ITTO20110372A1 - Metodo per la preparazione di nanospugne di destrine - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08B37/0009—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid alpha-D-Glucans, e.g. polydextrose, alternan, glycogen; (alpha-1,4)(alpha-1,6)-D-Glucans; (alpha-1,3)(alpha-1,4)-D-Glucans, e.g. isolichenan or nigeran; (alpha-1,4)-D-Glucans; (alpha-1,3)-D-Glucans, e.g. pseudonigeran; Derivatives thereof
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “METODO PER LA PREPARAZIONE DI NANOSPUGNE DI DESTRINEâ€
di UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI TORINO
La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per la preparazione di nanospugne di destrine mediante reticolazione interfacciale.
Le nanospugne di destrine sono polimeri di destrine, in particolare ciclodestrine, ottenuti mediante reticolazione con opportuni agenti reticolanti.
Le ciclodestrine (CD) sono oligosaccaridi ciclici non riducenti costituiti da 6-8 molecole di glucosio legate con legame 1,4-α-glucosidico, aventi una caratteristica struttura a tronco di cono. La disposizione dei gruppi funzionali delle molecole di glucosio à ̈ tale per cui la superficie della molecola à ̈ polare mentre la cavità interna risulta essere relativamente lipofila.
La cavità lipofila conferisce alle ciclodestrine la capacità di formare complessi di inclusione stabili anche in soluzione con molecole organiche di adatta polarità e dimensione.
Per questo motivo le ciclodestrine sono già state studiate e presentano numerose applicazioni in vari campi della chimica in cui si sfruttano le caratteristiche dei composti di inclusione.
WO03/085002, WO06/002814 e WO09/003656 descrivono polimeri a base di ciclodestrine ottenuti per reticolazione con agenti reticolanti ed utilizzati per la veicolazione di farmaci o per la rimozione di agenti inquinanti dalle acque. Tali polimeri sono ormai comunemente conosciuti come nanospugne.
Questi polimeri hanno inoltre mostrato interessanti proprietà applicative anche in sistemi a rilascio controllato in campo farmaceutico.
Attualmente sono conosciuti diversi metodi per la preparazione di nanospugne di destrine che prevedono l’uso di destrine anidre, di elevate temperature e di solventi alto bollenti difficili da rimuovere. Inoltre tali metodi risultano in nanospugne in forma di blocchi solidi che successivamente necessitano di ulteriori trattamenti per consentirne l’utilizzo, ad esempio lavaggio, estrazione al Soxlet e sminuzzamento.
Pertanto, à ̈ sentita la necessità di identificare nuovi metodi per la preparazione di nanospugne di destrine che siano estremamente rapidi e non richiedano l’utilizzo di apparecchiature di laboratorio complesse.
Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un nuovo metodo per la preparazione di nanospugne di destrine che sia privo degli svantaggi dei metodi dell’arte nota.
Tale scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione, in quanto relativa ad un metodo per la preparazione di nanospugne di destrine secondo la rivendicazione 1 e ad una nanospugna secondo al rivendicazione 12.
Definizioni
Con il termine “agente reticolante polifunzionale†si intende una molecola avente almeno due gruppi funzionali reattivi in grado di creare un legame con differenti molecole di destrina.
Con il termine “solvente organico immiscibile con acqua†si intende un solvente organico avente una certa differenza di polarità con l’acqua. In particolare, dato l’indice di polarità dell’acqua uguale a 9, sono ritenuti immiscibili in acqua tutti quei solventi organici aventi una differenza di indice di polarità rispetto a quello dell’acqua di almeno 5.0. Sono inoltre considerati immiscibili con l’acqua i solventi con numero di miscibilità superiore a 17.
Con il termine “gruppo carbonilico reattivo†si intende un gruppo funzionale caratterizzato da un atomo di carbonio legato con un doppio legame ad un atomo di ossigeno e con due legami semplici a gruppi attivanti come gli alogeni, l’imidazolo, atomi elettronegativi.
Con il termine “nanospugna†si intende un polimero poroso altamente reticolato ottenuto per polimerizzazione di destrine.
Breve descrizione delle Figure
Per una migliore comprensione della presente innovazione, essa verrà nel seguito descritta anche con riferimento alle figure allegate, che illustrano quanto segue:
- la Figura 1a illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con carbonildiimidazolo in un rapporto 1:8 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 1b illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con carbonildiimidazolo in un rapporto 1:8 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 2a illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:4 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 2b illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:4 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 3a illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:8 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 3b illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:8 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 4 illustra i risultati dell’analisi termica DSC per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:2 secondo il metodo della presente invenzione e non ottenibile secondo i metodi noti dell’arte.
- la Figura 5a illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con carbonildiimidazolo in un rapporto 1:8 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 5b illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con carbonildiimidazolo in un rapporto 1:8 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 6a illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:8 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 6b illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:8 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 7a illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:4 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 7b illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:4 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 8 illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:2 secondo il metodo della presente invenzione;
- la figura 9a illustra lo spettro IR per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con carbonildiimidazolo in un rapporto 1:8 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 9b illustra lo spettro IR per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con carbonildiimidazolo in un rapporto 1:8 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 10a illustra i risultati dell’analisi termica TGA per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:8 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 10b illustra lo spettro IR per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:8 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 11a illustra lo spettro IR per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:4 secondo i metodi noti nell’arte;
- la Figura 11b illustra lo spettro IR per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:4 secondo il metodo della presente invenzione;
- la Figura 12 illustra lo spettro IR per una nanospugna ottenuta per reticolazione di beta-ciclodestrina con esametilendiisocianato in un rapporto 1:2 secondo il metodo della presente invenzione;
- la figura 13 illustra uno spettro Raman di una nanospugna ottenuta mediante il metodo della presente invenzione a confronto con quello di una nanospugna ottenuta mediante i metodi noti nell’arte.
Descrizione dettagliata dell’invenzione
Il metodo della presente invenzione à ̈ un metodo di polimerizzazione interfacciale nel quale la nanospugna viene prodotta per precipitazione all’interfaccia tra una fase organica ed una fase acquosa immiscibili tra loro.
Secondo la presente invenzione, la fase acquosa à ̈ costituita da una soluzione acquosa di una destrina avente un pH uguale o maggiore di 10, in particolare compreso tra 12 e 13.
La soluzione acquosa à ̈ una soluzione di una base inorganica forte, in particolare una base di metalli alcalini o di metalli alcalino-terrosi. La base preferibilmente utilizzata à ̈ idrossido di potassio.
Per realizzare il presente metodo di preparazione si possono utilizzare sia destrine lineari che ciclodestrine, in particolare, ciclodestrine naturali e loro derivati, più in particolare, beta-ciclodestrine.
La fase organica à ̈ invece costituita da una soluzione organica ottenuta disciogliendo un agente reticolante in un solvente organico, in particolare scelto nel gruppo costituito da metilencloruro, butanone, esano, metil isobutil chetone, cicloesano, tetracloruro di Carbonio, metil t-butil etere, 1,2-dicloroetano, etilacetato e cloroformio.
L’agente reticolante polifunzionale à ̈ un composto comprendente à ̈ un composto scelto nel gruppo costituito da composti comprendenti almeno un gruppo carbonilico reattivo e epicloridrina, ed in particolare può essere selezionato nel gruppo costituito da carbonildiimidazolo, trifosgene, difenilcarbonato, anidride piromellitica, epicloridrina, di- e poli-isocianati, e cloruri di acidi carbossilici, più in particolare carbonildiimidazolo e esametilendiisocianato.
Una volta preparate, la soluzione acquosa di destrina e la soluzione organica di agente reticolante sono poste in intimo contatto ed eventualmente agitate in modo da aumentare la superficie di contatto anche attraverso l’utilizzo di ultrasuoni.
Fino ad ora la polimerizzazione interfacciale ha trovato applicazione solo nella preparazione di polimeri di selezionati monomeri. La sua scarsa applicazione à ̈ dovuta anche al difficile recupero del polimero dall’ambiente di reazione.
Di più largo utilizzo invece à ̈ polimerizzazione in emulsione, condotta in presenza di tensioattivi in quanto porta a risultati migliori.
A differenza dei metodi di polimerizzazione in emulsione noti nell’arte ed utilizzati per la preparazione di polimeri come policarbonati e poliammidi, il metodo della presente invenzione non richiede l’uso di un tensioattivo in soluzione.
Vantaggiosamente il metodo secondo l’invenzione, a differenza dei metodi noti nell’arte per la preparazione di nanospugne di destrine, non richiede l’uso di destrine anidre e di estrazioni per una successiva purificazione. Questo metodo consente inoltre l’ottenimento di nanoparticelle senza l’utilizzo di procedimenti di tipo meccanico, permette una riduzione della quantità di solventi utilizzati, una riduzione dell’energia impiegata ed à ̈ molto rapida.
L’analisi termogravimetrica (TGA) e l’analisi calorimetrica differenziale a scansione (DSC) effettuate sulle nanospugne ottenute mediante il metodo secondo l’invenzione hanno mostrato come questi prodotti presentino dei profili differenti da quelli ottenuti per le nanospunge corrispondenti ottenute con i metodi attualmente noti nell’arte. Tali nanospugne risultano pertanto essere strutturalmente differenti. Questo risulta evidente dalla comparazione degli spettri riportati nelle figure 1b-3b e 5b-7b con le Figure 1a-3a e 5a-7a.
L’analisi degli spettri infrarossi delle nanospugne ottenute (vedasi figure 9-12) ha inoltre rivelato come le nanospugne ottenute con il metodo dell’invenzione mostrino dei picchi caratteristici non presenti nelle nanospugne di destrine ottenute con i metodi noti, ad indicare l’ottenimento di una nuova tipologia di prodotti che hanno mostrato ottima stabilità chimica e termica ed anche superiori capacità di inclusione.
Pertanto secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione viene fornita una nanospugna ottenibile con il procedimento sopra descritto.
In accordo con i dati di letteratura per le polimerizzazioni interfacciali il rapporto ciclodestrina/agente legante (D/CL) sembra essere meno determinante se non ininfluente per l’ottenimento delle nanospugne, influenzando, piuttosto la resa globale del processo.
Ulteriori caratteristiche della presente invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di alcuni esempi meramente illustrativi e non limitativi.
Esempi
Esempio 1
Preparazione di una nanospugna di beta-ciclodestrina reticolata con N,N carbonildiimidazolo (CDI)
1,135 grammi di beta-ciclodestrina sono disciolti completamente in 20 mL di una soluzione acquosa di idrossido di potassio 0,1 M sotto agitazione magnetica o mediante un sonicatore.
1,297 grammi di CDI sono disciolti in 20 ml metilencloruro per ottenere una soluzione organica di CDI.
(rapporto molare CDI/CD = 8.0).
La soluzione di destrina viene aggiunta alla soluzione di CDI sotto continua agitazione per 30 minuti. Il precipitato viene lavato con acqua distillata e centrifugato a 3000 rpm per 15 minuti. Il filtrato viene filtrato sotto vuoto con acqua distillata e successivamente con etanolo puro per rimuovere il materiale eventualmente non reagito. Il filtrato à ̈ raccolto e asciugato sotto vuoto per ottenere la nanospugna.
Esempi 2-23
Seguendo il metodo illustrato sono state preparate nanospugne anche con alfa-ciclodestrina e gammaciclodestrina, i cui dettagli sono riportati in Tabella 1.
Tabella 1
Es. Fase Fase Destrina(D) Agente Rapporto No. acquosa organica reticolante molare D/CL
(CL)
2 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD CDI 1:8
3 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD CDI 1:8
4 0,1 M KOH Metil β-CD CDI 1:8
isobutil
chetone
5 0,1 M NaOH CH2Cl2β-CD CDI 1:8
6 0,1 M KOH Esano β-CD PMDA 1:8
7 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD TPh 1:2
8 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD TPh 1:4
9 0,1 M KOH DMC β-CD DMC 1:8
10 0,1 M KOH CH2Cl2α-CD CDI 1:8
11 0,1 M KOH CH2Cl2γ-CD CDI 1:8
12 0,1 M LiOH CH2Cl2β-CD CDI 1:8
13 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD DPC 1:8
14 0,1 M KOH CH2Cl2α-CD CDI 1:8
15 0,1 M KOH CH2Cl2γ-CD CDI 1:8
16 0,1 M KOH esano β-CD PMDA 1:8
17 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD TPh 1:2
18 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD TDI 1:8
19 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD HDI 1:8
20 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD SSC 1:8
21 1 M KOH CH2Cl2β-CD CDI 1:8
22 0,1 M KOH CH2Cl2β-CD epicloridrina 1:8
23 1 M KOH CH2Cl2β-CD epicloridrina 1:8
PMDA: anidride piromellitica, TPh: trifosgene, CDI: carbonildiimidazolo, SSC: sebacoil cloruro, DCM: diclorometano, DPC: difenilcarbonato, CD: ciclodestrina, TDI: toluendiisocianato, DMC: dimetilcarbonato, HDI: esametilendiisocianato.
La reazione di polimerizzazione interfacciale per la produzione di polimeri reticolati di ciclodestrina appare essere quindi di applicabilità generale.
Esempio 24
Solubilità delle nanospugne
La solubilità in diversi solventi di alcune delle nanospugne riportate in Tabella 1 à ̈ stata misurata. I risultati ottenuti sono illustrati in Tabella 2.
Tabella 2
Nanospugna Etere DMF Etanolo Etere di DMSO Acqua dietilico petrolio
β-NS-CDI - - - - - -α-NS-CDI - - - - - -γ-NS-CDI - - - - - -β-NS-HDI - - - - - -β-NS-TPh - - - - - -α-NS-HDI - - - - - -β-NS-SSC - - - - - -β-NS-CDI: nanospugna ottenuta per reticolazione di βciclodestrina e CDI; α-NS-CDI: nanospugna ottenuta per reticolazione di α-ciclodestrina e CDI; γ-NS-CDI: nanospugna ottenuta per reticolazione di γ-ciclodestrina e CDI; β-NS-HDI: nanospugna ottenuta per reticolazione di β-ciclodestrina e HDI (esametilendiisocianato); β-NS-TPh: nanospugna ottenuta per reticolazione di β-ciclodestrina e TPh; α-NS-HDI: nanospugna ottenuta per reticolazione di αciclodestrina e HDI; β-NS-SSC: nanospugna ottenuta per reticolazione di β-ciclodestrina e cloruro di sebacoile.
L’insolubilità osservata dei prodotti ottenuti in solventi a diversa polarità à ̈ in accordo con la formazione di una reticolazione nella sintesi delle nanospugne.
Esempio 25
Caricamento di 4-nitrofenolo in nanospugne
100 mg di nanospugna sono posti a contatto con 2 ml di una soluzione di 4-nitrofenolo (Peso molecolare 139.11). I campioni di nanospugna così ottenuti sono stati analizzati con lo spettrofotometro UV dopo 30 minuti e dopo 1 giorno. I risultati dell’incapsulamento sono riportati in Tabella 3.
Tabella 3
Peso Vol. Assorbanza Efficacia Nanospugna (mg) (ml) (415 nm) mg/100ml di Incaps. α-NS-HDI
30 minuti 100 2 0,72 0,0706 0,9294 α-NS-HDI
1 giorno 100 2 0,62 0,0608 0,9392 β-NS-HDI
30 minuti 100 2 0,65 0,0637 0,9363 β-NS-HDI
1 giorno 100 2 0,5 0,049 0,951 β-NS-CDI
30 minuti 100 2 0,77 0,0755 0,9245 β-NS-CDI
1 giorno 100 2 0,61 0,0598 0,9402 β-NS-SSC
30 minuti 100 2 0,725 0,0711 0,9289 β-NS-SSC
1 giorno 100 2 0,48 0,0471 0,9529 β-NS-TPh
30 minuti 100 2 0,71 0,0696 0,9304 β-NS-TPh
1 giorno 100 2 0,59 0,0578 0,9422 Si dimostra che la maggior parte del nitrofenolo à ̈ incapsulato in pochi minuti.
Esempio 26
Le nanospugne ottenute mediante il metodo dell’invenzione con gruppi carbonilici reattivi sono state analizzate all’IR previa formazione di pastiglie con KBr: tutte mostrano un picco a 1752 cm<-1>caratteristico del gruppo carbonilico presente nel legame tra le molecole di ciclodestrina come illustrato nelle figure 9-12. Da tale figura risulta anche evidente che il picco intorno a 1700 cm<-1>tipico delle ciclodestrine reticolate à ̈ assente nello spettro IR delle ciclodestrine native.
Nel complesso gli FTIR mostrano piccole differenze nei segnali da cui si può affermare i legami principali sono gli stessi nelle NS ottenute con la polimerizzazione interfacciale e quelle con i metodi noti dell’arte. Tuttavia la struttura fine appare significativamente diversa a riprova delle diverse interazioni presenti e a conferma con quanto già osservato con le analisi termiche.
Inoltre il cosiddetto Boson Peak negli spettri Raman (figura 13) si posiziona circa 28-29 cm-1 nelle nanospugne ottenute con il metodo secondo l’invenzione, valore un po’ più elevato del valore medio di 26 cm<-1>ottenute per le nanospugne sintetizzate secondo i metodi noti dell’arte. Anche questa osservazione sperimentale dimostra la peculiare e diversa struttura molecolare delle nanospugne dell’invenzione in confronto a quelle già conosciute.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1.- Metodo per la preparazione di nanospugne di destrine comprendente le fasi di: - disciogliere almeno una destrina in una soluzione acquosa avente un pH superiore o uguale a 10 per formare una soluzione di destrina; - disciogliere un agente reticolante polifunzionale in un solvente organico immiscibile con acqua per ottenere una soluzione di agente reticolante; - mettere in intimo contatto in assenza di un tensioattivo detta soluzione di destrina con detta soluzione di agente reticolante per precipitare detta nanospugna. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta soluzione acquosa basica ha un pH tra 12 e 13. 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta soluzione acquosa basica à ̈ una soluzione di una base selezionata nel gruppo costituito da basi di metalli alcalini e basi di metalli alcalinoterrosi. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta soluzione basica à ̈ una soluzione di idrossido di potassio. 5.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta destrina à ̈ selezionata nel gruppo costituito da destrine lineari e ciclodestrine. 6.- Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette ciclodestrine sono selezionate nel gruppo costituito da ciclodestrine naturali e loro derivati. 7.- Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che dette ciclodestrine sono betaciclodestrine. 8.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto agente reticolante polifunzionale à ̈ un composto scelto nel gruppo costituito da composti comprendenti almeno un gruppo carbonilico reattivo e epicloridrina. 9.- Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto agente reticolante polifunzionale à ̈ selezionato nel gruppo costituito da carbonildiimidazolo, trifosgene, difenilcarbonato, anidride piromellitica, epicloridrina, di- e poli-isocianati, e cloruri di acidi dicarbossilici. 10.- Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto agente reticolante polifunzionale à ̈ selezionato nel gruppo costituito da carbonildiimidazolo e esametilendiisocianato. 11.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto solvente organico immiscibile con acqua à ̈ selezionato nel gruppo costituito da metilencloruro, butanone, esano, metil isobutil chetone, cicloesano, tetracloruro di Carbonio, metil t-butil etere, 1,2-dicloetano, etilacetato e cloroformio. 12.- Nanospugna di destrina ottenibile mediante un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11. 13.- Nanospugna secondo la rivendicazione 12 caratterizzata dal fatto che l’agente reticolante à ̈ scelto nel gruppo costituito da carbonildiimidazolo e esametilendiisocianato.
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