Применение лиотропных ЖК

Жидкокристаллические структуры, формирующиеся амфифильными молекулами, являются основой для эмульсий и широко используются в пищевой, косметической, нефтяной и химической индустриях.

Применение в косметике. В области косметики сурфактанты применяются как эмульсификаторы и/или стабилизаторы. Обычно косметические продукты относятся к двум категориям по своему строению: сурфактант + растворитель (вода или масло) или сурфактант + масло + растворитель. В основном косметические продукты базируются на воде как на растворителе и на ЛЖК как основной структуре, обеспечивающей специфические свойства продукта.

К первой категории можно отнести шампуни для волос, гель для душа, зубные пасты и средства для очистки кожи. Все эти продукты имеют общее в том, что ЖК-фаза придает необходимые реологические свойства. В частности, ламеллярная фаза предпочтительнее, поскольку ее объемная вязкость ниже, чем в гексагональной и кубической фазах, что способствует хорошему скольжению (сдвиговому эффекту) в процессе применения. Более того, среда с определенной вязкостью может интегрировать добавки, которые в условиях более низкой вязкости приводили бы к микрорасслоению систем. В качестве примера можно привести шампуни для волос с жемчужным эффектом.

В тройных системах, формируемых водой, ПАВ и маслами/углеводородами, наличие жидкокристаллического состояния имеет наибольшее влияние на такие свойства системы, как микроскопическая структура, вязкость и стабильность.

Стабилизация мыл. Моющая способность систем, содержащих многокомпонентную систему, зависит от их фазового состояния.

На стороне фазовой диаграммы (рис. 12.1), где высокое содержание углеводорода и сурфактанта (черная область), можно выявить 2 различные ЖК-фазы. В Э-фазе (эмульсии вода/масло) и в ЖК-фазе (ЖК), время жизни мыла находится в пределах секунд. В двухфазном районе (заштрихованная зона) стабильность мыла возрастает до пределов нескольких часов, показывая, что наличие ЖК-фазы стабилизирует мыло. Этот стабилизирующий эффект может быть связан с влиянием жидких кристаллов на дренаж мыла. Поляризационная микроскопия показывает, что ЖК-фаза на фазовой диаграмме концентрируется на границе плато мыла, где ее высокая вязкость существенно снижает дренаж мыла. Поэтому граница плато и радиус кривизны остаются большими, определяя лапласовское давление и степень утончения ламеллы.

Кроме того, в жидкокристаллической фазе у сурфактантов поверхностное натяжение ниже и вследствие этого выше поверхностное давление в слоях мыла (по сравнению с ситуацией, когда присутствует только один сурфактант). В этом отношении жидкие кристаллы на границе плато являются «резервуаром» ПАВ для оптимальной композиции, стабилизирующей слои мыла.

УГЛЕВОДОРОД

ЖК

Н2О ПАВ (сурфиктант)

Э + ЖК

Э

Рис. 12.1. Фазовая фиаграмма системы «вода – углеводород – сурфактант», формирующей мыло в двухфазном районе Э + ЖК

Стабилизация эмульсий и дисперсий. Применение ламеллярной ЖК-фазы для стабилизации эмульсий имеет большую историю и начинается с работ С. Фриберга в 60-х гг. XX века. Эмульсии и дисперсии в дальнейшем могут быть стабилизированы за счет формирования гель-фазы. ЖК обычно локализуются на межфазной поверхности капелек масла и водной фазы. Этот вид трехфазных эмульсий используется в косметической промышленности от лосьенов до кремов и, кроме того, встречается в пищевых продуктах, где лецитин и моноглицериды обычно используются как эмульгаторы.

Сети, образуемые жидкими кристаллами. ЖК-фазы могут формировать 3D сетку, которая пронизывает объемную фазу в системе. Это понижает броуновское движение частичек дисперсий или капелек и ведет к стабильности системы (рис. 12.2).

В области фармакологии жесткая структура сети позволяет жидкокристаллической фазе растворять вещества, которые обычно в условиях изотропной фазы проявляют ограниченную растворимость.

Рис. 12.2. Структура 3D–сети эмульсии масло/жидкий кристалл/вода

Липосомы. Липосомы являются надмолекулярными структурами в виде моно- или многослойных структур (пузырьков), полых в центре. В этом смысле они занимают промежуточное положение между мицеллами и ламеллярными структурами. Они широко используются для целенаправленной доставки лекарств в области медицины, в косметике, пищевой индустрии и агрохимии.

В аспекте доставки лекарств к органам и тканям, липосомы включают в свою полость эти лекарства и, в связи с низким коэффициентом диффузии через стенку липосомы, лекарство постепенно поступает в кровь, создавая в ней поддерживающую концентрацию в течение значительного времени. Создаются также липосомы, которые имеют высокую селективность к определенным органам и тканям, т.е. иммунолипосомы, содержащие антитела к специфическим рецепторам клеток. В этом случае лекарство доставляется к конкретным органам и тканям и действует локально.