La microencapsulación es un proceso en el que pequeñas partículas o gotitas se rodean por un recubrimiento para formar pequeñas cápsulas 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 una película soluble dura o blanda , con el fin de reducir la frecuencia de dosificación y prevenir la degradación de los productos farmacéuticos . [4]
En su forma más simple, una microcápsula es una pequeña esfera que comprende una pared casi uniforme que encierra algo de material. El material encerrado en la microcápsula se denomina núcleo, fase interna o relleno, mientras que la pared a veces se denomina cubierta, revestimiento o membrana. Algunos materiales como lípidos y polímeros , como el alginato , se pueden utilizar como mezcla para atrapar el material de interés en su interior. La mayoría de las microcápsulas tienen poros con diámetros que oscilan entre unos pocos nanómetros y unos pocos micrómetros. Los materiales generalmente utilizados para el recubrimiento 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 simples esferas. 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 capa sólida que rodea un
espacio de formación de núcleo disponible para sustancias atrapadas permanente o temporalmente.Nota : Las sustancias pueden ser compuestos aromatizantes, productos farmacéuticos, pesticidas, colorantes o materiales similares.
Las razones 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 la liberación controlada del contenido. [7] En algunos casos, el núcleo debe aislarse de su entorno, como al aislar vitaminas de los efectos deteriorantes del oxígeno , retardar la evaporación de un núcleo volátil , mejorar las propiedades de manipulación de un material pegajoso o aislar un núcleo reactivo de sustancias químicas. ataque. En otros casos, el objetivo no es aislar completamente el núcleo sino controlar la velocidad a la que libera el contenido, como en la liberación controlada de medicamentos [8] o pesticidas . El problema puede ser tan simple como enmascarar el sabor u olor del núcleo, o tan complejo como aumentar la selectividad de un proceso de adsorción o extracción . En ciencias ambientales , un pesticida puede microencapsularse para minimizar los riesgos de lixiviación o volatilización. [9] Incluso el agente autorreparable microencapsulado tiene aplicaciones probadas en el diseño de recubrimientos poliméricos autorreparables. [10] [11]
La gelificación ionotrópica se produce cuando las unidades de ácido úrico en las cadenas del polímero alginato se reticulan con cationes multivalentes. Estos pueden incluir calcio, zinc, hierro y aluminio.
La separación de la 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. La base está presente para neutralizar el ácido formado durante la reacción. Las paredes de polímero condensado se forman instantáneamente en la interfaz de las gotas de emulsión.
El entrecruzamiento interfacial se deriva de la policondensación interfacial y fue desarrollado para evitar el uso de diaminas tóxicas, para 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 distintos grupos funcionales de la proteína, dando lugar 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 de microfluidos:
En algunos procesos de microencapsulación, la polimerización directa de un único monómero se lleva a cabo en la superficie de la partícula. En un proceso, por ejemplo, se encapsulan fibras de celulosa en polietileno mientras se sumergen en tolueno seco . Las velocidades de deposición habituales son de aproximadamente 0,5 μm/min. El espesor del revestimiento oscila entre 0,2 y 75 μm (0,0079 y 2,9528 mils). El recubrimiento es uniforme, incluso sobre proyecciones afiladas. Las microcápsulas de proteínas son biocompatibles y biodegradables , y la presencia del esqueleto proteico hace que la membrana sea más resistente y elástica que las obtenidas por policondensación interfacial.
En varios procesos, un material central se incrusta en una matriz polimérica durante la formación de las partículas. Un método sencillo de este tipo es el secado por aspersión, en el que la partícula se forma por 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 aislar el 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 romper partículas de tinte durante la escritura para formar una copia. El contenido de la cápsula puede liberarse derritiendo la pared o disolviéndola en condiciones particulares, como en el caso del recubrimiento de un fármaco entérico . [12] En otros sistemas, la pared se rompe por la acción del disolvente, ataque de enzimas , reacción química, hidrólisis o desintegración lenta.
La microencapsulación se puede utilizar para retardar la liberación de un fármaco en el cuerpo. Esto puede permitir que una dosis de liberación controlada sustituya varias dosis de fármaco no encapsulado y también puede disminuir los efectos secundarios tóxicos de algunos fármacos al prevenir altas concentraciones iniciales en la sangre. Generalmente existe un cierto patrón de liberación deseado. En algunos casos, es de orden cero, es decir, la tasa de liberación es constante. En este caso, las microcápsulas liberan una cantidad fija de fármaco por minuto u hora durante el período de 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 del fármaco. En esta situación, una cantidad fija de fármaco está 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 algunos otros mecanismos que pueden tener lugar en la liberación del material encapsulado. Estos incluyen, biodegradación, presión osmótica, difusión, etc. Cada uno dependerá de la composición de la cápsula realizada y del ambiente en el que se encuentre. Por lo tanto, la liberación del material puede verse afectada por varios mecanismos que actúan simultáneamente. [13]
Las aplicaciones de la microencapsulación son numerosas. Los que se mencionan a continuación son algunos de los más comunes.