CN114569487A - 纳米级超分子包合壬二酸及其应用 - Google Patents

纳米级超分子包合壬二酸及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化妆品技术领域，具体的更涉及纳米级超分子包合壬二酸及其应用。纳米级超分子包合壬二酸，利用HP‑β‑CD在温度到达60～80℃之间时开始对壬二酸进行包合处理得到；通过ZetaPALS测试得到超分子壬二酸的粒径大小为600～1000nm；在25℃水中的溶解度为30g/L以上，在2℃水中的溶解度为20g/L以上。

Description

纳米级超分子包合壬二酸及其应用
技术领域
本发明涉及化妆品技术领域，具体的更涉及纳米级超分子包合壬二酸及其应用。
背景技术
壬二酸作为一种天然直链饱和二元羧酸，已在临床上有研究表明壬二酸对于防治痤疮、恶性小痣、黄褐斑、黑斑病、恶性黑色素瘤、色素沉着等问题皮肤的疗效优异。
壬二酸在化妆品中的添加量通常高达15％～20％，但生物利用度低。因为壬二酸难溶于水和油，熔点较高，高添加量时极易析出，导致体系粗糙、不稳定，且产品剂型单一，难以制备适合油性肌肤大面积使用的水剂型、清爽型产品。以往有些配方师采用分散悬浮壬二酸粉末的方法来解决配方问题，但这无法体现其优异的活性性能。中国专利CN202110725261.X公开了一种壬二酸分散体及其制备方法与应用，通过增溶、增塑盒降低晶核生成速率等方式，使壬二酸形成稳定或亚稳定溶液或胶体，然后通过增稠形成分散体，尽管这种方法增大了壬二酸的溶解性，但需要加入一定的稳定剂，形成胶体，但不免对壬二酸渗入皮肤造成阻碍，从而削弱了壬二酸的效果。
此外现有的包合方法所得到的包合物粒径过大，影响其溶解性和渗透性，使其在化妆品中的应用受到了限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了纳米级超分子包合壬二酸，利用HP-β-CD在温度到达60～80℃之间时开始对壬二酸进行包合处理得到；通过ZetaPALS测试得到超分子壬二酸的粒径大小为600～1000nm；在25℃水中的溶解度为30g/L以上。
HP-β-CD为羟丙基-β-环糊精，分子式是(C42H70O35)-HX+(C3H7O2)X，具有“外亲水、内疏水”特性，呈桶状，桶内形成疏水性空腔，能接纳一定大小和形状的疏水性小分子物质或基团，形成稳定的非共价复合物。
通常的方法中使用羟丙基-β-环糊精作为包合主体，发明人在尝试这种方法时发现制备过程中将羟丙基-β-环糊精与壬二酸共同加入，在包合的过程中不断提高温度的这种加入顺序是导致产物稳定性和溶解度不高的原因之一。
原因是在这种方法中的整个包合反应是一个动态过程，主客体分子不断地复合、解复合，而且反应温度逐渐升高时分子外层亲水基团对其疏水基团的排斥是逐渐增加的，所以这个过程会使包合过程不容易进行；另外包合反应本身就是属于放热反应，如果温度是逐渐升高的，反应中的温度比实际温度会更高，包合中的温度由始至终在变化，运动速率的不同会导致包合效率在不同分子间不同而导致粒径分布不均。
本发明人在经过大量实验后发现当改变温度的同时调整包合主体和客体的加入方式就能得到具有较高包合率且粒径相对均一的超分子包合壬二酸，同时也验证了采取分批次加入壬二酸于恒定温度的羟丙基-β-环糊精中能获得较好地实验结果，因此本发明人基于上述研究提出了本发明的制备纳米级超分子包合壬二酸的新方法。
在本发明的方法中，原料HP-β-CD优选含有的β-CD的含量≤0.5wt％，通常在购买得到的HP-β-CD中均存在少量的β-CD，β-CD的存在虽然会使壬二酸的部分基团进入到环糊精的分子空穴中，但因为其溶解性的原因对壬二酸的增容作用小于HP-β-CD，因而优选含有的β-CD的含量≤0.5wt％。
通常羟丙基-β-环糊精是由β-环糊精与环氧丙烷在碱性水溶液中制得，每个β-环糊精分子中有7个葡萄糖残基，每个葡萄糖残基上有3个可被取代的羟基。当β-环糊精分子每个羟基都被取代时，羟丙氧基为21个。
通过研究发现不同含量羟丙氧基的羟丙基-β-环糊精对超分子包合壬二酸的包合率有所不同，而羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间时具有较高的包合率，因此进一步优选羟丙基-β-环糊精中的羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间。
反应中优选包合温度为60～80℃之间，经过对步骤的研究，具体地说，尤其适合本发明的纳米级超分子包合壬二酸的制备步骤包括：加水，加HP-β-CD搅拌加热升温至60～80℃之间，再加入壬二酸，经过恒温搅拌1～5h，冷却后过滤干燥。
经过优选的步骤中为将HP-β-CD搅拌加热升温至60～80℃之间后再分批加入壬二酸进行包合反应，因此在此步骤中的恒温后能使包合分子的运动速率与外层亲水基团对其疏水基团的排斥力之间相对平衡，体现在产物上能使其粒径分布较为均一，溶解度有所提高。
优选壬二酸为分批加入，批次大于2次，例如可以是3次、4次、5次等。更优选所述HP-β-CD和水的质量比为1：(1～3)，壬二酸与HP-β-CD的质量比为1：(5～9)；最优选HP-β-CD和水的质量比为1：2.35，壬二酸与HP-β-CD的质量比为1：6.54。
反应后冷却至室温，之后过滤干燥，过滤可以是将物料经滤袋过滤至超滤桶。优选所述干燥为喷雾干燥，进风温度140～160℃，出风温度50～70℃。
申请人发现上述方法制备得到的纳米级超分子包合壬二酸虽然在25℃水中的溶解度能够达到30g/L以上，但是在低温下的溶解性较差，但在寒冷的冬天需要单独对水进行加热才能提高其溶解度，为了解决这个问题，申请人经过大量的研究后得出一种方案，可以很好地解决这个问题。
在一些更优选地实施方式中，纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入纯化水，开启搅拌，加入HP-β-CD，开启加热进行升温；
(2)温度达68℃，将壬二酸分别以30wt％、45wt％、25wt％的重量比三次加入并恒温快速搅拌；
(3)约3h后将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(4)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
所述HP-β-CD和水的质量比为1：(1～3)，壬二酸与HP-β-CD的质量比为1：(5～9)，优选地，HP-β-CD和水的质量比为1：2.35，壬二酸与HP-β-CD的质量比为1：6.54；
所述羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间；β-CD的含量≤0.5wt％
反应后冷却至室温，之后过滤干燥，过滤可以是将物料经滤袋过滤至超滤桶。优选所述干燥为喷雾干燥，进风温度140～160℃，出风温度50～70℃；
所述超分子壬二酸的粒径大小为750-850nm；在5℃水中的溶解度为20g/L以上。
有益效果：
(1)本发明制备得到的纳米级超分子包合壬二酸粒径分布集中，包合率大于10％；
(2)本发明的纳米级超分子包合壬二酸在各种体系中的溶解性很好，在25℃的水中的溶解性高达30g/L以上；
(3)本发明的纳米级超分子包合壬二酸在2℃水中的溶解度可以达到20g/L以上；
(4)本发明的纳米级超分子包合壬二酸温和不刺激，对比壬二酸在安全性、控油效果、痤疮治疗、抑制黑色素方面具有突出的效果，非常适合在化妆品中应用推广；
(5)本发明的纳米级超分子包合壬二酸的方法简单，操作方便。
附图说明
图1为超分子壬二酸的粒径正态分布图；
图2为壬二酸扫描电镜图；
图3为HP-β-CD扫描电镜图；
图4为超分子包合壬二酸扫描电镜图；
图5为超分子包合壬二酸、壬二酸与HP-β-CD的红外光谱图；
图6为VISIA面部紫质图像；
其中，a：受试者A使用前；b：受试者使用1W，卟啉特征计数减少91(p＜0.05)；c：受试者A使用前；d：受试者使用1W，卟啉特征计数减少214(p＜0.05)；
图7为斑马鱼胚胎体表黑色素抑制效果侧视图；
图8为壬二酸对斑马鱼黑色素含量的抑制作用；
图9为超分子包合壬二酸对斑马鱼黑色素含量的抑制作用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，以下实施例只能用于本发明做进一步说明，并不能理解为本发明保护的限制，该领域的专业技术人员根据上述发明的内容作出的非本质的改正和调整，仍属于本发明的保护的范围。
实施例1
实施例1提供了纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入200kg纯化水，开启搅拌，加入85kg HP-β-CD(羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间；β-CD的含量≤0.5wt％)，开启加热进行升温；
(2)温度达70℃，分3批加入13kg壬二酸恒温快速搅拌；
(3)约3h后将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(4)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
将得到的超分子包合壬二酸做如下表征：
1、性能表征
1.1粒径分析
ZetaPALS(Brookhaven Instruments Corp.)测得超分子壬二酸的粒径大小为876.3nm，为纳米级。测试结果见图1。
1.2扫描电镜图像分析
从扫描电镜图中可看出，壬二酸是不光滑的、不平整的块状结构；HP-β-CD无样品进入空腔时是凹瘪的、褶皱的球状结构，当其空腔内装有样品时是较充盈、较光滑的碗状结构；超分子壬二酸是HP-β-CD空腔内填充着样品，较光滑和充盈的碗状结构。扫描电镜结果显示，壬二酸确实进入了HP-β-CD的空腔内。
一般环糊精与客体分子形成摩尔比1:1的包合物。从扫描电镜图可知，HP-β-CD亦可进入另一个HP-β-CD的空腔内，占用HP-β-CD的空腔体积。超分子壬二酸的理论包合率为10.88％，但实际包合率达13.0％±2％。结果见图2～4。
1.3红外光谱分析
红外光谱图显示，超分子壬二酸与HP-β-CD图谱非常相似。这表明了壬二酸分子的特征吸收峰已被HP-β-CD覆盖，提示着壬二酸分子完全被包合在HP-β-CD空腔内部。结果见图5。
1.4溶解性测试
超分子壬二酸的水溶性极佳，溶解度可达30％(25℃，约含3.9％壬二酸)，是壬二酸的16倍多。
表1壬二酸、超分子壬二酸的溶解度
Figure BDA0003384117910000051
2、安全性测试
2.1人体皮肤斑贴试验
据《化妆品安全技术规范2015版》要求，选取符合要求的30名志愿者进行人体皮肤斑贴试验。
选用规格为15.8cm×12.8cm×10.8cm的斑试器。将受试物分别依次放入斑试器小室内，用量为20μL。空白对照组为纯净水、丙二醇。将加了受试物的斑试器贴敷于受试者前臂曲侧，用手掌轻压使之均匀地贴敷于皮肤上，持续24h。分别于去除受试物斑试器后30min、24h和48h按标准观察皮肤反应并记录结果。
表2皮肤封闭型斑贴试验皮肤反应分级标准
Figure BDA0003384117910000061
已完成的30例有效原物斑贴试验中，出现阳性反应的受试物为丙二醇(6例，均为弱阳性反应)、含丙二醇的高纯壬二酸(6例，均为弱阳性反应)和pH≤3.5的超分子壬二酸(3例，均为可疑反应)。
人体皮肤斑贴试验结果表明，超分子壬二酸的添加量达5％是低刺激性的、安全的，且相比于未包合壬二酸更温和、更低刺激性。
表3不同受试物皮肤斑贴试验阳性率
Figure BDA0003384117910000062
Figure BDA0003384117910000071
2.2鸡胚绒毛尿囊膜血管实验
鸡胚绒毛尿囊膜血管实验主要反应眼部刺激，只作为眼部刺激参考。本实验中，实验鸡蛋总数10个，有效计分鸡蛋总数8个。测试样品为超分子壬二酸，而未包合壬二酸水溶性太低(不足1％)，不予以对比测试。
表4 NC值评价标准
Figure BDA0003384117910000072
超分子壬二酸在CAMVA中，总评分16，NC值2.0，表现为应激性刺激反应，即无损伤性刺激，此时毛细血管未有出血损伤。
表5 CAM血管刺激性反应
Figure BDA0003384117910000081
备注：本方法强调检测物的血管效应，根据血管效应对应的分值作出评分。
本方法主要反映眼部刺激，只作为眼部刺激参考。
“√”表示有加该物质，“×”表示未加该物质，“/”表示无数据。
3、超分子壬二酸的性能研究
3.1皮脂分泌情况自我评价和VISIA图像分析
选取12名油性肌肤受试者，T区、脸颊分别涂抹5％、2％的超分子壬二酸凝胶，每天早晚各涂抹一次，持续1W。
通过问卷调查方式收集自我评分结果和进行VISIA图像分析。
自我评分结果显示，12名受试者中，75％自我感觉T区油脂分泌情况有改善，其中17％自我感觉明显改善。75％自我感觉T区的油脂分泌情况有改善，其中17％自我感觉明显改善。83％自我感觉脸颊的油脂分泌情况有改善，其中，25％自我感觉明显改善。
结果表明，2％～5％超分子壬二酸具有优异的控油效果。
表6受试者油脂分泌情况评分表
Figure BDA0003384117910000082
Figure BDA0003384117910000091
VISIA图像(见图6)分析结果显示，12名受试者，75％受试者T区、83％受试者脸颊处卟啉数目减少。进一步验证了超分子壬二酸能有效抑制皮肤油脂分泌过度。
3.2痤疮治疗应用
在《中国痤疮治疗指南2019》中，壬二酸是二线选择推荐用药，一种安全、有效的治疗和维持痤疮的方法。在《中国玫瑰痤疮诊疗专家共识》中，壬二酸是玫瑰痤疮面部持续性红斑和丘疹脓疱治疗的首选用药，常用浓度为15％～20％。但壬二酸溶解性差，生物利用度低。而超分子壬二酸大大改善了壬二酸的溶解度，配方易用，生物利用度更高，有望在临床或化妆品中用于痤疮的治疗或抑制痤疮的发生。
根据VISIA图像分析结果，≥75％受试者T区、脸颊处卟啉(痤疮丙酸杆菌的代谢物)数目明显减少，也侧面提示超分子壬二酸能预防或改善痤疮的发生。
3.3斑马鱼抑制黑色素模型实验
将72hpf斑马鱼胚胎置于荧光显微镜下成像，并使用Image J软件将成像结果导入，对图中黑色素斑块面积进行统计。
统计结果显示，斑马鱼胚胎无畸形，发育状态良好。浓度为1000μM、500μM，壬二酸和超分子壬二酸对黑色素有抑制作用，斑马鱼的黑色素含量明显减少，(P<0.05)。但在低浓度300μM、200μM，只有超分子壬二酸实验组中的斑马鱼黑色素含量减少(P<0.05)。
斑马鱼实验结果表明，壬二酸和超分子壬二酸对黑色素含量有抑制作用，但超分子壬二酸比壬二酸更优异。结果见图7～9。
实施例2
实施例2提供了纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入200kg纯化水，开启搅拌，加入85kg HP-β-CD(羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间；β-CD的含量≤0.5wt％)，开启加热进行升温；
(2)温度达70℃，一次性加入13kg壬二酸恒温快速搅拌；
(3)约3h后将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(4)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
实施例3
实施例3提供了纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入200kg纯化水，开启搅拌，加入85kg HP-β-CD(羟丙氧基含量在16.2％-45.1％之间；β-CD的含量≤0.5wt％)，开启加热进行升温；
(2)温度达70℃，分3批加入13kg壬二酸恒温快速搅拌；
(3)约3h后将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(4)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
实施例4
实施例4提供了纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入200kg纯化水，开启搅拌，加入85kg HP-β-CD(羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间；β-CD的含量≤0.5wt％)，13kg壬二酸，开启加热缓慢升温1h到70℃，之后反应2h；
(2)将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(3)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
实施例5
实施例5提供了纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入200kg纯化水，开启搅拌，加入85kgβ-CD，开启加热进行升温；
(2)温度达70℃，分3批加入13kg壬二酸恒温快速搅拌；
(3)约3h后将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(4)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
溶解度评价
分别在6种条件下取纳米级超分子包合壬二酸在下列溶剂中进行测试，其中纳米级超分子包合壬二酸在不同溶液中的浓度均为30％；溶剂：A1:25℃水；A2:80℃热水；A3:无水乙醇：水＝1:6；A4:丙二醇：水＝1:6；A5:丁二醇：水＝1:6；A6:乙氧基二乙二醇：水＝1:6；评价结果以◎(在当时温度、4℃中溶解完全)、Ο(在当时温度溶解，但在4℃中少量析出)、△(在当时温度溶解，但在4℃中大量析出)、X表示(在当时温度不溶解)。当时温度除特别说明外均为25℃。同时做浓度为0.25％壬二酸在不同溶剂的对比例，溶剂：A1:25℃水；A2:80℃热水；A3:无水乙醇：水＝1:8.94；A4:丙二醇：水＝1:8.94；A5:丁二醇：水＝1:8.94；A6:乙氧基二乙二醇：水＝1:8.94。
表7
组分 A1 A2 A3 A4 A5 A6
实施例1 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
实施例2 △ △ Ο △ X △
实施例3 △ Ο Ο X X Ο
实施例4 △ △ △ X X △
实施例5 △ △ X X X X
壬二酸 X X X X X X
实施例7
纳米级超分子包合壬二酸的制备，步骤包括：
(1)反应釜中加入纯化水，开启搅拌，加入85kg HP-β-CD(羟丙氧基含量在19.6％～26.3％之间；β-CD的含量≤0.5wt％)，开启加热进行升温；
(2)温度达68℃，将13kg壬二酸分别以30wt％、45wt％、25wt％的重量比三次加入并恒温快速搅拌；
(3)约3h后将混合物冷却至室温，将物料经滤袋过滤至超滤桶。
(4)使用喷雾干燥机，控制进风温度150℃，出风温度60℃，进行喷雾干燥，得超分子壬二酸。
溶解度测试
将实施例7制备得到的纳米级超分子包合壬二酸进行溶解度测试，结果见表8。
表8
Figure BDA0003384117910000121

Claims (10)

1.纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，利用HP-β-CD在温度到达60～80℃之间时开始对壬二酸进行包合处理得到；通过ZetaPALS测试得到超分子壬二酸的粒径大小为600～1000nm；在25℃水中的溶解度为30g/L以上。
2.如权利要求1所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，所述包合处理步骤包括：加水，加HP-β-CD搅拌加热升温至60～80℃之间，再加入壬二酸，经过恒温搅拌1～5h，冷却后过滤干燥。
3.如权利要求2所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，所述壬二酸为分批加入，批次大于2次。
4.如权利要求3所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，所述HP-β-CD和水的质量比为1：(1～3)。
5.如权利要求4所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，所述壬二酸与HP-β-CD的质量比为1：(5～9)。
6.如权利要求1～5中任一项所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，所述HP-β-CD中含有的β-CD的含量≤0.5wt％。
7.如权利要求1～6中任一项所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，所述干燥为喷雾干燥，进风温度140～160℃，出风温度50～70℃。
8.如权利要求7所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，通过ZetaPALS测试得到超分子壬二酸的粒径大小为700～900nm。
9.如权利要求8所述的纳米级超分子包合壬二酸，其特征在于，在25℃水中的溶解度为35～45g/L之间。
10.一种如权利要求1～8中任一项所述的纳米级超分子包合壬二酸在化妆品中的应用。
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