トピックがカバー
背景
ゼータ電位とは何ですか？
どのようにゼータ電位が測定される？
ゼータ電位と電解質
潜在的な決定イオン
ゼータ電位と凝集
ゼータ電位を研究し
静脈内脂肪エマルジ ョン
製剤のプロトコル
ゼータ電位とエマルジ ョンの安定性の関連付けの問題
薬物ターゲティングとデリバリーシステム
非水系
背景
粒子の大きさとその測定が粒子の技術者に直感的に理解しているが、ゼータ電位の概念はあまり広く理解され、適用されます。それは、特に粒子状物質、マイクロメートル以下のコロイド状の範囲の大きさとのそれらの挙動を決定する際の粒径と少なくとも同じ根本的に重要であるので、これは残念なことです。ゼータ電位は、粒子の表面上の電荷に関連する、などなど、その安定性、電解質との相互作用、およびサスペンションのレオロジーとしてのコロイド物質の特性の広い範囲に影響を与えている。
ゼータ電位とは何ですか？
粒子が流体に浸漬されると、プロセスの範囲は、インターフェースは電気的に帯電した状態にします。最も一般的に見られる充電メカニズムのいくつかは、粒子表面に帯電した界面活性剤の吸着（イオン性界面活性剤によって安定化エマルジョンの例）、固体の結晶格子（ハロゲン化銀粒子は、写真乳剤に使用される）からのイオンの損失とのイオン化が含まれています表面基（ポリマーミクロスフェアのカルボン酸塩）。これらのプロセスは、界面での電荷の基本的な測定単位である平方メートル当たりのクーロンで表した表面電荷密度の生産、、につながる。充電は直接測定が、唯一の電界を介してそれが粒子の周りに作成することができます。一方が通常他から計算することができますがこのように表面電荷は、通常、粒子表面、表面電位ではなく、電荷密度における電圧の点で特徴づけられる。ゼータ電位は、表面からの距離で発生し、これは表面電位の異なるものになります。最も単純な近似では、潜在的には、粒子の表面（図1）からの距離に対して指数関数的に減衰します。我々が見るように、減衰率は流体の電解質含有量に依存しています。
粒子の表面からの距離の関数としてゼータ電位の図は、1。近似。
どのようにゼータ電位が測定される？
これまでのところ、我々は、ゼータ電位を定義していない、とこれを行うために、我々は、電気泳動であり、その測定のための基本的な方法を理解する必要があります。多くのために、この方法は、以下の理由により、高分子の分離のためのその使用の馴染みであり、粒子の電気泳動は、同様の現象です。その懸濁媒体中の粒子は、電場に置かれ、充電なら、彼らは、フィールドに負の電極に向かって漂流し、正の粒子、及び正極に向かって漂流し、負の粒子がドリフトします。しかし、粒子が自分自身でドリフトしてはくれず、イオンとその周りの溶媒の薄層を運ぶ。定常運動する粒子とそのバインドされたイオンから培地と溶剤を分離する表面は、流体力学的せん断の表面と呼ばれ、ゼータ電位は、この表面での電位です。その結果、ゼータ電位は、既知の強度の電界における粒子のドリフト速度を測定することによって決定することができます。この目的のために初期の楽器（ランクマイクロ電気泳動装置）粒子の使用マニュアル観察、エラーに満ちているとも非常に遅かったの手順。 -幸いなことに、我々は今移動粒子による散乱光のドップラーシフトを使用して速度測定手段の範囲があるバーン ゼータサイザーシリーズを。アドバンス信号の回復技術は、確実に粒子の運動（1015 Hz単位Hzのわずか数十）のために小さなドップラーシフトを測定し、自動的に試料のゼータ電位の分布を計算する。通常、この値が範囲内にある+ / - 、水性媒体に浸漬するほとんどのシステムでは100mV。
図2。ゼータ電位の測定のためのマルバーンのゼータサイザー。
ゼータ電位と電解質
ゼータ電位の主な用途の1つは、コロイド電解質の相互作用を研究することです。特にほとんどのコロイド、イオン性界面活性剤によって安定化されたものが、充電されているので、それは彼らは複雑な方法で電解質と相互作用することは驚くべきことではない。のようなチャージ（共同イオン）のイオンが、そこから反発している間、表面のその（イオン）の電荷と反対のイオンは、それに引き付けられる。その結果、表面付近のイオンの濃度は、図3に示すように、ソリューション（表面から長距離即ち）のバルクのものと同じではありません。表面近傍のイオンの蓄積は、このようにゼータ電位を減少させる、粒子の電荷が上映されます。イオンが便利に彼らは表面と相互作用する方法に応じて三つのクラスに分けることができます。
図3溶液中の粒子の表面に近いイオンの濃度。
無関心イオンは純粋に静電的、非特異的吸着と呼ばれるプロセスで、その電荷のおかげで表面に引き付けられるものである。我々はそのようなイオンの濃度の関数としてのコロイドのゼータ電位を測定する場合、我々はイオンの遮蔽効果が徐々にゼータ電位（ではない表面電位）を減少させることを見つけ、そしてこの漸近線は（高い電解質濃度でゼロに図4a）。
無関心な電解質（）用と特異的に吸着電解質（B）用電解質濃度の関数として図4。ゼータ電位。
特異的に吸着イオンは表面上のグループとの錯体形成により、例えば、表面と化学的に相互作用する。表面上の結果として、その濃度が増加するにつれ、彼らはまた、ゼータ電位をスクリーニングするが、追加の化学物質（静電とは異なる）の結合は、元の粒子の電荷のイオンの十分な吸着が中和して、電解質濃度の増加とともに反転されます（図4b）。このようなシステムでは、逆転を充電する前に、明確に定義された電解質の濃度でゼロ電荷またはPZCのポイントを参照してください。
潜在的な決定イオン
電位決定イオン（PDI）は、特異的に吸着イオンの特別なケースであり、この用語は通常、粒子の電荷を担当しているプロセスに携わる人のために予約されています。彼らは表面上のカルボキシル基を持っているので、例えば、ほとんどのポリマーミクロスフェアが課金され、これらのグループのイオン化は、充電につながるので、H +は、この表面上のPDIです。同様のAg +とPDIのヨウ化銀粒子上でI -があります。特異的に吸着し、潜在的な決定のイオンの区別は特に表面の化学的性質は完全には理解されていないそれらのシステムでは、しばしば曖昧である。
ゼータ電位と凝集
コロイド電解質現象のアプリケーションの主要な領域は、安定性と凝集効果を理解することです。これらの現象の最も単純なモデルは、図4から直接生じ、DLVO（Deryaguin - ランダウフェルバイ-オーバービーク）の理論として知られています。これは単に、コロイドの安定性は魅力的なファンデルワールス力や表面電荷による電気的な反発力のバランスであると述べている。ゼータ電位が一定レベルを下回ると、コロイドは魅力的な力による集計されます。逆に、高いゼータ電位は安定したシステムを維持します。正確にバランスの電気とファンデルワールス力でのポイントは、臨界凝集濃度またはCFC（図5）として知られている特定の電解質濃度、と識別することができます。無関心イオンは、ゼータ電位が連続的に高濃度で低下する原因となるので、我々は、単一のCFC、およびすべての高い電解質濃度におけるコロイドの凝集体を参照してください。対照的に、特異的に吸着イオンが再び安定化コロイドへの十分な可能性がある電荷反転を引き起こす。このケースでは、それらの間の不安定の領域で、上下のCFCが表示されます。
図5。凝集に対する電解質濃度の影響。
ゼータ電位を研究し
上記の議論は、特定のシステムで測定されたゼータ電位は、表面の化学的性質に依存していることを私達に示し、またどのようにその周囲の環境と相互作用する。これは最も重要なポイントです。ゼータ電位は、常に明確に定義された環境（特にpHやイオン強度）で検討またはデータが無価値であることが必要があります。それは条件が指定されていない限り、"表面のゼータ電位"について話をまったく無意味です。ゼータ電位の研究の計画を説明するために、それは特定のシステムのケーススタディを活用すると便利です。我々は数年はトリグリセリドの脂肪乳剤を研究している、そしてこれらの研究は、複雑なシステムで、コロイドの安定性を理解する上でのゼータ電位測定のパワーの有用な実例を提供しています。
静脈内脂肪エマルジョン
トリグリセリドエマルジョンは、医療製品である、彼らは高いゼータ電位を提供するリン脂質で乳化水で植物油、、、そしてそれに応じて長い貯蔵寿命（2-3年）のサブミクロンエマルションです。エマルジョンは、飼育経口（例えば消化器外科手術に起因する）にすることはできません静脈患者を供給するために使用されています。このような患者はまた、アミノ酸、グルコースと電解質を含む他の栄養素を、必要。現在では約3リットル一日の割合で、単一の液体の混合物（完全静脈栄養やTPNの混合物）で、様々な割合で、これらの材料のすべてをミックスし、患者にそれを注入することが一般的となっています。 。当然、そのような混合物で、コンポーネント間の相互作用のための広い範囲があり、そして多くの混合物に脂肪乳剤が不安定になり、数日に融合またはflocculates。この状態では、注入に適さない、などの混合物は、正常では無菌技術を使用して、ちょうど投与前に構成されています。これらのシステムにおけるエマルジョンの安定性の理解は、混合物は、長い貯蔵寿命と安定した混合物を製造することが可能であっても不安定、とされるであろう予測する上で有用であろう。
製剤のプロトコル
初期の研究では、エマルジョン自体は、7のpHと低電解質濃度で、優れた安定性と、少なくとも2年間の貯蔵寿命を提供するのに十分な-40〜- 50mVのゼータ電位を、持っていたことを示した。二価陽イオンが3mmと電荷反転の有意な程度のPZCと特異的に吸着しながら、この可能性は著しく、一価陽イオンは無関心であることで、電解質減少した。これらのイオンは、TPNの混合物内のすべての存在、およびこれらのシステムにおけるエマルションの不安定性は、このアカウントです。
ゼータ電位とエマルジョンの安定性の関連付けの問題
それは、ゼータ電位を持つ特定の混合物のエマルジョンの安定性を相関させるDLVO理論を使用することが可能になったはず、残念ながらそのような測定を行うときに関係する問題がいくつかあります。混合物は、エマルジョンの大きな相率（1-5％）を含んでおり、その非常に濁っており、光散乱の測定を実行する前に希釈する必要があります。ゼータ電位の性質を理解していない初期の労働者は単に蒸留水との混合物を希釈した。支配的なイオンは大きさのある注文により、濃度が低減されて以来、その結果、ゼータ電位は、元の混合物のエマルジョンのものにも似ていたありません！関連するゼータ電位を得るためには希釈で連続相の組成を維持するために必要です。この問題には2つのアプローチがありますが、連続相の組成が知られている場合、それはどんなエマルジョン成分なしで準備され、希釈剤として使用することができます。より一般的な状況は、連続相の組成が不確実であるということです。あなたがそれに入ったのか知っていても、分散相への吸着は、いくつかのコンポーネントが枯渇している可能性があります。この場合、通常のトリックは、希釈用の連続相のきれいなサンプルを得るために分散を遠心することです。
この測定と第二の問題は、高い導電性、その結果、迅速なサンプル加熱と大規模なセル電圧の低下につながる非常に高いイオン強度（0.2 - 0.4M）です。初期のゼータサイザー2はこの問題で特にうまく対処することができませんでしたが、現在のゼータサイザー範囲がダウンして平均電流を維持するセル電圧のパルスを持つのに対して、電気泳動セルのリエンジニアリングは、電気的安定性の大幅な改善をもたらした。それは日常的に高い伝導性の混合物のゼータ電位を測定するためにこの楽器を使用できるようになりました、と結果の値は（± 1 - 5mVの）混合物のエマルジョンの安定性とよく相関する。このタイプの研究は、今や私たちは、複雑なコロイド系でエマルジョンの挙動を理解し、定式化の目的のために実際の予測力を提供することができますされています。
薬物ターゲティングとデリバリーシステム
エマルションは、薬物送達システムとしても使用されており、多くの場合、電気特性の理解は、製剤設計において非常に重要です。ほとんどの薬物は水溶性ですが、増えては界面活性あるいは疎水性であり、そしてそのような材料は、従来の製剤技術のための重要な問題を提供することができます。結果的に疎水性の薬剤候補は、通常、水溶性アナログを準備するためにメモして化学部門に送り返されます！場合によっては、これは例えば、いくつかの天然物やバイオ材料、またはどこに作用機序が親油性、例えば麻酔薬、催眠薬、および精神安定剤に関連することはできません。これらのケースでは乳剤の配信がますます使用されています。例としては、ICIのディプリバン、静脈麻酔薬、およびカビのDiazemuls、鎮静剤です。
pH7で凝集された薬物含有エマルジョンのpH曲線 - このアプローチで発生する可能性のある問題の例は、ゼータ電位は図6に示されています。このタイプのデータは、最大限ゼータ電位、したがって乳化安定性への製剤のpHと乳化剤の合理的な選択が可能。
図6。乳化安定性の最適化を可能にするゼータ電位データに対するpHの。
非水系
懸濁安定性を理解する上でゼータ電位の使用のさらなる例は、例の気管支拡張薬のため、吸入による薬物の送達に使用エアゾール噴射剤の薬物の懸濁液に発生します。微粉化薬剤は、エアロゾルが発生したときに、薬剤の粒子がより噴霧すると吸入することができるように、エアゾールの噴射剤に懸濁されている。患者に反復可能な投与量を保証するために、ゼータ電位を制御することにより、粒径を制御することが重要です。この場合の問題は、粒子の移動度が非常に小さいのでそれは、CFCの推進剤のような非水性媒体中の懸濁粒子のゼータ電位を測定することは極めて難しいことです。しかし、それは電気泳動セルの適切な設計を行う、とマルバーンは、彼らのためにそのようなセルすることができますゼータサイザーを 。図7は、レシチン、イオン性界面活性剤の濃度の関数としてクロロホルム中の乳糖のゼータ電位（モデル固体分散体）（モデル非水性媒体）を示します。レシチンは明らかであっても低濃度の電位に大きな変化を引き起こし、懸濁液は、レシチンの不存在下で凝集されていますが、約10％上記のレシチンの濃度で分散した状態になる。非水系の電気泳動の我々の理解はまだ原始的ですが、このような研究は、これらのシステムの安定性と界面活性剤の吸着の少なくとも経験的な理解を可能にする。
図7。イオン性界面活性剤は、ゼータ電位に影響を与えることができる方法のデモンストレーション。
出典："医薬製剤におけるゼータ電位"、マルバーンでアプリケーションノート。
このソースの詳細についてはをご覧くださいマルバーン社（英国）またはマルバーン（アメリカ） 。