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URN: urn:nbn:de:kobv:83-opus-35577
URL: http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2012/3557/

Mamic, Jozo

Beladung von Polymerpartikeln mit Wirkstoffen mittels eines Lösungsmittelverdampfungsprozesses

Loading of polymer particles with active ingredients by applying a solvent evaporation process

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Kurzfassung auf Deutsch

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Beladung des Trägermaterials Polystyren mit unterschiedlich polaren Wirkstoffen mittels eines
Lösungsmittelverdampfungsprozesses (LVP) untersucht. Hierbei sollten Parameter identifiziert und untersucht werden, mit denen sich die Beladung des Trägermaterials kontrollieren sowie die maximal mögliche Beladung durch einige wenige Beladungsversuche abschätzen lässt. Der LVP wurde mit wässrigen Tensidlösungen und mit in Dichlormethan aufgelösten Wirkstoff-Polystyren-Gemischen durchgeführt. Es erfolgte der Einsatz des anionischen Tensids Natriumdodecylsulfat (engl.: sodium dodecyl sulfate, SDS) und des kationischen Tensids Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB). Als Wirkstoffe wurden die unterschiedlich polaren Stoffe Farnesol, trans-Anethol, Ibuprofen und Salicylsäure ausgewählt. Mit Tensidkonzentrationen oberhalb der Mizellbildungskonzentration (engl.: critical micelle concentration, CMC) der verwendeten Tenside konnten fließfähige Partikel hergestellt werden. Die Höhe der Beladung konnte gezielt für die Wirkstoffe Farnesol, trans-Anethol und Ibuprofen kontrolliert werden. Für eine Kontrolle der Beladung ist die Kenntnis
der maximalen Solubilisierung eines Wirkstoffes in der eingesetzten wässrigen Tensidlösung von hoher Bedeutung. Aus diesem Grund wurde die Solubilisierung der vier verwendeten Wirkstoffe in SDS-Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration untersucht. Alle vier Wirkstoffe ließen sich merklich ab der CMC von SDS solubilisieren.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein thermodynamisches Mizellbildungsmodell nach Nagarajan et al. verwendet, um exemplarisch die Solubilisierung von Farnesol in SDS vorauszuberechnen. In das Modell gehen hauptsächlich die Länge der Kohlenwasserstoffkette eines Tensids sowie dessen Kopfgruppengröße ein. Zudem ist die Differenz des chemischen Potenzials zwischen einem Tensidmolekül, das sich in einer Mizelle befindet, und einem monodispers in Lösung befindlichen Tensidmolekül zu bestimmen. Dieses chemische Potential setzt sich aus einem transformatorischen, deformatorischen, sterischen, ionischen und
einem Grenzflächenbeitrag zusammen. Die von Nagarajan et al. verwendete
Approximation des ionischen Beitrags musste durch eine Approximation von
Ohshima et al. ersetzt werden und eine Neubestimmung der Kopfgruppengröße von SDS im Vergleich zu Nagarajan et al. erfolgen, um eine physikalisch sinnvolle Vorhersage für die CMC zu erhalten. Des Weiteren wurde ein neues CMC-Kriterium eingeführt, um aus berechneten Daten die CMC in guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten zu ermitteln. Die Solubilisierung von Farnesol mit steigender SDS-Konzentration konnte mit dem Modell qualitativ wiedergegeben werden.

Kurzfassung auf Englisch

In the first part of this thesis, the loading of polystyrene with active ingredients that differ in their polarity was investigated by applying a solvent evaporation process (SEP). One of the objectives was to identify and
investigate parameters with which loading can be controlled and the
maximum loading can be estimated with a small number of experiments. The
SEP was conducted with aqueous surfactant solutions and an active
ingredient dissolved together with polystyrene in dichlormethane
mixtures. An anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and a
cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) were used.
Substances with differing polarity – farnesol, trans-anethole, ibuprofen
and salicylic acid – were selected as active ingredients. With
surfactant concentrations above the critical micelle concentration (CMC)
of the surfactants used, fluid particles could be produced. The degree
of loading could be controlled selectively for the active ingredients
farnesol, trans-anethole, and ibuprofen. To effectively control loading,
knowledge of the maximum solubilisation of an active ingredient in the
aqueous solution used is of great importance. For this reason, the
solubilisation of the four active ingredients used in SDS solutions with
different concentrations was investigated. All four active ingredients
could be clearly solubilised above the CMC of the SDS.
In the second part of this work, a thermodynamic model of micelle
formation was used according to Nagarajan et al., to predict the
solubilisation of farnesol in SDS as an example. The key factors for the
model are the length of the hydrocarbon chain of a surfactant and its
head group size. In addition, the difference in chemical potential
between a surfactant molecule located in micelle and a surfactant
molecule monodispersed in solution must be determined. This chemical
potential is composed of transformative, deformative, steric, ionic and
interfacial contributions. The approximation used by Nagarajan et al. of
the ionic contribution had to be replaced by an approximation from
Ohshima et al., and a new determination of the size of head groups of
SDS, as opposed to Nagarajan et al., was performed in order to obtain a
physically meaningful prediction for the CMC. In addition, a new CMC
criterion was introduced to determine the CMC from calculated data in
agreement with experimental data. The solubilisation of farnesol with
increasing concentration of SDS could be qualitatively reproduced with
the model.

Freie Schlagwörter (Deutsch): Lösungsmittelverdampfungsprozess , Beladung , SDS , Mizellbildung , Solubilisierung
Freie Schlagwörter (Englisch): Solvent evaporation process , active ingredients , SDS , micelle formation , solubilization
Institut: Institut für Verfahrenstechnik
Fakultät: Fakultät III - Prozesswissenschaften
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Enders, Sabine (Prof. Dr. rer. nat. habil.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.05.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 07.06.2012
Lizenz: Open Access: Typ CC by-sa - Namensnennung erforderlich | Kommerziell ja | Weiterbearbeitung nur unter gleichen Bedingungen erlaubt | PoD ja