Mikrogeler bildar ett tunt skyddande skal runt en droppe tills temperaturen stiger över 32°C. Därefter krymper mikrogelerna och droppen löser sig i den omgivande vätskan. En studie av forskare från Göteborgs universitet avslöjar nu den bakomliggande mekanismen bakom denna process. Upptäckten kan revolutionera metoder för att rikta mediciner till specifika platser i kroppen.
Emulsioner består av många droppar som finns i en vätska utan att lösas upp och blandas med vätskan. Till exempel består mjölk av fettdroppar stabiliserade av mjölkproteiner som är dispergerade i vatten.
I många applikationer som tillförsel av medicin är det viktigt att inte bara behålla droppstrukturen utan också att kunna kontrollera när dropparna löses upp. Detta beror på att de inkapslade aktiva ingredienserna i droppen först bör frigöras när läkemedlet har kommit in i kroppen.
Forskare från flera universitet, inklusive Göteborgs universitet, har introducerat ett koncept med responsiva emulsioner för att kontrollera när dropparna löses upp.
"Tanken är att stabilisera emulsioner med hjälp av temperaturkänsliga mikrogelpartiklar som anpassar sin form till omgivningstemperaturen. Vid rumstemperatur sväller de i vatten, men över 32°C krymper de och drar ihop sig", förklarar Marcel Rey, forskare inom Fysik vid Göteborgs universitet och huvudförfattare till studien publicerad i Nature Communications , med titeln "Interaktioner mellan gränssnitt dikterar stimuli-responsivt emulsionsbeteende".
Det som händer när temperaturen stiger över 32°C är att dropparna löser sig i den omgivande vätskan då de inte längre stabiliseras tillräckligt av det skyddande mikrogelskalet. Även om detta fenomen har varit känt inom vetenskapen under en längre period, har forskarna nu upptäckt att den grundläggande mekanismen som driver stimuli-känsliga emulsioner involverar morfologiska förändringar i de stabiliserande mikrogelerna.
"De morfologiska förändringarna i de stabiliserande mikrogelerna, utlösta av yttre stimuli, spelar en avgörande roll för att påverka stabiliteten hos de associerade emulsionerna. Denna förståelse är grundläggande för utformningen av mikrogeler som kan stabilisera emulsioner vid rumstemperatur samtidigt som de underlättar upplösning vid kroppstemperatur, " förklarar Marcel Rey.
De stabiliserande mikrogelerna kan betraktas som både partiklar och polymerer. Partikelkaraktären leder till en hög stabilitet hos emulsionen, medan polymerkaraktären gör att mikrogelerna reagerar på yttre påverkan som leder till upplösning av dropparna. För att uppnå temperaturkänsliga emulsioner krävs en delikat balans, som kräver en minimal partikelkaraktär för stabilitet och en betydande polymerkaraktär för snabb och tillförlitlig upplösning av dropparna.
"Nu när vi förstår hur responsiva emulsioner fungerar kan vi anpassa dem till specifika krav. Medan våra nuvarande ansträngningar har begränsats till laboratorieexperiment med temperaturberoende, undersöker vi aktivt utvecklingen av mikrogelstabiliserade emulsioner som svarar på pH i omgivande vätska", förklarar Marcel Rey.
Läkemedelsforskning med inriktning på riktade läkemedel är avgörande. Målet är att leverera medicin i högre koncentration till specifika sjuka delar av kroppen snarare än att påverka hela kroppen.
"Responsiva emulsioner har stor potential som ett exakt verktyg för att leverera medicin till specifika områden i kroppen. Även om ytterligare forskning behövs ser framtiden lovande ut och framsteg kan förväntas under de kommande 10 åren", säger Marcel Rey.
Mer information: Marcel Rey et al, Interaktioner mellan gränssnitt dikterar stimuli-responsivt emulsionsbeteende, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42379-z
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Göteborgs universitet
