Синтез, фізико-хімічні та біологічні властивості наночастинок феритів для створення магнітних фармацевтичних засобів

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розвитку нового напрямку у фармації – використанню магнітних наночастинок у складі магнітних фармацевтичних засобів. Встановлено умови синтезу систем високодисперсних частинок оксидних магнетиків різного складу та структури методом хімічної конденсації, досліджено їх фізико-хімічні та біологічні властивості, розроблено та зареєстровано технічні умови на синтезовані частинки магнетиту – базову модель оксидних магнетиків. Проведено дослідження зміни фізико-хімічних властивостей наночастинок в умовах агресивних середовищ шлунково-кишкового тракту, які дозволяють передбачити магнітну поведінку лікарської форми внутрішнього застосування та оцінити її здатність до магнітокерованості. Розроблено склад ряду фармацевтичних засобів з частинками магнетиту: магнітна мазева основа, магнітне теплопровідне середовище для кріотерапії, магнітна мазь для місцевого лікування запальних захворювань глотки та мигдаликів.

Диссертационная работа посвящена развитию нового направления в фармации – использование магнитных наночастиц в составе магнитных фармацевтических средств. С целью установления условий синтеза магнитных наночастиц для фармацевтических препаратов, проведены комплексные исследования возможностей метода химической конденсации как метода синтеза наночастиц оксидных магнетиков различного состава и структурного типа. Используя структуру магнетита Fe2+Fe2 +3O4 как базовую, замещение катиона железа (II) другим двухвалентным катионом металла (Ме) приводит к получению полностью Me2+Fe2O4 или частичнозамещенного Mex 2+Fe1-x 2+Fe2 3+O4 магнетита. Было установлено, что полная замена ионов Fe2+ приводит к замедлению старения осадка и необходимости его прокаливания (400-800°С) для завершения процесса ферритизации (формирование определенной кристаллической решетки и магнитных свойств), что приводит к значительному увеличению размера частиц (400-500 нм). Частичная замена катионов железа (II), позволяет проводить реакцию синтез магнитных частиц в одну стадию без высокотемпературной ферритизации. Частицы, синтезированные по такой схеме, имеют размер до 20 – 30 нм. При изучении функциональных параметров синтезированных ферритов типа МеxFe3-xO4, был установлен экстремальный характер зависимости содержания катиона-заместителя в структуре ферритов от его свойств с максимумом для х = 0,4. Для синтезированных структур ферритов подтверждено их строение и определены основные физические свойства, отобраны потенциальные объекты для дальнейших изучений. В результате проведенных исследований была установлена универсальная методология синтеза частично замещенных частиц магнетита типа МеxFe3-xO4, обоснована целесообразность введения катиона-заместителя концентрацией 40% для получения эффективных изменений функциональных свойств синтезированных структур. Подобранные условия синтеза магнитных наночастиц методом химической конденсации позволяют получить частицы нанометрового диапазона с удовлетворительными параметрами кристаллографической структуры – толщина структурно-дефектного приповерхностного слоя составляет около 0,84 нм, что в два раза меньше чем для частиц ферритов, полученных механохимическим методом синтеза. В работе выполнены физико-химические и биологические исследования частиц магнетита, на основании которых разработаны технические условия на наночастицы магнетита (базовая модель оксидних магнетиков) для фармацевтической и косметологической промышленности. В технические условия были включены основные показатели качества частиц магнетита – качественный и количественный состав, размер, намагниченность насыщения, токсико- гигиенические и микробиологические показатели. ТУ У 24.1-02010936-006:2008 зарегестрированы государственным предприятием “Харьковский региональный научно-производственный центр стандартизации, метрологии и сертификации”. Экспериментально изучено изменения функциональных параметров систем магнитных наночастиц, которые происходят под воздействием агрессивных сред желудочно-кишечного тракта. Воздействие агрессивной кислой среды желудка приводит к стравливанию части структурно-дефектного приповерхностного слоя частиц и не вызывает изменений физико-химического состояния их объемной части. Растворение является функцией размера частиц и типа кристаллической решетки ферритов и связано с нарушением стехиометрии структурного состава и обменных взаимодействий связей Fe-O-Fe на поверхности и в прилегающих слоях частицы. Установлены условия получения стабильных дисперсных систем частиц магнетита в различных по структурно-реологическим свойствам дисперсионных средах (вода и сплав полиэтиленоксидов), которые по своему составу и функциональным характеристикам могут быть использованы в составе лекарственных препаратов с магнитными свойствами. Для разработанных систем проведена оценка связи "адсорбент - адсорбат" между частицами магнитной фазы и молекулами стабилизатора с помощью метода ИК-спектроскопии. Разработан состав ряда фармацевтических средств с частицами магнетита: магнитная мазевая основа, магнитное теплопроводящее средство для криотерапии, магнитная мазь для местного лечения воспалительных заболеваний глотки и миндалин. Разработан способ лечения воспалительных заболеваний миндалин и глотки магнитоуправляемых мазями с применением внешнего магнитного поля для удерживания лекарственного средства. Эффективность использования магнитной мази разработанным способом доказана в терапии компенсированных форм хронического тонзиллита.

The thesis is devoted to the development of new direction in pharmacy - the usage of magnetic nanoparticles in the magnetic pharmaceutical preparations. The conditions of synthesis of superfine particles of oxide magnetic materials of different composition and structure of the method of chemical condensation were developed, their physicochemical and biological properties were investigated, the tecnical specifications on the synthesized magnetite particles - the base model of oxide ferrites were developed and registered. The changes in physicochemical properties of nanoparticles in aggressive environments of the gastrointestinal tract have been determined, which can predict the magnetic behavior of the dosage form internal use and to assess its ability of magnetic drug targeting. The composition of the pharmaceutical remedies with particles of magnetite have been proposed: magnetic ointment base, magnetic conductive environment for cryotherapy, magnetic ointment for topical treatment of inflammatory diseases of the throat and tonsils.