BR112018068097B1

BR112018068097B1 - Filtro solar físico consistindo de hidroxiapatita substituída em uma matriz orgânica

Info

Publication number: BR112018068097B1
Application number: BR112018068097-4A
Authority: BR
Inventors: Anna Tampieri; Monica Sandri; Simone Sprio
Original assignee: Consiglio Nazionale Delle Ricerche
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2021-12-14
Also published as: EP3426224A1; ITUA20161416A1; CN109069365A; CA3016796A1; KR102312170B1; BR112018068097A2; CN109069365B; US20190070079A1; EP3426224B1; US10813856B2; ES2807961T3; KR20180132660A; WO2017153888A1

Abstract

a presente invenção refere-se a uma composição para a proteção contra radiação solar, consistindo em uma matriz orgânica, de preferência uma gelatina, e nanopartículas de hidroxiapatita modificadas pela substituição de parte do fósforo com titânio, e parte do cálcio com ferro.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO(S) RELACIONADO(S) CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção refere-se a um filtro solar físico, formado por partículas de hidroxiapatita substituída com íons de titânio e/ou ferro em uma matriz orgânica consistindo em um polímero biocompatível.

ESTADO DA TÉCNICA

[02] Sabe-se que radiações solares, especialmente a ultravioleta (UV) o componente do espectro destas radiações é responsável pela degradação fotoquímica de vários tipos. Estes podem incluir o desbotamento e o envelhecimento de tintas, tecidos e revestimentos plásticos, mas acima de todas as alterações dos tecidos da pele em seres humanos, potencialmente até o início do câncer da pele; a exposição aguda e crónica aos raios UV pode, de fato, conduzir a queimadura solar, fotoenvelhecimento, fotoimunossupressão e uma fotocarcinocidade, que são de grande preocupação para pessoas jovens e, em particular, crianças.

[03] A radiação UV compreende a porção do espectro de comprimentos de onda entre 100 e 400 nm, que são adicionalmente divididos em UVC (100-290 nm), UVB (290320 nm) e UVA (320-400 nm). A exposição à radiação UVC é de pouco interesse prático, como comprimentos de onda abaixo de 290 nm são absorvidos pela camada de ozônio e não atingem a superfície da Terra, enquanto a exposição a UVA e UVB é considerada inevitável.

[04] A fim de impedir ou mitigar os efeitos negativos da exposição de raios UV, os assim chamados filtros solares podem ser usados, que são composições de fluido que podem ser espalhadas sobre a peça a ser protegida e que contêm componentes capazes de reduzir a quantidade de radiação UV que alcança a mesma parte; devido a esta característica, filtros solares são também comumente referidos como filtros solares. Embora, como mencionado, a exposição à UV pode causar a degradação em artigos manufaturados e produtos industriais, no restante da descrição, será feita referência às aplicações para proteção da pele, dada a importância do último; é de qualquer maneira entendido que os filtros solares aqui descritos também podem ser aplicados em outros campos.

[05] Filtros solares podem ser divididos em duas classes principais: a) filtros químicos ou biológicos, em que os componentes ativos em fotoproteção são moléculas orgânicas capazes de absorver Raios UV; e b) filtros UV físicos ou Inorgânicos, compreendendo barreiras físicas que refletem radiação. Entre os componentes de fotoproteção químicos, o que é mais amplamente usado é o composto 1-(4- metoxifenil)-3-(4-terc-butilfenila)-propano-1,3-diona, comumente referido pelos nomes de uso de metoxidibenzoilmetano butila ou avobenzona, embora entre os compostos com atividade física em particular TiO2 e ZnO possam ser mencionados.

[06] Entretanto, os filtros solares atualmente no mercado não são isentos de problemas críticos; os pontos discutidos em relação ao seu uso estão relacionados a seus componentes e os efeitos de sua distribuição no ambiente, bem como sua degradação mediante exposição à luz solar e o efeito dos produtos de degradação. Por exemplo, são investigados os efeitos sobre a pele (por exemplo irritação e sensibilização) e a penetração da pele dos componentes de creme; os efeitos estrogênicos de filtros UV químicos; a atividade fotocatalítica e a fotodegradação Através da exposição à radiação UV; e deficiência de vitamina D causada pelo uso excessivo de protetores solares, resultando em absorção insuficiente de radiação UV pela pele.

[07] A atividade fotocatalítica (terceiro ponto mencionado acima) é uma característica indesejada de qualquer proteção solar, uma vez que ela pode conduzir à geração de radicais livres e outras espécies reativas que podem por si só ser a causa de alguns dos problemas de saúde associados com a exposição a raios UV; a este respeito, vide, por exemplo, o artigo “Current Sunscreen Controversies: A Critical Review” M. E. Burnett et al., Photodermatology Photoimmunology and Photoedidine, 2011, 27 (6): 58-67.

[08] Esta desvantagem é associada não somente aos filtros Químicos de UV, por exemplo, contendo o composto avobenzona como ingrediente ativo, que são conhecidos por sofrer fotodegradação, mas especialmente ao uso de filtros de UV físicos contendo nanopartículas de TiO2, SiO2, FexOy, MgxOy, ZnO. Descobriu-se que o uso destes compostos na forma de nanopartículas melhora a sua eficácia, resultando em um maior efeito de fotoproteção, embora causando, no entanto, preocupações de segurança possíveis relacionadas com as propriedades fotocatalíticas destes minerais sob Luz visível por UV e sua capacidade bem documentada para gerar radicais livres reativos por exposição à radiação UV. Além disso, devido ao uso crescente de filtros solares físicos, concentrações crescentes de nanopartículas de TiO2 e ZnO foram recentemente detectadas no ambiente, especialmente em águas costeiras. As nanopartículas de ZnO têm efeitos ecotoxicológicos em espécies aquáticas e terrestres dentro de uma ampla faixa de taxanos, e acima de certos níveis de concentração em ambientes naturais, eles podem causar um risco significativo para a biota ambiental; ver, por exemplo o artigo "Ecotoxicidade de nanopartículas de ZnO fabricadas-Uma revisão"H. Ma et al. Environmental Pollution, 2013, 172, 76-85.

[09] As nanopartículas de TiO2 parecem mostrar níveis mais baixos de toxicidade em fitoplâncton marinhos em comparação com ZnO, embora eles tenham sido verificados como tendo um efeito ecotóxico sobre algas e Dafnia.

[010] Um outro problema relacionado ao uso de filtros UV com base em nanopartículas inorgânicas refere-se à penetração epidérmica do último após a aplicação tópica de filtro solar. É provado que o estrato córneo é uma barreira eficaz para impedir a entrada de nanopartículas de ZnO e TiO2 nas camadas mais profundas da pele saudável, mas um grau mais alto de penetração é observado no caso de pele danificada ou doente. Além disso, alguns estudos mostraram que formas micronizadas de dióxido de titânio e óxido de zinco (que, por redução do tamanho das partículas à ordem de magnitude de nanômetros, permitir a seleção de radiações de baixo comprimento de onda tais como UV, mas não luz visível) usado para evitar qualquer efeito de branqueamento indesejado em filtros solares, pode resultar em penetração aumentada do filtro físico nas camadas mais internas da epiderme, onde ela pode desencadear as reações de estresse oxidativo resultando no esgotamento do colágeno, fotoenvelhecimento e fotocarcinogenidade; a este respeito, vide, por exemplo, O artigo "Toxicity and penetration of TiO2 nanoparticles in airless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure", Jianhong Wu et al. Toxicology letters 191 (2009) 1-8.

[011] As preocupações principais causadas pelo uso de nanopartículas de TiO2 e ZnO em filtros de UV físicos são, portanto, relacionadas a sua fototoxicidade potencial e sua penetração, resultando em efeitos sistêmicos e bioacúmulo em seres humanos e outros organismos.

[012] A necessidade de se ter componentes ativos para filtros solares que são livres das desvantagens esboçadas acima, ou em qualquer caso os mesmos a uma menor extensão com relação aos materiais atualmente usados, e, portanto, ainda feltro no campo.

[013] O objetivo da presente invenção é o de fornecer um material fotoativo para utilização em filtros solares com características de fototoxicidade e penetração da pele reduzidas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[014] Este objetivo é alcançado com a presente invenção que, em um primeiro aspecto, refere-se a uma composição que compreende uma matriz orgânica formada por moléculas poliméricas, sobre as quais são as nanopartículas ligadas de hidroxiapatita substituída com íons de titânio e/ou ferro, em que o fósforo é parcialmente substituído por titânio em uma quantidade entre 8 e 50% atômico com relação ao fósforo e/ou em que o cálcio é parcialmente substituído por ferro em uma quantidade entre 2 e 40% atômico com relação ao cálcio, e em que a quantidade da matriz orgânica está entre 5 e 60% em peso e a quantidade de hidroxiapatita substituída está entre 35 e 90% em peso, a parte restante sendo constituída por água.

[015] Em um segundo aspecto, a invenção refere-se ao processo de obtenção da dita composição.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[016] A figura 1 mostra fotomicrografias de microscópio eletrônico de várias amostras de composição da invenção

[017] A figura 2 mostra o espectro de difração de raios-x em pó de três amostras de composição da invenção

[018] As figuras 3.A e 3.B mostram os espectros de refletância e absorção, respectivamente, de luz visível por UV por amostras de composição da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[019] A invenção é descrita a seguir em detalhes com referência às Figuras.

[020] Hidroxiapatita é o composto de fórmula Ca5(PO4)3(OH), frequentemente reportado também como dímero Ca10(PO4)6(OH)2, que reflete a presença de duas unidades básicas na célula elementar do cristal. O composto naturalmente ocorre como mineral (em que o íon hidroxila pode ser parcialmente substituído por cloro, flúor ou íons carbonato), e é também o constituinte mineral de ossos humanos e animais. O composto é também indicado na literatura pela abreviação HA, a partir de hidroxiapatita, que também será usada no presente texto.

[021] Os inventores verificaram que a hidroxiapatita tem tais características de modo a permitir O desenvolvimento de novos filtros solares de segurança, porque ao longo de sua alta biocompatibilidade comparada com ZnO e TiO2, a sua banda de absorção/reflexão da radiação UV pode ser estendida e modulada na faixa desejada pela introdução de íons dopantes adequados em sua estrutura cristalina.

[022] No primeiro aspecto, a invenção refere- se a uma composição que compreende uma matriz orgânica na qual estão presentes, como elemento fotoativo, nanopartículas de hidroxiapatita substituídas por íons de titânio e/ou ferro, conforme indicado acima.

[023] Na presente invenção, o termo nanopartículas se refere a partículas cujo tamanho máximo não excede 500 nm; em particular, foi observado que as nanopartículas obtidas de acordo com o processo da invenção geralmente não são maiores do que cerca de 200 nm.

[024] Além disso, a matriz deve naturalmente ser inofensiva para a superfície a ser protegida e no caso da pele, deve ser atóxico e assegurar valores de pH fisiológico (pH ligeiramente acídico, aproximadamente entre 4,2 e 5,6) no produto acabado. Os inventores descobriram que matrizes orgânicas adequadas podem ser selecionadas a partir de ácido poliláctico, colágeno, alginato de sódio, polietileno glicóis (PEGs), quitosana, partículas de lipídeo sólidas (SLP) e, em particular, gelatinas de biocompatibilidade conhecida.

[025] Como mencionado, o componente fotoativo da composição da invenção é uma hidroxiapatita modificada, em que uma quantidade entre 8 e 50% atômica de fósforo é substituída por titânio, e/ou uma quantidade entre 2 e 40% atômica de cálcio é substituída por ferro. O HA substituído da invenção é caracterizado por um grau reduzido de cristalinidade comparado com HA não substituído, devido aos efeitos de distorção da estrutura cristalina induzida pela presença de íons de dopagem e à interação com a matriz polimérica durante o processo de formação do material compósito, objeto da patente, o qual atrapalha o crescimento e a maturação do mesmo.

[026] A composição contém ainda valores percentuais baixos em peso de água, geralmente inferiores a 5%.

[027] As partículas de HA contidas na composição da invenção são de tamanho nanométrico, por meio do que eliminam o problema de efeito de branqueamento; além disso, estando em relação estrutural próxima com a matriz orgânica e, portanto, parte de partículas compósitas maiores, elas também têm uma baixa potência de penetração na pele.

[028] Para a aplicação como filtro solar, após qualquer adição possível de água, a composição da invenção é então usualmente misturada com outros componentes típicos de produtos comerciais para proteção contra radiações solares, tais como cremes e óleos que permitem uma distribuição uniforme da mesma sobre a pele, óleos perfumados ou componentes à prova de água para tornar o creme resistente no caso de imersão em água.

[029] O segundo aspecto da invenção refere-se ao processo de preparação da composição descrita acima.

[030] A dispersão de nanopartículas de HA na matriz não ocorre por mistura mecânica de partículas de HA previamente formadas na matriz orgânica, mas, ao invés disso, através de um chamado processo de "bioineralização", no qual as Nanopartículas de HA são produzidas diretamente dentro da própria matriz.

[031] No processo de bioineralização, a matriz orgânica desempenha um papel fundamental por meio de ATT representando o substrato sobre o qual ocorre a deposição da fase inorgânica. As matrizes poliméricas selecionadas para o processo da invenção são ricas em cargas positivas ou negativas; estas cargas interagem seletivamente com cátions, principalmente Ca2+, ou os ânions, principalmente PO43-, presente em solução, e guia e influenciar o crescimento da fase inorgânica. Deste modo, as matrizes poliméricas controlam a nucleação, orientação, cristalização e morfologia de partículas de hidroxiapatita, apresentando principalmente um papel de inibidores de cristalização. Como resultado deste processo, a hidroxilapatita é nucleada na matriz orgânica e em relação estrutural próxima com ela.

[032] O processo da invenção compreende as seguintes etapas: a) preparação de uma solução aquosa contendo um precursor de cálcio e de pelo menos um sal de ferro (II) e pelo menos um sal de ferro (III); b) preparação de uma solução hidroalcoólica de um precursor de titânio; c) preparação de uma solução aquosa, contendo o constituinte da matriz orgânica, de um composto de fósforo solúvel em água; d) adicionar simultaneamente e lentamente as soluções dos precursores de titânio e de composto de fósforo/matriz orgânica à solução contendo o precursor de cálcio; e) permitir que o sistema reaja a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 70° C por um tempo entre 1 e 5 horas; e f) submissão ao tratamento por congelamento- secagem o produto obtido como resultado da etapa e).

[033] Como será evidente para os versados na técnica, as etapas mencionadas acima são designadas pelas letras a) a f) para identificá-las claramente, mas isto não significa que as ditas etapas devem ser realizadas necessariamente nesta sequência, e em particular as etapas a), b) e c) podem ser realizadas em qualquer sequência.

[034] Etapas a), b) e c) consistem na preparação das soluções dos precursores de cálcio/ferro, titânio e fósforo (o último contendo o constituinte da matriz orgânica).

[035] Preparação da solução aquosa do precursor de cálcio (etapa a), um sal do mesmo ou preferivelmente O hidróxido, Ca(OH)2 são usados. A esta solução, um precursor de Fe (II) e um precursor de Fe (III) é adicionado em uma razão molar de 1: 1; precursores de ferro preferidos são os nitratos dos mesmos e, em particular, os seus cloretos FeCl2.4H2O e/ou FeCl3.6H2O.

[036] Compostos preferidos para a preparação da solução de precursor de titânio (etapa b) são os cloretos e alcóxidos dos mesmos, em particular o isopropóxido (também conhecido como isopropilato), Ti(-O- CH(CH3)2)4; se alcóxidos forem usados, eles são preferivelmente primeiro dissolvidos em um álcool ou HPT uma mistura hidroalcoólica (o álcool usado é preferivelmente o mesmo cujo radical está presente no composto).

[037] O composto usado para a preparação da solução do precursor de fósforo (etapa c) é um composto de fósforo solúvel, que pode ser um sal (tal como fosfato de amônio) mas preferivelmente é um ácido fosfórico, e mais preferivelmente o ácido ortofosfórico, H3PO4.

[038] A formação de hidroxiapatita pode ocorrer em princípio pela reação de sais solúveis que trazem os íons Ca2+ e PO43- em solução; neste caso, sais são selecionados cujos contraíons não interferem com a composição final, tal como Ca(NO3)2.4H2O (nitrato como contraíon do íon de cálcio) e (NH4)2HPO4 (amônio como contraíon do íon fosfato). Entretanto, a reação preferida é uma que utiliza Ca(OH)2 e H3PO4, uma vez que a neutralização do ácido com a base dá água como o único subproduto e é particularmente rápida. Doravante, portanto, será feita referência específica a esta reação.

[039] Como mencionado, o constituinte da matriz orgânica que conterá as partículas de HA é dissolvido na solução do precursor de fósforo. Neste caso, ao contrário de cálcio, fósforo, titânio e ferro, não é um "precursor" uma vez que o componente orgânico dissolvido em solução é o mesmo que constituirá a matriz final.

[040] As concentrações de soluções de Ca usadas para a reação de síntese HA substituída está tipicamente na faixa de 50-150 mg/mL para a Solução de Ca, entre 75 e 110 mg/mL para P, entre 12 e 100 mg/mL para titânio e entre 10 e 45 mg/mL para Fe.

[041] As quantidades de precursores de Ca, Ti e Fe são calculadas de acordo com a norma ASTM para ser adequado para obter a relação estequiométrica desejada entre estes três elementos; se H3PO4 For usado como precursor de fósforo, isto é geralmente adicionado em quantidades molares variando de cerca de 0,5 a 0,7 vezes com relação aos moles do precursor de cálcio. O cálculo da quantidade de precursores dos diferentes metais e de fósforo depende do grau particular de substituição de cálcio desejado na hidroxiapatita substituída final e está dentro das habilidades do químico médio.

[042] Na etapa d), as soluções de precursores de Ti e P/ matriz orgânica são adicionadas simultaneamente à solução contendo os precursores de Ca e Fe. Nesta etapa, a neutralização (salificação) do Ca inicialmente básico (OH) solução é realizada pelo ácido fosfórico; os íons presentes no ambiente de reação interagem com as moléculas da matriz polimérica e são simultaneamente incorporados na estrutura de hidroxiapatita sendo formada como resultado da reação. A mistura resultante é deixada reagir por um período geralmente entre 1 e 5 horas, de preferência sob agitação a uma temperatura entre temperatura ambiente e 70° C (etapa e).

[043] Com este processo, as nanopartículas de HA substituídas são formadas diretamente sobre as cadeias poliméricas da matriz orgânica. A formação dentro da matriz também resulta na obtenção de dimensões nanométricas; as nanopartículas de HA substituídas somente com Ti ou com Ti e Fe têm formato esferoidal, ou em qualquer caso as dimensões homogéneas nas três direções espaciais e entre cerca de 10 e 200 nm; inversamente, as nanopartículas de HA substituídas somente com Fe têm uma morfologia de haste, com um eixo geométrico maior tendo um comprimento entre cerca de 100 e 200 nm, e eixos menores tendo um comprimento entre cerca de 20 e 30 nm.

[044] A última etapa do processo, secagem por congelamento, é realizada utilizando equipamento e processos que são conhecidos no campo.

[045] A invenção será adicionalmente descrita pela seguinte parte experimental, que inclui a descrição dos métodos para realizar os testes de caracterização e exemplos de produção de várias formas de material compósito da invenção e medição de suas propriedades.

Métodos e instrumentação Análise química

[046] Teor de Ca, Ti, Fe, e P nas amostras produzidas foi determinada usando um espectrômetro de plasma indutivamente acoplado (ICP-OES Liberty 200, Varian, Clayton South, Austrália), que usa comprimentos de onda de 422,673 nm (Ca), 334,941 nm (Ti), 259,940 nm (Fe) e 213,618 nm (P). As soluções de análise ICP foram preparadas dissolvendo-se 20 mg de amostra em uma solução diluída de HNO3/HCl.

[047] A quantidade de Fe2+ foi medida com um método colorimétrico baseado no uso de ortofenantrolina (1, 10-fenantrolina, Merck, 99% de pureza), descrito no artigo "Intrinsic magnetism and hyperthermia in bioactive Fe-doped hydroxyapatite", Tampieri a et al. (2012) Acta biomatalia, 8(2), 843-851.

[048] Resumidamente, o método é baseado na detecção a 510 nm e por espectrofotometria UV-visível (espectrômetro UV/VIS Lambda 35, Perkin Élmer) do complexo vermelho-laranja [C12H8N2)3Fe]2+estável na faixa de pH de 45. Para a medição, 20 mg de pó são dissolvidos em 0,8 mL de H2SO4 (Aldrich, pureza de 96% em peso) após verificar que o ácido sulfúrico não altera a concentração do complexo Fe2+ pelo menos no tempo necessário para realizar a análise; então, 10 mL de tampão de acetato de sódio (0,1 M, pH = 4) são adicionados e então, o volume de uma solução de ortofenantrolina a 0,2% em peso é adicionado, que é necessária para obter uma relação molar nominal Fe2+: ortofenantrolina de 1: 3. O volume da solução final é trazido para 50 mL com água Millipore. A adição de ortofenantrolina é realizada imediatamente após a dissolução da amostra com ácido sulfúrico, e a solução é analisada 15 minutos após a adição da ortofenantrolina.

[049] A quantidade de Fe3+é determinada como a diferença entre a quantidade total de Fe (determinada por ICP) e a quantidade de Fe2+ determinada por UV-VIS Com o método descrito acima.

Análise difratométrica

[050] A composição de fase de cada amostra foi determinada por difração de raios-x (XRD) usando um difratômetro de avanço D8 (Bruker, Karlsruhe, Alemanha) provido com um detector sensível à posição Lynx-eye usando Radiação Cu Kα (À = 1. 54178 Â) gerada a 40 kV e 40 mA. Os espectros XRD foram registrados na faixa de 20 a 10-80° com uma etapa (2θ) de 0,04° e um tempo de contagem de 0,5 segundos. No caso de uma avaliação quantitativa das composições de fase e dos parâmetros de célula, foi usada uma etapa de 0,02°.

Análise SEM

[051] A morfologia das amostras foi analisada usando-se um microscópio eletrônico de varredura (SEM, FEI Quanta 200, Eindhoven, The Netherlands) e a composição elementar foi avaliada por espectroscopia de raios-x de dispersão de energia (EDX). As amostras foram montadas sobre suportes feitos de alumínio com fita de carbono. Para medidas EDX, uma voltagem de aceleração de 10/12 kV e uma distância de trabalho de 10 mm foram usadas.

Análise termogravimétrica

[052] O teor de carbonato foi avaliado em amostras secas por análise termogravimétrica (TGA) usando um instrumento Stanton STA 1500 (Stanton, Londres, Reino unido). Para cada teste, cerca de 10 mg de apatita foram pesados na tabela T um cadinho de platina e aquecido a partir da temperatura ambiente até 1100° C sob fluxo de nitrogênio, com uma taxa de aquecimento de 10 °C/min e usando alumina como um padrão de referência. O teor de CO32- foi avaliado com base na perda de peso observada entre 550 e 950° C (uma faixa que é relevante para a decomposição de carbonatos de HA, conforme descrito no artigo “The cooperative effect of size and crystallinity degree on the resorpotion of biomimetic hydroxyapatite for soft tissue augmentation”, lafisco, M. et al. (2010), the International journal of artificial organs, 33 (1 159), 765-774).

Absorção e reflexão de UV-Vis

[053] Espectros de absorbância UV-vis das amostras foram obtidos por suspensão de 5 mg de pó em 5 mL de água Millipore, após o que a solução foi medida com um espectrofotômetro UV-VIS (LAMBDA 35, Perkin Elmer). Para a determinação dos espectros de refletância, o espectrofotômetro foi provido com uma esfera de integração (Labsphere RSA-PE-20). Em resumo, cerca de 50 mg de pó da amostra foram introduzidos em um suporte de amostra que foi então colocado na fenda da esfera de integração. O equipamento foi calibrado com um padrão Specdow (Labsphere SRS-99-010) e os espectros de refletância foram coletados na faixa de comprimento de onda de 280-800 nm.

Determinação do potencial zeta e do tamanho de partículas

[054] Tamanho e potencial Z das amostras foram medidos por dispersão dinâmica de luz (DLS) utilizando um instrumento Zetasizer Nano ZS (Malvern, Worcestershire, UK). As amostras foram suspensas em água em uma concentração de 0,1 mg/mL.

[055] Cubetas de quartzo de pequeno volume (105,251-QS; Hellma, Mullheim, alemanha) foram usadas para medir a distribuição de tamanhos. Cada medição consistiu de testes de 30 segundos cada, e quatro medições foram tomadas para cada amostra. O índice de polidispersidade (PDI) das amostras também é calculado a partir dos resultados destas medições.

[056] O potencial Z foi determinado como mobilidade eletroforética por velocimetria de Doppler a laser utilizando células Eletroforéticas descartáveis (DTS1061; Malvern, Worcestershire, UK). 20 Testes de 3s foram conduzidos para cada medição. Abreviações As seguintes abreviações são usadas nos exemplos abaixo: HA: Hidroxiapatita Ti(iOPr)4: Tetra-isopropilato de titânio FeHA: Hidroxiapatita parcialmente substituída com ferro TiHA: Hidroxiapatita parcialmente substituída com titânio FeTiHA: Hidroxiapatita parcialmente substituída com ferro e titânio

EXEMPLO 1

[057] Este exemplo refere-se à preparação de uma composição de gelatina bioineralizada com nanopartículas de TiHA.

[058] 3,32 gramas de gelatina pigmentar (Italgelatina) foram diluídos em 83 mL de água Millipore a 45° C para obter uma solução de gelatina a 4% em peso. A esta solução, 3,46 g de ácido fosfórico (H3PO4, 85% em peso de solução aquosa) foram adicionados, diluídos em 30 mL de água Millipore. Uma solução de Ti(iOPr)4 foi preparada separadamente pela mistura de 2,20 g do composto com 15 mL de isopropanol (pureza > 99,7%). A solução de ácido fosfórico/gelatina e o Ti(iOPr)4 foi adicionada gota a gota a uma suspensão obtida pela dispersão de 3,90 g de Ca(OH)2 (97% de pureza) em 100 mL de água Millipore a 45° C.

[059] A mistura resultante foi deixada reagir sob agitação por 2 horas a 45° C, e então em repouso à temperatura ambiente por 2 mais horas. A fração sólida resultante foi removida por centrifugação e repetidamente lavada com água. No final, a amostra assim obtida foi trazida a -40° C e secada por congelamento. Esta amostra foi denominada Gel-TiHA. As microfotografias SEM identificadas como C e D Na figura 1 mostram, em duas ampliações diferentes, as partículas desta amostra; como pode ser visto nas imagens, a amostra de Gel-TiHA consiste em partículas com dimensões similares nas três direções espaciais, entre cerca de 100 e 200 nm.

EXEMPLO 2

[060] Este exemplo refere-se à preparação de uma composição de gelatina bioineralizada com nanopartículas de FeHA.

[061] Um processo similar àquele no exemplo 1 foi seguido para A mineralização de gelatina Com FeHA. Em resumo, 4,2 g de ácido fosfórico foram misturados com 100 mL de uma solução a 4% em peso de gelatina de pigmento. Duas soluções de sais de ferro foram preparadas separadamente pela adição de 1. 25 G de FeCl2.4H2O (pureza > 99,0%) e 1,74 G de FeCl3.6H2O (pureza > 99,0%) a 8 mL de água Millipore para cada, respectivamente. Finalmente, uma suspensão de precursor de cálcio foi preparada pela mistura 4,72g de Ca(OH)2 com 100 mL de água Millipore a 45° C. As duas soluções de sais de ferro foram vertidas simultaneamente na suspensão de Ca(OH)2 e a solução de ácido fosfórico/gelatina foi adicionada em gotas imediatamente depois. No final da reação de neutralização, a amostra sólida resultante foi recuperada por centrifugação, repetidamente lavada com água, trazida a - 40° C e secada por congelamento. Esta amostra foi denominada Gel-FeHA. As microfotografias SEM identificadas como E e F Na figura 1 mostram, em duas ampliações diferentes, as partículas desta amostra; como pode ser visto nas imagens, a amostra de Gel-FeHA consiste em partículas com morfologia semelhante a agulha, com um eixo geométrico maior tendo um comprimento entre cerca de 100 e 200 nm e eixos menores tendo um comprimento entre cerca de 20 e 30 nm.

EXEMPLO 3

[062] Este exemplo refere-se à preparação de uma composição de gelatina bioineralizada com nanopartículas de FeTiHA.

[063] Para a mineralização de gelatina com FeTiHA, os dois procedimentos descritos para a obtenção de Gel-TiHA e Gel-FeHA foram combinados. Em resumo, 4,2 g de ácido fosfórico foram misturados com 30 mL de água Millipore e HPT então com 125 mL de uma solução a 4% em peso de gelatina de pigmento. A solução precursora de titânio foi obtida misturando 3,15 g de Ti(iOPr)4 com 15 mL de isopropanol. A suspensão de precursor de cálcio foi preparada pela adição de 4,72 g de Ca (OH) 2 a 100 mL de água Millipore a 45° C. Duas soluções de precursores de ferro foram preparadas por dissolução de 1,2g de FeCl2.4H2O e 1,65g de FeCl6.6H2O em 8 ml de água Millipore para cada, respectivamente. As duas soluções precursoras de ferro foram vertidas na solução de precursor de cálcio, e as duas soluções de ácido fosfórico/gelatina e Ti(iOPr)4 foram adicionados em gotas à mistura assim obtida imediatamente depois. No final da reação de neutralização, a amostra sólida resultante foi recuperada por centrifugação, repetidamente lavada com água, trazida a -40° C e secada por congelamento. Esta amostra foi denominada Gel-FeTiHA. As microfotografias SEM Identificadas como A E B Na figura 1 mostram, em duas ampliações diferentes, as partículas desta amostra; como pode ser visto nas imagens, a amostra de Gel-FeTiHA consiste em partículas com morfologia e dimensões similares àquelas da amostra De Gel-TiHA.

EXEMPLO 4

[064] Análises termogravimétricas e ICP foram conduzidas nas amostras preparadas nos exemplos 1-3 para determinar a sua composição química.

[065] Análises termogravimétricas determinam a composição das amostras em termos de % em peso de água, gelatina e fração mineral. Os teores de água e gelatina foram calculados pelas perdas de peso que ocorrem na faixa de 25-1 10° C e 120-1000° C, respectivamente, a atribuição da massa residual para o HA Substituído. Os resultados destas análises são mostrados na Tabela 1 Tabela 1

[066] Os valores de quantidades de água foram muito similares nas três amostras; as quantidades de gelatina e HA em vez disso mostraram maiores variações nas amostras diferentes.

[067] A composição química da parte mineral (HA substituída) foi medida com a análise quantitativa ICP em termos de razões atômicas entre os vários elementos; os resultados de teste são resumidos na Tabela 2. Tabela 2

[068] Em geral, todas as amostras mostram um valor de relação atômica de Ca/P muito diferente de HA pura (relação teórica 1,67): Os valores desta razão são menores do que o teórico e teórico similar nas amostras de Gel-FeHA e Gel-FeTiHA (1,33 e 1,35, Respectivamente), enquanto que aquela da amostra de Gel-TiHA, 1,90, é significativamente maior do que o teórico.

[069] A proporção atômica de Ti/Ca da amostra de Gel-TiHA é de acordo com a quantidade de titânio nominalmente introduzida durante a sua preparação, enquanto a relação Atômica Ca/(P + Ti) desvia-se da relação Ca/P do HA estequiométrico.

[070] Amostra de Gel-FeTiHA, a Proporção atômica de Ti/Ca (0,21) é maior do que aquela da amostra de Gel-TiHA e ainda maior do que aquela derivável da quantidade nominal de titânio introduzida durante a síntese (15% em mol com relação a Ca). Além disso, uma relação atômica de Ca/(P + Ti) muito baixa foi medida nesta amostra, igual a 1,05; isto pode ser atribuído à substituição de Ca com íons Fe, conforme confirmado pela relação atômica (Ca + Fe)/P de 1,63, um valor próximo àquele da HA estequiométrica. Estes dados sugerem a presença de uma fase secundária de TiO2.

[071] Finalmente, a amostra de Gel-FeHA mostra um maior teor relativo de Fe com relação a Gel- FeTiHA: a relação atômica de Fe/Ca nas duas amostras é 0,33 e 0,21, respectivamente. Como resultado, também os valores da relação atômica (Ca + Fe)/P são maiores em Gel-FeHA (1,77) Do que Em Gel-FeTiHA (1,63). A relação Fe2+/Fe3+ para ambas as amostras é em vez de completa de acordo com as quantidades dos dois íons nominalmente introduzidos durante a síntese.

EXEMPLO 5

[072] Análises de difração de raios-x em pó (XRD) foram conduzidos nas três amostras preparadas nos Exemplos 1-3. Todos os três espectros são mostrados na Figura 2, mutuamente escalonados ao longo do eixo vertical para distingui-los: o espectro referente à amostra de Gel- FeTiHA é o mais baixo na figura, o que diz respeito ao Gel- TiHA é o meio um e que se refere ao Gel-FeHA está na parte superior da figura.

[073] Os perfis XRD mostram, para todas as três amostras, apenas a presença de uma fase cristalina que pode ser identificada como HA: as posições de pico correspondem aos dados de literatura atribuíveis (através de índices de Miller, mostrados na figura) para este composto. Nenhuma fase cristalina secundária é identificada; com base nesta observação, pode ser concluído que a fase TiO2, cuja presença é inferida das análises químicas do exemplo 4, é amorfa. Naturalmente, os picos de difração atribuíveis à gelatina não foram detectados, uma vez que este é um polímero orgânico amorfo.

[074] Todos os picos dos três difratogramas são fracamente resolvidos, com baixa intensidade relativa com relação ao fundo e uma baixa razão de altura para largura na metade da altura, especialmente no caso de Gel- FeTiHA. Estas características dos picos são uma indicação de baixo grau de cristalinidade do material. Isto pode ser atribuído a vários fatores. Primeiramente, a baixa temperatura de bioineralização não permite um rearranjo atômico em favor de estruturas mais cristalinas, que são termodinamicamente mais estáveis. Um segundo fator é A presença da gelatina: os polímeros orgânicos amorfos podem direcionar o processo de mineralização em direção às fases de baixa cristalinidade, como é conhecido no campo. Finalmente, a presença de íons de ferro e/ou titânio durante a bioineralização, na qual o retículo de cristal é formado, tem o efeito de distorcer a própria treliça, assim levando a um aumento em áreas desordenadas e causando a formação de HA altamente cristalino.

EXEMPLO 6

[075] Valores de diâmetro hidrodinâmico (Hd), índice de polidispersividade (PDI) e o potencial zeta das amostras preparadas nos Exemplos 1-3 foram medidos usando os instrumentos e métodos descritos acima.

[076] Os resultados são mostrados na Tabela 3 Tabela 3

[077] Os valores de Hd registrados por difração de luz são muito mais altos do que aqueles medidos por análise SEM; estes valores são centenas de nanômetros para cada amostra, com valores similares para Gel-TiHA e Gel-FeHA (531,3 Nm e 552,0 nm, respectivamente), e apenas ligeiramente inferior para O Gel-FeTiHA (421. 9 Nm). Esta diferença é devido ao fato de que para a análise SEM, as amostras foram suspensas em etanol e secadas por meio de uma lâmpada infravermelha sobre a matriz de alumina, enquanto para a análise de DLS Foi necessário preparar uma suspensão. Deste modo, enquanto com o SEM foi possível determinar o tamanho das partículas secas únicas, o resultado obtido com a análise de DLS Determina o tamanho das partículas no meio aquoso, fornecer informações adicionais sobre o comportamento das partículas de gelatina mineralizadas em água. Como é bem conhecido na literatura, partículas nano-dimensionadas tendem a se aglomerar quando elas são suspensas em meios aquosos, de modo que os valores obtidos a partir de DLS Não se referem a partículas únicas, mas a seus agregados.

EXEMPLO 7

[078] As propriedades de absorção e reflexão de luz UV-Vis da composição da invenção foram medidas utilizando os instrumentos e métodos descritos acima. Os resultados são mostrados na Figura 3. A Figura 3 mostra os espectros de refletância das amostras, em termos de porcentagem de radiação refletida como uma função do comprimento de onda; os espectros de absorbância são mostrados na Figura 3, em unidades arbitrárias (a.u.), em função do comprimento de onda.

[079] Os perfis de refletância de Gel-FeHA e Gel-FeTiHA são similares um ao outro, com uma capacidade de refletância relativamente baixa (cerca de 20%) em comprimentos de onda na faixa de 280-500 nm, seguido por um aumento gradual até atingir 60% da luz refletida em torno de 650 nm de comprimento de onda. Por outro lado, o perfil de refletância de Gel-TiHA é muito diferente, com uma área de refletância média entre 280 e 320 nm, seguido por um aumento rápido até atingir a refletância máxima (90%) a cerca de 350 nm; após este pico, a refletância diminui lentamente, mas nunca cai abaixo de valores de cerca de 65% (a 800 nm).

[080] Com relação ao comportamento em absorção, bem como Gel-FeHA e Gel-FeTiHA, têm perfis similares, com valores máximos registrados a 280 nm, seguido por um ponto de inflexão a cerca de 360 nm e então uma diminuição rápida de até cerca de 400 nm, após o que o valor de absorção permanece essencialmente constante por todo o campo visível. Por outro lado, a amostra de Gel- TiHA, através de toda a faixa de medição, mostra baixos níveis de absorção, com um perfil que diminui de maneira quase linear com comprimento de onda crescente.

[081] Estes resultados demonstram que o Gel- TiHA tem excelentes propriedades de refletância na faixa UVA (refletância máxima a 350 nm) e pode refletir a radiação também na faixa de UVB (valores de refletância nunca menores do que 65%). O Gel-FeHA e O Gel-FeTiHA em vez disso têm boas propriedades de absorção na faixa de UVB. Estas propriedades tornam o Gel-TiHA um filtro físico, eficiente para uma composição de filtro solar, enquanto Gel-FeHA e Gel-FeTiHA podem ser usados em combinação com o primeiro para estender e aumentar a faixa de proteção e a eficácia protetora de filtros solares na Faixa de UVB.

Claims

1. Composição para a preparação de filtros solares físicos, compreendendo uma matriz orgânica formada por moléculas poliméricas, sobre as quais são as nanopartículas ligadas de hidroxiapatita substituída com íons de titânio e/ou ferro, em que o fósforo é parcialmente substituído por titânio em uma quantidade entre 8 e 50% atômico com relação ao fósforo, e/ou em que o cálcio é parcialmente substituído por ferro em uma quantidade entre 2 e 40% atômico com relação ao cálcio e em que a quantidade da matriz orgânica está entre 5 e 60% em peso e a quantidade de hidroxiapatita substituída está entre 35 e 90% em peso, a parte restante sendo constituída por água.

2. Composição de acordo com a reivindicação 1, em que o composto que constitui a matriz orgânica é selecionado a partir de ácido poliláctico, colágeno, alginato de sódio, polietileno glicóis (PEGs), quitosano, partículas de lipídeo sólidas (SLPs) e gelatinas.

3. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que as ditas partículas de hidroxiapatita têm um tamanho entre 10 e 200 nm.

4. Processo para a preparação de uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, que compreende as etapas de: a) preparação de uma solução aquosa contendo um precursor de cálcio e de pelo menos um sal de ferro (II) e pelo menos um sal de ferro (III); b) preparação de uma solução hidroalcoólica de um precursor de titânio; c) preparação de uma solução aquosa, contendo o constituinte da matriz orgânica, de um composto de fósforo solúvel em água; d) adicionar simultaneamente e lentamente as soluções dos precursores de titânio e de composto de fósforo/matriz orgânica à solução contendo o precursor de cálcio; e) permitir que o sistema reaja a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 70° C por um tempo entre 1 e 5 horas; e f) submissão ao tratamento por congelamento- secagem o produto obtido como um resultado da etapa e), no qual as nanopartículas de hidroxiapatita substituídas por íons de titânio e/ou ferro são geradas diretamente nas moléculas de polímero da matriz orgânica durante o processo.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, em que, na solução da etapa a) são usados, como um precursor de cálcio, um sal do mesmo ou o hidróxido (Ca (OH)2), e em que o íon de cálcio tem uma concentração entre 50 e 150 mg/mL, e os precursores de ferro são empregados na proporção molar 1: 1 com uma concentração total de íons de ferro entre 10 e 45 mg/mL.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, em que O precursor de cálcio é Ca (OH) 2 e no qual os precursores de ferro (II) e ferro (III) são os seus cloretos, respectivamente FeCl2.4H2O e FeCl3.6H2O.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, em que, na solução da etapa b), como precursor de titânio é empregado o isopropóxido (Ti(-O-CH (CH3)2)4) e a solução tem uma concentração entre 12 e 100 mg/mL de titânio.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, em que, na solução da etapa c), como precursor de fósforo, é usado um sal do mesmo ou um ácido fosfórico, e a solução tem uma concentração entre 75 e 1 10 mg/mL de fósforo.

9. Uso de uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 para a preparação de um filtro solar de tipo físico.