EA023671B1

EA023671B1 - Микрокапсулы, содержащие бактериородопсин, и способ их получения

Info

Publication number: EA023671B1
Application number: EA201171294A
Authority: EA
Inventors: Ульрих Риттер; Маркус Ланге; Самуэль Шиндлер
Original assignee: Ю-Ника Текнолоджи Аг
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2016-06-30
Also published as: CN102413917A; EP2424654A1; EA201171294A1; US9387450B2; US20120055370A1; CH701000A1; WO2010124908A1; EP2424654B1; CN102413917B; HUE031455T2

Abstract

Предложен способ получения оптически активируемых микрокапсул, содержащих бактериородопсин, с диаметром менее 50 мкм, предпочтительно менее 10 мкм, и с окружающим слоем, который защищает бактериородопсин от вредных факторов окружающей среды и одновременно сохраняет его функциональность. При этом на первой стадии бактериородопсин в виде бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны суспендируют в водной среде, имеющей значение pH в диапазоне от 6 до 9, в присутствии полимера, удерживающего воду, и эту суспензию сушат распылением с получением порошка или сушат в алифатическом растворителе с низким давлением пара с последующим удалением воды с получением порошка. На второй стадии полученный таким образом порошок покрывают оболочкой, которая является, по существу, полностью прозрачной для света в видимом диапазоне и состоит из полимера и/или парафина, имеющего температуру затвердевания в диапазоне от 45 до 65°C, и/или карнаубского воска, имеющего диапазон плавления от 70 до 90°C. Кроме того, описаны такие микрокапсулы и применение таких микрокапсул.

Description

Изобретение относится к области способов получения пигментов на основе бактериородопсина, к пигментам на основе бактериородопсина и к применениям таких пигментов.

Предшествующий уровень техники

Бактериородопсин и, в частности, бактериородопсин в его обычной форме в виде двумерных кристаллических бляшек на пурпурной мембране является интенсивно исследуемой системой. В частности, эта система представляет большой интерес, потому что, будучи очень устойчивой оптической системой, она способна принимать различные оптические состояния, которые обладают интересными периодами полужизни. Так, например, у мутантов Ό96Ν имеется переход из адаптированного к свету (горчичножелтого) состояния в темновое состояние (фиолетовое) с периодом полужизни около 20 с. На период полужизни оказывают влияние различные факторы окружающей среды, в частности значение рН окружающей среды.

Проблематичным в данной системе, среди прочего, является то, что бактериородопсин в пурпурной мембране может легко денатурировать под воздействием окружающей среды, в частности, если он вступает в контакт с некоторыми органическими растворителями или поверхностно-активными веществами.

Из недавно появившейся публикации (см. журнал §ой Майет, 2008, 4, 1249-1254) известен способ, в котором бактериородопсин в составе пурпурной мембраны на заряженных поверхностях покрывают тонким слоем жидкого стекла в ходе биомиметического процесса. Для этого вначале на первом этапе на заряженную поверхность адсорбируют полиэлектролит (полиэтиленимин), а затем на втором этапе на этот полиэлектролит с помощью тетраэтоксисилана (ΤΕΘδ) наносят слой жидкого стекла. Образующиеся при этом системы соответственно не имеют полной оболочки и, по существу, защищены только слоем жидкого стекла на заряженной поверхности. Этот слой защищает бактериородопсин, содержащийся в пурпурной мембране, от вредного влияния органических растворителей, но жидкое стекло не является абсолютно непроницаемым. В частности, оно пропускает мелкие ионы, особенно протоны и гидроксидные ионы. Поэтому биомиметическое наноинкапсулирование не полностью изолирует пурпурную мембрану/бактериородопсин (ПМ/БР) от окружающей среды. Бактериородопсин по-прежнему реагирует на изменения значения рН окружающей среды. Соответственно, такие системы можно использовать только в ситуациях, когда значение рН окружающей среды удается удерживать в диапазоне, в котором проявляются желаемые оптические свойства бактериородопсина.

Сущность изобретения

Согласно одной из задач настоящего изобретения необходимо обеспечить усовершенствованный способ получения фрагментов бактериородопсина/пурпурной мембраны или бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны, который не имел бы недостатков, присущих способам согласно предшествующему уровню техники.

Соответственно, настоящее изобретение, в частности, относится к способу получения оптически активируемых микрокапсул, содержащих бактериородопсин, с диаметром менее 50 мкм, предпочтительно менее 20 мкм, более предпочтительно менее 10 мкм, с окружающим слоем (оболочкой), который защищает бактериородопсин от вредных факторов окружающей среды и одновременно сохраняет его функциональность. При этом окружающий слой защищает не только от органических растворителей и поверхностно-активных веществ, но и до некоторой степени от значения рН окружающей среды. Другими словами, в микрокапсуле имеется определенное значение рН, на которое, по существу, не влияет значение рН среды, окружающей микрокапсулы. Так, можно обеспечить то, что независимо от значения рН среды, окружающей микрокапсулы, заключенная в них система бактериородопсин/пурпурная мембрана будет проявлять желаемые оптические свойства. Такие микрокапсулы можно также назвать пигментами.

При этом способ отличается, в частности, тем, что на первой стадии бактериородопсин в форме бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны суспендируют в водной среде, имеющей значение рН в диапазоне от 6 до 9, в присутствии полимера, удерживающего воду, и эту суспензию сушат распылением с получением порошка или сушат в алифатическом растворителе с низким давлением пара с последующим удалением воды с получением порошка. На этой первой стадии получают первичную капсулу, в которой система бактериородопсин/пурпурная мембрана фиксируется при рН в диапазоне, подходящем для ее оптической активности. Однако обычно эта первичная капсула не имеет достаточно стабильной наружной оболочки, эта наружная оболочка по-прежнему может раствориться в воде. Тем не менее эту первичную капсулу, которую называют также активируемым порошком, поскольку этот порошок уже обладает стабилизированными оптическими свойствами бактериородопсина, уже можно высушить, и он будет сохранять стабильность при хранении в течение длительного времени.

Соответственно, на второй стадии полученный таким образом порошок покрывают оболочкой, по существу, полностью прозрачной для света в видимом диапазоне, которая состоит из полимера (или его предшественника, причем полимер или предшественник предпочтительно используют в процессе в форме дисперсии), и/или из длинноцепочечного насыщенного (предпочтительно неразветвленного) углеводорода, и/или из длинноцепочечной насыщенной (предпочтительно неразветвленной) жирной кислоты (включая производные жирных кислот). Термин длинноцепочечный при применении к длинноцепочечным насыщенным углеводородам или жирным кислотам при этом означает, что они содержат (в

- 1 023671 среднем в смеси) по меньшей мере 15, предпочтительно по меньшей мере 18, особо предпочтительно по меньшей мере 25 атомов углерода. В качестве длинноцепочечного насыщенного углеводорода можно также использовать смеси, например парафин, предпочтительно с температурой затвердевания в диапазоне от 45 до 65°С, а в качестве длинноцепочечной насыщенной жирной кислоты, например, сложные эфиры алифатических неразветвленных С20-С30 жирных кислот с С30-С40 спиртами (также алифатическими и неразветвленными), например с карнаубским воском (смесь сложного эфира церотиновой кислоты и мирицилового спирта, карнаубовой кислоты, церотиновой кислоты и углеводородов), предпочтительно с диапазоном плавления от 70 до 90°С.

Соответственно, могут быть достигнуты следующие цели по отдельности и/или в комбинации прозрачность материала стенки для видимого света/возможна незначительная собственная окраска; отделение содержимого капсулы от среды, окружающей капсулу;

регулирование условий внутри капсулы: содержание бактериородопсина (БР); рН; содержание воды; содержание солей;

размер частиц менее 50 мкм или менее 20 мкм, предпочтительно менее 10 мкм;

устойчивость капсул к 10%-ному раствору этилового спирта в течение 24 ч при 25°С;

способ можно использовать как для природного бактериородопсина, так и для мутантов, в частности для мутантов Ό96Ν.

Пигмент с переменным цветом бактериородопсин может выполнять свою функцию только в том случае, если он встроен в бактериогенную пурпурную мембрану. Это встраивание нарушается повреждающими химическими веществами, такими как поверхностно-активные вещества, полярные растворители или другие компоненты, типичные для печатных красок.

Кроме того, функция изменения цвета обеспечивается только в том случае, если доступность протонов известна и постоянна. Для этого должны быть отрегулированы и поддерживаться постоянными рН и содержание воды.

Для того чтобы, с одной стороны, устранить вредные влияния окружающей среды и, с другой стороны, сохранить подходящий состав внутри капсулы, производится предлагаемое инкапсулирование.

Классические способы микроинкапсулирования, известные на предшествующем уровне техники для ароматических веществ или фармацевтических активных веществ, не могут быть использованы для решения данной проблемы. При инкапсулировании ароматических веществ, добавок для ванн и других липофильных веществ инкапсулирование удается за счет использования липофильности и эмульсионной полимеризации. Водная суспензия, как в данном случае, не является липофильной, эмульсию типа вода/вода получить невозможно.

Активные фармацевтические вещества покрывают оболочкой из материалов, которые либо растворяются в определенных физиологических условиях (например, при прохождении через желудок, растворение в кишечнике), либо являются проницаемыми, чтобы обеспечить контролируемое высвобождение активного вещества. В данном случае нельзя допустить ни проникновения веществ через оболочку, ни растворения оболочки.

Способы, используемые для изготовления самокопировальной бумаги (например, согласно патенту США 3432327 (1969)), не применимы, так как они основаны на использовании твердых шариков, которые должны целенаправленно разрушаться при механической нагрузке. Разрушения капсул также нельзя допустить.

Поэтому для инкапсулирования можно использовать только те способы, которые обеспечивают инкапсулирование, позволяющее сохранить именно те условия, которые необходимы для поддержания функции изменения цвета системы бактериородопсин/пурпурная мембрана.

Инкапсулированный согласно настоящему изобретению белок с переменным цветом находится в следующей структуре: в шарообразной оболочке (наружный диаметр менее 50 мкм, предпочтительно менее 20 или 10 мкм) с подходящей толщиной стенок, состоящей из предпочтительно поперечно сшитого полимера, такого как полиакрилат, или из достаточно длинноцепочечного полимера, такого как парафин, находится сердцевина из полимера, удерживающего воду, такого как желатин, полиэтиленгликоль, сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт или подходящие полисахариды, такие как гуммиарабик, производные целлюлозы, гликоген, крахмалы или производные хитина, а также ксантан, сахарные спирты, пектины, гуаровая камедь, камедь плодов рожкового дерева или каррагенан, суперабсорбер или другие достаточно удерживающие воду полимеры.

В эти полимеры, удерживающие воду, погружен белок с переменным цветом в концентрации, которая в типичном случае равна по меньшей мере 20 мас.% при подходящем рН (6-9).

Погружение предпочтительно осуществляют посредством распылительной сушки раствора, который содержит белок с переменным цветом, подходящую буферную систему и удерживающий воду полимер (или полимеры) в концентрации менее 3 мас.%.

Альтернативно погружение можно осуществить посредством суспендирования водного раствора белка с переменным цветом, буферной системы и полимера, удерживающего воду, в алифатическом растворителе с низким давлением пара и последующего удаления воды с помощью подходящего молекулярного сита, например цеолита.

- 2 023671

Еще одной альтернативой является погружение посредством коацервации с использованием желатина/гуммиарабика.

Инкапсулированный таким образом белок с переменным цветом снаружи окружают предпочтительно поперечно сшитым полимером, или слоем парафина, или другим слоем, состоящим из материала, описанного выше. Важным критерием при выборе подходящего материала оболочки может быть то, чтобы этот полимер, жирная кислота (или производное жирной кислоты) или углерод при температурах, важных для желаемой пигментной системы, находился выше температуры стеклования Тд, если Тд не превышает температуру, при которой БР денатурирует, и если слияние капелек полимера не подавляется внутренними свойствами системы.

Инкапсулирование осуществляют после образования сердцевины посредством суспендирования высушенного распылением материала сердцевины в подходящем предшественнике поперечно сшиваемого полимера, например в светоотверждаемом или термоотверждаемом акрилате;

суспендирования высушенного распылением материала сердцевины в расплаве парафина с температурой плавления, не превышающей 75°С;

впрыскивания высушенного распылением материала сердцевины в аэрозоль предпочтительно поперечно сшиваемого предшественника;

впрыскивания высушенного распылением материала сердцевины в аэрозоль парафина с температурой плавления, не превышающей 75°С;

коацервации материала сердцевины с использованием желатина/гуммиарабика.

Инкапсулированный согласно настоящему изобретению белок с переменным цветом демонстрирует неограниченную функциональность в отношении изменения цвета даже при хранении в течение 14 дней в 10%-ном растворе этанола при 25°С.

Соответственно, первый предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что на первой стадии с использованием буферной системы устанавливают рН в диапазоне от 7,5 до 9, предпочтительно в диапазоне от 8 до 8,5.

Обычно в качестве буферной системы выбирают систему из следующей группы: фосфатный буфер, ТК18/НС1 (ТК1§ означает трис(гидроксиметил)аминометан, аммиачный буфер, система угольная кислота/гидрокарбонат, диглицин (соответствует глицилглицину или является глицилглицином), бицин (соответствует Ы,М-бис(2-гидроксиэтил)глицину), НЕРР8 (сокращение для 4-(2-гидроксиэтил)-пиперазин-1пропансульфоновой кислоты), НЕРЕ8 (сокращение для 2-(4-(2-гидроксиэтил)-1-пиперазинил)этансульфоновой кислоты), НЕРВ8 (сокращение для И-(2-гидроксиэтил)пиперазин-№-(4бутансульфоновой кислоты)), ТАР§ (сокращение для Ы-[трис(гидроксиметил)метил]-3аминопропансульфоновой кислоты или [(2-гидрокси-1,1-бис(гидроксиметил)этил)амино]-1пропансульфоновой кислоты), АМРЭ (или аммедиол; сокращение для 2-амино-2-метил-1,3пропандиола)) или используют их комбинацию.

Что касается буфера, то предпочтительно следят за тем, чтобы его общая концентрация не была слишком высокой, так как в противном случае могут ухудшиться оптические свойства. Соответственно, буфер предпочтительно содержится в концентрации менее 0,03М, особо предпочтительно в концентрации менее 0,02М. Как уже было упомянуто, с одной стороны, важно значение рН в среде, окружающей бактериородопсин, с другой стороны, важно содержание воды. Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения содержание воды в среде, окружающей бактериородопсин, целенаправленно регулируют. Это предпочтительно может быть обеспечено за счет того, что на первой стадии в суспензию в качестве вспомогательного вещества добавляют по меньшей мере один регулятор влажности.

Этим регулятором влажности могут быть подходящие соли калия, или регуляторы влажности на основе сахаров, или регуляторы влажности на основе сахарных спиртов. Особо предпочтительно использовать смесь солей калия, например поташ, с регулятором влажности на основе сахарного спирта, так как такие системы не особенно склонны к кристаллизации и не влияют на оптические свойства. Особо предпочтительно использовать смесь поташа с ксилитом и/или сорбитом, особо предпочтительно в соотношении 1:2-2:1 (например, в соотношении, примерно равном 1:1).

Следующий предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения отличается тем, что на первой стадии совокупная доля бактериородопсина/пурпурной мембраны, буфера и вспомогательного вещества в суспензии составляет менее 3 мас.%.

Как уже объяснено выше, бактериородопсин в форме ПМ/БР-бляшек содержится в полимере, удерживающем воду, в концентрации, равной по меньшей мере 20 мас.%.

Обычно в случае полимера, удерживающего воду, речь идет о системе, выбранной из следующей группы: желатин, полиэтиленгликоль, сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, полисахариды, сахарные спирты, гуммиарабик, производные целлюлозы, гликоген, крахмал, производное хитина, ксантан, пектины, гуаровая камедь, камедь плодов рожкового дерева или каррагенан, суперабсорбер, цеолит, а также комбинации соответствующих смесей этих полимеров, удерживающих воду. Можно использовать и другие полимеры, удерживающие воду, если они не обнаруживают отрицательных химических и/или оптических взаимодействий с системой бакте- 3 023671 риородопсин-пурпурная мембрана.

Следующий предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения отличается тем, что полимер для внешней оболочки выбран из следующей группы: полистирол, полиакрилат, сополимер стирола и акрилата, полиуретан, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, модифицированные крахмалы, модифицированная целлюлоза, соответствующие сополимеры, смеси и/или поперечно сшитые соответствующие поперечно сшиваемые формы этих веществ. Например, речь может идти о полимерах, образующих поперченные связи под действием света, и/или под влиянием тепла, и/или о каталитически сшиваемых полимерах.

Следующий предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения отличается тем, что на второй стадии осуществляется инкапсулирование посредством распылительного инкапсулирования, предпочтительно с использованием 3-канальной форсунки, или посредством распылительного отверждения, или посредством суспензионной полимеризации.

Кроме того, настоящее изобретение относится к микрокапсуле, содержащей бактериородопсин, активируемый видимым светом, с диаметром менее 10 мкм и с окружающим слоем, который защищает бактериородопсин от вредных факторов окружающей среды и одновременно сохраняет его функциональность. При этом бактериородопсин в форме ПМ/БР-бляшек погружают в водную среду со значением рН в диапазоне от 6 до 9 в присутствии полимера, удерживающего воду, и эту внутреннюю капсулу покрывают, по существу, абсолютно прозрачной для света в видимом диапазоне оболочкой, состоящей из полимера, и/или длинноцепочечного насыщенного углеводорода, и/или из длинноцепочечной насыщенной жирной кислоты, предпочтительно из парафина с температурой затвердевания в диапазоне от 45 до 65°С или из карнаубского воска с диапазоном плавления от 70 до 90°С.

Такую микрокапсулу предпочтительно изготавливают с использованием вышеописанного способа, или она может быть изготовлена с использованием вышеописанного способа.

Предпочтительно такой способ отличается тем, что бактериородопсин находится в капсуле при рН в диапазоне от 8 до 8,5, и на него, по существу, абсолютно не влияет рН среды, окружающей оболочку.

Бактериородопсин предпочтительно находится в капсуле в буферной системе, предпочтительно выбранной из следующей группы: фосфатный буфер, ТЫ8/НС1, аммиачный буфер, угольная кислота/гидрокарбонат, ΗΕΡΕδ, ΗΕΡΒδ, ΛΜΡΌ, предпочтительно в концентрации менее 0,03М, особо предпочтительно в концентрации менее 0,02М.

Бактериородопсин содержится в капсуле в присутствии регулятора влажности (при необходимости в комбинации с другими вспомогательными веществами, например с биоцидными средствами и т.п.), при этом регулятором влажности предпочтительно является смесь соли калия, например поташа, с регулятором влажности на основе сахаров (а также сахарных спиртов; см. более подробно выше), в частности, предпочтительно речь идет о смеси поташа с ксилитом и/или сорбитом, особо предпочтительно в соотношении от 1:2 до 2:1.

Следующий предпочтительный вариант осуществления микрокапсул отличается тем, что бактериородопсин в форме ПМ/БР-бляшек содержится в полимере, удерживающем воду, в количестве, равном по меньшей мере 20 мас.%, при этом полимер, удерживающий воду, предпочтительно является системой, выбранной из следующей группы: желатин, полиэтиленгликоль, сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, полисахариды, гуммиарабик, производные целлюлозы, гликоген, крахмал, производное хитина, ксантан, сахарные спирты, пектины, гуаровая камедь, камедь плодов рожкового дерева или каррагенан, суперабсорбер, цеолит, а также комбинации соответствующих смесей этих полимеров, удерживающих воду.

Полимер, образующий оболочку, может быть выбран из следующей группы: полистирол, полиакрилат, сополимер стирола и акрилата, полиуретан, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, модифицированные крахмалы, модифицированная целлюлоза, соответствующие сополимеры, смеси и/или поперечно сшитые соответствующие поперечно сшиваемые формы этих веществ.

Также настоящее изобретение относится к применению такого рода микрокапсул в качестве пигмента для изготовления краски, покрытий, покрывающих композиций, наполнителей, клеящих слоев, голограмм, чернил для струйных принтеров, краски для офсетной печати, краски для глубокой печати, печатных плат, особо предпочтительно в качестве пигмента для защитной краски.

Возможными применениями, соответственно, являются многослойные покрытия с такими микрокапсулами, клеи с такими микрокапсулами, клеи для горячего склеивания и клеи для холодного склеивания, покрытия для бумаги, полимерных материалов и других основ, например использование в композициях для нанесения кистью совместно с пигментами и связующими, лаки, наполнители, заливочные массы, применение в качестве компонента средств для придания влагостойкости, для изготовления капсул, пилюль, порошков, таблеток, свечей, биометрические применения, например для пропусков, идентификационных документов и документов, удостоверяющих личность, защитных пленок, этикеток, печатных пленок, пленок для транспортировки, ваучеров, карт, защитных нитей, аппликаций, защитных волокон, голограмм, компонентов банкнот, фотографий, упаковок и компонентов упаковок, накопителей данных.

Кроме того, настоящее изобретение относится к защитной краске, содержащей такие микрокапсулы. Такую защитную краску можно использовать, например, для трафаретной печати, для струйной пе- 4 023671 чати, для глубокой печати, для плоской печати (например, для офсетной печати), для высокой печати (например, флексопечати), для распыления, в дозаторах или в офсетном способе.

Такую защитную краску можно отвердить с использованием различных способов сушки: стандартным способом посредством испарения растворителя, посредством УФ-сушки (радикальной или катионной), посредством химической реакции, посредством термоотверждения, посредством ИК-сушки или с использованием комбинаций этих способов.

Другие варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Описание примеров осуществления изобретения

Далее сущность изобретения, т.е. способ микроинкапсулирования ПМ/БР с сохранением функциональности, будет разъяснена с помощью подробного описания примеров его осуществления. Эти разъяснения не следует полагать ограничивающими предмет настоящего изобретения, сформулированный выше в общем виде и в формуле изобретения.

Приготовление активируемого порошка.

Активируемый порошок изготавливают из распыляемого раствора с помощью распылительной сушилки.

Приготовление распыляемого раствора.

На первой стадии готовят буфер, для этого в 500 г деионизированной воды при перемешивании растворяют 60 г КН2РО4 (твердого). Затем при перемешивании при комнатной температуре доводят рН до 8,3 посредством добавления по каплям раствора КОН (10 мас.% в деионизированной воде).

Исходный распыляемый раствор готовят следующим образом.

Взвесить и растворить при перемешивании на водяной бане (примерно 60°С): гуммиарабика 60 г (РЬиКЛ) [код ЕС 2325 195]; мальтодекстрина 30 г (У\УР) [СЛ§ № 9050-36-6]; фосфатного буфера 25 (приготовленного так, как описано выше); Мегда1 Ό9Ν (Тгоу) 0,2 г; деионизированной воды 900 г. Дать остыть при перемешивании до комнатной температуры. Взвесить и растворить при перемешивании при комнатной температуре: водной суспензии ПМ/БР 1000 г (примерно 8% твердых веществ, АСТ1ЬОР); поташа 2 г (Κοίΐι) [СЛ§ № 584-08-7]; ксилита 2 г (У\УР) [СЛ§ № 87-99-0]. Довести рН до 8,3 (±0,2) при комнатной температуре.

Распыление активируемого порошка.

Условия распыления: лабораторная распылительная сушилка В-290 (ВОСН!), 2 форсунки для распыления веществ; температура всасываемого воздуха на входе: 140°С; температура на выходе (после распылительного цилиндра): 79°С (±2°С); производительность аспиратора: 95%; производительность перистальтического насоса: 25-30% (перистальтический насос 18МАТЕС. двухголовочный насос, критерий: оптимальная картина распыления); ротаметр для измерения расхода распыляемого воздуха: 55 §КТ.

В описанных выше условиях распыления распыляли примерно 0,5 л суспензии ПМ/БР в час. Был получен фиолетовый порошок, который при освещении белым светом (солнечный свет, галогенная лампа или светодиод, дающий белый свет) обратимо изменял цвет на бежевый. Без освещения примерно через 20 с происходило обратное изменение цвета на фиолетовый.

Полученный таким образом продукт в дальнейшем будет называться активируемым порошком. Он уже состоит из капсул, но стенки капсул еще недостаточно инертны. Они могут снова раствориться в чистой воде.

Активируемый порошок можно хранить при комнатной температуре в течение нескольких месяцев без появления признаков разложения.

Активируемый порошок можно переработать в инкапсулированные частицы согласно настоящему изобретению с использованием различных способов. Далее следует по порядку описать три возможных способа: распылительное инкапсулирование с использованием трехканальной форсунки (А), распылительное инкапсулирование посредством распылительного отверждения (В) и суспензионная полимеризация (С).

А. Распылительное инкапсулирование с использованием трехканальной форсунки.

Суспензия. Исходным материалом для приготовления суспензии является активируемый порошок, изготовленный так, как описано выше. Его переводят в форму суспензии следующим способом: к 100 г деионизированной воды добавляют 2,7 г К₃РО₄3Н₂О (твердое вещество, Ро1к) [СА§ № 7778-53-21] и растворяют при перемешивании, затем при комнатной температуре доводят рН до 8,3 посредством добавления КОН (водного раствора). Затем добавляют 4,0 г мальтодекстрина (У^Р, [СА§ № 9050-36-6]) и перемешивают до получения прозрачного раствора. Затем незадолго до собственно распыления раствора добавляют 4 г активируемого порошка и переводят его во взвешенное состояние. Во время распыления продолжают медленно перемешивать раствор.

Дисперсия для получения оболочки: исходным материалом для оболочки является сополимер стирола и акрилата в форме дисперсии в воде. Более конкретно, была использована система 1оиету1 77 Οοΐιη5ои Ро1утег; содержание твердых веществ: 46,2%). При этом 4 г 1опсгу1 77 добавляли к 80 г деионизированной воды и перемешивали.

Акрилатную дисперсию на основе 1оисту1 77 можно также заменить на другие клеящие дисперсии (акрилат, полиуретан, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, модифицированные крахмалы моди- 5 023671 фицированная целлюлоза и т.п.). При этом важно, чтобы рН дисперсии для получения оболочки был слегка щелочным, так как за счет этого обеспечивается совместимость с суспензией ПМ/БР и образующаяся пленка оказывается достаточно устойчивой против денатурирующих молекул, таких как молекулы этанола, изопропилового спирта, метанола, ацетона или поверхностно-активных веществ.

Условия распыления для распылительного инкапсулирования: с лабораторной распылительной сушилкой В-290 (ВЙСН1) с установленной на ней трехканальной форсункой работали при температуре всасываемого воздуха на входе, равной примерно 140°С, и при температуре на выходе (после распылительного цилиндра), равной примерно 60°С (±2°С). Производительность аспиратора была установлена равной примерно 95%, производительность использованного перистальтического насоса 18МЛТЕС была равна 8,0. Ротаметр для измерения расхода распыляющего воздуха: 50 8КТ.

Был получен фиолетовый порошок, который при освещении белым светом (солнечный свет, галогенная лампа или светодиод) обнаруживал типичное для БР изменение цвета.

Эти оптические свойства полученного порошка сохраняются в течение длительного времени, в том числе и после перевода порошка во взвешенное состояние в водном растворе, при хранении при рН в кислой области (ниже рН 7) или в сильно щелочной области (выше рН 9). Это означает, что на локальную среду внутри капсулы, имеющую рН 8,3, в которой находится система ПМ/БР, не влияет кислая или сильно щелочная среда снаружи капсулы. Следовательно, оптическая система защищена капсулой от вредных влияний внешней среды при одновременном сохранении ее функциональности. Кроме того, это свидетельствует о том, что даже добавление веществ, денатурирующих систему ПМ/БР, например этанола, изопропилового спирта, метанола, ацетона или поверхностно-активных веществ, к такой инкапсулированной системе не может повлиять на ее оптическую функцию.

B. Распылительное инкапсулирование посредством распылительного отверждения.

Лабораторная распылительная сушилка В-290 (ВЙСН1) позволяет также распылительное отверждение. Для распылительного отверждения можно использовать прибор с двухканальной форсункой.

Для распылительного отверждения используют активируемый порошок, описанный выше.

Суспензия. Исходным материалом для приготовления суспензии является активируемый порошок, изготовленный так, как описано выше. Его переводят в форму суспензии следующим способом: к 100 г деионизированной воды добавляют 2,7 г К₃РО₄3Н₂О (твердое вещество, Κοίΐι) [СЛ8 № 7778-53-21] и растворяют при перемешивании, затем при комнатной температуре доводят рН до 8,3 посредством добавления КОН (водного раствора). Затем добавляют 4,0 г мальтодекстрина (У^К, [СЛ8 № 9050-36-6]) и перемешивают до получения прозрачного раствора. Затем незадолго до собственно распыления раствора добавляют 4 г активируемого порошка и переводят его во взвешенное состояние. Во время распыления продолжают медленно перемешивать раствор.

Двойная эмульсия. Полученную таким образом суспензию (с примерно 50%-ным содержанием активируемого порошка) при перемешивании переводят во взвешенное состояние в расплавленном парафине (диапазон плавления от 60 до 65°С) или альтернативно - в расплавленном карнаубском воске (диапазон плавления от 80 до 87°С).

Условия распыления для распылительного отверждения. С лабораторной распылительной сушилкой В-290 (ВЙСН1) работали при температуре на входе (всасываемого воздуха), равной комнатной температуре и при температуре на выходе (после распылительного цилиндра), также равной комнатной температуре. Производительность аспиратора была установлена равной примерно 95%.

И в этом случае был получен фиолетовый порошок, который при освещении белым светом (солнечный свет, галогенная лампа или светодиод) обнаруживал типичное для БР изменение цвета.

Эти оптические свойства полученного порошка сохраняются в течение длительного времени, в том числе и после перевода порошка во взвешенное состояние в водном растворе, при хранении при рН в кислой области (ниже рН 7) или в сильно щелочной области (выше рН 9). Это означает, что на локальную среду внутри капсулы, имеющую рН 8,3, в которой находится система ПМ/БР, не влияет кислая или сильно щелочная среда снаружи капсулы. Добавление веществ, денатурирующих незащищенную систему ПМ/БР, например этанола, изопропилового спирта, метанола, ацетона или поверхностно-активных веществ, к такой инкапсулированной системе также не может повлиять на ее оптическую функцию. И в этом примере осуществления настоящего изобретения оптическая система защищена от вредных воздействий окружающей среды при одновременном сохранении ее функциональности.

C. Суспензионная полимеризация.

Суспензию активируемого порошка в водном растворе получают следующим образом. Исходным материалом для приготовления суспензии является активируемый порошок, изготовленный так, как описано выше. Его переводят в форму суспензии следующим способом: к 100 г деионизированной воды добавляют 2,7 г К₃РО₄3Н₂О (твердое вещество, Ко1П) [СЛ8 № 7778-53-21] и растворяют при перемешивании, затем при комнатной температуре доводят рН до 8,3 посредством добавления КОН (водного раствора). Затем добавляют 4,0 г мальтодекстрина (У^К, [СЛ8 № 9050-36-6]) и перемешивают до получения прозрачного раствора. Затем незадолго до начала полимеризации добавляют 4 г активируемого порошка и переводят его во взвешенное состояние. Полученную таким образом суспензию суспендируют в сухом алифатическом растворителе (циклогексане или петролейном эфире). Для получения нужного по- 6 023671 верхностного натяжения в случае необходимости добавляют поверхностно-активное вещество.

Сушку растворителя осуществляют посредством добавления гарнул молекулярного сита или посредством запрессовывания натриевой проволоки. Работы следует проводить в очень сухом воздухе или в атмосфере сухого азота.

К этой двойной эмульсии при перемешивании по каплям добавляют цианметакрилат или цианакрилат (который можно приобрести, например, под названием Негпоп ОиаШит в компании ΕΙΙδχνοΓίΙι АбНе8ίνθ8, США). Скорость перемешивания при этом выбирают такой, чтобы размер взвешенных частиц был меньше 10 мкм. Вокруг взвешенных частиц активируемого порошка при этом образуются оболочки из полицианметакрилата или полицианакрилата.

Claims

1. Способ получения оптически активируемых микрокапсул, содержащих бактериородопсин, с диаметром менее 50 мкм и с окружающим слоем, который защищает бактериородопсин от вредных факторов окружающей среды и одновременно сохраняет его функциональность, в котором на первой стадии бактериородопсин в форме бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны суспендируют в водной среде, имеющей значение рН в диапазоне от 6 до 9, в присутствии полимера, удерживающего воду, и эту суспензию сушат распылением с получением внутренних капсул в виде порошка или сушат в алифатическом растворителе с низким давлением пара с последующим удалением воды с получением внутренних капсул в виде порошка, и на второй стадии полученные внутренние капсулы покрывают оболочкой, которая является прозрачной для света в видимом диапазоне и состоит из полимера и/или длинноцепочечного насыщенного углеводорода, и/или длинноцепочечной насыщенной жирной кислоты, при этом на бактериородопсин во внутренних капсулах не влияет значение рН за пределами оболочки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первой стадии устанавливают рН в диапазоне от 7,5 до 9 с использованием буферной системы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что буферную систему выбирают из следующей группы: фосфатный буфер, ТР18/НС1. аммиачный буфер, система угольная кислота/гидрокарбонат, диглицин, бицин, НЕРР8, НЕРЕ8, НЕРВ8, ТАР8, ΑΜΡΌ или их комбинацию.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на первой стадии для получения суспензии используют регулятор влажности в качестве вспомогательного вещества, который представляет собой смесь.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что регулятор влажности представляет собой смесь, состоящую из соли калия и регулятора влажности на основе сахара или сахарного спирта.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на первой стадии совокупная доля бактериородопсина/пурпурной мембраны, буфера и вспомогательного вещества в суспензии составляет менее 3 мас.%.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что бактериородопсин в виде бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны содержится в полимере, удерживающем воду, в концентрации, равной по меньшей мере 20 мас.%.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что полимер, удерживающий воду, представляет собой систему, выбранную из следующей группы: желатин, полиэтиленгликоль, сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, полисахариды, гуммиарабик, производные целлюлозы, гликоген, крахмал, производное хитина, ксантан, сахарные спирты, пектины, гуаровая камедь, камедь плодов рожкового дерева или каррагенан, цеолит, а также комбинации соответствующих смесей этих полимеров, удерживающих воду.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что полимер для внешней оболочки выбирают из следующей группы: полистирол, полиакрилат, сополимер стирола и акрилата, полиуретан, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, модифицированный крахмал, модифицированная целлюлоза или сополимеры, смеси и/или поперечно-сшитые или поперечно-сшиваемые формы этих веществ.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что на второй стадии оболочку

- 7 023671 получают посредством распылительного инкапсулирования или посредством распылительного отверждения, или посредством суспензионной полимеризации.

11. Оптически активируемая микрокапсула, содержащая бактериородопсин, с диаметром менее 50 мкм, содержащая внутреннюю капсулу, содержащую бактериородопсин в виде бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны в водной среде со значением рН в диапазоне от 6 до 9 в присутствии полимера, удерживающего воду, и проницаемой для света в видимом диапазоне оболочку из полимера, и/или длинноцепочечного насыщенного углеводорода, и/или длинноцепочечной насыщенно жирной кислоты, при этом оболочка формирует окружающий слой, который защищает бактериородопсин от вредных факторов окружающей среды и одновременно сохраняет его функциональность так, что на бактериородопсин во внутренних капсулах не влияет значение рН за пределами оболочки.

12. Микрокапсула по п.11, отличающаяся тем, что она получена способом по любому из пп.1-10.

13. Микрокапсула по п.11 или 12, отличающаяся тем, что бактериородопсин в капсуле находится при рН в диапазоне от 8 до 8,5.

14. Микрокапсула по любому из пп.11-13, отличающаяся тем, что бактериородопсин в капсуле находится в буферной системе, выбранной из следующей группы: фосфатный буфер, ТК18/НС1, аммиачный буфер, система угольная кислота/гидрокарбонат, диглицин, бицин, НЕРР8, НЕРЕ8, НЕРВ8, ТЛР8. ΛΜΡΌ или комбинация этих систем.

15. Микрокапсула по любому из пп.11-14, отличающаяся тем, что бактериородопсин в капсуле находится в присутствии регулятора влажности.

16. Микрокапсула по п.15, отличающаяся тем, что регулятор влажности представляет собой смесь, состоящую из соли калия и регулятора влажности на основе сахара или сахарного спирта.

17. Микрокапсула по любому из пп.11-16, отличающаяся тем, что бактериородопсин в виде бляшек бактериородопсина/пурпурной мембраны в полимере, удерживающем воду, содержится в концентрации по меньшей мере 20 мас.%.

18. Микрокапсула по любому из пп.11-17, отличающаяся тем, что полимер, удерживающий воду, представляет собой систему, выбранную из следующей группы: желатин, полиэтиленгликоль, сополимер акриловой кислоты и акрилата натрия, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, полисахариды, гуммиарабик, производные целлюлозы, гликоген, крахмал, сахарные спирты, производное хитина, ксантан, пектины, гуаровая камедь, камедь плодов рожкового дерева или каррагенан, цеолит, а также комбинации соответствующих смесей этих полимеров, удерживающих воду.

19. Микрокапсула по любому из пп.11-18, отличающаяся тем, что полимер для внешней оболочки выбран из следующей группы: полистирол, полиакрилат, сополимер стирола и акрилата, полиуретан, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, модифицированный крахмал, модифицированная целлюлоза или сополимеры, смеси и/или поперечно-сшитые или поперечно-сшиваемые формы этих веществ.

20. Применение микрокапсул по любому из пп.11-19 в качестве пигмента.

21. Защитная краска с микрокапсулами по любому из пп. 11-19.

О Евразийская патентная организация, ЕАПВ