La microencapsulación es un proceso en el que partículas diminutas o gotitas se rodean de un recubrimiento para dar lugar a cápsulas pequeñas, con propiedades útiles. [1] [2] En general, se utiliza para incorporar ingredientes alimentarios , [3] enzimas , células u otros materiales a escala micrométrica . La microencapsulación también se puede utilizar para encerrar sólidos , líquidos o gases dentro de una pared micrométrica hecha de película soluble dura o blanda , con el fin de reducir la frecuencia de dosificación y evitar la degradación de los productos farmacéuticos . [4]
En su forma más simple, una microcápsula es una esfera pequeña que comprende una pared casi uniforme que encierra algún material. El material encerrado en la microcápsula se conoce como núcleo, fase interna o relleno, mientras que la pared a veces se denomina capa, revestimiento o membrana. Algunos materiales como los lípidos y los polímeros , como el alginato , se pueden utilizar como una mezcla para atrapar el material de interés en el interior. La mayoría de las microcápsulas tienen poros con diámetros entre unos pocos nanómetros y unos pocos micrómetros. Los materiales que generalmente se utilizan para el revestimiento son:
La definición se ha ampliado e incluye la mayoría de los alimentos, donde la encapsulación de sabores es la más común. [5] La técnica de microencapsulación depende de las propiedades físicas y químicas del material a encapsular. [6]
Sin embargo, muchas microcápsulas se parecen poco a estas esferas simples. El núcleo puede ser un cristal , una partícula adsorbente dentada, una emulsión , una emulsión de Pickering , una suspensión de sólidos o una suspensión de microcápsulas más pequeñas. La microcápsula puede incluso tener múltiples paredes.
Microcápsula : Micropartícula hueca compuesta por una envoltura sólida que rodea un
espacio formador de núcleo y disponible para sustancias atrapadas de forma permanente o temporal.Nota : Las sustancias pueden ser compuestos aromatizantes, productos farmacéuticos, pesticidas, colorantes o materiales similares.
La gelificación ionotrópica se produce cuando las unidades de ácido úrico en las cadenas del polímero alginato se entrecruzan con cationes multivalentes, entre los que se incluyen calcio, zinc, hierro y aluminio.
La separación en fase de coacervación consta de tres pasos realizados bajo agitación continua.
En la policondensación interfacial, los dos reactivos de una policondensación se encuentran en una interfaz y reaccionan rápidamente. La base de este método es la reacción clásica de Schotten-Baumann entre un cloruro de ácido y un compuesto que contiene un átomo de hidrógeno activo, como una amina o un alcohol , poliésteres , poliurea , poliuretano . En las condiciones adecuadas, se forman rápidamente paredes delgadas y flexibles en la interfaz. Se emulsiona una solución del pesticida y un cloruro de diácido en agua y se añade una solución acuosa que contiene una amina y un isocianato polifuncional . Hay una base presente para neutralizar el ácido formado durante la reacción. Las paredes de polímero condensado se forman instantáneamente en la interfaz de las gotitas de emulsión.
La reticulación interfacial se deriva de la policondensación interfacial y se desarrolló para evitar el uso de diaminas tóxicas en aplicaciones farmacéuticas o cosméticas. En este método, el pequeño monómero bifuncional que contiene átomos de hidrógeno activos se reemplaza por un polímero de origen biológico, como una proteína. Cuando la reacción se realiza en la interfaz de una emulsión, el cloruro de ácido reacciona con los diversos grupos funcionales de la proteína, lo que conduce a la formación de una membrana. El método es muy versátil y las propiedades de las microcápsulas (tamaño, porosidad, degradabilidad, resistencia mecánica) se pueden personalizar. Flujo de microcápsulas artificiales en canales microfluídicos:
En algunos procesos de microencapsulación, la polimerización directa de un único monómero se lleva a cabo sobre la superficie de la partícula. En un proceso, por ejemplo, las fibras de celulosa se encapsulan en polietileno mientras se sumergen en tolueno seco . Las velocidades de deposición habituales son de aproximadamente 0,5 μm/min. El espesor del recubrimiento varía de 0,2 a 75 μm (0,0079 a 2,9528 milésimas de pulgada). El recubrimiento es uniforme, incluso sobre proyecciones afiladas. Las microcápsulas de proteínas son biocompatibles y biodegradables , y la presencia de la estructura proteica hace que la membrana sea más resistente y elástica que las obtenidas por policondensación interfacial.
En varios procesos, durante la formación de las partículas se incrusta un material de núcleo en una matriz polimérica. Un método sencillo de este tipo es el secado por pulverización, en el que la partícula se forma mediante la evaporación del disolvente del material de la matriz. Sin embargo, la solidificación de la matriz también puede deberse a un cambio químico.
Incluso cuando el objetivo de una aplicación de microencapsulación es el aislamiento del núcleo de su entorno, la pared debe romperse en el momento de su uso. Muchas paredes se rompen fácilmente por presión o esfuerzo cortante , como en el caso de la rotura de partículas de tinte durante la escritura para formar una copia. El contenido de la cápsula puede liberarse fundiendo la pared o disolviéndola en condiciones particulares, como en el caso de un recubrimiento de fármaco entérico . [7] En otros sistemas, la pared se rompe por la acción del disolvente, el ataque de enzimas , la reacción química, la hidrólisis o la desintegración lenta.
La microencapsulación se puede utilizar para retardar la liberación de un fármaco en el organismo. Esto puede permitir que una dosis de liberación controlada sustituya a varias dosis de fármaco no encapsulado y también puede reducir los efectos secundarios tóxicos de algunos fármacos al evitar altas concentraciones iniciales en la sangre. Normalmente existe un determinado patrón de liberación deseado. En algunos casos, es de orden cero, es decir, la velocidad de liberación es constante. En este caso, las microcápsulas liberan una cantidad fija de fármaco por minuto u hora durante el período de su eficacia. Esto puede ocurrir siempre que se mantenga un depósito sólido o un fármaco en disolución en la microcápsula.
Un patrón de liberación más típico es el de primer orden, en el que la velocidad disminuye exponencialmente con el tiempo hasta que se agota la fuente de fármaco. En esta situación, una cantidad fija de fármaco se encuentra en solución dentro de la microcápsula. La diferencia de concentración entre el interior y el exterior de la cápsula disminuye continuamente a medida que el fármaco se difunde.
Sin embargo, existen otros mecanismos que pueden intervenir en la liberación del material encapsulado, entre ellos la biodegradación, la presión osmótica, la difusión, etc. Cada uno de ellos dependerá de la composición de la cápsula realizada y del entorno en el que se encuentre. Por tanto, la liberación del material puede verse afectada por varios mecanismos que actúan simultáneamente. [8]
Las aplicaciones de la microencapsulación son numerosas. Se utiliza principalmente para aumentar la estabilidad y la vida útil del producto que se encapsula, facilitar la manipulación del producto y proporcionar una liberación controlada del contenido.