11. Инженерная энзимология и повышение эффективности биообъектов. Иммобилизированные биообъекты и их преимущества.

Инженерная энзимология- отрасль биотехн.,кот разрабатывает и осуществляет промышленные методы получения, очистки, стабилизации и применение ферментов.

Иммобилизация- процесс прикрепления фермента к поверхности природных или синт материалов, включая их в полимерные материалы, полые волокна и мембранные капсулы.

При иммобилизации ферментов происходит стабилизация каталит активности т.к. этот процесс препятствует денатурации белков.

В результате иммобилизации ферменты преобретают нехарактерные для их в свободном состоянии свойства.

Многие проблемы технологии синтеза opгaничecкиx соединений, пищевой и медицинской промышленности, мониторинга человека и oкрyжaющeй сpедь, зaщиты окрyжающей среды, энергетики не могyт быть решeны бeз иcпользования методов современной инженерной энзимологии.

Известно широкое использование иммобилизованных ферментов в качестве стабильных биокатализаторов. Иммобилизованные клетки микроорганизмов способны относительно долго осуществлять характерные для них биохимические процессы. Иммобилизованные клетки бактерий, грибов способны синтезировать соответствующие антибиотики; главное - подбор метода иммобилизации клеток - продуцентов антибиотиков, позволяющего сохранить способность клеток синтезировать большое количество того или иного антибиотика длительное время.

Растительные клетки весьма чувствительны к изменениям окружающей среды, и для их иммобилизации могут быть использованы только наиболее мягкие методы, например включение в гель кальция альгината. С помощью иммобилизации растительных клеток частично или полностью удаётся решить проблемы, связанные с использованием культур растительных тканей для получения сложных органических соединений. Например, иммобилизованные клетки Digitalis lanata спoсобны осуществлять 1-2-Р-гидроксилирование производного дигоксина с образованием дигитоксина - единственного препарата наперстянки, который используется во всём мире.

Разработана технология получения биологически активных веществ из биомассы растительных клеток, культивируемых в ферментерах различной вместимости суспензионным способом. Созданы коммерческие препараты (женьшень, шиконин и др.) Получен патент на штамм женьшеня ДАН-25.

Иммобилизованные клетки используют при трансформации стероидных соединений, так как некоторые стероидтрансформирующие ферменты, особенно гидроксилазы и дегидрогеназы, - весьма лабильные белки. В качестве носителей используют ПАА, ПВС, каррагенины, агар, кальция альгинат.

12. Иммобилизация биообъектов. Носители, используемые для иммобилизации.

Иммобилизация- процесс прикрепления ферментов к поверхности природных или синтет носителей, включая их в полимерные материалы, полые волокна и мембранные капсулы а так же поперечная химическая сшивка.

Носители:

Бывают- органические и неорг. Органические: природные и синтетич. Природные: белковые, липидные,полисахаридные.

Синт: полиметиновые, полиамидные, полиэфирные; материалы на основе стерола, акриловой кислоты, ПВС, полиамидные полимеры.

Носители неорг природы: материалы из стекла, глины, креалин, графитной сажи, селикогеля и оксидов металлов.

13. Микрокапсулирование биообъектов как один из методов их иммобилизации. Микрокапсулы. Характеристика. Вспомогательные вещества. Виды оболочек.

Микрокапсулирование – процесс заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку. Микрокапсулы- мельчайшие частицы твердого,жидкого и газообр вещества, закл в оболочку.

Их размер- 1-6.5тыс мкм.

Нанокапсулы- особый вид микрокапсул,размером 80-200 нм. Толщина оболочки микрокапсул колеблется от 0.1-200мкм и м.б. однослойной, многослойной, эластичной, жесткой с разл устойчивостью к действию воды, орг растворит, нагрев.,давлении.

Масса оболочек составл 1-70% от массы микрокапсул.

Существует 3 типа оболочек микрокапсул

1. Не прониц для ядра и окружающей среды- высвобожд происх в результате механ разрушения оболочки в результате его растворения.

2. Прониц для ядра- скорость высвоб ядра зависит от толщины и прочности оболочки. ЛВ выделяется не сразу,а постепенно

3. Полупрониц – не прониц для ядра,а прониц для низкомолекулярных веществ, содержащ в окруж среде.

Микрокапсулы состоят из основного вещества и вспомогательного. К вспомогательным относятся пленкообразователи- вещества кот должны давать оболочку,хорошо прилипающую к капсулируемому веществу и обеспечивать ее герметичность,прочность, стабильность,эластичность.

Виды:

1. Водорастворимые- желатин, гуммиарабик, ПВП

2. Водонерастворимые- этилцеллюлоза, нитроцеллюлоза

3. Энтеросолюбильные- шелак, зейн

4. Воски и липиды- парафин, спермацет, пчел воск, стеариновая и пальметиновая кислоты

Цели микрокапсулирования:

1. Маскировка вкуса,запаха и цвета ЛВ

2. Уменьшение летучести,горючести ЛВ

3. Изолиров веществ между собой

4. Предохранение от неблагоприятн факторов

5. Получение ЛФ с направленной локализацией действия ( н-р устойчив. в кислой среде желудка)

6. Высвобождение лв с регулируемой скоростью за счет опред толщины оболочки, пористости и растворимости

7. Снижение раздраж действия на ткани орг

8. Изменение технологии за счет перевода жидких и газообр в сыпучие вещества

9. Микрокапсулы м. использ как самостоятельн, так и при получ разл лф

14. Методы получения микрокапсул. Классификация. Характеристика. Технологические схемы производства.

Методы микрокапсулирования подразделяются на 3 группы:

• физические;

• физико-химические;

• химические.

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Суть физических методов заключается в механическом нанесении оболочки на твердые или жидкие частицы лекарственного вещества путем: дражирования; распыления; напыления в псевдоожиженном слое; напыления в вакууме; диспергирования в системе жидкость-жидкость; электростатического микрокапсулирования; микрокапсулирования с помощью центрифуги (экструзионный метод).

Физические методы выгодно отличаются от других методов микрокапсулирования тем, что в них капсулируемое вещество и раствор (или расплав) материала оболочки не контактируют до самого момента капсулирования.

Наиболее простым физическим методом микрокапсулирования является метод дражирования. При этом методе однородные фракции кристаллов загружают во вращающийся дражировочный котел, и они из форсунки покрываются раствором пленкообразователя. Образующиеся микрокапсулы высыхают в токе нагретого воздуха. Толщина оболочки в данном случае зависит от концентрации полимера, скорости распыления раствора полимера и температуры.

Получение микрокапсул с твердым ядром и жировой оболочкой проводится методом распыления. При этом методе твердое вещество суспендируют в растворе или расплаве жирового компонента (воск, цетиловый спирт, стеариновая кислота и др.) с последующим распылением раствора или суспензии в распылительной сушилке. В результате этого частицы капсулируемого вещества покрываются жидкими оболочками, которые затем затвердевают в результате исцарения растворителя или охлаждения расплава.

Процесс распыления при охлаждении считают удобным, но дорогим, его используют при получении микрокапсул витаминов, ферментов, антибиотиков. Метод сушки при распылении является одним из первых методов микрокапсулирования.

Метод диспергирования в несмешивающихся жидкостях можно использовать для жидких и твердых лекарственных веществ. Технология микрокапсул заключается в следующем:

• получают раствор пленкообразователя (водный, спиртовый или используют другой органический растворитель);

• в растворе пленкообразователя диспергируют лекарственное вещество, получая эмульсию или суспензию, или растворяют, получая гомогенную систему;

• раствор пленкообразователя с лекарственным веществом в виде тонкой струйки или капель подается в сосуд с работающей мешалкой и несмешивающейся жидкостью, часто с парафиновым маслом.

Попадающий в масло водный раствор пленкообразователя с распределенным в нем лекарственным веществом диспергируется на мелкие капельки, которые охлаждаются и затвердевают. Полученные микрокапсулы отделяют от масла, промывают и сушат.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКАПСУЛ

Физико-химические методы микрокапсулирования основаны на разделении фаз и отличаются относительной простотой аппаратурного оформления, высокой производительностью, способностью заключать в оболочку лекарственное вещество в любом агрегатном состоянии.

Физико-химические методы можно подразделить на следующие: выделение новой фазы (простая и сложная коацерва-ция); испарение легколетучего растворителя в жидкой среде; затвердевание при охлаждении в жидкой среде и др.

Метод выделения новой фазы из раствора пленкообразующего вещества можно осуществлять как в водной среде, так и в среде органического растворителя. В основе водно-фазового разделения лежит явление коацервации — расслоение двух жидких фаз в растворах полимеров.

В определенных условиях однородные прозрачные растворы липидов, белков, нуклеиновых кислот, углеводов и других соединений могут расслаиваться на две жидкие фазы: фазу обедненную и фазу обогащенную этими веществами. Отделение более концентрированной фазы может происходить в виде слоя и в форме капель. Процесс фазового расслоения получил название коацервации, а вся система — коацерват (от лат. coacervare — сгребать в кучу). Коацервация начинается при изменении хотя бы одного из параметров дисперсной системы: температуры, состава рН, введение химических добавок и др.

Различают простую и сложную коацервацию. Простая коа-цервация имеет место при взаимодействии одного полимера и лекарственного вещества. Сложная коацервация — при взаимодействии двух полимеров, имеющих отрицательный и положительный заряд.

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Основаны на образовании защитных покрытий вокруг ядер микрокапсулируемого вещества в результате реакций полимеризации или поликонденсации пленкообразующих компонентов.

Реакция полимеризации идет на границе жидкость — жидкость, жидкость — газ, твердое вещество — жидкость, твердое вещество — газ. Химические методы микрокапсуляции применяются для микрокапсулирования как твердых, так и жидких веществ. Процесс получения микрокапсул протекает в жидкой среде. Размеры получаемых микрокапсул можно изменять в широком диапазоне — от нескольких микрон до нескольких миллиметров, с содержанием микрокапсулирован-ного вещества до 99 %. Материал оболочки должен легко адсорбироваться на поверхности диспергированных частичек капсулируемого вещества, иначе полимер и капсулируемое вещество будут находиться в дисперсионной среде в виде отдельных составляющих.

Начальной стадией химических методов микрокапсулирования является получение эмульсий и суспензий. Выбор растворителя, материала оболочки микрокапсул определяется плотностью растворителя, его отношением к капсулируемому веществу и компонентам оболочки. Плотность дисперсионной среды должны быть близкой к плотности капсулируемого вещества (капсулируемое вещество не должно растворяться в дисперсионной среде), во избежание либо оседания, либо всплывания капсулируемого вещества. Этими методами можно получать нанокапсулы.