EP1237988A1 - Verfahren zur herstellung von nanopartikulären chitosanen oder chitosan-derivaten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von nanopartikulären chitosanen oder chitosan-derivaten

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EP1237988A1
EP1237988A1 EP00972819A EP00972819A EP1237988A1 EP 1237988 A1 EP1237988 A1 EP 1237988A1 EP 00972819 A EP00972819 A EP 00972819A EP 00972819 A EP00972819 A EP 00972819A EP 1237988 A1 EP1237988 A1 EP 1237988A1
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EP
European Patent Office
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chitosan
chitosans
sulfate
acid
nanoparticulate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00972819A
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Christian Kropf
Stephan Reil
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BASF Personal Care and Nutrition GmbH
Original Assignee
Cognis Deutschland GmbH and Co KG
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Publication date
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Definitions

  • the invention is in the field of nanoparticles and relates to the production of chitosans or chitosan derivatives in nanoparticulate form.
  • chitosan In contrast to most hydrocolloids, which are negatively charged in the range of biological pH values, chitosan is a cationic biopolymer under these conditions.
  • the positively charged chitosan can interact with oppositely charged surfaces and is therefore used, for example, in cosmetic hair and body care products as well as pharmaceutical preparations (cf. Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol. A6, Weinheim, Verlag Chemie, 1986, pp. 231-332), where it is used as a moisturizer and film former.
  • chitosans and chitosan derivatives depend considerably on the form in which these substances are present, in particular the particle size and consistency.
  • a typical characteristic of chitosan is its poor solubility in the neutral and alkaline pH range as well as in general in non-aqueous media.
  • Another characteristic is its pronounced tendency to gel even at low concentrations, which makes the handling of chitosan and its use, in particular in cosmetics, problematic in many cases.
  • chitosan is only compatible to a limited extent with other components, for example in cosmetic formulations. There is thus a need for chitosans which are easy to handle and dose, are stable in storage and can be processed and used in formulations better than conventional product qualities.
  • chitosan microspheres loaded with an oil body and described in DE 19712978 are suitable as active substance depots which release the active substance in a time-delayed and controlled manner.
  • the microspheres described there represent beads with a diameter of 0.01 to 6 mm.
  • WO 0047177 discloses that the absorption of chitosans or chitosan derivatives can be significantly increased both by the stratum corneum of the skin and by the keratin fibrils of the hair, if these are in the form of nanoparticles, ie particles with an average diameter in the range from 10 to 300 and preferably 50 to 150 nm.
  • JP-A 09221502 discloses chitosan nanospheres which are produced by emulsifying aqueous chitosan solutions in organic solvents in the presence of quaternary ammonium salts.
  • WO-A 9801162 and WO-A 9801160 describe chitosan nanospheres which consist of complexes of chitosan with nucleic acids and are produced by coacervation techniques.
  • chitosan particles whose size is in the nanometer range, which can be produced without organic solvents and which are not necessarily associated with a specific active ingredient, such as nucleic acids in the case of the two aforementioned WOs -Scripts or ⁇ lkörpem in the case of DE 19712978, or a certain surfactant are preloaded. Furthermore, a manufacturing process for such particles should be technically simple and inexpensive and be feasible in conventional and widespread technical plants.
  • the invention thus relates to processes for the preparation of nanoparticulate chitosans or chitosan derivatives with an average particle diameter in the range from 10 to 1000 nm, preferably from 50 to 200 nm, in which
  • organic solvents does not explicitly include the O- Surface modification agent and, if appropriate, organic acids used in step (a) of the process for dissolving the chitosan or chitosan derivative.
  • Chitosans are biopolymers and belong to the group of hydrocolloids. From a chemical point of view, these are partially deacetylated chitins of different molecular weights.
  • the production of chitosans is based on chitin, preferably the shell remains of crustaceans, which are available in large quantities as cheap raw materials.
  • the chitin is usually first deproteinized by adding bases, demineralized by adding mineral acids and finally deacetylated by adding strong bases, it being possible for the molecular weights to be distributed over a broad spectrum.
  • Appropriate methods are, for example, made from Makromol. Chem. 177, 3589 (1976) or French patent application FR 2701266 A1.
  • Chitosan derivatives in the sense of the present invention are to be understood as those derivatives which are water-soluble at acidic pH values, but are sparingly soluble in water in the neutral range and at alkaline pH values, i.e. H. which have a similar solubility behavior as the chitosans themselves.
  • Such chitosan derivatives are, for example, alkoxylation products of chitosans with ethylene oxide, propylene oxide or mixtures of the two, and also derivatives which contain basic amino groups.
  • a chitosan or chitosan derivative is dissolved in water as a solvent with the addition of an acid.
  • the chitosan or chitosan derivative is dissolved by salt formation with a mineral acid or an organic acid, for example with hydrochloric acid, sulfuric acid, methanesulfonic acid, glycolic acid, lactic acid, salicylic acid, adipic acid or ascorbic acid. Hydrochloric acid, glycolic acid and lactic acid are preferred according to the invention.
  • the order in which the individual components are put together is not critical in the preparation of the solution.
  • the chitosan or chitosan derivative is preferably placed in water and mixed with the amount of acid required to form a solution while stirring.
  • the chitosan or chitosan derivative is preferably dissolved at pH values between 1 and 5.
  • the chitosan or chitosan derivative is introduced into an aqueous acid.
  • the pH of the aqueous solution of the chitosan or chitosan derivative is raised to such an extent by means of an alkalizing agent in the presence of a surface modifying agent that the nanoparticulate chitosan or chitosan derivative is precipitated.
  • Aqueous solutions of hydroxides of alkali or alkaline earth metals or ammonia are preferably used as the alkalizing agent.
  • the precipitation is preferably carried out with mechanical mixing, for example by means of a stirrer.
  • the acidic solution of the chitosan or chitosan derivative is introduced and the alkalizing agent is added, or the procedure is reversed. It is essential to the invention that the acidic solution of the chitosan or chitosan derivative is precipitated in the presence of a surface modifier.
  • the surface modifier can be either in the acidic solution or in the alkalizing agent.
  • the acidic solution of the chitosan or chitosan derivative, the alkalizing agent and the surface modifying agent preferably in the form of aqueous solutions, can also be combined with one another at the same time.
  • Surface modification agents are understood to mean substances which physically adhere to the surface of the finely divided particles, but which do not, or only chemically, react with them to a small extent.
  • the individual molecules of the surface modification agents adsorbed on the surface are essentially free of intermolecular bonds with one another.
  • Surface modifiers are to be understood in particular as dispersants. Dispersants are also known to the person skilled in the art, for example, under the terms emulsifiers, protective colloids, wetting agents, detergents, etc.
  • Suitable surface modifiers are, for example, emulsifiers of the nonionic surfactant type from at least one of the following groups:
  • polyglycerol esters e.g. Polyglycerol polyricinoleate, polyglycerol poly-12-hydroxystearate or polyglycerol dimerate. Mixtures of compounds from several of these classes of substances are also suitable;
  • Partial esters based on linear, branched, unsaturated or saturated C6 / 22 fatty acids, ricinoleic acid as well as 12-hydroxystearic acid and glycerol, polyglycerol, pentaerythritol, dipentaerythritol, sugar alcohols (eg sorbitol), alkyl glucosides (eg methyl glucoside, butyl glucoside, ) and polyglucosides (eg cellulose);
  • - polyalkylene glycols The adducts of ethylene oxide and / or of propylene oxide with fatty alcohols, fatty acids, alkylphenols, glycerol mono- and diesters as well as sorbitan mono- and diesters of fatty acids or with castor oil are known, commercially available products. These are homolog mixtures, the middle of which Degree of alkoxylation corresponds to the ratio of the amounts of ethylene oxide and / or propylene oxide and substrate with which the addition reaction is carried out.
  • C ⁇ -alkyl mono- and oligoglycosides their preparation and their use are known from the prior art. They are produced in particular by reacting glucose or oligosaccharides with primary alcohols with 8 to 18 carbon atoms.
  • glycoside residue both monoglycosides in which a cyclic sugar residue is glycosidically bonded to the fatty alcohol and oiigomeric glycosides with a degree of oligomerization of up to preferably about 8 are suitable.
  • the degree of oligomerization is a statistical mean value which is based on a homolog distribution customary for such technical products.
  • anionic emulsifiers are soaps, alkyl benzene sulfonates, alkane sulfonates, olefin sulfonates, alkyl ether sulfonates, glycerol ether sulfonates, ⁇ -methyl ester sulfonates, sulfo fatty acids, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates such as, for example, fatty alcohol ether sulfates, glyceryl ether ether sulfate, sulfate (sulfate ether) sulfate ethersulfate, fatty acid (sulfate ether) sulfate, sulfate ether (sulfate) ether sulfate, sulfate ether (sulfate), sulfate ether (sulfate), sulfate ether (sulfate), sulfate
  • Zwitterionic surfactants can also be used as emulsifiers.
  • Zwitterionic surfactants are surface-active compounds that contain at least one quaternary ammonium group and at least one carboxylate and one sulfonate group in the molecule.
  • Particularly suitable zwitterionic surfactants are the so-called betaines such as the N-alkyl-N, N-dimethylammonium glycinate, for example coconut alkyldimethylammonium glycinate, N-acylamino propyl-N, N-dimethylammonium glycinate, for example coconut acylaminopropyl dimethylammonium glycinate, and 2 -Alkyl-3-carboxylmethyl-3-hydroxyethylimidazolines each having 8 to 18 carbon atoms in the alkyl or acyl group and the cocoacylaminoethylhydroxyethylcarboxymethylglycinate.
  • betaines such as the N-alkyl-N, N-dimethylammonium glycinate, for example coconut alkyldimethylammonium glycinate, N-acylamino propyl-N, N-dimethylammonium glycinate,
  • fatty acid amide derivative known under the CTFA name of Cocamidopropyl Betaine is particularly preferred.
  • Suitable emulsifiers are ampholytic surfactants. Such surface-active compounds are used under ampholytic surfactants. stood, which in addition to a C ⁇ / i ⁇ -alkyl or acyl group in the molecule contain at least one free amino group and at least one -COOH or -S0 3 H group and are capable of forming internal salts.
  • ampholytic surfactants are N-alkylglycines, N-alkylpropionic acids, N-alkylaminobutyric acids, N-alkyliminodipropionic acids, N-hydroxyethyl-N-alkylamidopropylglycines, N-alkyltaurines, N-alkyl sarcosines, 2-alkylaminopropionic acids and alkylami- noacetic acids each with about 8 to 18 carbon atoms in the alkyl group.
  • Particularly preferred ampholytic surfactants are N-cocoalkylaminopropionate, cocoacylaminoethylaminopropionate and Ci2 / i8-acylsarcosine.
  • quaternary emulsifiers are also suitable, those of the esterquat type, preferably methyl-quaternized difatty acid triethanolamine ester salts, being particularly preferred.
  • Protective colloids suitable as surface modifiers are e.g. natural water-soluble polymers such as B. gum arabic, starch, water-soluble derivatives of water-insoluble polymeric natural substances such.
  • B. cellulose ethers such as methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose or modified carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl starch or hydroxypropyl guar, and synthetic water-soluble polymers, such as.
  • the nonionic surfactants are particularly preferred as surface modification agents.
  • the nonionic surfactants of the type of alkyl glycosides, ethoxylated alkyl glycosides and addition products of 10 to 60 moles of ethylene oxide and / or 0 to 5 moles of propylene oxide with linear fatty alcohols with 8 to 22 carbon atoms have proven to be particularly effective.
  • the surface modification agents are used in a concentration of 10 to 500, but preferably 50 to 250% by weight, based on the chitosans or chitosan derivatives.
  • a suspension which contains a salt as the neutralization product.
  • Desalination of the product and concentration can be carried out by methods familiar to the person skilled in the art, for example by dialysis and / or centrifugation, dialysis preferably followed by centrifugation.
  • the major part of the water is preferably removed by centrifugation, the supernatant simultaneously being the largest part of the salts formed in the course of the process and the excess surface modification agent not required for covering the surface of the nanoparticles Will get removed.
  • the final removal of the residual moisture is carried out using standard drying processes, particularly preferably freeze-drying.
  • Powders of nanoparticulate chitosans or chitosan derivatives produced in this way typically still contain water contents in the range from 1 to 10% by weight, salt contents in the range from 0 to 3% by weight, and contents of surface modification agents in the range from 1 to 5% by weight. %, each based on the total weight of the nanoparticles.
  • contents of surface modification agent of up to 30% by weight can also result. According to the teaching of the invention, it is thus possible to produce nanoparticles which consist of more than 90% by weight of a chitosan or chitosan derivative.
  • chitosans or chitosan derivatives can be obtained in the form of dry powders which are easy to handle and are stable even after prolonged storage, in particular do not tend to agglomerate or stick. They can be redispersed in water or other solvents using mechanical energy to form nanoparticulate dispersions.
  • WO 9100298 describes a process for the continuous production of microcrystalline chitosan in which, according to the description, chitosan is obtained as a dispersion of particles in a size range between 0.1 and 50 ⁇ m. From this dispersion, a powdery product with particle sizes between 1 and 100 ⁇ m should be obtained by drying. Embodiments that could support this information in the description are not provided. In the exemplary embodiments, only gels with a chitosan content of at most approx. 10% are described as process products.
  • the present invention furthermore relates to nanoparticulate chitosans or chitosan derivatives which are produced by the processes according to the invention described above.
  • the nanoparticulate chitosans or chitosan derivatives produced by the process described in the present invention can be used, for example, for the production of cosmetic and / or pharmaceutical preparations.
  • Such preparations include, for example, hair shampoos, hair lotions, hair sprays, foam baths, creams, lotions or ointments.
  • Additional ingredients in the formulation can be found in cosmetic and / or pharmaceutical Preparations contain adjuvants, as are usually used in such preparations, such as. B.
  • preservatives bactericides, antioxidants, perfumes, foam retardants, dyes, pigments, thickeners, moisturizing and / or moisturizing substances, surfactants, emulsifiers, plasticizers, fats, oils, waxes, silicones, sequestering agents, anionic, cationic, nonionic or amphoteric polymers, Alkalizing or acidifying agents, alcohols, polyols, softeners, light stabilizers, electrolytes or organic solvents.
  • Some fabrics, such as B. emulsifiers can be contained in the preparations on the one hand as an adjuvant, but independently as a surface modification agent of the nanoparticles.
  • the amount of the nanoparticulate chitosans or chitosan derivatives in the cosmetic and / or pharmaceutical preparations is chosen so that the concentration of the chitosans or chitosan derivatives contained in the nanoparticles - d. H. without taking into account the surface modification agents contained in the nanoparticles - is between 0.1 and 20, preferably between 0.5 and 2% by weight, based on the preparations.
  • the invention accordingly furthermore relates to cosmetic and / or pharmaceutical preparations which contain nanoparticulate chitosans or chitosan derivatives produced by the process according to the invention in the concentrations mentioned above.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von nanopartikulären Chitosanen oder Chitosanderivaten mit Teilchendurchmessern im Bereich von 10 bis 1000 nm, bei dem man (a) das Chitosan oder Chitosan-Derivat in einem sauren wässrigen Medium löst; (b) den pH-Wert der Lösung in Gegenwart eines Oberflächenmodifikationsmittels soweit anhebt, dass es zur Ausfällung des Chitosans kommt. Das Verfahren ermöglicht eine einfache, von organischen Lösungsmitteln unabhängige Herstellung agglomerationsstabiler Nanopartikel in dispergierter oder trockener Form.

Description

Verfahren zur Herstellung von nanopartikulären Chitosanen oder Chitosan-Derivaten
Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Nanopartikel und betrifft die Herstellung von Chitosanen oder Chitosan-Derivaten in nanopartikulärer Form.
Im Gegensatz zu den meisten Hydrokolloiden, die im Bereich biologischer pH-Werte negativ geladen sind, stellt Chitosan ein unter diesen Bedingungen kationisches Biopolymer dar. Das positiv geladene Chitosan kann mit entgegengesetzt geladenen Oberflächen in Wechselwirkung treten und wird daher beispielsweise in kosmetischen Haar- und Körperpflegemitteln sowie pharmazeutischen Zubereitungen eingesetzt (vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed., Vol. A6, Weinheim, Verlag Chemie, 1986, S. 231-332), wo es als Feuchtigkeitsspender und Filmbildner Anwendung findet. Das entsprechende gilt für Derivate des Chitosans, in welchen der basische Charakter des Moleküls erhalten bleibt. Hierzu zählen beispielsweise Alkoxylierungspro- dukte des Chitosans wie Ethoxylate und Propoxylate.
Die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von Chitosanen und Chitosan-Derivaten hängen erheblich davon ab, in welcher Form diese Stoffe vorliegen, insbesondere in welcher Partikelgröße und in welcher Konsistenz. Ein typisches Merkmal von Chitosan ist seine Schwerlöslichkeit im neutralen und alkalischen pH-Bereich sowie generell in nichtwässrigen Medien. Weiterhin charakteristisch ist seine ausgeprägte Neigung zur Gelbildung selbst bei niedrigen Konzentrationen, was die Handhabung des Chitosans und seine Anwendung insbesondere in der Kosmetik in vielen Fällen problematisch macht. Weiter ist Chitosan mit anderen Komponenten beispielsweise in kosmetischen Rezepturen nur begrenzt verträglich. Es besteht somit ein Bedarf nach Chitosanen, welche in gut handhabbarer und dosierbarer Form vorliegen, lagerstabil sind und besser als herkömmliche Produktqualitäten verarbeitbar und in Formulierungen einsetzbar sind.
Aus der Literatur sind unterschiedliche Versuche bekannt, die Eigenschaften von Chitosan über seine Partikelgröße zu beeinflussen und kleine Chitosanpartikel für bestimmte Zwecke zu nutzen. So eignen sich die in der DE 19712978 beschriebenen mit einem Ölkörper beladenen Chitosan- Mikrosphären als Wirkstoffdepots, welche den Wirkstoff in zeitverzögerter und kontrollierter Weise freisetzen. Die dort beschriebenen Mikrosphären stellen Perlen mit einen Durchmesser von 0,01 bis 6 mm dar. In der WO 0047177 wurde offenbart dass sich die Resorption von Chitosanen bzw. Chitosanderivaten sowohl durch das Stratum Corneum der Haut als auch die Keratinfibrillen des Haares signifikant steigern läßt, wenn diese in Form von Nanoteilchen, d.h. Partikeln mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 10 bis 300 und vorzugsweise 50 bis 150 nm vorliegen. Aus der JP-A 09221502 sind Chitosan-Nanosphären bekannt, welche durch Emulgierung wäßriger Chitosan-Lösungen in organischen Lösungsmitteln in Gegenwart von quartären Ammoniumsalzen hergestellt werden. Die WO-A 9801162 sowie die WO-A 9801160 beschreiben Chitosan-Nanosphären, welche aus Komplexen von Chitosan mit Nukleinsäuren bestehen und durch Koazer- vationstechniken hergestellt werden.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellverfahren, welche sich eines organischen Lösungsmittels bedienen, ist die häufig schwierige Isolierbarkeit der Nanopartikel. Außerdem ist es häufig nicht möglich, die Nanopartikel vollständig vom organischen Lösungsmittel zu befreien, was insbesondere kosmetische und pharmazeutische Anwendungsmöglichkeiten stark einschränkt.
Ein weiterer Nachteil von Herstellverfahren des Stands der Technik besteht darin, daß bei der Herstellung als Beiprodukte entstehende Salze oft nur schwer entfernbar sind.
Für eine breitere Anwendung beispielsweise in der Kosmetik und Pharmazie besteht ein Bedarf nach Chitosanpartikeln, deren Größe im Nanometer-Bereich liegt, deren Herstellung ohne organische Lösungsmittel möglich ist und die nicht herstellungsbedingt zwangsläufig mit einem bestimmten Wirkstoff, wie Nukleinsäuren im Falle der beiden vorstehend genannten WO-Schriften oder Ölkörpem im Falle der DE 19712978, oder einem bestimmten Tensid vorbeladen sind. Weiterhin sollte ein Herstellverfahren für derartige Partikel technisch einfach und kostengünstig sein und in herkömmlichen und weit verbreiteten technischen Anlagen durchführbar sein.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich die vorstehend beschriebene Aufgabenstellung durch ein Herstellverfahren lösen läßt, bei dem man eine wäßrige Lösung von Chitosanen oder Chitosanderivaten in Gegenwart von Oberflächenmodifikationsmitteln ausfällt.
Gegenstand der Erfindung sind somit Verfahren zur Herstellung von nanopartikulären Chitosanen oder Chitosanderivaten mit einem mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 10 bis 1000 nm, vorzugsweise von 50 bis 200 nm, bei welchen man
(a) das Chitosan oder Chitosan-Derivat in einem sauren wässrigen Medium löst
(b) den pH-Wert der Lösung in Gegenwart eines Oberflächenmodifikationsmittels soweit anhebt, daß es zur Ausfällung des Chitosans kommt.
Bevorzugt wird das Verfahren in Abwesenheit organischer Lösungsmittel ausgeführt. Nicht unter den Begriff organische Lösungsmittel fallen dabei ausdrücklich die im Verfahren verwendeten O- berflächenmodifikationsmittel sowie gegebenenfalls in Schritt (a) des Verfahrens zur Auflösung des Chitosans oder Chitosan-Derivats verwendete organische Säuren.
Chitosane stellen Biopolymere dar und werden zur Gruppe der Hydrokolloide gezählt. Chemisch betrachtet, handelt es sich um partiell deacetylierte Chitine unterschiedlichen Molekulargewichtes. Zur Herstellung der Chitosane geht man von Chitin, vorzugsweise den Schalenresten von Krustentieren aus, die als billige Rohstoffe in großen Mengen zur Verfügung stehen. Das Chitin wird dabei üblicherweise zunächst durch Zusatz von Basen deproteiniert, durch Zugabe von Mineralsäuren demineralisiert und schließlich durch Zugabe von starken Basen deacetyliert, wobei die Molekulargewichte über ein breites Spektrum verteilt sein können. Entsprechende Verfahren sind beispielsweise aus Makromol. Chem. 177, 3589 (1976) oder der französischen Patentanmeldung FR 2701266 A1 bekannt. Vorzugsweise werden solche Typen eingesetzt, wie sie in den deutschen Patentanmeldungen DE 4442987 A1 und DE 19537001 A1 (Henkel) offenbart werden, und die ein durchschnittliches Molekulargewicht von 800.000 bis 1.200.000 Dalton, eine Viskosität nach Brook- field (1 Gew.-%ig in Glycolsäure) unterhalb von 5000 mPas, einen Deacetylierungsgrad im Bereich von 80 bis 88 % und einem Aschegehalt von weniger als 0,3 Gew.-% aufweisen. Unter Chitosan- Derivaten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind solche Derivate zu verstehen, welche bei sauren pH-Werten wasserlöslich, im Neutralbereich sowie bei alkalischen pH-Werten jedoch schwerlöslich in Wasser sind, d. h. die ein analoges Löslichkeitsverhalten wie die Chitosane selbst aufweisen. Solche Chitosan-Derivate sind beispielsweise Alkoxylierungsprodukte von Chitosanen mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder Gemischen aus beiden sowie Derivate, welche basische Ami- nogruppen enthalten.
Im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Chitosan oder Chitosan-Derivat unter Hinzufügung einer Säure in Wasser als Lösungsmittel gelöst. Die Auflösung des Chitosans oder Chitosan-Derivats erfolgt durch Salzbildung mit einer Mineralsäure oder einer organischen Säure, beispielsweise mit Salzsäure, Schwefelsäure, Methansulfonsäure, Glykolsäure, Milchsäure, Sali- cylsäure, Adipinsäure oder Ascorbinsäure. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Salzsäure, Glykolsäure und Milchsäure. Die Reihenfolge der Zusammenfügung der einzelnen Komponenten ist bei der Herstellung der Lösung unkritisch. Vorzugsweise werden das Chitosan oder Chitosan-Derivat in Wasser vorgelegt und unter Rühren mit einer solchen Menge an Säure versetzt, wie zur Bildung einer Lösung erforderlich ist. Bevorzugt erfolgt die Auflösung des Chitosans oder Chitosan-Derivats bei pH-Werten zwischen 1 und 5. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Chitosan oder Chitosanderivat in eine wäßrige Säure eingetragen. Im zweiten Schritt des Verfahrens wird der pH-Wert der wäßrigen Lösung des Chitosans oder Chi- tosanderivats mittels eines Alkalisierungsmittels in Gegenwart eines Oberflächenmodifikationsmittels so weit angehoben, daß es zur Ausfällung des nanopartikulären Chitosans oder Chitosanderi- vats kommt. Als Alkalisierungsmittel werden vorzugsweise wäßrige Lösungen von Hydroxiden der Alkali- oder Erdalkalimetalle oder Ammoniak verwendet. Vorzugsweise wird die Ausfällung unter mechanischer Durchmischung, beispielsweise mittels eines Rührers, durchgeführt. Bei der Ausfällung wird entweder die saure Lösung des Chitosans oder Chitosanderivats vorgelegt und das Alkalisierungsmittel zugegeben, oder es wird umgekehrt verfahren. Erfindungswesentlich ist, daß die Ausfällung der sauren Lösung des Chitosans oder Chitosanderivats in Gegenwart eines Oberflächenmodifikationsmittels erfolgt. Dabei kann sich das Oberflächenmodifikationsmittel entweder in der sauren Lösung oder dem Alkalisierungsmittel befinden. In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens können die saure Lösung des Chitosans oder Chitosanderivats, das Alkalisierungsmittel und das Oberflächenmodifikationsmittel, bevorzugt in Form wäßriger Lösungen, auch gleichzeitig miteinander vereinigt werden.
Unter Oberflächenmodifikationsmitteln sind Stoffe zu verstehen, welche an der Oberfläche der feinteiligen Partikel physikalisch anhaften, mit diesen jedoch nicht oder nur in geringem Ausmaß chemisch reagieren. Die einzelnen an der Oberfläche adsorbierten Moleküle der Oberflächenmodifikationsmittel sind im wesentlichen frei von intermolekularen Bindungen untereinander. Unter 0- berflächenmodifikationsmitteln sind insbesondere Dispergiermittel zu verstehen. Dispergiermittel sind dem Fachmann beispielsweise auch unter den Begriffen Emulgatoren, Schutzkolloide, Netzmittel, Detergentien etc. bekannt.
Als Oberflächenmodifikationsmittel kommen beispielsweise Emulgatoren vom Typ der nichtiono- genen Tenside aus mindestens einer der folgenden Gruppen in Frage:
- Anlagerungsprodukte von 2 bis 60 Mol Ethylenoxid und/ oder 0 bis 5 Mol Propylenoxid an lineare Fettalkohole mit 8 bis 22 C-Atomen, an Fettsäuren mit 12 bis 22 C-Atomen und an Alkyl- phenole mit 8 bis 15 C-Atomen in der Alkylgruppe;
- Cι2/i8-Fettsäuremono- und -diester von Anlagerungsprodukten von 1 bis 30 Mol Ethylenoxid an Glycerin;
- Glycerinmono- und -diester und Sorbitanmono- und -diester von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen und deren Ethylenoxidanlagerungsprodukte;
- Alkylmono- und -oligoglycoside mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen im Alkylrest und deren ethoxy- lierte und/oder propoxylierte Analoga;
- Anlagerungsprodukte von 15 bis 60 Mol Ethylenoxid an Ricinusöl und/oder gehärtetes Ricinu- söl;
- Polyol- und insbesondere Polyglycerinester, wie z.B. Polyglycerinpolyricinoleat, Polyglycerin- poly-12-hydroxystearat oder Polyglycerindimerat. Ebenfalls geeignet sind Gemische von Verbindungen aus mehreren dieser Substanzklassen;
- Anlagerungsprodukte von 2 bis 15 Mol Ethylenoxid an Ricinusöl und/oder gehärtetes Ricinusöl;
- Partialester auf Basis linearer, verzweigter, ungesättigter bzw. gesättigter C6/22-Fettsäuren, Ricinolsäure sowie 12-Hydroxystearinsäure und Glycerin, Polyglycerin, Pentaerythrit, Dipentae- rythrit, Zuckeralkohole (z.B. Sorbit), Alkylglucoside (z.B. Methylglucosid, Butylglucosid, Lau- rylglucosid) sowie Polyglucoside (z.B. Cellulose);
- Mono-, Di- und Trialkylphosphate sowie Mono-, Di- und/oder Tri-PEG-alkylphosphate und deren Salze;
- Wollwachsalkohole;
- Polysiloxan-Polyalkyl-Polyether-Copolymere bzw. entsprechende Derivate;
- Mischester aus Pentaerythrit, Fettsäuren, Citronensaure und Fettalkohol und/oder Mischester von Fettsäuren mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, Methylglucose und Polyolen, vorzugsweise Glycerin oder Polyglycerin sowie
- Polyalkylenglycole. Die Anlagerungsprodukte von Ethylenoxid und/oder von Propylenoxid an Fettalkohole, Fettsäuren, Alkylphenole, Glycerinmono- und -diester sowie Sorbitanmono- und -diester von Fettsäuren oder an Ricinusöl stellen bekannte, im Handel erhältliche Produkte dar. Es handelt sich dabei um Homologengemische, deren mittlerer Alkoxylierungsgrad dem Verhältnis der Stoffmengen von Ethylenoxid und/ oder Propylenoxid und Substrat, mit denen die Anlagerungsreaktion durchgeführt wird, entspricht.
Cβ -Alkylmono- und -oligoglycoside, ihre Herstellung und ihre Verwendung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ihre Herstellung erfolgt insbesondere durch Umsetzung von Glucose oder Oligosacchariden mit primären Alkoholen mit 8 bis 18 C-Atomen. Bezüglich des Glycosidrestes gilt, daß sowohl Monoglycoside, bei denen ein cyclischer Zuckerrest glycosidisch an den Fettalkohol gebunden ist, als auch oiigomere Glycoside mit einem Oligomerisationsgrad bis vorzugsweise etwa 8 geeignet sind. Der Oligomerisierungsgrad ist dabei ein statistischer Mittelwert, dem eine für solche technischen Produkte übliche Homologenverteilung zugrunde liegt.
Typische Beispiele für anionische Emulgatoren sind Seifen, Alkylbenzolsulfonate, Alkansulfonate, Olefinsulfonate, Alkylethersulfonate, Glycerinethersulfonate, α-Methylestersulfonate, Sul- fofettsäuren, Alkylsulfate, Alkylethersulfate wie beispielsweise Fettalkoholethersulfate, Glyce- rinethersulfate, Hydroxymischethersulfate, Monoglycerid(ether)sulfate, Fettsäureamid(ether)sulfate, Mono- und Dialkyl-sulfosuccinate, Mono- und Dialkylsulfo-succinamate, Sulfotriglyceride, Amid- seifen, Ethercarbonsäuren und deren Salze, Fettsäureisethionate, Fettsäuresarcosinate, Fettsäu- retauride, N-Acylaminosäuren wie beispielsweise Acylglutamate und Acylaspartate, Alkyloligoglyko- sidsulfate, Proteinfettsäurekondensate (insbesondere pflanzliche Produkte auf Weizenbasis), und Alkyl(ether)phosphate. Sofern die anionischen Tenside Polyglycoletherketten enthalten, können diese eine konventionelle, vorzugsweise jedoch eine eingeengte Homologenverteilung aufweisen.
Weiterhin können als Emulgatoren zwitterionische Tenside verwendet werden. Als zwitterionische Tenside werden solche oberflächenaktiven Verbindungen bezeichnet, die im Molekül mindestens eine quartäre Ammoniumgruppe und mindestens eine Carboxylat- und eine Sulfonatgruppe tragen. Besonders geeignete zwitterionische Tenside sind die sogenannten Betaine wie die N-Alkyl-N,N- dimethylammoniumglycinate, beispielsweise das Kokosalkyldimethylammoniumglycinat, N-Acyl- amino-propyl-N,N-dimethylammonium-glycinate, beispielsweise das Kokosacylaminopropyl- dimethylammonium-giycinat, und 2-Alkyl-3-carboxylmethyl-3-hydroxyethylimidazoline mit jeweils 8 bis 18 C-Atomen in der Alkyl- oder Acylgruppe sowie das Kokosacylaminoethylhydroxyethyl- carboxymethylglycinat. Besonders bevorzugt ist das unter der CTFA-Bezeichnung Cocamidopropyl Betaine bekannte Fettsäureamid-Derivat. Ebenfalls geeignete Emulgatoren sind ampholytische Tenside. Unter ampholytischen Tensiden werden solche oberflächenaktiven Verbindungen ver- standen, die außer einer Cβ/iβ-Alkyl- oder -Acylgruppe im Molekül mindestens eine freie Ami- nogruppe und mindestens eine -COOH- oder -S03H-Gruppe enthalten und zur Ausbildung innerer Salze befähigt sind. Beispiele für geeignete ampho-lytische Tenside sind N-Alkylglycine, N-Al- kylpropionsäuren, N-Alkylaminobuttersäuren, N-Alkyliminodipropionsäuren, N-Hydroxyethyl-N-alkyl- amidopropylglycine, N-Alkyltaurine, N-Alkylsarcosine, 2-Alkylaminopropionsäuren und Alkylami- noessigsäuren mit jeweils etwa 8 bis 18 C-Atomen in der Alkyl-gruppe. Besonders bevorzugte am- pholytische Tenside sind das N-Kokosalkylaminopropionat, das Kokosacylami- noethylaminopropionat und das Ci2/i8-Acylsarcosin. Neben den ampholytischen kommen auch quartäre Emulgatoren in Betracht, wobei solche vom Typ der Esterquats, vorzugsweise methyl- quaternierte Difettsäuretriethanolaminester-Salze, besonders bevorzugt sind.
Als Oberflächenmodifikationsmittel geeignete Schutzkolloide sind z.B. natürliche wasserlösliche Polymere wie z. B. Gummi arabicum, Stärke, wasserlösliche Derivate von wasserunlöslichen poly- meren Naturstoffen wie z. B. Celluloseether wie Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxy- methylcellulose oder modifizierte Carboxymethylcellulose, Hydroxyethyl-Stärke oder Hydroxypro- pyl-Guar, sowie synthetische wasserlösliche Polymere, wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrroli- don, Polyalkylenglycole, Polyasparaginsäure und Polyacrylate.
Als Oberflächenmodifikationsmittel bevorzugt geeignet sind vor allem die nichtionischen Tenside. Als besonders wirksam haben sich die nichtionischen Tenside vom Typ der Alkylglykoside, der ethoxylierten Alkylglykoside sowie der Anlagerungsprodukte von 10 bis 60 Mol Ethylenoxid und/ oder 0 bis 5 Mol Propylenoxid an lineare Fettalkohole mit 8 bis 22 Kohlenstoff-Atomen erwiesen.
In der Regel werden die Oberflächenmodifikationsmittel in einer Konzentration von 10 bis 500, vorzugsweise jedoch 50 bis 250 Gew.-%, bezogen auf die Chitosane oder Chitosanderivate, eingesetzt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausfällung der sauren Chitosan- oder Chitosanderivat-Lösung durch Anhebung des pH-Werts bildet sich eine Suspension aus, welche als Neutralisationsprodukt ein Salz enthält. Eine Entsalzung des Produkts und eine Aufkonzentrierung kann durch dem Fachmann geläufige Verfahren erfolgen, beispielsweise durch eine Dialyse und/oder eine Zentrifugation, wobei bevorzugt zunächst eine Dialyse und anschließend eine Zentrifugation erfolgt. Vorzugsweise wird die Hauptmenge des Wassers durch Zentrifugation entfernt, wobei mit dem Überstand gleichzeitig der größte Teil der im Verlauf des Verfahrens gebildeten Salze sowie des überschüssigen, nicht für die Belegung der Oberfläche der Nanopartikel benötigten Oberflächenmodifikationsmittels entfernt wird. Die abschließende Entfernung der Restfeuchte, sofern gewünscht, erfolgt über gängige Trocknungsverfahren, besonders bevorzugt eine Gefriertrocknung.
Auf diese Weise hergestellte Pulver von nanopartikulären Chitosanen oder Chitosanderivaten enthalten typischerweise noch Wassergehalte im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, Salzgehalte im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, sowie Gehalte an Oberflächenmodifikationsmittel im Bereich von 1 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Nanopartikel. Je nach Methode zur Abtrennung des überschüssigen Oberflächenmodifikationsmittels können auch Gehalte an Oberflächenmodifikationsmittel von bis zu 30 Gew.-% resultieren. Es ist somit nach der Lehre der Erfindung möglich, Nanopartikel herzustellen, welche zu mehr als 90 Gew.-% aus einem Chitosan oder Chitosan-Derivat bestehen. Erfindungsgemäß lassen sich Chitosane oder Chitosan-Derivate in Form trockener Pulver erhalten, welche gut handhabbar sind und auch bei längerer Lagerung stabil sind, insbesondere nicht zur Agglomeration oder Verklebung neigen. Sie lassen sich in Wasser oder auch anderen Lösungsmitteln unter Einsatz mechanischer Energie zu nanopartikulären Dispersionen redispergieren.
In der WO 9100298 ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung mikrokristallinen Chitosans dargestellt, in welchem laut Beschreibung Chitosan als Dispersion von Partikeln in einem Größenbereich zwischen 0,1 und 50 μm erhalten wird. Aus dieser Dispersion soll durch Trocknung ein pulverförmiges Produkt mit Partikelgrößen zwischen 1 und 100 μm erhalten werden können. Ausführungsbeispiele, welche diese Angaben in der Beschreibung stützen könnten, werden nicht geliefert. In den Ausführungsbeispielen werden als Verfahrensprodukt lediglich Gele mit Chitosange- halten von maximal ca. 10% beschrieben. Die Nacharbeitung dieser WO-Schrift hat ergeben, daß die dort offenbarte Lehre lediglich zu flockigen bis gelartigen Produkten mit Chitosanpartikelgrößen deutlich oberhalb von 1 μm führt, die nach Trocknung verklumpte, agglomerierte Produkte mit weiter erhöhter Chitosanpartikelgröße liefern, welche schwer handhabbar und im Sinne der Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung nicht brauchbar sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind nanopartikuläre Chitosane oder Chitosan-Derivate, welche nach den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.
Die nach dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren hergestellten nanopartikulären Chitosane oder Chitosanderivate können beispielsweise zur Herstellung von kosmetischen und/oder pharmazeutischen Zubereitungen verwendet werden. Zu solchen Zubereitungen zählen beispielsweise Haarshampoos, Haarlotionen, Haarsprays, Schaumbäder, Cremes, Lotionen oder Salben. Als weitere Rezepturbestandteile können in den kosmetischen und/oder pharmazeutischen Zubereitungen Adjuvantien enthalten sein, wie sie üblicherweise in solchen Zubereitungen verwendet werden, wie z. B. Konservierungsmittel, Bakterizide, Antioxidantien, Parfüme, Schaumbremsen, Farbstoffe, Pigmente, Verdickungsmittel, anfeuchtende und/oder feuchthaltende Substanzen, Tenside, Emulgatoren, Weichmacher, Fette, Öle, Wachse, Silikone, Sequestrierungsmittel, anionische, kationische, nichtionische oder amphotere Polymere, Alkalisierungs- oder Acidifizierungsmittel, Alkohole, Polyole, Enthärter, Lichtschutzmittel, Elektrolyte oder organische Lösungsmittel. Manche Stoffe, wie z. B. Emulgatoren, können in den Zubereitungen einerseits als Adjuvans, unabhängig davon aber auch als Oberflächenmodifikationsmittel der Nanopartikel enthalten sein.
Die Einsatzmenge der nanopartikulären Chitosane oder Chitosanderivate in den kosmetischen und/oder pharmazeutischen Zubereitungen wird so gewählt, daß die Konzentration der in den Nanopartikeln enthaltenen Chitosane oder Chitosanderivate - d. h. ohne Berücksichtigung der in den Nanopartikeln enthaltenen Oberflächenmodifikationsmittel - zwischen 0,1 und 20, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 Gew.-%, bezogen auf die Zubereitungen, liegt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind demnach kosmetische und/oder pharmazeutische Zubereitungen, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte nanopartikuläre Chitosane oder Chitosanderivate in den vorstehend genannten Konzentrationen enthalten.
Die folgenden Beispiele sollen den Erfindungsgegenstand näher erläutern:
Beispiele
Beispiel 1 : Herstellung von nanopartikulärem Chitosan (Variante 1):
1> Chitosan DCMF®, Henkel KGaA / Düsseldorf
2)VE = vollentsalzt
3>die Lösung wird mit wäßriger NaOH auf pH = 12 eingestellt
100g der Lösung I werden unter starkem Rühren in 700 g Lösung II eingetropft. Der pH-Wert nach Beendigung des Zutropfens liegt zwischen 9 und 11. Es bildet sich ein flockiger Niederschlag aus. Der Niederschlag setzt sich nach einiger Zeit ab, die überstehende Flüssigkeit wird abdekantiert und der Rest zentrifugiert. Zur Entfernung des Salzes wird das Produkt mittels eines Dialyseschlauches dialysiert. Das anschließende Gefriertrocknen liefert ein flockiges farbloses Chitosan- Pulver, welches in Wasser auf Teilchengrößen zwischen 50 und 200 nm redispergierbar ist. Die Analyse des Chitosan-Pulvers ergibt einen Wassergehalt von 8%, einen NaCI-Gehalt von 2,9% und einen Gehalt an Dehydol von 3%.
Beispiel 2: Herstellung von nanopartikulärem Chitosan (Variante 2):
100g der Lösung I werden unter starkem Rühren in 700 g Lösung II eingetropft. Der pH-Wert nach Beendigung des Zutropfens liegt zwischen 9 und 11. Es bildet sich ein flockiger Niederschlag aus. Das gefällte System wird mittels Ultrafiltration entsalzt und bis zur Stichfestigkeit (12% Feststoffanteil) aufkonzentriert. Ein Teil des Emulgators Dehydol wird durch die Ultrafiltration ebenfalls entfernt. Durch Gefriertrocknung erhält man ein trockenes Pulver, das einen Tensidgehalt von 24 Gew.-% und einen NaCI-Gehalt kleiner 0,1 Gew.-% aufweist. Dieses Pulver ist in Wasser auf Teilchengrößen zwischen 50 und 200 nm redispergierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von nanopartikulären Chitosanen oder Chitosan-Derivaten mit einem mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 10 bis 1000 nm, bei dem man
(a) das Chitosan oder Chitosan-Derivat in einem sauren wässrigen Medium löst
(b) den pH-Wert der Lösung in Gegenwart eines Oberflächenmodifikationsmittels soweit anhebt, daß es zur Ausfällung des Chitosans kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung in Abwesenheit organischer Lösungsmittel erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser im Bereich von 50 bis 200 nm liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Chitosan- Derivat ein Ethoxylat, Propoxylat oder ein gemischtes Alkoxylat eines Chitosans ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Säure einsetzt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet wird von Salzsäure, Glykolsäure und Milchsäure.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Oberflächenmodifikationsmittel einsetzt, das ausgewählt ist aus der Gruppe der nichtionischen Tenside, vorzugsweise aus der Gruppe, die gebildet wird von Alkylglykosiden, ethoxylierten Al- kylglykosiden und Fettalkoholethoxylaten.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächenmodifikationsmittel in Mengen von 50 bis 250 Gew.-%, bezogen auf das Chitosan oder Chitosanderivat, einsetzt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach den Verfahrensschritten (a) und (b) als weiterer Verfahrensschritt eine Dialyse und/oder eine Zentrifugation erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als abschließender Verfahrensschritt eine Trocknung erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung eine Gefriertrocknung ist.
11. Nanopartikuläre Chitosane oder Chitosan-Derivate, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 10.
12. Kosmetische und/oder pharmazeutische Zubereitungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestelltes nanopartikuläres Chitosan oder Chitosan- Derivat in einer Konzentration zwischen 0,1 und 20 Gew.-%, bezogen auf die Zubereitung, enthalten.
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