Mikrokapseln

Mikrokapseln sind Partikel mit typischen Durchmessern im µm-Bereich, bei denen ein flüssiger oder fester Kern mit einer dichten, permeablen oder semipermeablen Wand aus einem anderen Stoff überzogen ist.

Der Kern wird auch als innere Phase, Beladung oder Füllung bezeichnet. Für die Wand werden auch Namen wie äußere Phase, Hülle, Überzug oder Membran verwendet.

Je nach Herstellungsverfahren und Form des Kerns ergeben sich bei flüssigen Kernen meist kugelförmige oder ellipsoide, bei festen Kernen auch unregelmäßige Formen.
Der Durchmesser schwankt im typischerweise im Bereich von 2 - 2000 µm. Möglich sind Durchmesser jedoch in einem viel weiteren Bereich, nämlich von 10 · 10^-9 m bis 10 · 10^-3 m.
Die Wandstärke beträgt typisch 0,5 - 150 µm, kann jedoch im Bereich von 5 · 10^-9 m bis 500 · 10^-6 m variiert werden.
Typisch sind Beladungen von 25 - 95 %, möglich solche von 1 - 99 %.
Mikrokapseln enthalten in der Regel nur einen einzigen, großen und zusammenhängenden Kern. Mikropartikel, bei denen die innere Phase stärker in einer Matrix verteilt vorliegt, werden als Mikrosphären bezeichnet.
- Die wichtigsten Unterschiede sind in der Art der Freisetzung ihres Inhalts zu sehen: Mikrokapseln stellen Reservoirsysteme dar, Mikrosphären eher Matrixsysteme.
Nach außen erscheinen Mikrokapseln makroskopisch als Pulverpartikel.

Die Wand einer Mikrokapsel besteht meist aus Gelatine oder natürlichen bzw. synthetischen Polymeren. Besondere Bedeutung haben hier auch bioabbaubare Polymere.
Mikrokapseln können durch physikalisch-mechanische, physikalisch-chemische und rein chemische Verfahren hergestellt werden.
Die größte Bedeutung hat die Koazervation, gefolgt von Grenzflächenpolymerisation, Wirbelschichtverfahren und Sprüheinbettung.

Wirbelschichtverfahren
- Nach dem Wurster-Verfahren wird das zu verkapselnde feste Gut in der Wirbelschicht (Warmluftstrom von unten) von oben her mit gelösten Hüllsubstanzen mittels Verdüsung überzogen.
- Der Warmluftstrom sorgt für eine rasche Verdunstung des Lösungsmittels.
Sprüheinbettung (Sprühtrocknung, Sprüherstarrung)
- Mit Hilfe der Sprüheinbettung werden keine echten Mikrokapseln erhalten. Die anfallenden Pulver sind jedoch in ihren Eigenschaften meist mit den Mikrokapseln vergleichbar - genauer handelt es sich jedoch um Mikrosphären.
Kesselüberzugsverfahren
Lösungsmittelverdunstung
Zentrifugalverfahren
- Mit diesem Verfahren können Flüssigkeiten oder Pulver umhüllt werden. Zunächst werden sie durch Zentrifugalkräfte fein verteilt. Dann müssen sie einen aus gelöstem Hüllmaterial bestehenden herabrieselnden Film passieren, wobei sich dieser als dünne Hülle auf die Kernpartikel legt.
Extrusion
Elektrostatische Beschichtung
- Bei der elektrostatischen Beschichtung werden Hüllmaterial und zu umhüllender Stoff in Aerosolform mit unterschiedlicher elektrostatischer Aufladung zusammengebracht.
- Durch die elektrostatischen Wechselwirkungen der unterschiedlich geladenen Teilchen kommt es zu Anlagerung des Hüllmaterials an die Partikel des Kerns.
Vakuumbeschichtung

Grenzflächenpolymerisation
- Bei der Grenzflächenpolymerisation wird der zu überziehende Stoff in einer Monomerenlösung dispergiert. Die Monomer lagern sich an der Oberfläche der späteren inneren Phase an.
- Durch Zusatz eines Starters zur Kapselhülle polymerisieren die Monomere an der Grenzfläche aus.

Mikrokapseln bieten pharmazeutisch vielfältige Möglichkeiten, bestimmte Materialeigenschaften zu maskieren oder insgesamt verbesserte galenische Eigenschaften zu erhalten.
Sie dienen der:
- Geschmacksmaskierung schlecht schmeckender Arzneistoffe
- Vermeidung von Inkompatibilitäten mit anderen Stoffen innerhalb einer Arzneiform
- Verbesserung der Stabilität durch Schutz gegenüber Sauerstoff, Feuchtigkeit und Licht
- Verbesserung des Fließverhaltens von Pulvern
- Überführung einer Flüssigkeit in ein Pulver
- Modifizierung der Wirkstofffreisetzung.
In der Lebensmitteltechnologie werden Aromen, bei Instant-Tees ätherische Öle durch Mikroverkapselung konserviert.

Mikrokapseln setzen ihren Inhalt entweder langsam, durch Diffusion durch die intakte Wand, oder schnell, nach einer Zerstörung der Wand, frei.
Ist eine schnelle Freisetzung nicht erwünscht, so ist darauf zu achten, dass die Wand nicht vorzeitig zerstört wird. Dies gilt besonders beim Einsatz bioabbaubarer Polymere als Wandmaterial.