слабо выраженной антиоксидантной активностью. АОА шампуней при повышении содержания БАВ увеличивается, а именно введение в шампунь ДТПК в концентрации 1% масс. увеличивает его АОА примерно в 5 раз в сравнении с аналогом без данного БАВ, что указывает на ярко выраженные антиоксидантные свойства ДТПК и открывает новые горизонты для применения этого БАВ в составе пеномоющих композиций группы anti-agе (табл. 3.10). На рис. 3.30 111 приведены зависимости высоты столба пены Н0 пеномоющих композиций с комлексом метионина с литием и 1,2-дитиолан-3-пентановой кислоты от их концентрации в системе. Увеличение Н0 при повышении концентрации БАВ, повидимому, указывает на проявление поверхностно-активных свойств данными компонентами. Н0, мм 270 250 230 210 190 170 150 130 110 90 Базовая композиция 1% масс. ДТПК 2,5% масс. АМКЛ Рисунок 3.30 – Влияние концентрации БАВ на максимальный объем пены композиции На основании анализа кривых течения и вязкости для гелей с аминокислотным комплексом лития и ДТПК были определены некоторые реологические параметры, приведенные в табл. 3.11 [191]. Таблица 3.11 – Некоторые реологические параметры гелей с БАВ антиоксидантного действия Реологический параметр Гелевая система Гель без АМКЛ Гель с 1% масс. АМКЛ Гель без ДТПК Гель с 1% масс. ДТПК Гель с 2,5% масс. ДТПК Динамический Пластическая предел вязкость ηпл, текучести τ0д,Па Па·с 300 0,30 272 320 274 210 0,23 0,32 0,25 0,2 Время релаксации геля λ, с 1,28 1,08 1,30 0,12 0,08 112 Из данных, рассмотренных ранее в главе 3, очевидно, структурномеханические свойства во многом определяют возможности использования композиций и существенно зависят от природы активного компонента. Из табл. 3.11 видно, что введение как АКМЛ, так и ДТПК приводит к снижению значений всех структурно-механических характеристик. Если в случае гелевых систем с 1% масс. БАВ это изменение не столь существенно, то для композиции с 2,5% масс. ДТПК оно более ощутимо – например, τ0д уменьшается в 1,5 раза. При этом значения динамического предела текучести для гелей с ДТПК ниже, чем для систем с ксимедоном и золем ТК-комплекса соответствующей концентрации, что, по-видимому, связано с пластифицирующим эффектом системы растворителей (пропиленгликоль+спирт этиловый). Таким образом, на основании изучения структурно-механических характеристик данных систем очевидно дифференцированное влияние БАВ на коллоидно-химические свойства гелей. Многофункциональный биологически активный компонент - ДТПК обладает еще одним полезным свойством – является стимулятором роста волос [192]. Представлялось перспективным проанализировать гель с этим БАВ. Данный эффект оценивался с помощью видеодерматоскопа BEAUTY SCOPE BS-888e со сменной линзой с увеличением в 200 раз (рис. 3.31). Рисунок 3.31 - Влияние геля с 1% ДТПК на рост волосяного покрова крыс при ежедневном двухнедельном применении композиции Как видно из рис. 3.31 при применении косметического геля с 1% ДТПК визуально наблюдается увеличение густоты волосяного покрова, что свидетельствует об участии данной БАВ в интенсификации процесса роста волос. 113 Антиоксиданты – комплекс лития и метионина и 1,2-дитиолан-3-пентановая кислота перспективны для получения высокоэффективных косметических композиций, ингредиенты которых проявляют эффекты синергизма с ними. ДТПК, помимо антиоксидантных свойств, обладает стимулирующим рост волос действием, что открывает новые горизонты ее применения. Выявлен общий характер влияния концентраций БАВ на пенообразующую способность шампуней с исследуемыми антиоксидантами и структурно-механические свойства гелей, аналогичный изменениям, описанным в главе 3. На основании разработанных алгоритмов получения новых косметических средств были также созданы лосьоны, дезодоранты и прочие косметические продукты. 114 ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ПАВ НА СВОЙСТВА ГЕЛЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ Анализ литературных данных показал, что ПАВ в гелевых композициях могут выполнять роль усилителей проницаемости (энхансеров) для направленного регулирования процесса высвобождения активного вещества в кожные покровы. Вместе с тем эта область модификации гелей разработана недостаточно. Практически не изучено влияние ПАВ на коллоидно-химические свойства структурированных систем косметического назначения - гидрофильных гелей с биологически активными веществами, что определило направление дальнейших исследований. Нами были выбраны неионные ПАВ, обладающие рядом достоинств: нетоксичностью, термостойкостью, возможностью изменения ГЛБ в широких пределах, а также дерматологической мягкостью, что имеет важное значения косметических композиций. В данной работе в качестве ПАВ применялись оксиэтилированные высшие жирные спирты (ОЭВЖС) со степенью оксиэтилирования n=3 и n=10, а также сорбитан бис(полиоксиэтилен)–моноолеат со степенью оксиэтилирования n=20 (Твин80). Эти ПАВ находят применение в технологии косметических средств [24]. На данном этапе работы перед нами стояла задача изучения процесса высвобождения БАВ из гелевых систем в присутствии ПАВ и выявления оптимальной концентрации введения ПАВ в гели с целью получения эффективных косметических систем с активными компонентами. 4.1 Высвобождение биологически активных веществ из гелевых систем в присутствии ПАВ Биологическая доступность БАВ в гелевых композициях, определяемая в результате изучения процесса высвобождения – важнейшая характеристика систем, определяющая степень проявления активных свойств веществ [193]. Процесс высвобождения активных веществ из базовых гелевых композиций изучали методом равновесного диализа (по методике Крувчинского). Подробнее 115 методика изложена в главе 2. В качестве быстрого и достаточно точного метода, позволяющего анализировать содержание БАВ в диализате, применялся спектрофотометрический метод. Наличие в УФ-спектре анализируемой субстанции специфического максимума определяет выбор длины волны детектирования. Из исследованных в главе 3 БАВ мы выбрали природный антиоксидант – золь ТК-комплекса и синтетический противовоспалительный ингредиент – ксимедон. Данный выбор обусловлен удобством интерпретации их электронных спектров поглощения в УФ-области, наличием отчетливых пиков [194]. Содержание БАВ в гелевых композициях составляло 1% масс. 4.1.1 Высвобождение золя танино-катехинового комплекса из гелевых композиций Обсуждение результатов исследования начнем с гелевых композиций с золем ТК-комплекса. На рис. 4.1а представлен электронный спектр золя ТКкомплекса, откуда видно, что данный компонент имеет максимум поглощения при длине волны λmax = 271 нм, что характерно для фенольных соединений в его составе: катехинов, танинов и т.д. [195]. На основании анализа изменения интенсивности поглощения А в зависимости от концентрации экстракта при максимуме поглощения λ = 271 нм был построен градуировочный график для определения количества активного компонента, перешедшей из гелевой фазы в диализную среду к определенному моменту времени (рис. 4.1б). Как следует из представленных данных (рис. 4.1б), практически все экспериментальные точки лежат на линии тренда. Достоверность корреляции максимально близка к 1 (R2=0,99), что позволяет судить о наличии линейной зависимости между интенсивностью поглощения А и концентрацией БАВ, перешедшей из гелевой системы в исследуемый диализат. 116 А A 1 1,4 0,9 1,2 0,8 2 R = 0,99 0,7 1 0,6 λ max = 271 нм 0,8 0,5 0,6 0,4 0,4 0,3 0,2 0,2 0,1 0 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 0 0 0,05 0,1 0,15 0,2 λ, нм 0,25 0,3 2 0,35 С·10 , %масс а б Рисунок 4.1 – Спектр поглощения (а) и градуировочный график золя ТКкомплекса Важным этапом работы стала оптимизация концентрации ПАВ для обеспечения контролируемого высвобождения биологически активного компонента. Влияние ПАВ на интенсивность высвобождения БАВ из гелевых композиций целесообразно оценивать, исходя из функциональности назначения активных компонентов в их составе. В случае использования золя ТК-комплекса необходимо обратить внимание на то, что антиоксиданты обеспечивают максимальный эффект, действуя в глубинных слоя кожи, а не на ее поверхности. Оптимизация концентрации ПАВ для гелей с данной коллоидной системой предполагает наибольшую интенсивность высвобождения БАВ. Предварительно были разработаны условия введения ПАВ в гели и определены концентрационные пределы, выше которых гелевая система теряла устойчивость и оптическую прозрачность. Для ОЭВЖС с n=3 и n=10 содержание в композиции - до 2% масс., а концентрации Твин-80 ограничивались 1% масс. На рис. 4.2-4.4 приведены кинетические кривые высвобождения золя ТК-комплекса из гелевых систем с добавкой ПАВ. 117 2 С·10 4 , % масс. 1,8 1 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 2 0,4 3 4 0,2 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.2 – Зависимость содержания золя ТК-комплекса в диализате от времени диализа для гелей с содержанием Твин-80: 1 – 0,5% масс.; 2 – без ПАВ; 3 – 1% масс.; 4 – 0,05% масс. 1,4 1 С·10 4 , % масс. 1,2 1 0,8 0,6 2 3 0,4 4 5 0,2 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.3 - Зависимость содержания золя ТК-комплекса в диализате от времени диализа для гелей с содержанием ОЭВЖС n=3: 1 – 0,5% масс.; 2 – без ПАВ; 3 – 0,05% масс.; 4 – 1% масс.; 5 – 2% масс. 118 1,4 1 С·10 4 , % масс. 1,2 1 2 0,8 0,6 3 0,4 4 5 0,2 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.4 - Зависимость содержания золя ТК-комплекса в диализате от времени диализа для гелей с содержанием ОЭВЖС n=10: 1 – 0,5% масс.; 2 – 2% масс.; 3 – без ПАВ; 4 – 0,05% масс.; 5 – 1% масс. Из рис. 4.2-4.4 видно, что выход компонентов золя ТК-комплекса из гелевой композиции без ПАВ происходит длительно и равномерно, что указывает на пролонгированный характер высвобождения. Полученные данные демонстрируют существенное влияние концентрации ПАВ на кинетику высвобождения данного БАВ из гелей. При этом практически во всех исследуемых системах сохраняется тенденция к пролонгированному высвобождению активного компонента. Исключением является ОЭВЖС n=10 в количестве 0,05% масс., 1% масс. и 2% масс., обеспечивающим максимальное высвобождение золя ТК-комплекса уже через 15 мин. после начала эксперимента, а также Твин-80 в концентрации 0,05% масс., обеспечивающий наибольший выход компонентов золя через 1,5 часа. Быстрое высвобождение БАВ нежелательно, поскольку постепенное высвобождение антиоксиданта способствует более продолжительному защитному действию. На рис. 4.5 приведена зависимость максимального содержания БАВ диализате от концентрации ПАВ в гелевой системе. в 119 1,8 1,6 С·10 4 , % масс 1,4 1,2 1 2 1 0,8 3 0,6 0,4 4 0,2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 С, % масс. Рисунок 4.5 – Зависимость содержания золя ТК-комплекса в диализате геля от концентрации ПАВ: 1 – Твин-80, 2 – ОЭВЖС с n=10, 3 – без ПАВ, 4 - ОЭВЖС с n=3 Из рис. 4.5 видно, что зависимость содержания золя ТК-комплекса в диализате от концентрации ПАВ носит экстремальный характер, для всех исследуемых гелевых композиций имеется оптимум – ПАВ в количестве 0,5% масс. обеспечивает максимальный мембранный транспорт БАВ из системы полимер-БАВ-ПАВ. Очевидно, что наиболее эффективным усилителем проницаемости золя ТК-комплекса в упомянутой концентрации является Твин80, который приводит к увеличению содержания БАВ в диализате по сравнению с гелем без ПАВ. В соответствии лекарственных с методикой компонентов 2-гидроксиэтилметакрилата, проанализирован механизм в определения механизмов полимерном предложенной транспорта В.Н. золя геле Павлюченко ТК-комплекса транспорта на основе [138], в был гелевой композиции. Вначале была рассчитана величина W, представляющая собой количество биологически активного компонента, высвободившегося из гелевой композиции к моменту отбора проб (см. главу 1). В качестве примера для расчета параметра n*, характеризующего механизмы транспорта БАВ, на рис. 4.6 120 приведем эти зависимости для гелевой системы с золем ТК-комплекса и Твин-80 в качестве примера. 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 0 lg t, мин. 1 -0,1 -0,2 -0,3 2 -0,4 -0,5 -0,6 3 -0,7 -0,8 4 -0,9 -1 -1,1 -1,2 lg (W/W0) Рисунок 4.6 - Кинетические зависимости высвобождения золя ТК-комплекса из гелей с содержанием Твин-80: 1 – 0,05% масс.; 2 – без ПАВ; 3 – 1% масс.; 4 – 0,5% масс. Значения параметра n* для гелей с добавкой золя ТК-комплекса, полученные в результате обработки графических зависимостей, представлены в табл. 4.1. Таблица 4.1 – Кинетический параметр n* гелевых систем с добавкой золя ТК-комплекса в присутствии ПАВ Концентрация ПАВ, % масс. Без ПАВ 0,05 0,5 Параметр n* гелевой системы Добавка Добавка Добавка Твин-80 ОЭВЖС с n=3 ОЭВЖС с n=10 0,18 0,3 0,24 0,9 0,7 0,75 1 0,38 0,28 0,2 2 - 0,25 0,5 0,48 В соответствии с литературными данными [138], если значения параметра n* близки к 0,5, то высвобождение активного компонента, очевидно, происходит по диффузионному механизму, при n*=1 транспорт БАВ обусловлен релаксацией полимерного геля. Промежуточный случай, если n* больше 0,5, но меньше 1 121 отражает аномальный транспорт, когда одновременно работают два механизма. Результаты табл. 4.1 показывают, что значения параметра n* практически для всех исследуемых систем не превышают 0,5, что характеризует высвобождение золя ТК-комплекса из исследуемых полимерных гелевых композиций по диффузионному механизму, т.е. БАВ в результате диффузии перемещается к поверхности мембраны, а затем переходит в диализат. Исключение составили системы с содержанием БАВ 0,5 % масс. В данном случае n* находился в диапазоне значений от 0,7 до 0,9, что свидетельствует об участии в данном процессе двух механизмов – диффузии и релаксации, что,по-видимому, приводит к интенсификации транспорта БАВ в полимерной матрице (рис. 4.2-4.4). Полученные результаты указывают на интенсификацию процесса высвобождения золя ТК-комплекса из гелей в присутствии ПАВ в оптимальных концентрациях. Максимальный эффект отмечен при добавке в гель сорбитан бис(полиоксиэтилен)–моноолеата (Твина-80). 4.1.2 Высвобождение ксимедона из гелевых композиций Процесс высвобождения БАВ из гелей был также изучен для композиций с ксимедоном, обладающим противовоспалительной и регенерирующей активностью. На рис. 4.7а приведен УФ-спектр поглощения ксимедона, используемый для построения градуировочного графика (рис. 4.7б). Достоверность корреляции максимально близка к 1 (R2=0,99), что позволяет судить о наличии линейной зависимости между интенсивностью поглощения А и концентрацией БАВ, перешедшей из гелевой системы в исследуемый диализат. Для оценки влияния ПАВ на скорость и характер высвобождения ксимедона из гелевых композиций на рис. 4.8-4.10 представлены кинетические кривые в зависимости от природы и концентрации ПАВ. 122 А A 0,5 0,6 2 R = 0,9933 0,45 0,5 0,4 0,35 0,4 0,3 0,25 0,3 0,2 0,2 0,15 0,1 0,1 0,05 0 0 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 0 400 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 2 λ, нм С·10 , %масс. а б Рисунок 4.7 – Спектр поглощения (а) и градуировочный график (б) ксимедона 12 11 1 10 С·10 4 , %масс. 9 8 2 3 7 6 5 4 3 4 2 1 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.8 – Зависимость концентрации ксимедона в диализате от времени диализа для гелей с содержанием Твин-80: 1 – без ПАВ; 2 – 0,5% масс.; 3 – 0,05% масс.; 4 – 1% масс. 123 12 С·10 4 , %масс 11 1 10 9 2 8 7 3 4 6 5 5 4 3 2 1 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.9 – Зависимость концентрации ксимедона в диализате от времени диализа для гелей с содержанием ОЭВЖС n=3: 1 – без ПАВ; 2 – 2% масс.; 3 – 1% масс.; 4 – 0,5% масс.; 5 – 0,05% масс. 12 11 1 С·10 4 , %масс. 10 9 8 7 6 5 3 4 2 4 5 3 2 1 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.10 – Зависимость концентрации ксимедона в диализате от времени диализа для гелей с содержанием ОЭВЖС n=10: 1 – без ПАВ; 2 – 0,05% масс.; 3 – 0,5% масс.; 4 – 2% масс.; 5 – 1% масс. Как видно из рис. 4.8-4.10, высвобождение ксимедона из гелевой композиции без ПАВ носит пролонгированный характер, что усиливает терапевтический эффект композиции. Введение в гелевую композицию Твин-80 и ОЭВЖС с n=3 приводит к снижению концентрации БАВ, перешедшей из гелевой формы в диализат, практически не изменяя при этом характер процесса 124 (все концентрации ПАВ обеспечивают пролонгированное действие БАВ). Присутствие в гелевой композиции с ксимедоном ОЭВЖС n=10 приводит к более существенному снижению высвобождения БАВ. При этом для геля с концентрацией ПАВ 0,5% масс. характерно достаточно быстрое высвобождение ксимедона (рис. 4.10). На рис. 4.11 приведена зависимость концентрации ксимедона в диализате от процентного содержания ПАВ в гелевой системе. 12 1 С·10 4 , % масс 10 2 8 6 2 4 3 2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 С, % масс. Рисунок 4.11 – Зависимость концентрации ксимедона в диализате геля от содержания ПАВ в композиции: 1 – ОЭВЖС с n=3, 2 – Твин-80, 3 – ОЭВЖС с n=10 Поскольку проникновение через мембрану моделирует поступление БАВ в липидный слой, то оптимизацию концентрации ПАВ в гелевой системе с ксимедоном необходимо проводить, исходя из специфики его действия, а именно противовоспалительной и регенерирующей активности, которая в большей степени проявляется на поверхности кожи, а не в глубинных слоях. Данные рис. 4.11 показывают, что концентрациями ПАВ, обеспечивающими получение необходимого эффекта, то есть наименьшую динамику высвобождения, для гелевых систем с Твин-80 и ОЭВЖС с n=10 являются 1% масс., для ОЭВЖС с n=3 – 0,05% масс, что может свидетельствовать нахождение композиции на 125 поверхности кожи. Из данных ПАВ наилучшим образом зарекомендовал себя ОЭВЖС с n=10 в количестве 1% масс. Таким образом, на основании исследования процесса высвобождения гелевых систем было показано дифференцированное влияние ПАВ на динамику данного процесса для композиций с различными биологически активными компонентами. Полученные результаты, несомненно, указывают на совокупный вклад природы добавки БАВ и ПАВ в интенсификацию или замедление процесса высвобождения. Были оптимизированы концентрации ПАВ, рекомендуемые для введения в гели в зависимости от их назначения и области применения [196]. Для гелевых композиций с золем ТК-комплекса оптимум концентраций для всех исследуемых ПАВ составил 0,5% масс., обеспечивающих пролонгированное действие и максимальную степень высвобождения БАВ. В случае ксимедона этими концентрациями являются 0,05% масс. для ОЭВЖС n=3 и 1% масс. для ОЭВЖС n=10 и Твин-80, характеризующими пролонгированное высвобождение и снижение концентрации БАВ в диализате геля. 4.2 Реологические характеристики гелевых систем с добавками биологически активных компонентов и ПАВ Добавки ПАВ, как было показано выше, влияют на процесс высвобождения БАВ из гелевой композиции, что позволяет обеспечить их контролируемый транспорт. Дополнительная информация о коллоидно-химических свойствах модифицированных гелей может быть получена на основании исследования влияния ПАВ на их структурно-механические характеристики. Реологические исследования проводились в режиме контролируемой скорости сдвига при температуре 20 0С. Диапазон вводимых концентраций ПАВ был аналогичен используемому при изучении процесса высвобождения БАВ. Вначале рассмотрим реологическое поведение гелевых композиций с 1% масс. золя ТК-комплекса с содержанием ПАВ в системе 0,5% масс. Основные структурно-механические параметры данных композиций, определенные на основании анализа реологических кривых, а также с использованием уравнений Гершеля-Балкли и 126 Шведова-Бингама (см. главу 3), приведены в табл. 4.2. Как видно из данных табл. 4.2, исследуемые ПАВ оказывают неоднозначное влияние на реологические параметры гелевой композиции с золем ТК-комплекса по сравнению с гелем без ПАВ. Введение ОЭВЖС с n=3 приводит к возрастанию всех структурномеханических характеристик геля, а Твин-80 и ОЭВЖС с n=10 в разной степени их снижают. Так, влияние неионных ПАВ на прочность систем выглядит следующим образом: ОЭВЖС с n=3 увеличивает τ0д в 1,2 раза, остальные ПАВ уменьшают τ0д (ОЭВЖС с n=10 – в 1,1 раз, Твин-80 – в 1,4 раза). Несмотря на данные изменения динамического предела текучести, не менее важные структурно-механические параметры - пластическая вязкость и коэффициент консистенции изменяются незначительно. Отсюда следует, что в целом гели с ПАВ и золем ТК-комплекса не требуют особого технологического внимания при приготовлении и применении. Таблица 4.2 – Структурно-механические характеристики гелей с добавкой золя ТК-комплекса в присутствии ПАВ Реологический параметр композиции Статический предел текучести τ0, Па Динамический предел текучести τ0д, Па Пластическая вязкость ηпл, Па·с Время релаксации λ, с Коэффициент консистенции К, Па·с Индекс течения n Темп разрушения структуры m Без ПАВ Наименование гелевой системы С 0,5% масс. С 0,5% масс. С 0,5% масс. Твин-80 ОЭВЖС с n=3 ОЭВЖС с n=10 29,3 20,5 31,7 26,3 297 217 340,5 282 0,24 0,22 0,27 0,23 1,19 0,8 1,77 0,92 49,3 40,2 58,8 50,8 0,35 0,34 0,36 0,35 0,65 0,66 0,64 0,65 127 Результаты исследований указывают на роль ГЛБ ПАВ как в процессах высвобождения, так и при деформации под действием приложенной скорости сдвига. Для ОЭВЖС с n=3 ГЛБ по Дэвису составляет 3,9, для ОЭВЖС с n=10 6,2, а для Твин-80 – 15,0. На существенное влияние ГЛБ ПАВ-усилителей проницаемости (энхансеров) указано и в обзоре [142]. Возможно, большая степень оксиэтилирования, а значит, наличие более массивной оксиэтиленовой цепи в молекуле ПАВ способствует нарушению структуры геля при его формировании, что облегчает выход активного компонента и уменьшает прочность. Важную информацию о структурных изменениях в процессе течения системы несет энергия активации вязкого течения, определяемая по уравнению Аррениуса-Френкеля-Эйринга (см. главу 3). Вычисленные значения Е для исследуемых систем с золем ТК-комплекса и 0,5% масс. ПАВ приведены на рис. 4.12, откуда видно, что наиболее отчетливо уменьшение энергии активации вязкого течения проявляется для гелевой системы с Твин-80, что свидетельствует о снижении энергий связи в гелевой матрице. Наименьшее изменение наблюдается для системы с ОЭВЖС n=3, что свидетельствует о большем структурировании системы в присутствии данного компонента. 140 120 Еа, кДж/моль 100 80 60 40 20 0 Без ПАВ ОЭВЖС с n=3 ОЭВЖС с n=10 Твин-80 Рисунок 4.12 – Энергия активации вязкого течения гелей с 1% масс. золя ТК-комплекса и 0,5% масс. ПАВ: 1 – ОЭВЖС c n=3; 2 – без ПАВ; 3 – ОЭВЖС с n=10; 4 – Твин-80 128 Полученные данные энергии активации вязкого течения коррелируют с изменениями в структурно-механических характеристиках гелей с ПАВ, представленными в табл. 4.2 [197]. Далее представлены материалы исследования структурно-механических свойств гелей с 1% масс. ксимедона и ПАВ с оптимизированными ранее концентрациями, которые для систем с Твин-80 и ОЭВЖС с n=10 составили 1% масс., а для ОЭВЖС с n=3 – 0,05% масс. Значения структурно-механических характеристик этих композиций, полученных на основании реологических кривых и уравнений Гершеля-Балкли и Шведова-Бингама, приведены в табл. 4.3. Таблица 4.3 – Реологические характеристики гелей с 1% масс. ксимедона в присутствии ПАВ Реологический параметр композиции Статический предел текучести τ0, Па Динамический предел текучести τ0д, Па Пластическая вязкость ηпл, Па·с Без ПАВ Наименование гелевой системы С 1% масс. С 0,05% масс. С 1% масс. Твин-80 ОЭВЖС с n=3 ОЭВЖС с n=10 31,0 22,8 37,5 28,6 315 220 358 297 0,31 0,23 0,36 0,28 1,49 1,12 1,75 1,38 Время релаксации λ, с Коэффициент консистенции К, Па·с Индекс течения n 52,3 41,3 60,0 51,1 0,35 0,34 0,36 0,35 Темп разрушения структуры m 0,65 0,66 0,64 0,65 Данные табл. 4.3 демонстрируют характер влияния ПАВ на реологические свойства гелей, аналогичный композициям с золем ТК-комплекса: в отличие от Твин-80 и ОЭВЖС с n=10, введение в количестве 0,05% масс. ОЭВЖС с n=3 129 приводит к структурированию системы, о чем свидетельствует увеличение значений реологических параметров гелевой системы. Например, предел текучести (основной параметр, определяющий прочность системы) в присутствии ОЭВЖС с n=3 возрастает в 1,1 раза по сравнению с композицией без ПАВ; ОЭВЖС с n=10 и Твин-80 изменяют τ0д в 0,9 и 0,7 раза, соответственно. Остальные структурно-механические характеристики гелей также меняются незначительно. Таким образом, присутствие в системе ОЭВЖС не оказывает значительного влияния на структуру и свойства гелей, что может быть использовано при разработке рецептур косметических гелей. 140 Еа, кДж/моль 120 100 80 60 40 20 0 Без ПАВ ОЭВЖС с n=3 ОЭВЖС с n=10 Твин-80 Рисунок 4.13 – Энергия активации вязкого течения гелей с 1% масс. ксимедона в присутствии ПАВ: 1 – ОЭВЖС c n=3; 2 – без ПАВ; 3 – ОЭВЖС с n=10; 4 – Твин-80 Энергия активации вязкого течения для гелевых систем с ксимедоном изменяется аналогично композициям с золем ТК-комплекса. Введение ОЭВЖС с n=3 приводит к увеличению значений Е, что свидетельствует об усилении межмолекулярных взаимодействий. Присутствие Твин-80 с гелевой системе с ксимедоном обеспечивает разупрочняющее действие, выражающееся в уменьшении Е по сравнению с гелем без ПАВ. Полезную информацию можно получить, анализируя структурно- механические характеристики гелей, полученных с добавками ПАВ, но без 130 биологически активных компонентов. Изучение влияния природы ПАВ и концентраций ввода в гелевые композиции без БАВ на их реологическое поведение проведем на основании сравнительного анализа важного структурномеханического параметра, определяющего прочность систем и определяемого графически из кривых течения – динамического предела текучести. 310 290 270 τ 0д , Па 250 230 210 190 1 170 150 2 3 130 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 C, % масс. Рис. 4.14 – Зависимость динамического предела текучести гелей от концентрации ПАВ: 1 – ОЭВЖС с n=3; 2 – ОЭВЖС с n=10; 3 – Твин-80 Рис. 4.14 показывает, что введение всех исследуемых ПАВ в базовую гелевую композицию без биологически активных компонентов приводит к значительному уменьшению прочности системы по сравнению с гелевой композицией без ПАВ (τ0д) [198]. Вероятно, это может быть связано с известной из литературных данных способностью ПАВ в полимерных системах снижать коэффициент трения, повышать скользящий эффект [199]. Величина τ0д при наименьшей исследуемой концентрации ПАВ 0,05% масс. изменяется незначительно: для ОЭВЖС n=3 снижается в 1,03 раз, для ОЭВЖС n=10 – в 1,05 раз, для Твин-80 – в 1,07 раз, что свидетельствует о небольших изменениях в пространственной полимерной сетке [200]. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ происходят более существенные изменения реологического поведения гелевых систем, которые проявляются в разной степени в присутствии различных амфифилов, что позволяет определить концентрационные пределы 131 ввода ПАВ в гели. Так, при повышении концентрации ПАВ до максимального значения динамический предел прочности изменяется в следующих пределах: для системы с ОЭВЖС n=3 τ0д уменьшается в 2,1 раза, для ОЭВЖС n=10 - τ0д - в 2,2 раза, τ0д снижается в 1,9 раз в случае концентрационного диапазона для Твин-80 до 1% масс. включительно. Очевидно, что добавка ПАВ во всех исследуемых композициях в количестве 2% и выше приводит к значительным изменениям в структурно-механических характеристиках, которые могут вызвать затруднения в условиях хранения и мануального применения гелей. Для анализа специфического влияния биологически активных компонентов в присутствии ПАВ на реологические свойства геля приведем обобщенную диаграмму сравнения динамического предела текучести для гелей с ксимедоном и золем ТК-комплекса (рис. 4.15, 4.16). τ0д, Па 350 300 250 200 150 100 50 Базовая композиция Без ПАВ ОЭВЖС с n=3 С золем ТК-комплекса ОЭВЖС с n=10 Твин-80 Рис. 4.15 – Динамический предел текучести гелей с 1% масс. золя ТКкомплекса в присутствии 0,5% масс. ПАВ Как уже упоминалось выше и видно из рис. 4.15-4.16, присутствие всех ПАВ в гелевой системе без БАВ приводит к снижению прочности. При совместном введении в гелевую систему биологически активных веществ и ПАВ происходит меньшее снижение динамического предела текучести. Значительные изменения отмечаются в гелевой системе с ксимедоном по сравнению с золем ТК-комплекса, что свидетельствует о большей структурированности системы. 132 τ0д, Па 350 300 250 200 150 100 50 Базовая композиция Без ПАВ ОЭВЖС с n=3 С ксимедоном ОЭВЖС с n=10 Твин-80 Рис. 4.16 – Динамический предел текучести гелей с 1% масс. ксимедона и ПАВ (0,05% масс. ОЭВЖС с n=3; 1% масс. ОЭВЖС с n=10 и Твин-80) Дифференцированный характер взаимодействия исследуемых ПАВ с антиоксидантными обусловлен и противовоспалительными протеканием возможных веществами конкурирующих может быть процессов при формировании геля. Напомним, что сшитый полимер диспергируется в водной среде в присутствии БАВ и ПАВ, а затем уже происходит образование геля при добавлении щелочного агента (в нашем случае – триэтаноламина). С химической точки зрения, полученные системы многокомпонентны, и выявление механизмов взаимодействия представляется достаточно сложной задачей, учитывая и наличие наночастиц и поверхностно-активных компонентов в золях БАВ (см. главу 3). На данном этапе исследований можно высказать только некоторые предположения. Так, известно, что ПАВ склонны к комплексообразованию с полиэлектролитами. Учитывая их неионный характер в нашем случае, этот комплекс может базироваться на гидрофобных взаимодействиях. Полученная структура геля в результате связывания ПАВ с полимером и стерических факторов менее прочна, о чем мы уже говорили ранее. Одновременное введение ПАВ и БАВ изменяет структуру геля вследствие их ассоциации, возможно при этом уменьшаются взаимодействия ПАВ с полимером, что упрочняет полученную структуру. 133 Ассоциация ПАВ и биологически активных компонентов также может протекать по различным механизмам, что стимулирует дальнейшие исследования. Возможно наличие процессов: 1) абсорбции ПАВ на гидрофильных частицах дисперсной фазы золей, что приводит к увеличению липофильности образуемого ассоциата и интенсификации его траспорта через кожный покров; 2)гидрофобных взаимодействий ПАВ в этих компонентах (на что указывает влияние ГЛБ ОЭВЖС); 3) донорно-акцепторных взаимодействий. 2,2 1 2 С·10 4 , % масс. 1,8 1,6 1,4 2 1,2 1 3 0,8 4 0,6 0,4 0,2 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 t, мин. Рисунок 4.17 - Зависимость содержания золя ТК-комплекса в диализате от времени с содержанием ПАВ 0,5% масс.: 1 – Твин-80; 2 – ОЭВЖС с n=10; 3 – ОЭВЖС с n=3; 4 – без ПАВ К еще одному подтверждению возможного взаимодействия БАВ-ПАВ можно отнести усиление проникновения золя ТК-комплекса через полупроницаемую мембрану в присутствии амфифилов в оптимальных концентрациях в отсутствии карбомера и гелевой структуры (рис. 4.17). Очевидно, что характер влияния ПАВ на процессы высвобождения сохраняется. По сравнению с гелевой композицией концентрация БАВ в диализате увеличивается почти в 2 раза. Диффузия ПАВ к межфазной границе (гидрофобная целлофановая мембрана) сопровождается ассоциацией с БАВ и приводит к усилению высвобождения активной добавки. 134 4.3 Влияние ПАВ на состояния воды в гелях с добавкой золя танинокатехинового комплекса В качестве объекта для изучения влияния ПАВ на состояние воды в гелях была выбрана композиция с золем ТК-комплекса, обладающего ярко выраженными антиоксидантными свойствами (см. главу 3). Концентрация БАВ составляла 1% масс. Для определения содержания свободной воды приведем ДСК-термограмму для случая гелевой системы с ОЭВЖС с n=3. Рисунок 4.18 – ДСК-термограмма геля с золем ТК-комплекса и ОЭВЖС с n=3 Как видно из рис. 4.18, в данной композиции отсутствует промежуточносвязанная вода, имеющая пик в области отрицательных температур. Рассчитанные значения содержания воды (см. главу 3) для гелевых систем с добавкой золя ТК-комплекса и ПАВ приведены в табл. 4.4. Таблица 4.4 – Влияние ПАВ на содержание воды в гелевой композиции с добавкой золя ТК-комплекса Гелевая композиция Без ПАВ Общее содержание воды EW, % 92,8 Содержание Содержание свободной воды связанной воды Wf,, % Wb,, % 87,4 5,4 С Твин-80 91,8 82,8 9,0 С ОЭВЖС с n=3 92,4 88,0 4,4 С ОЭВЖС с n=10 92,3 85,3 7,1 135 Как видно из табл. 4.4, общее содержание воды в гелях с добавкой коллоидной системы ТК-комплекса в присутствии всех ПАВ находится практически на одном уровне. Некоторые отличия наблюдаются в распределении воды на долю свободной и связанной. Содержание связанной воды максимально для системы с Твин-80, наименьшее – для ОЭВЖС с n=3. Эти данные, повидимому, связаны со способностью к гидратации данных ПАВ, в результате чего между кислородными атомами оксиэтиленовых цепей ПАВ и молекулами воды в окружающей их среде образуются водородные связи [201]. А поскольку Твин-80 характеризуется самой массивной оксиэтиленовой цепью, то и взаимодействие с водой для этого ПАВ наибольшее. На основании проведенных коллоидно-химических исследований выявлены оптимальные концентрации введения добавок ПАВ и биологически активных компонентов в разработанные косметические гелевые композиции и обозначены общие рекомендации их применения. Для высокоэффективной антиоксидантной гелевой системы с добавкой золя ТК-комплекса в количестве 1% масс. максимальную интенсивность мембранного транспорта БАВ обеспечивает добавка сорбитан бис(полиоксиэтилен)–моноолеата (Твина-80) в концентрации 0,5% масс. В соответствии с противовоспалительной и регенерирующей активностью ксимедона (1% масс.) в геле, оптимальным ПАВ, приводящим к пролонгированному оксиэтилирования действию n=10. БАВ, Полученные является результаты ОЭВЖС со степенью свидетельствуют, что введением неионных ПАВ в гелевые композиции косметического назначения можно регулировать скорость и эффективность процессов высвобождения биологически активных компонентов и структурно-механические характеристики. Это указывает на необходимость комплексного подхода к разработке рецептур многокомпонентных систем с биологически активными компонентами и ПАВ. 136 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. На основании исследования коллоидно-химических свойств пенообразующих и гелевых систем косметического назначения с биологически активными компонентами определены концентрационные и температурные пределы ввода БАВ антиоксидантного и противовоспалительного действия. 2. Показано, что размеры частиц, фракционный состав и электрокинетические свойства золей ТК-комплекса и меланина зависят от природы и содержания дисперсной фазы. 3. Установлено, что фактором, приводящим к увеличению максимального объема пены композиций с коллоидными системами БАВ, является наличие поверхностно-активных свойств компонентов в составе данных золей. 4. Выявлено и оптимизировано модифицирующее действие БАВ на структурно-механические свойства гелей. Показано, что в присутствии ксимедона наблюдается структурирование системы, а добавки золей активных компонентов снижают прочностные характеристики геля. 5. Анализ термограмм гелевых систем показал, что активные вещества дифференцированно влияют на содержание связанной и свободной воды в гелях по сравнению с базовой композицией. 6. Найдены концентрации неионных ПАВ, обеспечивающих контролируемое высвобождение активных компонентов из гелей. Показано, что для систем с добавкой золя ТК-комплекса ПАВ выполняют функции усилителей проницаемости, а для гелей с ксимедоном приводят к пролонгированию процесса высвобождения. 7. Показана возможность бездефектного определения антиоксидантной активности косметических средств с БАВ методом ЭПР с использованием в качестве зонда ДФПГ˙. 137 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Пилипенко О. П. ПАВ – фундамент рецептур жидких средств для мытья и чистки: История вопроса и теоретические предпосылки // Бытовая химия. 2002. № 10. С. 34-35. 2. Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А. Коллоидная химия: учеб.пособие для университетов и химико-технологических вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2004. 445 с. 3. Коллоидная химия поверхностно-активных веществ и высокомолекулярных соединений: метод. указания / С. А. Богданова С. А., А. Я. Третьякова, О. Р. Шашкина, А. О. Эбель, М. В. Слобожанинова, М. В. Потапова. Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2005. 56 с. 4. Зимон А. Д., Лещенко Н. Ф. Коллоидная химия. 3-е изд., доп. и исправл. М.: АГАР, 2001. 320 с. 5. Тихомиров В. К. Пены: Теория и практика их получения и разрушения. М.: Химия, 1983. 264 с. 6. Surfactants and Polymers in Aqueous Solution / K. Holmberg, B. Jоnsson, B. Kronberg, B. Lindman. West Sussex: J. Wiley and Sons Ltd, 2003. 545 P. 7. Действие реагентов-пенообразователей на процесс флотации фосфоритовых руд / Ф. Ф. Можейко, Т. Н. Поткина, И. И. Гончарик, Л. Н. Войтенко, В. В. Шевчук // Труды БГТУ: Химия и технология неорганических веществ. 2012. № 3. С. 110-115. 8. Коллоидно–химические и функциональные свойства N-(2- гидроксиэтил)алкиламинов и их смесей / М. Г. Щербань, Л. Г. Чеканова, Д. В. Колташев, А. В. Радушев, М. Д. Плотникова, Т. Ю. Насртдинова // Вестник Пермского ун-та: Сер. Химия. 2011. № 3. С. 77-82. 9. Стрельцова Е. А., Гросул А. А., Волювач О. В. Интенсификация флотационного извлечения неионогенных поверхностно-активных веществ // Вестник ОНУ. 2012. Т. 17, № 4. С. 34-41. 138 10. Лобачева О. Л., Литвинова Т. Е. Флотоэкстракция Y(III) из разбавленных водных растворов с применением ПАВ // Материалы Научнопрактической конференции «Наука и образование XXI века». Уфа, 2013. С. 11-14. 11. Константинова Е. П., Николаев П. В., Рожкова Е. П. Пенообразующая способность олигоэфирфосфатных поверхностно-активных веществ // Известия высших учебных заведений: Сер. Химия и химическая технология. 2012. Т. 55, № 9. С. 56-59. 12. Мчедлов-Петросян Н. О., Лебедь А. В., Лебедь В. И. Коллоидные поверхностно-активные вещества: учеб.пособие. Х.: ХНУ им. В.Н. Каразина. 2009. 72 с. 13. Эмелло Г. Г., Бондаренко Ж. В., Черная Н. В. Поверхностно-активные вещества – основа гигиенических моющих средств // Масложировая промышленность. 2013. № 4. С. 32-34. 14. Поверхностно-активные вещества на основе рапсового масла / Л. Н. Пунегова, Т. С. Шитова, И. И. Курбанова, В. А. Альфонсов, А. И. Коновалов, Ю. Н. // Материалы II Всероссийской конференции «Химия и технология растительных веществ». Казань, 2002. С. 80-81. 15. Крысин М. Ю., Столповская Н. В., Картавцев П. А. Получение бетаинов на основе жирных кислот подсолнечного масла // Вестник ВГУ: Сер. Химия. Биология. Фармация. 2013. № 2. С. 42-44. 16. Secondary Fatty Acid Amide Derivatives. Amino-Acid Based Surfactants for Household, Industrial and Personal Care Applications / M. Husmann [et al.] // Sofw J. – 2004. - №6. – P. 56-61. 17. Hensen H., Seipel W., Behler A. Modern Formulation Approach Based on the New Anionic Alkyl Polyglycoside // Sofw J. 2004. № 5. P. 4-10. 18. Storsberg J., Laschewsky A. Polymer Surfactants – Novel Active Agents with Exceptional Properties // Sofw J. 2005. № 2. P. 48-52. 19. Исследование поверхностно-активных и функциональных свойств бинарных смесей неионогенных ПАВ / М. Г. Щербань, А. Л. Габов, 139 А. А. Новиков, Н. А. Медведева, М. А. Дерендяев // Вестник Пермского ун-та: Сер. Химия. 2012. № 3. С. 102-107. 20. Эбель А. О., Таджиева Р. Д., Богданова С. А. Влияние кинетики формирования поверхностного слоя на пенообразующую способность композиций ПАВ // Вестник Казан. технол. ун-та. 2013. Т.16, № 24. С. 36-39. 21. Эбель А.О. Влияние неионных ПАВ и их композиций на поверхностные свойства простых олигоэфиров: дисс. ... канд. хим. наук. Казань, 2004. 185 с. 22. Оценка коллоидно-химических характеристик моющих композиций на основе бинарной смеси поверхностно-активных веществ / Л. А. Дерзаева, А. И. Курмаева, Е. Г. Горелова, В. П. Барабанов, Н. В. Сафаргали, Р. И. Юсупова // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. № 6. С. 24-30. 23. Способы получения СМС и сравнительный анализ их свойств / Л. А. Дерзаева, Н. В. Сафаргали, А. Х. Газизова, А. И. Курмаева, В. П. Барабанов // Вестник Казан. технол. ун-та. 2009. № 6. С. 177-183. 24. Самуйлова Л. В., Пучкова Т. В. Косметическая химия: учеб.издание. Ч.1: Ингредиенты. М.: Школа косметических химиков, 2005. 336 с. 25. Storsberg J., Laschewsky A. Polymer Surfactants – Novel Active Agents with Exceptional Properties // Sofw J. 2005. № 2. P. 48-52. 26. Cryptoanionic Specialty Surfactants for Personal Care Applications / H. Denzer [et al.] // Sofw J. – 2001. - №2. – P. 19-28. 27. Mikami N., Oota R. An Amino Acid Based Surfactant Targeting Shampoo Based on a Natural Concept // Sofw J. 2008. № 2. P. 21-25. 28. Филиппова О. Е. «Восприимчивые» полимерные гели // Высокомолекулярные соединения. 2000. Т. 42, № 12. C. 2328–2352. 29. Osada Y., Gong J. P., Tanaka Y. Polymer gels // J. Macromol. Sci. 2004. V. C44. P. 87–112. 30. Роговина Л. З., Васильев В. Г., Браудо Е. Е. К определению понятия «полимерный гель» // Высокомолекулярные соединения. 2008. Т. 50, № 7. С. 1397-1406. 140 31. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1976. 512 с. 32. Hennink W. E., van Nostrum C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. // Advanced Drug Delivery Reviews. 2002. Vol. 54. P. 13-36. 33. Пименов В. Г., Шевелева Е. Е., Сахаров А. М. Низкоплотные микроячеистые полимерные аэрогели на основе ацетата целлюлозы // Материалы V Международной конференции «Физикохимия растительных полимеров». Архангельск, 2013. С. 255-256. 34. Philippova O. E. Responsive Polymer Gels // Polymer Sci. 2000. V. 42, N 2. P. 208-228. 35. Процессы самоорганизации и гелеобразования в водном растворе Lцистеина и нитрата серебра / П. М. Комаров, И. В. Михайлов, В. Г. Алексеев, С. Д. Хижняк, П. М. Пахомов // Ж. структурной химии. 2012. Т. 52, N 5. С. 1006-1023. 36. Влияние pН при полимеризации на свойства слабозаряженного гидрофобно модифицированного полиакриламида / Ю. А. Шашкина, Ю. Д. Зарослов, Т. А. Пряхина, И. В. Благодатских, О. Е. Филиппова, А. Р. Хохлов// Структура и динамика молекулярных систем. 2003. № 10. С. 202-205. 37. Polymer Gels and Networks / Ed. by Y. Osada, A. R. Khokhlov. N.Y.: M. Dekker Inc. 2001. 400 p. 38. Роговина Л. З. Влияние условий синтеза на строение гидрофобно модифицированных полиакриламидов и реологию их растворов и гелей // Высокомолек. соед. 2004. Т. 46, № 4. С. 644. 39. Yang Y., Sсhulz D., Steiner C. A. Physical Gelation of Hydrophobically Modified Polyelectrolytes I.Homogeneous Gelation of Alkylated poly[acrylamide-cosodium acrylate // Langmuir. 1999. N 15. P. 4335-4343. 40. Il'ina A. V., Varlamov V. P. Effect of physicochemical parameters on the formation of chitosan-based gels // Applied Biochemistry and Microbiology. 2004. N 6. P. 599-602. 141 41. Пахомов П. М. Структурные перестройки при гель-формовании высокопрочных полимерных волокон // Физика твердого тела. 2005. Т. 47. № 6. С. 994-999. 42. Исследование свойств гидрогелей на основе сополимеров 2- гидроксиэтилметакрилата / И. Л. Валуев, В. К. Кудряшов, И. В. Обыденнова, Г. А. Сытов, Л. И. Валуев // Вестник Моск. ун-та. 2003. Т. 44, № 2. С. 149-152. 43. Picot D. R., Ross-Murphy S.B. Polymer Gels and Networks/ Ed. by Y.Osada, A.R. Khokhlov. N.Y.: Marcel Dekker Inc. 2001. P.47-65. 44. Дубровский С. А., Харитонова Л. А. Упругость гидрогелей, получаемых фотополимеризацией макромономеров // Высокомолек. соед. 2004. Т.45, № 9. С. 1505-1510. 45. Кудина Е. Ф., Печерский Г. Г., Полещук Н. С. Исследование физикомеханических свойств органосиликатных // Вестник национальной академии наук Белоруссии. 2011. № 2. С. 18-22. 46. Davankov V. A., Pastukhov A. V., Tsyurupa M. P. Unusual mobility of hypercrosslinked polystyrene networks: swelling and dilatometric studies // J. Polym. Sci. 2000. Vol. 38. P. 1553-1563. 47. Филиппова О. Е. «Умные» полимерные гидрогели // Природа. Серия Химия. 2005. № 8. С. 11-17. 48. Sircar S., Keener J. P., Fogelson A. L. The effect of divalent vs. monovalent ions on the swelling of Mucin-like polyelectrolyte gels: Governing equations and equilibrium analysis // J. Chem. Phys. 2013. N 138. 16 P. 49. Sing Сh. E., Zwanikken J. W., Cruz M. O. Effect of Ion–Ion Correlations on Polyelectrolyte Gel Collapse and Reentrant Swelling // Macromolecules. 2013. Vol. 46 P. 5053–5065. 50. Термо- и рН-чувствительные гели на основе хитозана, полученные с использованием диазида терефталевой кислоты / А. Е. Мочалова, А. В. Будруев, А. В. Олейник, Л. А. Смирнова // Перспективные материалы. 2009. № 5. С. 61-65. 51. Ельяшевич Г. К., Бельникевич Н. Г., Веснеболоцкая С. А. Процессы набухания/сжатия гидрогелей полиакрилата натрия в средах с различными 142 значениями рН // Высокомолекулярные соединения. 2009. Т. 51А, № 5. С. 809-812. 52. Тагер А. А. Физикохимия полимеров. М.: Научный мир, 2007. 573 с. 53. Jiang Z., You Y., Deng X., Hao J. Injectable hydrogel of poly(еcaprolactonecoglycolide)-poly(ethyleneglycol) poly(еcaprolactone-coglycolide) triblock copolymer aque ous solutions // Polymer. 2007. Vol. 48. P. 4786–4792. 54. Современные подходы к разработке нормативного документа на гели косметические на основе карбопола / О. В. Гудзь, О. А. Худайкулова, Е. И. Яковенко, И. К. Савкова // Провизор. 2000. № 12. С. 42-43. 55. Децина А. Н. Теория мягких косметологических воздействий. Современная косметология: монография. Новосибирск: СО РАСХН, 2001. 505 с. 56. Реологическое поведение гелей желатины с добавками анионного полисахарида / А. А. Маклакова, Ю. В. Кондратюк, Н. Г. Воронько, С. Р. Деркач // Известия КГТУ. 2012. Т. 25. С. 90-97. 57. Талабаева С. В., Кадникова И. А., Соколова В. М. Исследование параметров экстрагирования каррагинана в технологии получения каррагинанового гидрогеля // Биотехнология. 2007. № 1. С. 75-80. 58. Влияние различных технологических факторов на реологические характеристики альгинатных гелей / Л. С. Большакова, Е. В. Литвинова, Н. Д. Жмурина, Е. И. Бурцева // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 1-7. 59. Боймирзаев А. С. Стерическая эксклюзионная хроматография водорастворимых полисахаридов // Химия растительного сырья. 2009. № 2. С. 19–28. 60. Инагамов С. Я., Мухамеджанова М. Ю., Мухаммедов Г. И. Поликомплексные гели на основе натрий карбоксиметилцеллюлозы – новые пролонгаторы лекарственных препаратов // Химия растительного сырья. 2011. № 2. С. 51–56. 143 61. Сысуев Б. Б. Биофармацевтическая оценка мягких лекарственных форм на основе минерала бишофит // Современные наукоемкие технологии. 2004. № 1. С. 70-71. 62. Sareen R., Kumar S., Gupta G. D. Meloxicam Carbopol-based gels: characterization and evaluation // Curr. Drug. Deliv. 2011. V. 8, N 4. P. 407-415. 63. Полимеры в косметике: реология, гелеобразование, и межмолекулярные взаимодействия / Под ред. С. А. Павлова. М.: Ро’КОЛОР, 2000. 35 с. 64. Effects of a per acetic acid disinfection protocol on the biocompatibility and biomechanical properties of human patellar tendon allografts / R. J. Lomas, L. M. Jennings, J. Fisher, J. N. Kearney // Cell Tissue Bank. 2004. N 5. Р. 149-160. 65. Polymeric Biomaterials: Second Edition, Revised and Expanded / Ed. by Severian Dumitriu. N.Y.: M. Dekker Inc., 2002. 1168 p. 66. Разработка стимуляторов роста волос / Л. Н. Залялютдинова, Г. Т. Вафина, Ю. А. Романова, С. А. Богданова // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 1. С. 75-76. 67. Carbopol 934, 940 and Ultrez 10 as viscosity modifiers of palm olein esters based nano-scaled emulsion containing ibuprofen / G. A. Abdullah, M. F. Abdulkarim, C. Mallikarjun, E. S. Mahdi, M. Basri, M. A. Sattar, A. M. Noor // Pak. J. Pharm. Sci. 2013. V. 26. P. 75-83. 68. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии / Под ред. В. Г. Куличихина. М.: КолосС, 2003. 312 с. 69. Малкин А. Я., Исаев А. И. Реология: концепции, методы, приложения СПб.: Профессия, 2007. 560 с. 70. Самченко Ю. М., Ульберг З. Р., Комаровский С. А. Реологические свойства сополимерных гидрогелей на основе акриламида и акриловой кислоты // Коллоидный журнал. 2003. Т. 65, № 1. С. 87-92. 71. Доня Д. В., Леонов А. А. Инженерная реология: учеб.пособие. Кемерово : КемТИПП, 2009. 124 с. 72. Сравнительные исследования структурно-механических характеристик интраназальных мягких лекарственных форм нимодипина / И. О. Рогачев, 144 В. В. Гладышев, Б. С. Бурлака, И. Л. Кечин // Запорожский медицинский журнал. 2011. Т. 13, № 3. С. 92-94. 73. Cross M.M. Relation between viscoelasticity and shear-thinning behaviour in liquids // Rheologica Acta. 1979. V. 18. P. 609-614. 74. Карталов М. Г. Исследование структурно-механических свойств мази «Карталин» // Бюллетень сибирской медицины. 2009. № 3. С. 48-53. 75. Ляпунов Н. А., Воловик Н. В. Создание мягких лекарственных средств на различных основах: Исследование реологических свойств гелей, образованных карбомерами // Фармаком. 2001. № 2. С. 1-10. 76. Реологические свойства гидрогелей на основе полиакриламида / Т. В. Шевченко, Е. В. Ульрих, М. А. Яковченко, А. Н. Пирогов, О. Е. Смирнов // Коллоидный журнал. 2004. Т. 66, № 6. С. 840-843. 77. Воронько Н. Г., Деркач С. Р., Беляевский А. Т. Структурные свойства пищевых многокомпонентных гелей по данным растровой электронной микроскопии // Вестник МГТУ. 2004. Т. 7, № 1. С. 47-49. 78. Свойства гелей каррагенана с иммобилизованным лизоцимом / Г. П. Ямпольская, А. А. Еленский, Н. В. Панькина, Б. Н. Тарасевич, В. Г. Куличихин // Коллоидный журнал. 2009. Т. 71, № 2. С. 275-284. 79. Sohal R. S. Role of oxidative stress and protein oxidation in the aging process // Free Radic. Biol. Med. 2002. N 33. Р. 37-44. 80. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестник РАМН. 1998. № 7. С. 43–51. 81. Antioxidant Capacity of Selected Plant Extracts and Their Essential Oils / C. Proestos, K. Lytoudi, O. K. Mavromelanidou, P. Zoumpoulakis, V. J. Sinanoglou // Antioxidants. 2013. N 2. P. 11-22. 82. Зенков Н. К., Ланкин В. З., Меньщикова Е. Б. Окислительный стресс. М.: Наука, 2001. 343 с. 83. Slupphaug G., Kavli B., Krokan H. E. The interacting pathways for prevention and repair of oxidative DNA damage // Mutat. Res. 2003. V. 29, N 3. P. 231-251. 145 84. Зайцев В. Г., Островский О. В., Закревский В. И. Связь между химическим строением и мишенью действия как основа классификации антиоксидантов прямого действия // Экспер. клин. фармакол. 2003. Т. 66, №. 4. С. 66-70. 85. Ленинджер А. Биохимия: Молекулярные основы структуры и функции клетки М.: «Мир», 1999. 512 с. 86. Ляхович В. В. Активированные кислородные метаболиты в монооксидазных реакциях // Бюллетень СО РАМН. 2005. № 4. С. 7-12. 87. Симахина Г. А., Науменко Н., Симахина Г. О. Растительные антиоксиданты в системе регулирования свободнорадикального окисления // Продукты и ингредиенты. 2008. С. 104-107. 88. The maximal amount of dietary б-tocopherol intake in U.S. adults / X. Gao, P. E. Wilde, A. H. Lichtenstein, O. I. Bermudez, K. L. Tucker // J. Nutr. 2006. V. 136. P. 1021-1026. 89. Fischer B. B., Hideg E., Krieger-Liszkay A. Production, Detection, and Signaling of Singlet Oxygen in Photosynthetic Organisms // Antioxidants & redox signaling. 2013. V. 18, N 16. P. 2145-2162. 90. Кузьменко Д. И., Серебров В. Ю., Удинцев С. Н. Свободно-радикальное окисление липидов, активные формы кислорода и антиоксиданты: роль в физиологии патологии клетки. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. 214 с. 91. Рудольф Т. Витамины и другие активные добавки «второго плана» в солнцезащитных косметических средствах // Söfw Journal. 2002. № 5. С. 4-8. 92. Flavonoids: a review of probable mechanisms of action and potential applications / R. J. Nijveldt, E. van Nood, D. E. van Hoorn, P. G. Boelens, K. van Norren, P. A. van Leeuwen // Am. J. Clin. Nutr. 2001. N 74. Р. 418–425. 93. Окислительный стресс и антиоксиданты: организм, кожа, косметика / Под ред. А. Петрухиной. М.: Косметика и медицина. 2006. 288 с. 94. Состав и свойства пектиновых полисахаридов зверобоя продырявленного Hypericum Perforatum L. / А. А. Злобин, Е. А. Мартинсон, И. А. 146 Овечкина, Е. А. Дурнев, Р. Г. Оводова, С. Г. Литвинец // Химия растительного сырья. 2011. № 1. С. 33-38. 95. Кукина Т. П., Баяндина И. И., Покровский Л. М. Неполярные компоненты экстрактов зверобоя продырявленного // Химия растительного сырья. 2007. № 3. С. 39–45. 96. Экспрессная оценка антиоксидантной активности растительного сырья / И. Ф. Абдуллин, Н. Н. Чернышева, Е. Н. Турова, Е. Н. Офицеров, Г. К. Будников, Р. Ш. Хазиев // Материалы II Всероссийской конференции «Химия и технология растительных веществ». Казань, 2002. С. 77-78. 97. Влияние параметров диспергирования крапивы двудомной (Urnica dioica L.) на изменения степени измельчения, выходов и свойств экстрактивных веществ / Н. В. Юдина, А. А. Иванов, Ю. В. Лоскутова, В. И. Писарева, В. Н. Буркова // Химия растительного сырья. 2012. № 1. С. 137-142. 98. Айдарханова К. А. Влияние масляных экстрактов крапивы и корня солодки на состояние перекисного окисления липидов и антиоксидантной системы организма: автореф. ... канд. мед. наук. Москва, 2002. 24 с. 99. New Ingredients and Formulation // Sofw J. 2005. N 2. P. 42-48. 100. Сычев К., Стыскин И. Анализ полифенольных соединений кофе и чая в условиях гидрофильного режима ВЭЖХ // Аналитика. 2012. № 4. С. 56-61. 101. Федина П. А., Яшин А. Я., Черноусова Н. И. Определение антиоксидантов в продуктах растительного происхождения амперометрическим методом // Химия растительного сырья. 2010. № 2. С. 91–97. 102. Барабой В. А. Катехины чайного растения: Структура, активность, применение // Биотехнология. 2008. Т. 1, № 3. С. 25-36. 103. Webb T. Green tea experiments in lab, clinic yield mixed results // J. Nat. Cancer Inst. 2000. V. 92. P. 1038–1059. 104. (-)-Epicatechin inhibits nitration and dimer ization of tyrosine in hydrophilic as well as hydrophobic environments / P. Schroeder, H. Zhang, L. O. Klotz // Ibid. 2001. V. 289. P. 1334–1338. 147 105. Исследование золя водных извлечений чаги. IX. Определение размеров частиц дисперсной фазы золя извлечений из чаги / М. А. Сысоева, В. Р. Хабибрахманова, В. С. Гамаюрова, Л. А. Кудрявцева // Химия растительного сырья. 2008. № 2. С. 75–80. 106. Сысоева М.А. Высокоактивные антиоксиданты на основе гриба Inonotus obliquus: автореф. … канд. докт. хим. наук. Казань, 2009. 33 с. 107. Исследование физико-химических свойств хромогенных комплексов трутовиков плоского и окаймленного / А. И. Носов, М. А. Сысоева, В. А. Гревцев, Ф. Г. Халитов // Химия растительного сырья. 2013. № 3. С. 195-200. 108. Исследование золя водных извлечений чаги. III. Влияние состава сырья на выход экстрактивных веществ водных извлечений чаги / М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, В. С. Гамаюрова, П. П. Суханов, Г. К. Зиятдинова, Г. К. Будников // Химия растительного сырья. 2004. № 4. С. 29–34. 109. The increasing of the antioxidant activity of chaga water extracts and melanins. I. treatment of the chaga water extracts by water solutions of hyperbranched polymers / M. A. Sisoeva, G. A. Ivanova, V. R. Gamaiourova, G. K. Ziyatdinova, H. K. Budnikov, L. Ya. Zakharova, M. A. Voronin // Chemistry of plant raw material. 2010. N 2. P. 105-108. 110. Антиоксидантная активность ксимедона в комплексном лечении хирургических инфекций / В. И. Погорельцев, В. Ю. Терещенко, А. А. Чиркин, Г. К. Зиятдинова, Г. К. Будников // Казанский медицинский журнал. 2005. Т. 86, № 4. С. 346-347. 111. Ксимедон в клинической практике / С. Г. Измайлов, Г. А. Измайлов, М. Ю. Аверьянов, В. С. Резник. Н.Новгород: НГМА, 2001. 188 с. 112. Взаимодействие редкосшитой полиакриловой кислоты и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с ксимедоном (1-(β-оксиэтил)-4,6-диметил-1,2дигидро-2-оксопиримидином) в водной среде / Н. Б. Мельникова, Д. А. Пантелеев, О. Е. Жильцова, А. А. Волков, М. В. Гуленова, Т. В. Саликова // Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 5. С. 91-96. 148 113. Хасанов В. В., Рыжова Г. Л., Мальцева Е. В. Методы исследования антиоксидантов // Химия растительного сырья. 2004. № 3. С. 63-75. 114. Волков В.А. Физико-химические закономерности взаимодействия 2,2дифенил-1-пикрилгидразила с антиоксидантами растительного происхождения: Автореф. дис. … канд. хим. наук. Тверь, 2010. 20 с. 115. Synthesis, Characterization, and Evaluation of Radical Scavenging Ability of Ellagic Acid-Loaded Nanogels / B. Gautam, S. Monal, D. Saurabh, Ch. Aruna, Ch. Madhu // J. of Nanomaterials. 2011. N 5. P. 1-9. 116. Antioxidant Properties of Plant Extracts: an EPR and DFT Comparative Study of the Reaction with DPPH, TEMPOL and Spin Trap DMPO / A. B. Santos, D. H. S. Silva, V. S. Bolzani, L. A. Santos, T. M. Schmidt, O. Baffa // J. Braz. Chem. Soc. 2009. V. 20, N8. Р. 1483-1492. 117. Kogan A., Garti N. Microemulsions as transdermal drug delivery vehicles // Adv. Colloid Interface Sci. 2006. V. 123. P. 369-385. 118. Kaur I. P., Kapila M., Agrawal R. Role of novel delivery systems in developing topical antioxidants as therapeutics to combat photoageing // Ageing Research Reviews. 2007. V. 6. P. 271-288. 119. Responsive polymers in controlled drug delivery / A. K. Bajpai, S. K. Shukla, S. Bhanu, S. Kankane // Progr. Polym. Sci. 2008. V. 33. P. 1088–1118. 120. Шульга С. М. Липосомы и наносомы: структура, свойства, производство // Biotech. Acta. 2013. V. 6, № 5. P. 19-40. 121. Толчева Е. В., Оборотова Н. А. Липосомы как транспортное средство для доставки биологически активных молекул // Рос. биофармацевтический журнал. – 2006. Т. 5. № 1. С. 54-61. 122. Барышников А. Ю., Оборотов Н. А. Иммунолипосомы — новое средство доставки лекарственных препаратов // Совр. онкология. 2003. Т. 3, № 2. С. 12-15. 123. Gоmez-Hens A., Fernandez-Romero J. M. Analytical methods for the control of liposomal delivery systems // Trends in Analytical Chem. 2006. V. 25. P. 167-178. 149 124. Кутц Г. Косметические кремы и эмульсии: Состав. Получение. Методы испытаний: пер. с нем. М.: ИД "Косметика и медицина", 2004. 267 с. 125. Карлина М. В., Пожарицкая О. Н., Шиков А. Н. Разработка микроэмульсии с дигидрокверцетином и ее биофармацевтическая оценка // Химико-фармацевтический журнал. 2009. Т. 43, № 6. С. 46-48. 126. Сумм Б. Д., Иванова Н. И. Объекты и методы коллоидной химии в нанохимии // Успехи химии. 2000. Т. 69, № 11. С. 995–1008. 127. Responsive polymers in controlled drug delivery / A. K. Bajpai, S. K. Shukla, S. Bhanu, S. Kankane // Progr. Polym. Sci. 2008. V. 33. P. 1088–1118. 128. Cellular automata model for drug release from binary matrix and reservoir polymeric devices / T. J. Laaksonen, М. Н. Laaksonen, T. J. Hirvonen, L. Murtomäki // Biomaterials. 2009. V. 30. P. 1978–1987. 129. Antibiotic releasing porous polymethylmethacrylate constructs for osseous space maintenance and infection control / M. Shi, J. D. Kretlow, A. Nguyen, S. Young, L. Baggett, M. E. Wong, F. K. Kasper, A. G. Mikos // Biomaterials. 2010. V. 31. P. 4146–4156. 130. Development of reservoir type transdermal enantioselective controlled delivery system for racemic propranolol using a molecularly imprinted polymer composite membrane / R. Suedee, C. Bodhibukkana, N. Tangthong, C. Amnuaikit, S. Kaewnopparat, T. Srichana // J. Control. Release. 2008. V. 129. P. 170–17. 131. Ferrero C., Bravo I., Jimenez-Castellanos M. R. Drug release kinetics and fronts movement studies from methyl methacrylate (MMA)copolymer matrix tablets: effect of copolymer type and matrix porosity // J. Control. Release. 2003. V. 92. P. 69–82. 132. Modulation of drug release from hydrogels by using cyclodextrins: the case of nicardipine/β-cyclodextrin systems in crosslinked polyethylenglycol / F. Quaglia, G. Varricchi, A. Miro, M. I. Rotonda, D. Larobina, G. Mensitieri // J. Control. Release. 2001. V. 71. P. 329–337. 133. Григорьева М. В. Полиуретановые композиты как носители лекарств: характеристики высвобождения // Biotechnol. Acta. 2013. Т. 6, № 5. С. 41-48. 150 134. Decontamination of chemical and biological warfare agents with a single multi-functional materials / G. Amitai, H. Murata, J. D. Andersen, R. R. Koepsel, A. J. Russell // Biomaterials. 2010. V. 31. P. 4417–4425. 135. Recombinant gelatin hydrogels for the sustained release of proteins / M. Sutter, J. Siepmann, W. E. Hennink, W. Jiskoot // J. Control. Release. 2007. V. 119. P. 301–312. 136. Release of theophylline from polymer blend hydrogels / J. Liu, Sh. Lin, L. Li, E. Liu // Inter. J. Pharm. 2005. V. 298. P. 117–125. 137. Badi N., Lutz J. F. PEG based thermogels: Applicability in physiological media // J. Control Release. 2010. V. 140. P. 224–229. 138. Полимерные гидрогели для иммобилизации лекарственных веществ, обладающие эффектом памяти / В. Н. Павлюченко, С. С. Иванчев, О. Н. Примаченко, С. Я. Хайкин, В. Ф. Даниличев, В. С. Прошина, В. А. Трунов, В. Т. Лебедев, Ю. В. Кульвелис // Высокомолекулярные соединения. 2011. Т. 53, № 4. С. 560-573. 139. Эрнандес Е. И., Марголина А. А., Петрухина А. О. Липидный барьер кожи. М.: Клавель, 2003. 340 с. 140. Белякова А. Системы доставки в косметике: «кто» они и для чего нужны // Косметика и медицина. 2008. № 2. С.42-53. 141. Плетнев М. Ю. Неионогенные поверхностно-активные вещества. М.: Химическая промышленность, 2000. 305 с. 142. Задымова Н.М. Коллоидно-химические аспекты трансдермальной доставки лекарств (обзор) // Коллоидный журнал. 2013. Т. 75, 5. С. 543-556. 143. Paulsson M., Edsman K. Controlled Drug Release from Gels Using Surfactant Aggregates. II. Vesicles Formed from Mixtures of Amphiphilic Drugs and Oppositely Charged Surfactants // Pharm. Research. 2001. V. 18, N 11. P. 1586-1592. 144. Барановский В. Ю. Молекулярная подвижность в мицеллярных комплексах неионогенного поверхностно-активного вещества с гидрогелем на основе полиакриловой кислоты // Коллоидный журнал. 2011. Т. 73, № 1. С. 9-14. 151 145. Реологические свойства композиций полимерного гидрогеля на основе полиакриловой кислоты и анионоактивных ПАВ / Ю. В. Матрунчик, Е. С. Воробьева, И. И. Басалыга, Н. П. Крутько // Вестник Национальной академии Беларуси. 2009. № 3. С. 23-27. 146. Сравнительная оценка модифицирующего действия добавки зеленой глины и цвиттерионного ПАВ на композицию косметического геля / Н. В. Шигаева, М. В. Потапова, Р. И. Юсупова, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник казан. технол. ун-та. 2013. Т. 16, № 11. С.95-98. 147. Основы органической химии средств оздоровительной и декоративной косметики: учеб. пособие для вузов / А. Т. Солдатенков, Г. В. Авраменко, К. Б. Полянский, А. П. Титова, А. В. Кухаренко: Под ред. А. Т. Солдатенкова. М.: ИКЦ «Академкнига», 2008. 352 с. 148. Основы косметической химии: Базовые положения и современные ингредиенты / Под ред. Т. В. Пучковой. М.: Школа косметических химиков, 2011. 408 с. 149. Разработка и исследование косметических композиций с экстрактами чаги / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, В. Р. Хабибрахманова, Ю. Г. Галяметдинов // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 3. С. 29-34. 150. Полимерные косметические гидрогели с биологически активными веществами / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Международной молодежной научной школы «Кирпичниковские чтения». Казань, 2012. С. 202-204. 151. Способ получения экстракта чаги: пат. 2448721 Рос. Федерация. № 2010124076/15, заявл. 11.06.2010; опубл. 20.12.2011, Бюл. № 12. 1 с. 152. Способ получения экстрактов гриба чаги: пат. 2464032 Рос. Федерация. № 2010124207/15, заявл. 11.06.2010;опубл. 20.12.2011,Бюл. № 29. 1 с. 153. Изучение противовоспалительной активности новых аминокислотных комплексов лития, меди и кобальта / Л. Н. Залялютдинова, Л. Р. Ульянина, 152 А. Н. Фахрутдинова, В. Г. Штырлин // Материалы IV съезда фармакологов России «Инновации в современной фармакологии». Казань, 2012. С. 68. 154. Саутина Н. В. Взаимодействие водных растворов некоторых неионных ПАВ – производных оксида этилена с поверхностью полимеров: дис. ... канд. хим. наук. Казань, 2009. 178 с. 155. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. 2-е изд., стер. М.: Академия, 2007. 240 с. 156. Madhujith T., Shahidi F. Optimization of extracting antioxidative constituents of six barley cultivars and their antioxidant properties // J. Agric. Food Chem. 2006. № 54. P. 8048-8057. 157. Русанов А. И., Прохоров В. А. Межфазная тензиометрия. СПб: Химия, 1994. 400 с. 158. ГОСТ 22567.5-93. Средства моющие синтетические и вещества поверхностно-активные: Методы определения концентрации водородных ионов. Изд. перераб. 2003. М.: Изд-во стандартов, 2003. 7 с. 159. ГОСТ 31695-2012. Гели косметические: Общие технические условия. М.: Стандартинформ. 2013. 8 с. 160. Сравнительные исследования структурно-механических характеристик интраназальных мягких лекарственных форм нимодипина / И. О. Рогачев, В. В. Гладышев, Б. С. Бурлака., И. Л. Кечин // Запорожский медицинский журнал. 2011. Т. 13, № 3. С. 92-94. 161. Губанов О. Д., Вергейчик Е. Н., Губанова Л. Б. Изучение биодоступности кетопрофена в мазях на гидрофильной основе // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2009. № 2. С. 161-164. 162. Swelling characterizations of chitosan and polyacrylonitrile semiinterpenetrating polymer network hydrogels / S. J. Kim, S. R. Shin, Y. M. Lee, S. I. Kim // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 87. P. 2011-2015. 163. Шугалей И. В, Гарабаджиу А. В., Целинский И. В. Химия белка: учеб. пособие. СПб.: Проспект Науки, 2010. 200 с. 153 164. Влияние экстрактов чаги на коллоидно-химические свойства композиций косметического назначения / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы V Молодежной конференции ИОХ РАН. Москва, 2012. С. 205-206. 165. Вилкова Н. Г., Еланева С. И. Влияние гидрофобности частиц кремнезема на устойчивость пен и пенных пленок // Известия высших учебных заведений: Сер. Химия и химическая технология. 2013. Т. 56, № 9. С. 62-66. 166. Романова Ю. А., Богданова С. А., Залялютдинова Л. Н. Получение и свойства полимерных косметических гелей с биологически активными веществами // Материалы XVIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «V Кирпичниковские чтения «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений». Казань, 2009. С. 192. 167. Структурно-механические свойства полимерных гелей с биологически активными добавками / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы научной школы с международным участием «Актуальные проблемы науки о полимерах». Казань, 2011. С. 112-114. 168. Шигабиева Ю. А., Богданова С. А., Галяметдинов Ю. Г. Структура и свойства полимерных гидрогелей с биологически активными добавками // Материалы VI Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры-2014». Москва, 2014. С. 654. 169. Полимерные лечебно-косметические гели с меланином чаги / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы научной школы с международным участием «Новые материалы и технологии переработки полимеров». Казань, 2012. С. 131-134. 170. Экстракты чаги – биокомпоненты гетерогенных косметических композиций / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной 154 научной школы «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности». Казань, 2012. С. 63. 171. Шигабиева Ю. А., Богданова С. А., Галяметдинов Ю. Г. Влияние биологически активных веществ на свойства гетерогенных косметических композиций // Материалы VI конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем». Иваново, 2011. С. 150. 172. Получение, структура и свойства биоактивных гелей / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Волгоград, 2011. С. 356. 173. Арет В. А., Николаев Б. Л., Николаев Л. К. Физико-механические свойства сырья и готовой продукции. СПб.: ГИОРД, 2009. 448 с. 174. Аntioxidant activity relationship of phenolic compounds in Hypericum perforatum L. / D. Z. Orcic, N. M. Mimica-Dukic, M. M. Franciskovic, S. S. Petrović, E. D. Jovin // Chemistry Central J. 2011. V. 5, N 34. P. 1-8. 175. Volkov V. A., Dorofeeva N. A., Pakhomov P. M. Kinetic method for studying the antiradical activity of medicinal plant extracts // Pharm. Chem. J. 2009. V. 43, N 6. P. 333 – 337. 176. Лечебно-косметические композиции антиоксидантного действия с липоевой кислотой / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной научной школы «Биоматериалы и нанобиоматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности». Казань, 2012. С. 65. 177. Enhanced DPPH radical scavenging activity and DNA protection effect of litchi pericarp extract by Aspergillus awamori bioconversion / S. Lin, B. Yang, F. Chen, G. Jiang, Q. Li, X. Duan, Y. Jiang // Chemistry Central J. 2012. V. 6. P. 1-8. 178. Применение метода электронного парамагнитного резонанса для определения антиоксидантной активности структурированных коллоидных систем / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, В. И. Морозов, М. К. Кадиров, Ю. Г. Галяметдинов // ЖПХ. 2013. Т. 86, № 8. С. 1331-1336. 155 179. Phytochemical and antioxidant characterization of Hypericum perforatum alcoholic extracts / B. A. Silva, F. Ferreres, J. O. Malva, A. C. P. Dias // Food Chem. 2005. V. 90, N 1. P. 157—167. 180. Изучение реакции госсипола с 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом / В. И. Рыбаченко, Н. С. Илькевич, Г. Шредер, А. Ф. Дмитрук, К. Ю. Чотий, В. А. Боровик // Научные работы Донецкого национального технического университета: Сер. Химия. 2007. № 9. С. 77-80. 181. Evaluation of antioxidant activity of aniline and polyaniline / M. GizdavicNicolaidis M., J. Travas-Sejdic, P. A. Kilmartin, G. A. Вowmaker, R. P. Cooney // J. Current Applied Physics. 2004. N 4. P. 343-347. 182. Экстракты чаги – перспективные биологически активные компоненты косметических композиций / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы XII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Казань, 2012. С. 149-151. 183. Особенности структуры полу-ВПС на основе полиуретановых гелей и полиметакриловой кислоты и характеристики их водонабухания / Т. Т. Алексеева, Ю. С. Липатов, Л. А. Сорочинская, Н. В. Яровая // Вопросы химии и химической технологии. 2008. № 1. С. 72-78. 184. Экстракты чаги – перспективные биологически активные компоненты косметических композиций / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, О. Ю. Кузнецова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы XII Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». Казань, 2012. С. 149-151. 185. Moini H., Packer L., Saris N. L. Antioxidant and Prooxidant Activities of α – Lipoic Acid and Dihydrolipoic Acid // Toxicology and Applied Pharmacology. 2002. V. 182. P. 84-90. 186. Изучение противовоспалительного и фотопротективного действия лекарственных препаратов при местном применении на модели ультрафиолетовой эритемы / Л. Н. Залялютдинова, Н. М. Насыбуллина, 156 Р. Р. Зверев, Е. Н. Захматова // Сб. научных трудов «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции». Пятигорск, 2004. С. 275-276. 187. Изучение противовоспалительной активности кислоты тиоктовой / Л. Н. Залялютдинова [и др.] // Современные наукоемкие технологии. 2004. № 4. С. 35. 188. Залялютдинова Л. Н., Хафизьянова Р. Х., Валеева И. Х. Влияние аминокислотного комплекса микроэлементами на лития организм композиции животных, аминокислоты подвергающихся с стрессовому воздействию // Сб. статей «Физиология организмов в нормальных и экстремальных условиях». Казань, 2001. С. 137-140. 189. Влияние композиции аминокислот с микроэлементами на содержание парамагнитных центров животных лимфосаркомы Плисса / Л.Н. Залялютдинова [и др.] // Международная школа современного развития магнитнорезонансной спектроскопии. Казань, 2001. С. 81. 190. Антиоксидантные дитиооктановой кислотой свойства / Ю. косметических А. Романова, С. композиций А. с Богданова, Л. Н. Залялютдинова, С. Г. Абдуллина, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казан. технол. ун-та. 2010. № 10. С. 52-56. 191. Коллоидно-химические свойства гетерогенных косметических композиций с аминокислотным комплексом лития / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Л. Р. Ульянина, К. А. Хазиахметова, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казан. технол. ун-та. 2012. № 16. С. 44-47. 192. Разработка стимуляторов роста волос / Л. Н. Залялютдинова, Г. Т. Вафина, Ю. А. Романова, С. А. Богданова // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 1. С. 75-76. 193. Романова Ю. А., Богданова С. А., Залялютдинова Л. Н. Антиоксидантная активность косметических гелей с биологически активными веществами // Материалы IX Республиканской школы студентов и аспирантов «Жить в XXI веке». Казань, 2010. С. 194-195. 157 194. Фотопротекторные свойства некоторых биологически активных добавок для косметических композиций / Ю. А. Романова, К. С. Васильева, И. А. Колесникова, С. А. Богданова, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казан. технол. ун-та. 2011. № 10. С. 305-307. 195. Кочубей В. И. Определение концентрации веществ при помощи спектрофотометрии. Руководство к лабораторной работе. Саратов: СТУ, 2008. 14 с. 196. Современные тенденции процессов высвобождения биологически активных веществ из косметических гелей / Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы Всероссийской молодежной конференции «Инновации в химии». Казань, 2012. С. 73-74. 197. Влияние ПАВ на свойства лечебно-косметических композиций / Ю. А. Романова, С. А. Богданова, М. А. Сысоева, Л. Н. Залялютдинова, Ю. Г. Галяметдинов // Материалы I Всероссийского симпозиума по поверхностно-активным веществам с международным участием «От коллоидных систем к нанохимии». Казань, 2011. С. 107. 198. Шигабиева Ю. А., Богданова С. А., Галяметдинов Ю. Г. Влияние добавок ПАВ на коллоидно-химические свойства полимерных гидрогелей с биологически активными компонентами // Материалы II Всероссийского симпозиума по ПАВ. Москва, 2013. С. 8-9. 199. Получение концентратов скользящих добавок / Н. Н. Валиева, Р. А. Копьев, Е. Е. Бобрешова, Ю. П. Мошкова, С. А. Солодянкин, В. В. Смирнов // Международная научно-практическая конференция «Передовые технологии и перспективы развития ОАО «Казаньоргсинтез». Казань, 2008. С. 55-56. 200. Особенности взаимодействия оксиэтилированных жирных спиртов с полимерсодержащими системами / С. А. Богданова, Ю. А. Шигабиева, С. А. Дементьева, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казан. технол. ун-та. 2013. Т. 16, № 7. С. 117-120. 158 201. Поверхностно-активные вещества и композиции: Справочник / Под ред. М. Ю. Плетнева. М.: Клавель, 2002. 768 с.