Microgels vormen een dun beschermend omhulsel rond een druppel totdat de temperatuur boven de 32°C stijgt. Vervolgens krimpen de microgels en lost het druppeltje op in de omringende vloeistof. Een onderzoek door onderzoekers van de Universiteit van Göteborg onthult nu het onderliggende mechanisme achter dit proces. De ontdekking zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de methoden om medicijnen op specifieke locaties in het lichaam te richten.

Emulsies bestaan ​​uit talrijke druppeltjes die in een vloeistof aanwezig zijn zonder dat ze oplossen en zich met de vloeistof vermengen. Melk bestaat bijvoorbeeld uit vetdruppeltjes die worden gestabiliseerd door melkeiwitten die in water zijn gedispergeerd.

Bij veel toepassingen, zoals de toediening van medicijnen, is het belangrijk om niet alleen de druppelstructuur te behouden, maar ook om te kunnen bepalen wanneer de druppels oplossen. Dit komt omdat de ingekapselde actieve ingrediënten in de druppel pas mogen vrijkomen zodra het geneesmiddel in het lichaam is gekomen.

Temperatuurgevoelige emulsies

Onderzoekers van verschillende universiteiten, waaronder de Universiteit van Göteborg, hebben een concept van responsieve emulsies geïntroduceerd om te controleren wanneer de druppels oplossen.

“Het idee is om emulsies te stabiliseren met behulp van temperatuurgevoelige microgeldeeltjes die hun vorm aanpassen aan de omgevingstemperatuur. Bij kamertemperatuur zwellen ze in water, maar boven 32°C krimpen en trekken ze samen”, legt Marcel Rey uit, een onderzoeker in het Natuurkunde aan de Universiteit van Göteborg en hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Nature Communications , getiteld "Interacties tussen interfaces dicteren op stimuli reagerend emulsiegedrag".

Het mechanisme begrijpen

Wat er gebeurt als de temperatuur boven de 32°C stijgt, is dat de druppeltjes oplossen in de omringende vloeistof, omdat ze niet langer voldoende worden gestabiliseerd door de beschermende microgelomhulling. Hoewel dit fenomeen in de wetenschap al langere tijd bekend is, hebben de onderzoekers nu ontdekt dat het fundamentele mechanisme dat op stimuli reagerende emulsies aanstuurt, morfologische veranderingen in de stabiliserende microgels met zich meebrengt.

"De morfologische veranderingen in de stabiliserende microgels, veroorzaakt door externe stimuli, spelen een cruciale rol bij het beïnvloeden van de stabiliteit van de bijbehorende emulsies. Dit begrip is van fundamenteel belang voor het ontwerp van microgels die emulsies bij kamertemperatuur kunnen stabiliseren en tegelijkertijd het oplossen bij lichaamstemperatuur vergemakkelijken." " legt Marcel Rey uit.

De stabiliserende microgels kunnen zowel als deeltjes als als polymeren worden beschouwd. Het deeltjeskarakter leidt tot een hoge stabiliteit van de emulsie, terwijl het polymeerkarakter ervoor zorgt dat de microgels reageren op externe invloeden die leiden tot het oplossen van de druppeltjes. Het bereiken van temperatuurgevoelige emulsies vereist een delicaat evenwicht, waarbij een minimaal deeltjeskarakter nodig is voor stabiliteit en een substantieel polymeerkarakter voor snelle en betrouwbare oplossing van de druppeltjes.

Emulsies kunnen op maat worden gemaakt

"Nu we begrijpen hoe responsieve emulsies werken, kunnen we ze aanpassen aan specifieke vereisten. Hoewel onze huidige inspanningen beperkt zijn gebleven tot laboratoriumexperimenten met temperatuurafhankelijkheid, onderzoeken we actief de ontwikkeling van microgel-gestabiliseerde emulsies die reageren op de pH van de omringende vloeistof", legt Marcel Rey uit.

Farmaceutisch onderzoek gericht op gerichte medicijnen is van cruciaal belang. Het doel is om medicatie in een hogere concentratie af te geven aan specifieke zieke delen van het lichaam, in plaats van het hele lichaam te beïnvloeden.

"Responsieve emulsies hebben een groot potentieel als nauwkeurig hulpmiddel voor het toedienen van medicijnen aan specifieke gebieden in het lichaam. Hoewel aanvullend onderzoek nodig is, ziet de toekomst er veelbelovend uit en kunnen er de komende tien jaar verbeteringen worden verwacht", zegt Marcel Rey.

Meer informatie: Marcel Rey et al., Interacties tussen interfaces dicteren op stimuli reagerend emulsiegedrag, Natuurcommunicatie (2023). DOI:10,1038/s41467-023-42379-z

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Universiteit van Göteborg