Herstellung von Mikrokapseln

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1 Sulfathiazol ist ein Antibiotikum aus der Wirkstoffklasse der Sulfonamide. Der Azofarbstoff Prontosil gilt als Vorläufer aller Sulfonamide und kam 1935 als erstes Breitbandantibiotikum zum Einsatz. Heute findet ein Einsatz fast nur noch in der Veterinärmedizin statt. Sulfathiazol ist ein weißes kristallines Pulver, das in Wasser schlecht löslich ist. Abb. 1: Sulfathiazol Bei der Mikroverkapselung werden feste, flüssige oder gasförmige Stoffe in kleinsten Portionen von einer Hülle umgeben. Vorteile der Mikroverkapselung sind z. B. die Freisetzung von Wirkstoffen über einen bestimmten Zeitraum (Medikamente), die Veränderung physikalischer Eigenschaften von Pulvern, der Schutz vor Licht und Oxidation und die Kaschierung von Geschmack und Geruch. Durch eine entsprechende Verarbeitung lassen sich auch z.b. magensaftresistente Kapseln oder Kapseln mit einer verzögerten Wirkstofffreisetzung herstellen. Man spricht von Mikrokapseln wenn der Durchmesser zwischen 5 und 5000 µm liegt. Das Verfahren der Koazervation wurde im Jahre 1930 von zwei holländischen Chemikern (Kruyt und Bungenberg de Jong) beschrieben. Man versteht darunter das Unlöslichwerden eines zuvor kolloidal gelösten Makromoleküls (Gelatine) unter Bildung einer getrennten kolloidreichen Phase (Koazervat, Abb. 2), durch eine Änderung der Löslichkeit durch veränderte Bedingungen (z.b. Temperatur). Die Gelatine scheidet sich dabei auf dem dispergierten zu verkapselnden Material (Sulfathiazol) ab und bildet das Wandmaterial. Die Koazervation vollzieht sich üblicherweise in vier Schritten: 1) Verteilung: Das zu verkapselnde wasserunlösliche Material (Sulfathiazol) wird in der wässrigen Phase (Gelatine) suspendiert.

2 2 2) Phasentrennung: Das Wandmaterial wird durch geeignete Maßnahmen (Rühren in Paraffinöl) als Koazervat in flüssiger Form abgeschieden. 3) Umhüllung: Das konzentrierte flüssige Wandmaterial umschließt das zu verkapselnde Material. 4) Verfestigung. Das flüssige Wandmaterial wird durch geeignete Maßnahmen (Temperaturerniedrigung) verfestigt. Abb. 2: Koazervation Gelatine ist ein natürliches Polymer mit einem Molekulargewicht zwischen 30 und 200 kda und wird durch hydrolytischen Abbau aus Kollagen gewonnen. Gelatine hat die Eigenschaft in Wasser zu quellen (Gelatine kann aufgrund der Struktur das Fünf- bis Zehnfache des Gewichtes an Wasser aufnehmen) und sich bei Erwärmung ab ca. 50 C zu verflüssigen. Üblicherweise wird eine Erhärtung bei 4-8 C durchgeführt (Kühlschrank Lebensmittel!), auch wenn der Erstarrungspunkt von Gelatine bei ca. 25 C liegt. In der phar,mazeutischen Industrie wird Gelatine für die Fabrikation von Hart- und Weichkapseln eingesetzt.

3 3 Aufgabenstellung Ein Modellarzneistoff (Sulfathiazol) soll mit Gelatine durch Koazervation mikroverkapselt werden. Es sollen eine visuelle Beurteilung, eine Untersuchung der Größe der Mikrokapseln und eine Bestimmung des Wirkstoffgehaltes durchgeführt werden. Einzusetzende Arzneistoffmenge: 1,5 g Abb. 3: Versuchsaufbau Durchführung: Material: Becherglas (100 ml, 250 ml hohe Form), Glasstab, Heizmagnetrührer, Magnetrührer, Saugflasche, Nutsche, Thermometer, Wasserbad, Vakuumpumpe, Gelatine, Sulfathiazol, Aceton, 2-Propanol (Isopropanol) In einem 100 ml-becherglas werden 6,0 g Gelatine mit 20 g Wasser versetzt. Unter gelegentlichem Umrühren mit dem Glasstab lässt man die Gelatine ca. 30 min lang quellen. Anschließend wird die gequollene Gelatine in dem auf ca. 60 C temperierten Wasserbad erwärmt, bis sie sich vollständig verflüssigt hat. Anschließend wird die zu verkapselnde Menge Sulfathiazol (1,5 g) darin suspendiert. Gleichzeitig werden 60 g flüssiges Paraffin in einem 250 ml-becherglas, das sich fest montiert in einem Wasserbad befindet, auf ca. 60 C erwärmt.

4 4 Bei möglichst hoher Laufgeschwindigkeit des Rührers wird die arzneistoffhaltige Gelatinelösung in dünnem Strahl mit Hilfe einer 20 ml Spritze mit Kanüle rasch in das Paraffin gespritzt und 5 min lang weitergerührt. Danach wird das Becherglas in eine Schüssel mit einer Eis-Wasser-Mischung auf einen Magnetrührer gestellt, wobei das Rühren nur so kurz wie möglich unterbrochen werden sollte. Hat der Becherglasinhalt eine Temperatur von höchstens 5 C angenommen, wird noch eine Stunde lang mit Maximalgeschwindigkeit weitergerührt. Anschließend werden 30 ml auf die gleiche Temperatur gekühltes Isopropanol zugesetzt und 5 min lang weitergerührt. Auf einer Nutsche werden die Mikrokapseln anschließend mit Hilfe einer Vakuumpumpe abfiltriert und nach vollständigem Absaugen der Flüssigkeit mit ca. 30 ml Aceton und dann mit ca. 80 ml 2-Propanol (Isopropanol) gewaschen. Die noch isopropanolfeuchten Mikrokapseln werden in dünner Schicht auf saugfähigem Papier über Nacht getrocknet. Untersuchung der Größe der Mikrokapseln: Die Mikrokapseln werden zunächst visuell daraufhin beurteilt, ob sie so klein sind, dass eine mikroskopische Größenbestimmung durchführbar ist, oder ob der Durchmesser auf eine andere Art (z.b. mit Hilfe von Prüfsieben) bestimmbar ist. Bestimmung des Wirkstoffgehaltes: Material: 100 ml-messkolben, Reagenzgläser, Quarzküvette, Photometer, Wasserbad, 0,1 N HCl, Sulfathiazol, Mikrokapseln Standards: 40 mg Sulfathiazol, genau gewogen, wird in einem 100 ml-messkolben mit 0,1 N Salzsäure unter leichter Erwärmung bei 40 C gelöst und dann bis zur Markierung aufgefüllt. Von dieser Lösung werden 0,2 ml entnommen und mit 9,8 ml 0,1 N Salzsäure 1:50 verdünnt (Wirkstoffkonzentration: 8 mg/l). Ausgehend von dieser Lösung wird eine Eichgerade mit einer Sulfathiazolkonzentration von 0; 2; 4; 6 und 8 mg/l angesetzt. Drei Proben von jeweils 40 mg Mikrokapseln werden genau gewogen, in 100 ml- Messkolben überführt, mit 0,1 N Salzsäure unter Umschwenken und möglichst unter Vermeidung von Schaumbildung bei leichter Erwärmung im Wasserbad bei 40 C gelöst und anschließend bis zur Marke aufgefüllt. Von dieser Lösung wird 0,5 ml entnommen

5 5 und mit 9,5 ml 0,1 N Salzsäure 1:20 verdünnt. Sulfathiazol- Konzentration (mg/l) Volumen Stammlösung (0,8 mg/100 ml) Volumen 0,1 N HCl Volumen 1 ml 1 ml 1 ml 1 ml 1 ml E 283 Die Absorption der Lösungen wird im Spektralphotometer bei λ = 283 nm gegen 0,1 N Salzsäure als Vergleichslösung gemessen. Aus der Sulfathiazol-Eichgerade werden die den gemessenen Absorptionen der Mikrokapselproben zugehörigen Mengen berechnet, und aus diesen die in den Proben enthaltenen Sulfathiazolmengen (bitte in Milligramm und in Prozent, bezogen auf die Mikrokapsel-Einwaage angeben) und mit dem theoretisch zu erwartenden Wert verglichen. Mikroskopische Untersuchung der Teilchengröße: Material: Mikroskop, Objektmikrometer, Okularmikrometer, Objektträger, Mikrokapseln Ein Tropfen der Mikropartikeldispersion wird mikroskopisch mittels Okularmikrometer auf die Teilchengrößen der Partikel untersucht. Der Durchmesser der größten und kleinsten aufgefundenen Mikropartikel sowie der häufigste Durchmesser sollen bestimmt werden. Die Größenmessungen werden mit Hilfe eines Messokulars durchgeführt. Das Messokular hat eine relative Skala. Diese Skala muss mit einem Objektmikrometer kalibriert werden (siehe Abb. 4).

6 6 120 µm = 38 Teilstriche Abb. 4: Kalibrieren eines Messokulars. (a) Objektmikrometer, (b) Okularmikrometer Das Objektmikrometer hat eine Feinteilung, bei der 1 mm in 100 Teilstriche unterteilt ist. Der Abstand zwischen zwei Teilstrichen beträgt 10 µm. Das Okularmikrometer wird kalibriert, indem die Skala des Objektmikrometers angelegt wird. Achtung! Dieses Verhältnis variiert je nach Vergrößerung und Mikroskop-Typ. Literatur: Bungenberg de Jong, H.G., and Kruyt, H.R. Koazervation (Entmischung in kolloiden Systemen.) Kolloid-Zeitschrift, 1930, 50, Grouber, B., and Parmentier, W. Mikroverkapselung durch komplexe Koazervation. Koazervation mit Gelatine. Lerneinheit Mikroverkapselung Koazervation. de/ch/16/tc/microcaps/microcaps07.vscml.html