Hidroksipropil metilselulosa (HPMC) merupakan polimer larut air yang biasa digunakan, digunakan secara meluas dalam bidang farmaseutikal, kosmetik, makanan dan perindustrian, terutamanya dalam penyediaan gel. Sifat fizikal dan kelakuan pembubarannya mempunyai kesan yang ketara terhadap keberkesanan dalam pelbagai aplikasi. Suhu gelasi gel HPMC merupakan salah satu sifat fizikal utamanya, yang secara langsung mempengaruhi prestasinya dalam pelbagai persediaan, seperti pelepasan terkawal, pembentukan filem, kestabilan, dan sebagainya.
1. Struktur dan sifat HPMC
HPMC ialah polimer larut air yang diperoleh dengan memasukkan dua substituen, hidroksipropil dan metil, ke dalam rangka molekul selulosa. Struktur molekulnya mengandungi dua jenis substituen: hidroksipropil (-CH2CHOHCH3) dan metil (-CH3). Faktor seperti kandungan hidroksipropil yang berbeza, darjah metilasi dan darjah pempolimeran akan memberi impak penting terhadap keterlarutan, sifat pembentuk gel dan sifat mekanikal HPMC.
Dalam larutan akueus, AnxinCel®HPMC membentuk larutan koloid yang stabil dengan membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air dan berinteraksi dengan rangka berasaskan selulosanya. Apabila persekitaran luaran (seperti suhu, kekuatan ionik, dsb.) berubah, interaksi antara molekul HPMC akan berubah, mengakibatkan gelasi.
2. Definisi dan faktor yang mempengaruhi suhu gelasi
Suhu gelasi (Suhu Gelasi, T_gel) merujuk kepada suhu di mana larutan HPMC mula beralih daripada cecair kepada pepejal apabila suhu larutan meningkat ke tahap tertentu. Pada suhu ini, pergerakan rantai molekul HPMC akan terhad, membentuk struktur rangkaian tiga dimensi, menghasilkan bahan seperti gel.
Suhu gelasi HPMC dipengaruhi oleh banyak faktor, salah satu faktor yang paling penting ialah kandungan hidroksipropil. Selain kandungan hidroksipropil, faktor lain yang mempengaruhi suhu gel termasuk berat molekul, kepekatan larutan, nilai pH, jenis pelarut, kekuatan ionik, dan sebagainya.
3. Kesan kandungan hidroksipropil pada suhu gel HPMC
3.1 Peningkatan kandungan hidroksipropil menyebabkan peningkatan suhu gel
Suhu gelasi HPMC berkait rapat dengan tahap penggantian hidroksipropil dalam molekulnya. Apabila kandungan hidroksipropil meningkat, bilangan substituen hidrofilik pada rantai molekul HPMC meningkat, mengakibatkan interaksi yang dipertingkatkan antara molekul dan air. Interaksi ini menyebabkan rantai molekul meregang lebih jauh, sekali gus mengurangkan kekuatan interaksi antara rantai molekul. Dalam julat kepekatan tertentu, peningkatan kandungan hidroksipropil membantu meningkatkan tahap penghidratan dan menggalakkan susunan rantai molekul bersama, supaya struktur rangkaian dapat dibentuk pada suhu yang lebih tinggi. Oleh itu, suhu gelasi biasanya meningkat dengan peningkatan hidroksipropil dengan peningkatan kandungan.
HPMC dengan kandungan hidroksipropil yang lebih tinggi (seperti HPMC K15M) cenderung menunjukkan suhu gelasi yang lebih tinggi pada kepekatan yang sama berbanding AnxinCel®HPMC dengan kandungan hidroksipropil yang lebih rendah (seperti HPMC K4M). Ini kerana kandungan hidroksipropil yang lebih tinggi menyukarkan molekul untuk berinteraksi dan membentuk rangkaian pada suhu yang lebih rendah, memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk mengatasi penghidratan ini dan menggalakkan interaksi antara molekul untuk membentuk struktur rangkaian tiga dimensi.
3.2 Hubungan antara kandungan hidroksipropil dan kepekatan larutan
Kepekatan larutan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi suhu gelasi HPMC. Dalam larutan HPMC berkepekatan tinggi, interaksi antara molekul adalah lebih kuat, jadi suhu gelasi mungkin lebih tinggi walaupun kandungan hidroksipropil lebih rendah. Pada kepekatan yang rendah, interaksi antara molekul HPMC adalah lemah, dan larutan lebih cenderung untuk membentuk gel pada suhu yang lebih rendah.
Apabila kandungan hidroksipropil meningkat, walaupun hidrofilisiti meningkat, suhu yang lebih tinggi masih diperlukan untuk membentuk gel. Terutamanya di bawah keadaan kepekatan rendah, suhu gelasi meningkat dengan lebih ketara. Ini kerana HPMC dengan kandungan hidroksipropil yang tinggi lebih sukar untuk mendorong interaksi antara rantai molekul melalui perubahan suhu, dan proses gelasi memerlukan tenaga haba tambahan untuk mengatasi kesan penghidratan.
3.3 Kesan kandungan hidroksipropil terhadap proses gelasi
Dalam julat kandungan hidroksipropil tertentu, proses gelasi didominasi oleh interaksi antara penghidratan dan rantai molekul. Apabila kandungan hidroksipropil dalam molekul HPMC rendah, penghidratan adalah lemah, interaksi antara molekul adalah kuat, dan suhu yang lebih rendah dapat mendorong pembentukan gel. Apabila kandungan hidroksipropil lebih tinggi, penghidratan meningkat dengan ketara, interaksi antara rantai molekul menjadi lebih lemah, dan suhu gelasi meningkat.
Kandungan hidroksipropil yang lebih tinggi juga boleh menyebabkan peningkatan kelikatan larutan HPMC, satu perubahan yang kadangkala meningkatkan suhu permulaan gelasi.
Kandungan hidroksipropil mempunyai kesan yang ketara terhadap suhu pengelasanHPMCApabila kandungan hidroksipropil meningkat, hidrofilisiti HPMC meningkat dan interaksi antara rantai molekul menjadi lemah, jadi suhu gelasinya biasanya meningkat. Fenomena ini dapat dijelaskan oleh mekanisme interaksi antara penghidratan dan rantai molekul. Dengan melaraskan kandungan hidroksipropil HPMC, kawalan suhu gelasi yang tepat dapat dicapai, sekali gus mengoptimumkan prestasi HPMC dalam aplikasi farmaseutikal, makanan dan industri lain.
Masa siaran: 04-Jan-2025