Estudio de la emulsificación difusión como método para la preparación de partículas lipídicas

Abstract

En la presente investigación se estudia el método emulsificación-difusión con el propósito de determinar la influencia tanto de los materiales de partida como de las condiciones de preparación, sobre el tamaño y el potencial zeta de partículas lipídicas. En términos generales, la naturaleza y la concentración del lípido utilizado determinan el tamaño y el potencial zeta de las partículas. Así, los mejores resultados se presentan al utilizar como lípido diestearato de glicerilo, cuyas partículas exhiben tamaños inferiores a 200 nm y potenciales zeta cercanos a los -12.7 mV. Otros lípidos, como el alcohol estearílico y el ácido esteárico, aunque permiten la formación de las partículas, presentan índices de polidispersidad elevados. Por el contrario, la naturaleza de los solventes orgánicos tiene influencia significativa en el tamaño pero no en el potencial zeta, de partículas preparadas a partir de diestearato de glicerilo. Al evaluar otros materiales lipídicos, la naturaleza del solvente orgánico no determina las propiedades de las partículas. El estudio con diferentes agentes estabilizantes evidencia que los tensioactivos no iónicos son los adecuados para la preparación de las partículas y que la concentración de dicho agente estabilizante puede afectar el tamaño de la partícula sin lograr cambios significativos en el potencial zeta. Los tensioactivos iónicos no permiten la formación de partículas lipídicas por este método. En conjunto, los resultados obtenidos en este estudio son analizados considerando los parámetros de solubilidad de Hildebrand y algunas propiedades fisicoquímicas de los materiales de partida. Desde este punto de vista, la afinidad química entre los compuestos parece determinar el tamaño de las partículas y la tensión superficial del solvente orgánico, así como su solubilidad en agua se identifican como las propiedades fisicoquímicas que podrían determinar la formación de las partículas. De otro lado, según los resultados relacionados con la influencia de las condiciones operacionales del proceso de preparación, la formación de las partículas parece estar gobernada por las variables que determinan la eficiencia de la emulsificación y no por aquellas relacionadas con la etapa de difusión. Si se tiene en cuenta que en la literatura científica proponen dos mecanismos de formación de las partículas por este método, uno basado en el efecto Gibbs-Marangoni y otro en el que cada gota de emulsión da origen a una partícula, la evidencia experimental obtenida en la presente tesis, sugiere que este último podría ser el mecanismo que predomina cuando se separan partículas sólidas lipídicas por el método de emulsificación-difusión.

Abstract. This research work investigates the emulsification-diffusion as method for preparing lipid nanoparticles. In this way, the influence of the starting materials and of the operating conditions related to the preparation on the size and the zeta potential of the particles are systematically evaluated. In general terms, the nature and the concentration of the lipid are the main factors determining the size and the zeta potential of the particles. Thus, the best results are from glyceryl distearate rendering particle sizes less than 200 nm and zeta potential around of -12.7 mV. Other lipidic materials investigated such as stearyl alcohol and stearic acid lead to the formation of particles, however high polydispersity indices are obtained. In contrast, the nature of the organic solvents has a significant influence regarding the size of the particles obtained from glyceryl distearate, but not on their zeta potential. The organic solvent nature has not influence on size and zeta potential of particles prepared by using other lipidic starting materials. Results obtained when different stabilizing agents are used evidence that no-ionic surfactants are appropriate for the particle preparation and the used concentration governs the particle size. Ionic surfactants do not lead to the particle formation. One explanation of these results is proposed from the Hildebrand solubility parameters and some physicochemical properties of the starting materials. Then, it seems that the chemical affinity determinates the particle size and the surface tension of the organic solvent and its water solubility are the most important physicochemical properties influencing the particle formation. On the other hand, according to the results from the study of the operating conditions, the particle formation is perhaps governed by the operating variables influencing the emulsification efficiency but not by those related to the diffusion stage. Bear in mind that reported research works propose to mechanistic approaches regarding the particle formation via this technique, the first one based on the Gibbs–Marangoni phenomenon and the second one considering that each particle is obtained from a droplet of the emulsion, the experimental evidence obtained in this work suggests that the last mechanistic approach predominates when solid lipid particles are prepared by the emulsification-difussion method.