ТИКСОТРОПІЯ

ТИКСОТРОПІЯ (грец. thixis — дотик + tropе — зміна) — явище ізотермічного оборотного переходу золь ↔ гель; для високомолекулярних речовин — здатність розплавів та концентрованих розчинів високомолекулярних речовин до ізотермічних оборотних процесів розрідження — згущення під дією деформацій. Т. — характерна властивість коагулюючих структур, тобто просторових сіток (див. Драглі). Т. має релаксаційний характер, зумовлена оборотними змінами конформації коагулюючих структур і характеризується кривою плину (реограмою) системи в координатах: швидкість зсуву D — напруга зміщення τ, яка має гістерезисну петлю (рис. 1). За реограмою оцінюють тип плину і наявність тиксотропних властивостей системи. Усі гази, рідини та однорідні суміші рідин, що мають невелику в’язкість при значному інтервалі зміни тиску, показують ньютонівський рух. Однак у фармацевтичній практиці є багато дисперсних систем, що не підпорядковуються закону Ньютона. П.О. Ребіндер запропонував структури в колоїдних і мікрогетерогенних системах розділяти на дві групи: коагуляційно-кристалізаційні (тиксооборотні) та кондесаційно-кристалізаційні.

Коагуляційно-кристалізаційні структури виникають під дією ван-дер-ваальсових молекулярних сил зчеплення колоїдних часток (і більших часток, що знаходяться в суспензії), які беруть участь в інтенсивному броунівському русі. Кінетика тиксотропного відновлення структури також зумовлюється інтенсивним броунівським рухом, унаслідок якого частки зчіплюються одна з одною у коагуляційних ділянках або в місцях найбільшого зближення поверхонь. При утворенні коагуляційної сітки та її окремих елементів або агрегатів ланцюжків між частками залишається дуже тонкий прошарок рідкого дисперсійного середовища. Завдяки наявності цих прошарків, які перешкоджають подальшому зближенню часток, такі коагуляційні структури мають характерні реологічні властивості. Чим товщий прошарок рідкого середовища між частками, тим менша дія молекулярних сил, що зумовлюють зчеплення, а отже, менш міцна структура і більша її плинність. ЛП у формі мазей, паст, гелів, кремів, супозиторіїв характеризуються, як правило, незначною міцністю, пластичністю, еластичністю й належать до систем з коагуляційним типом структури. З урахуванням цих властивостей їх можна розділити на дві великі групи: системи з реологічними характеристиками, що не залежать від часу; системи, реологічні властивості яких залежать від часу. Т. має важливе значення в науці реології, яка досліджує різні види деформації залежно від її напруги. Під деформацією слід розуміти відносне зміщення часток матеріального тіла. Якщо під дією кінцевих сил деформація збільшується в часі безупинно і необоротно, це означає, що матеріал тече. При деформації зазвичай відбувається зміна форми та розмірів тіла. Серед композицій, які використовуються у фармації, є різноманітні за своїми реологічними властивостями системи. Відомо багато випадків, коли в процесі технологічної обробки один і той же продукт переходить з одного реологічного стану в інший, часто протилежний за властивостями першому. Деформацію поділяють на 2 загальні види: оборотну (пружну), що зникає після припинення дії сили, і необоротну (грузлу і пластичну), що не зникає після усунення навантаження (при цій деформації частина механічної енергії переходить у тіло). Як правило, тиксотропні перетворення можуть бути повторені необмежену кількість разів. Гелеподібні структури легко руйнуються під впливом механічної дії (при перемішуванні, вальцюванні тощо), причому одержаний золь при стоянні знову перетворюється на гель. Тиксотропне здраглювання залежить також від наявності електролітів, рН і температури.

При проектуванні обладнання для переробки і транспортування харчових мас (кондитерські маси, макаронні вироби, матеріали хлібопекарського виробництва) необхідно враховувати тиксотропні властивості. У цьому разі Т. розглядають як здатність матеріалу відновлювати структуру після механічної дії. Існує декілька методів дослідження тиксотропних властивостей дисперсних систем (методи Грін — Вельтмана, Павловського, Дотерті — Харда, Остерлея). Одним із найбільш точних методів дослідження процесів структуроутворення й тиксотропних явищ, на думку А.І. Рабінерсона, є метод ротаційної віскозометрії. Для вивчення природи тиксотропних змін необхідно мати дані, які характеризують властивості речовини у двох станах: до зруйнування та після нього. Прайс Джон установив, що Т. не може бути розрахована за однією кривою плину. Необхідна наявність двох кривих: одна крива повинна бути одержана при поступовому зростанні швидкості зміщення, друга — при зниженні швидкості після зруйнування структури. Цей метод отримав назву «петель гістирезису» (див. рис. 1).

На етапі розроблення нової лікарської дисперсної системи поряд з вивченням специфічної дії контролюються структурно-механічні її властивості при зберіганні та придатність до застосування, напр. намащування. А.А. Аркушею та І.М. Перцевим був запропонований оптимум намащування мазей, що характеризується швидкостями зміщення (Dr) від 125 до 275 с–1 і напругою зміщення, що розвивається при цих швидкостях (від 87 до 250 Па). На рис. 2 графічно зображено модельований реологічний оптимум намащування (площа обмежена АБВГДЕКЛМ) гідрофільних мазей на поверхню шкіри.

Tiksotropia_1.eps

Рис. 1. Реограма (петля гістерезису) тиксотропної системи

Tiksotropia_2.eps

Рис. 2. Модельований оптимум намазування для гідрофільних мазей АБВГДЕКЛМ

Отже, досліджуючи тиксотропні властивості мазей, можна зробити такі висновки: структура дисперсної системи змінюється під впливом механічної дії; після її припинення система прагне відновити свою попередню структуру. Ці процеси в координатах швидкість зміщення — напруга зміщення можна зобразити кривою плину системи у вигляді гістерезисної петлі; ті самі системи, піддані різним за інтенсивністю механічним впливам, мають різну здатність до відновлення структури в часі. Так, відновлення структури мазі закінчується приблизно через 20 діб. Процеси відновлення структури дисперсної системи залежать від її властивостей. Зруйнована структура системи, як правило, не відновлюється до певного рівня міцності. Ширина петель гістерезису може служити відносною оцінкою ступеня руйнування й відновлення структури системи. Процеси структуроутворення мазей залежать від інтенсивності руйнування структури, природи та концентрації допоміжних речовин, наявності лікарських субстанцій, температури та інших факторів. Якість мазей, гелів, кремів, які використовуються в медичній практиці, характеризується деякими реологічними параметрами (пластичністю, еластичністю, структурною в’язкістю та ін.). Тиксотропними системами є цитоплазма крові, лімфа, тканинна рідина. Слід відзначити, що Т. має практичне значення при переробці полімерів.

Аркуша А.А., Перцев И.М. Оценка и контроль консистенции мазей с использованием реограмм. Информац. письмо. Вып. 10 по проблеме «Фармация». — К., 1983; Кабачний В.І., Осіпенко Л.К., Грицан Л.Д. та ін. Фізична і колоїдна хімія. — Х., 1999; Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых материалов. — М., 1981; Перцев И.М., Котенко А.М., Чуешов О.В., Халеева Е.Л. Фармацевтические и биологические аспекты мазей / Под ред. И.М. Перцева. — Х., 2003; Перцев І.М., Пімінов О.Х., Слободянюк М.М. та ін. Фармацевтичні та медико-біологічні аспекти ліків / За ред. І.М. Перцева. — Вінниця, 2007; Тенцова А.И., Грецкий В.М. Современные аспекты исследования и производства мазей. — М., 1980.