АЕРОСИЛ

АЕРОСИЛ (лат. Aёrosilum), оксил (лат.Oxylum) кремнію діоксид колоїдний, Silica colloidalis anhydrica (Ph Eur), Colloidal silicon dioxide (USP), Colloidal anhydrous silica (BP), Silica (CAS № 7631-86-9) — аморфний діоксид кремнію безводний, належить до групи синтетичних активних високодисперсних мінеральних наповнювачів. У фармації використовується як допоміжна речовина, стабілізатор, гелеутворювач, адсорбент, поліпшує плинність таблетованих, мазевих, гелевих та інших сумішей. Інколи використовується як АФІ (має бактерицидні властивості).

Отримують шляхом гідролізу парів кремнію тетрахлориду в полум’ї водню при температурі >1000 °С (1100–1400 °С). Отриманий продукт — білий, аморфний, непористий, індиферентний порошок, що розпорошується, містить 99,3% SiO2; має високу дисперсність (діаметр частинок 4–40 мкм, що мають сферичну або майже сферичну форму), питома адсорбційна поверхня становить 50–450 м2/г; насипний об’єм приблизно 50 г/л, щільність — 2,36 г/см3; рН водної суспензії — 4,0; показник заломлення n20D=1,46. А. не розчиняється у воді, кислотах і розбавлених лугах. При концентрації А. у воді в кількості 10–12% утворюється малов’язка плинна суспензія, при 17% — напівтверда маса, при 20% — крупчаста, яка при розтиранні перетворюється на гомогенну мазеподібну масу. У зв’язку з великою спорідненістю до води А. відносять до гідрофільних речовин. Натомість А. марки R972 має гідрофобні властивості.

Існує декілька торгових марок А., які розрізняються в основному за величиною питомої поверхні, ступенем гідрофільності або гідрофобності, а також сполученням з іншими речовинами-наповнювачами. Згідно з визначенням Номенклатурної комісії ФК МОЗ України аморфний діоксид кремнію одержав назву оксиду. Калузьким хіміко-металургійним комбінатом (Івано-Франківська обл.) за ліцензією фірми «Degussa» виробляються немодифікований стандартний А. марок 175; 300: 380 з гідрофільною поверхнею; метилаеросил АМ-1/175 і АМ-1/300, модифікований диметилдихлорсиланом; ефіроорганоаеросил марок АДЕГ-175 і АДЕГ-300, модифікованих етиленгліколем і діетиленгліколем, та АМ-2, модифікований аміноспиртами. У США виробляють модифікований А. — органосил та кебосил (фірма «Cabot»), у Росії — бутосил, аеросил-К, який є поєднанням 85% діоксиду кремнію і 15% крохмалю, А. марки СОК-84, який є коагулянтом 85% діоксиду кремнію й 14% оксиду амонію. У Німеччині фірма «Degussa» виробляє гідратовані марки А., що містять зв’язану воду (дуросил, вулкасин, сифлокс, ультрасил та ін.), які відрізняються вмістом SiO2, діаметром частинок, густиною та властивостями); А. у вигляді суспензій (К-314, містить 14% А., К-328, містить 28% А.). У Японії виробляється мікросил і носил, у Франції — франсил, в Англії — маносил. Для косметичної промисловості може вироблятися у вигляді пасти. Нещодавно А. внесено до фармакопей різних країн (Угорщини, Данії, Австрії та ін.). У США А. дозволений також як добавка до харчових продуктів у кількості 2%.

А. відносять до теоретично «чистих» речовин, які вивільняють активні інгредієнти без витрати енергії. Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що кожна основна частинка А. складається з 4 окремих шарів (рисунок). Ядро цієї частинки є тримірним полімером з елементів SiO2. Маючи на поверхні частинок силанові Si–OН і силоксанові Si–O–Si групи, А. здатний за рахунок водневих зв’язків створювати чарункоподібний каркас, що дозволяє обмежувати температурне розширення загущеної рідини. Силоксанові й силанові групи в А. є функціональними, а зв’язок кремній — кисень характеризується високою міцністю (досягає 372,5 Дж/моль), що пояснюється його полярністю, завдяки якій ковалентний зв’язок наближається до іонного.

Структура аеросилу (сегмент основної ділянки) Опис Реакція на підвищення температури
Aerosil.ai
Незв’язана вода Вивільняються при 105 °С
Зв’язана вода Вивільняються при 105–200 °С
Групи SiOН на поверхні кремнезему Перетворюються на силоксанові групи при ≥200 °С
2SiOН = Si–O–Si + Н2О
Ядро кремнезему Тпл 1700 °С

Рисунок. Структура просторової сітки аеросилу в гідрогелі

Силанолові групи розподілені нерівномірно. Розрізняють поверхневі силанові групи, які можуть бути вільними або з’єднаними водневими містками, і силанолові групи всередені молекули, які також можуть бути з’єднані між собою водневими містками. Внаслідок цього створюється розгалужена об’ємна структура, самн тому А. відносять до неорганічних полімерів. Силоксанові групи мають гідрофобні властивості, вони стабільні (– ОН силаaнолової групи відщеплюються при температурі >300 °С), зумовлюють кислу реакцію; мають гідроксильні групи як на поверхні, так і всередині молекули А. При рівномірному розподілі кожний другий атом кремнію має гідроксильну групу на поверхні:

Aerosil2.ai

Це і зумовлює 3 види взаємодії А.: фізичну адсорбцію, хімічну адсорбцію (утворення водневих містків групами силанолу з водою, спиртами, кислотами та іншими речовинами) і хімічні реакції на поверхні молекули. Так, групи силанолу взаємодіють зі спиртами, утворюючи ефіри.

А. має хороші сорбційні властивості, поглинає від 15 до 60% різних рідин залежно від їх природи, не змінюючи зовнішнього вигляду й сипкості порошку. Перший шар води адсорбується А. за рахунок створення водневих містків (хімічна адсорбція), а подальші шари — за рахунок фізичної адсорбції. Фізично адсорбована вода вивільняється при температурі 25–150 °С, тоді як хімічно адсорбована — при 800 °С.

А., що використовується для виробництва ліків, повинен мати високу чистоту. У табл. 1 наведено хімічний склад різних торгових марок А., які можуть мати певні домішки, що утворюються при виробничих процесах, напр., сліди хлоридної кислоти, яка зумовлює рН 4% водної суспензії полімеру (3,6–4,3). Отже, А. поводить себе як слабка кислота.

Таблиця 1. Хімічний склад різних марок аеросилу (у перерахунку на суху речовину, за М.М. Астрахановою)

Вміст,% Марки аеросилу, склад,%
200; 300; 380 0 СОК84 R972 Комбінований
SiO2 >99,87 >99,8 82–86 >98,3 85
Al2O2 <0,05 <0,03 14–18 <0,05
Fe2O3 <0,003 <0,001 <0,1 <0,01
TiO2 <0,03 <0,02 0,03
Na2O <0,0009
As <0,0001
B2O3 <0,003
Bi2O3 <0,0003
P2O5 <0,0005
HCl <0,025 <0,025 <0,1 0,05
Крохмаль 15

У табл. 2 наведено найважливіші фізико-хімічні властивості різних марок А., які знайшли найбільш широке використання під час виробництва ліків.

Таблиця 2. Фізико-хімічні властивості різних марок аеросилу

Показник Марки аеросилу
200 300 380 0 СОК-84 R-972
Питома поверхня, м2 200±25 300±30 380±30 200±25 170±30 120±30
Середній розмір часток 12 7 7 12 16
Насичена маса, г/л, стандарт (непресований)
пресований
≈60
≈120
Вміст вологи,% (висушений при 105 °С) 1,5 1,5 1,5 0,5 2,5
Втрати при прожарюванні,% 1 2 2,5 1 1 2
рН 4% водної дисперсії 3,6–4,3 3,6–4,3 3,5–4,1
(у метанолі)
Пористість Пористий Непористий

У виробництві ліків А. використовують як стабілізатор суспензійних олійних лініментів. Має високу здатність до адсорбції різних рідин. Додавання А. до складу олійних і водно-спирто-гліцеринових суспензійних лініментів сприяє підвищенню седиментаційної, агрегаційної та агрегативної стійкості цих систем, створенню досить міцної просторової структури, здатної утримувати в комірках іммобілізовану рідку фазу зі суспендованими частинками фармацевтичних субстанцій. У водних і водно-спиртових суспензіях стабілізувальна дія А. зумовлена головним чином електростатичними силами. Осідання частинок твердої фази в стабілізованих водно-спиртових суспензіях відбувається у 3 рази повільніше, ніж у нестабілізованих системах. Стабілізувальна дія А. зростає за наявності невеликої кількості ПАР, напр. твіну-80. Наявність А. (у концентрації 1,0–5,0%) в емульсіях і суспензіях підвищує їх стабільність, здатність до кращої фіксації на шкірі та ефективність терапевтичної дії. З водою і спиртом А. в концентрації 3% створює каламутні суспензії, частки яких мають негативний заряд.

Однією з властивостей А. є його згущувальна (загусна) здатність (табл. 3).

Таблиця 3. Згущувальний ефект аеросилу-200

Рідина Кількість аеросилу-200 (%), додана до отримання пружно-в’язко-пластичної маси
Арахісова олія 10
Вазелінове масло 8
Ванілін рідкий 8–12
Оливкова олія 8–10
Поліетиленгліколь 400 8
Риб’ячий жир 8–10
Гліцерин 8–10
Есилон-4 8
Цетиловий спирт 8–12

Ця властивість використовується для одержання аеросилвмісних гелів та мазевих основ, до складу яких входить А. Як рідку фазу для їх композицій використовують поліетилсилоксанову рідину під назвою Есилон-5 або Есилон-4, риб’ячий жир, ПЕГ-400, касторову олію, жирні олії тощо. Есилон-5 загущений 16% А. відомий як Вазелін КВ-Е/16, не подразнює шкіру, не перешкоджає всмоктуванню діючих речовин. Як загусник рідинної фази використовують А. в кількості 8–16%. Одержані гелі мають м’яку пластичну консистенцію, добре розподіляються й фіксуються на шкірі. Вони мають хорошу колоїдну стабільність при підвищеній температурі (≥40 °С), зберігають необхідну консистенцію, яка не змінюється навіть при 100 °С, а тому аеросилвмісні гелі та мазі можуть застосовуватися в умовах тропічного клімату. За структурно-механічними властивостями гелі, до складу яких входить А., становлять тиксотропні пластичні термостабільні системи і мають антимікробну стійкість. Кількісний вміст А. у системі впливає на реологічні та біофармацевтичні властивості гелів. Збільшення А. у складі гелів приводить до зростання їх пластичної в’язкості та тиксотропних властивостей, при цьому помітно сповільнюється вивільнення АФІ.

У виробництві таблеток А. використовується у концентрації 0,1–0,5% як ковзна та розпушуюча (0,1–2,0%) речовина, що скорочує час їх розпадання, полегшує процес грануляції, поліпшує плинність таблетованої маси. Адсорбційні властивості А. використовують у виробництві порошків, екстрактів та інших фармацевтичних препаратів.

Численними фармакологічними, токсикологічними та біофармацевтичними дослідженнями підтверджено, що А. при внутрішньому застосуванні індиферентний, добре переноситься хворими, має лікувальні властивості при захворюваннях ЖКТ та інших запальних процесах, може бути джерелом постачання кремнію в організм. Є відомості про те, що А. може сприяти скороченню гладких м’язів і судин, а також має бактерицидні властивості.

Аеросилвмісні фармацевтичні системи не виявляють подразливої та токсичної дії. Такі ж властивості притаманні мазям при використанні есилону і аеросилу як основи (композиція есилону-5, загущена 15% А. при виготовленні мазей з антибіотиками і кортикостероїдами). Мазі з А. легко видавлюються з туб, добре фіксуються на шкірі, мають пролонговану дію.

 Жогло Ф., Возняк В., Попович В., Богдан Я. Допоміжні речовини та їх застосування в технології лікарських форм. — Львів, 1996; Перцев И.М., Котенко А.М., Чуешов О.В., Халеева Е.Л. Фармацевтические и биологические аспекты мазей: Монография. — Х., 2003; Печковская К.А. Наполнение резин. В кн.: Энциклопедия полимеров. В 3 т. — М., 1974.