Учёные создали модель для управления свойствами частиц ибупрофена

Исследователи из НИУ ВШЭ и Института химии растворов РАН разработали статистико-механическую модель, которая объясняет, как медленные изменения в сверхкритическом растворителе влияют на формирование твёрдых частиц лекарственных веществ на примере ибупрофена.

В фармацевтическом производстве для получения частиц активных фармацевтических ингредиентов с заданными свойствами используется метод с применением сверхкритического диоксида углерода (CO₂). При изменении давления растворённое вещество выделяется из среды в виде мелкодисперсных частиц. Новизна работы учёных заключается в описании процессов, происходящих в растворителе ещё до образования твёрдой фазы.

Модель учитывает три взаимосвязанных процесса: конформационные переходы молекул, флуктуации плотности растворителя и диффузию компонентов раствора. Вблизи критической точки растворителя возникают значительные флуктуации плотности, а изменения плотности становятся медленными — это явление называют критическим замедлением.

Расчёты показали, что вблизи критической точки одновременно проявляются два медленных коллективных процесса. Первый связан с замедлением флуктуаций плотности растворителя. Второй обусловлен диффузией, так как для перераспределения вещества на масштабах крупных неоднородностей требуется больше времени.

При этом переходы отдельных молекул ибупрофена между конформациями могут оставаться быстрыми. Однако взаимодействие растворённого вещества с окружающей средой приводит к тому, что оба медленных процесса отражаются на наблюдаемом сигнале. Этот механизм авторы назвали двойным коллективным замедлением.

Согласно расчётам, даже небольшая разница во взаимодействии растворителя с различными конформациями молекулы может приводить к заметному влиянию коллективных процессов на наблюдаемый отклик системы. Модель предсказывает, что релаксация отклика может происходить не по обычному экспоненциальному закону, а по степенному, что означает более долгое сохранение следов первоначального возмущения.