第一篇 药物制剂的基本理论 第四章 微粒分散体系

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1 第一篇 药物制剂的基本理论 第四章 微粒分散体系
第一篇 药物制剂的基本理论 第四章 微粒分散体系

2 第一节 微粒分散体系的概念及基本特性 一、微粒分散体系的概念与分类 分散体系 (disperse system) 是指一种或几种物质高度分散在某种介质中所形成的体系。 被分散的物质称分散相（disperse phase） 连续的介质称为分散介质（disperse medium） 分散体系按分散相粒子的大小分类： 微粒 分子微粒分散体系：<10-9 m（1nm） 分散 胶体分散体系(纳米微粒体系)：1-100nm 体系 粗分散体系：100nm-100μm

3 表4-1 分散体系的分类及特点 类型 微粒大小 （nm） 微粒特点 粗分散体系 (乳剂、混悬剂) 胶体分散体系
表4-1 分散体系的分类及特点 类型 微粒大小 （nm） 微粒特点 粗分散体系 (乳剂、混悬剂) 胶体分散体系 亲液胶体(高分子溶液单相体系) 疏水胶体(溶胶) 分子分散体系 （溶液） >100 1~100 <1 （10-9 m) 显微镜下可见，不能透过滤纸和半透膜，不扩散，不稳定 电镜下可见，能透过滤纸， 不能透过半透膜，扩散慢 多相体系不稳定 电镜下不可见，能透过滤纸和 半透膜，扩散快。均匀分散的 单相体系

4 二、微粒分散体系的基本特性 1.分散性 胶粒具布朗运动、丁泽尔效应、 电泳现象 2.多相性 存在相界面。
第一节 微粒分散体系的概念及基本特性 二、微粒分散体系的基本特性 1.分散性 胶粒具布朗运动、丁泽尔效应、 电泳现象 2.多相性 存在相界面。 3.聚结不稳定性 粒径小表面积大，表面自 由能高，体系有缩小表面积、降低表面能 的自发趋势，是热力学不稳定体系。自发 聚结的趋势称聚结不稳定性 。

5 第一节 微粒分散体系的概念及基本特性 三、微粒分散体系在药剂学中的应用 微粒给药系统 粗分散体系：混悬剂、乳剂、微囊、 微球（100nm~100μm） 胶体分散体系：纳米乳、脂质体 纳米粒、纳米囊（<100nm）

6 微粒分散体系在药剂学中具有重要意义： 三、微粒分散体系在药剂学中的应用 ①由于粒径小，有助于提高药物的溶解速度
和溶解度，提高难溶性药物生物利用度。 ②利于提高药物在分散介质中的分散性。 ③体内分布具有选择性，易被网状内皮系统 吞噬。 ④微囊、微球有缓释作用，减少剂量降低毒性 ⑤改善药物在体内外的稳定性。

7 四、微粒大小与测定方法 微粒大小完全均一称单分散体系； 不均一称多分散体系。 粉粒大小常用的粒径表示方法：
第一节 微粒分散体系的概念及基本特性 四、微粒大小与测定方法 微粒大小完全均一称单分散体系； 不均一称多分散体系。 粉粒大小常用的粒径表示方法： 此部分内容由第六章粉体学第二节介绍

8 第二节 微粒分散体系的物理化学性质 一、微粒分散体系的动力学性质 Brown运动 1827年Brown在显微镜下发现，微粒 （ < 100nm以下）在不停地不规则的运 动，将此现象命名为Brown 运动。 爱因斯坦根据分子运动论导出Brown运 动与粒子的半径、介质的黏度、温度有关。

9 第二节 微粒分散体系的物理化学性质 一、微粒分散体系的动力学性质 2.扩散与渗透压 胶体质点可自发地从高浓度区 域向低浓度区域扩散。 Fick’s第一扩散定律： dm/dt: 扩散速度 dc/dx:浓度梯度 D:扩散系数 A:扩散面 R:气体常数 L:阿伏伽德罗常数 T:热力学温度 η:介质黏度 r:粒子半径 Brown 运动位移与扩散系数有关。

10 Π= cRT Π:渗透压 c: 浓度 R：气体常数
第二节 微粒分散体系的物理化学性质 一、微粒分散体系的动力学性质 2.扩散与渗透压 纯溶剂侧的溶剂分子通过半透膜扩散到溶 液侧，这种现象称为渗透。爱因斯坦指出扩散作 用和渗透压之间有着密切联系。如无半透膜，溶 质分子将从高浓度向低浓度方向扩散，扩散力与 渗透力大小相等，方向相反。 Π= cRT Π:渗透压 c: 浓度 R：气体常数

11 第二节 微粒分散体系的物理化学性质 一、微粒分散体系的动力学性质 3.沉降与沉降平衡 在分散体系中微粒密度大于分散介质就会发生沉降。微粒沉于底部后浓度发生变化，又会引起扩散。当沉降与扩散这两种相反的作用力达平衡时，体系中粒子以一定浓度梯度分布，此平衡称沉降平衡。较大微粒受重力作用自然下沉，沉降速度服从 Stokes定律： 减少粒径是防止沉降最有效方法，同时增加粘 度，减少微粒和分散介质之间的密度差。

12 第二节 微粒分散体系的物理化学性质 二、微粒分散体系的光学性质 微粒粒径小于光的波长时，出现光散射现象 粒径较大的粗分散体系只有光反射。 丁泽尔效应（Tyndall）：一束光线通过纳米分散体系，在侧面可观察到明显的乳光(散射光的宏观表现)。本质是粒子对光的散射。低分子溶液则是以透射光为主，无乳光。

13 第二节 微粒分散体系的物理化学性质 三、微粒分散体系的电学性质 1.电泳：如将电极插入微粒体系溶液中，通以电流，则微粒可向阴极或阳极移动，这种在电场作用下微粒的定向一定成为电泳。微粒大小与移动速度成反比。 2.双电层结构 第九章第五节溶胶剂中讲

14 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 一、絮凝与反絮凝 微粒表面带同种电荷，产生排斥，斥力越大越稳定，可阻止聚沉。 如加入一定量电解质（絮凝剂），离子选择性被吸附于微粒表面，中和微粒表面电荷（ ζ-电位在20~25mV ），排斥力下降，微粒聚集而呈絮状物，但振摇后易重新分散均匀，这种现象称絮凝。 电解质离子强度、离子价数、离子半径等对絮凝影响很大。如2、3价离子的絮凝作用分别比1价大10倍、100倍。

15 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 一、絮凝与反絮凝 如果在微粒体系中 加入某种电解质使ζ电位升 高（ ζ-电位在50~60mV ）， 静电斥力增加， 阻止微粒之间聚集，此现象称反絮凝，加入的电 解质称反絮凝剂。 同一电解质可因加入量的不同，起絮凝或反 絮凝的作用。如枸橼酸盐、酒石酸盐、磷酸盐、 氯化物等。

16 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 二、DLVO理论 (一)微粒间的吸引势能（ΦA负值表现为吸引） 分子间的Van der Waals 引力指的是以下三种偶极子的相互作用力： ①两个永久偶极间的相互作用力 ②永久偶极与诱导偶极间的相互作用力 ③诱导偶极之间的色散力 吸引力大小与分子间距六次方成反比。 同种物质微粒间的Van der Waals 作用永远是相互吸引，介质存在减弱吸引，且性质越接近，吸引作用越弱。

17 距离增大，微粒排斥力以指数形式减少。 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 二、DLVO理论 （二）双电层的排斥势能（ΦR）
微粒彼此间双电层尚未接触时，两带电微粒不排斥，只有当微粒接近到双电层发生重叠并改变双电层电势与电荷分布时，才产生排斥作用。 距离增大，微粒排斥力以指数形式减少。

18 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 二、DLVO理论 （三）微粒间总相互作用势能（ΦT） ΦT= ΦA +ΦR
以ΦT对微粒间距离H作图，得总势能曲线 当 H很小时，引力>斥力， ΦT负值 H增大时，引力与斥力均下降， ΦT负值 H再增大， ΦT为零 第二极小 H再增大， 可能 ΦR> ΦA 曲线出现峰值即势垒，若势垒足够 大可阻止微粒相互接近不至聚沉 势垒 H 第一极小

19 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 二、DLVO理论 （四）临界聚沉浓度 微粒物理稳定性取决总势能曲线上势垒大小， 是判断微粒稳定与否的标准。 势垒高度随溶液中电解质浓度加大而降低，当电解质浓度达到某一数值时，势能曲线的最高点恰为零，势垒消失，体系由稳定转为聚沉，这就是临界聚沉状态，此时的电解质浓度即为该微粒分散体系的聚沉值。

20 第二极小处发生聚结称絮凝。 二、DLVO理论 （四）临界聚沉浓度
当规定零势垒为聚沉条件时，聚沉值与微粒大小无关。通常势垒为零或很小时才发生聚沉，微粒凭借动能可克服势垒障碍，一旦越过势垒，微粒间相互作用的总势能随彼此接近而降低，最后在势能曲线第一极小处达平衡。如势能曲线有较高的势垒，足以阻止微粒在第一极小处聚结，但其在第二极小处足以阻挡微粒动能，则在此处发生聚结。由于微粒间距较远，聚集体呈松散结构，易破坏和恢复，有触变性。 第一极小处发生聚结称聚沉。 第二极小处发生聚结称絮凝。

21 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 三、空间稳定理论 微粒表面吸附的大分子从空间阻碍了微粒相互接近，进而阻碍聚结，称这一稳定作用为空间稳定作用。 1.体积限制效应理论：吸附在微粒表面的高分子长链有多种构型，两微粒接近时彼此吸附层不能互相穿透，因此对每一吸附层都造成空间限制，从而产生排斥作用。

22 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 三、空间稳定理论 2.混合效应理论：微粒表面的高分子吸附层可以互相穿透，看作是两个一定浓度的高分子溶液混合，其中高分子链段间及高分子与溶剂间相互作用发生改变。若自由能变化为正，则互相排斥，起保护作用；若为负则起絮凝作用，吸附层促使微粒聚结。 3.微粒稳定性的判断：自由能变化>0 稳定

23 Φs:空间稳定效应产生的排斥能，微粒很近时趋于无穷大，故第一极小处不可能发生聚沉，聚结多表现为较远距离上的絮凝。空间稳定作用受电解质影响小。
第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 三、空间稳定理论 空间稳定效应的存在总势能： ΦT= ΦA +ΦR+ Φs Φs:空间稳定效应产生的排斥能，微粒很近时趋于无穷大，故第一极小处不可能发生聚沉，聚结多表现为较远距离上的絮凝。空间稳定作用受电解质影响小。

24 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 四、空缺稳定理论 高分子未吸附于微粒表面时，在表面的浓度低于体系溶液中的浓度，形成负吸附，使微粒表面形成一种空缺表面层，在这种体系中使胶体分散体系稳定的理论称空缺稳定理论。

25 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 五、微粒聚结动力学 微粒>1μm不稳定(聚沉速度相对快) （一）快聚结 ΦT=0时势垒为0 ，一经碰撞就聚结，聚结速度由碰撞速率决定，碰撞速率由布朗运动决定即由扩散速度决定。 快聚结速度与微粒大小无关，受温度和介质黏度影响。

26 第三节 微粒分散体系物理稳定性相关理论 五、微粒聚结动力学 （二）慢聚结 当势垒存在时，由于排斥作用，聚结速度比公式预测小。电解质有显著影响，浓度降低聚结速度降低。浓度低，反离子少，双电层斥力大。 （三）架桥聚结 高分子有效覆盖微粒表面时，能发挥空间结构的保护作用；当被吸附的高分子只覆盖微粒一小部分表面时，使微粒对电解质敏感性大大增加，此种絮凝作用称为敏化，可减少絮凝所需的电解质用量。这时吸附在微粒表面的高分子聚合物长链可能同时吸附在另一颗粒表面形成分子桥。

27 小结 1.重点掌握：微粒分散体系的分类(分子、胶体、 粗分散) 2.重点掌握：微粒分散体系的动力学性质(Brown 运动、扩散与渗透、沉降)
3.重点理解：絮凝与反絮凝、DLVO理论、聚结动 力学