MX2014000326A - Indicador para la generacion de oxigeno. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan composiciones tópicas que generan oxígeno a demanda, que tienen un indicador integrado específicamente para indicar un cambio de color después del mezclado total del precursor de oxígeno y del catalizador. La primera parte de la composición contiene un portador y nanopartículas de dióxido de manganeso (Mn02). La segunda parte de la composición comprende el precursor de oxígeno, peróxido de hidrógeno. Cuando las dos partes se combinan, una con nanopartículas de dióxido de manganeso y que presenta un color característico (por ejemplo amarillo-café) y la segunda parte con peróxido de hidrógeno, el color conferido por las nanopartículas de dióxido de manganeso prácticamente desaparece y la composición final (enriquecida con oxígeno) aparece ya sea sin color o adquiere el color original de la parte que comprende al catalizador antes de agregar el dióxido de manganeso. De este modo, las propias nanopartículas del catalizador del dióxido de manganeso actúan como el indicador colorimétrico de la descomposición del peróxido en oxígeno, evitando la necesidad de un colorante externo. Las partículas de dióxido de manganeso que no son nanopartículas no presentan este fenómeno de cambio de color.

Description

INDICADOR PARA LA GENERACIÓN DE OXÍGENO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un indicador de generación de oxígeno en formulaciones cosméticas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El oxígeno es esencial para preservar la vida. La flora y fauna marina utilizan oxígeno en forma disuelta, mientras que las especies terrestres, incluidos los humanos, utilizan oxígeno gaseoso. A medida que envejecen, las personas comúnmente experimentan la falta de oxígeno o hipoxia en sus extremidades (por ejemplo, los pies) debido a la circulación deficiente de la sangre, y también las personas con padecimientos tales como la diabetes. Estudios también han demostrado una baja tensión de oxígeno, por debajo de lo normal, en la piel de personas mayores. Lo anterior a menudo tiene por consecuencia una salud inadecuada de la piel y una presencia excesiva de condiciones visibles tales como arrugas, sequedad y disminución en la elasticidad de la piel. A lo largo de los años, los fabricantes de cosméticos han introducido formulaciones para la piel con una amplia variedad de ingredientes, tales como emolientes, exfoliantes, hidratantes, etc., para retardar estos efectos relacionados con la edad y mejorar y mantener la salud de la piel.

Aunque algunos formuladores de cosméticos se han concentrado en mantener la humedad y los aceites naturales, así como en proporcionar nutrientes a la piel, otros han adoptado un enfoque diferente. Este enfoque contempla la función del oxígeno desde el punto de vista médico, por ejemplo, en el tratamiento de la piel comprometida (heridas, inflamación y trauma) y, más recientemente, de la piel intacta. Por ejemplo, Ladizinsky patentó un apósito para heridas que genera oxígeno (US 5,792,090) y que desafortunadamente es un tanto difícil de fabricar. Más recientemente, Gibbins et al. patentaron un método para elaborar un apósito de espuma que genera oxígeno con base en un polímero de poliacrilato (US 7,160,553). Aunque el método para elaborar un apósito de espuma que genera oxígeno es sencillo, el apósito en sí presenta algunos inconvenientes. Por ejemplo, la vida útil del apósito no es suficiente porque, con el tiempo, el oxígeno del apósito se propaga fuera de las celdas de espuma. Una alternativa al apósito de espuma en la forma de una composición tópica que genera oxígeno a demanda se propuso para superar la limitación de la corta vida útil (Ladizinsky, US2009/0074880).

Desafortunadamente, la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno en oxígeno es bastante rápida y el usuario final de la composición no tiene modo de observar si las dos partes se han mezclado totalmente. Un sistema indicador que podría experimentar algún tipo de cambio visual sería ventajoso para la amplia aceptación del producto.

Existe la necesidad de un sistema indicador para garantizar el mezclado total de las dos partes de la composición tópica antes o durante su aplicación en la piel. Los sistemas indicadores basados en tinturas o colorantes se han utilizado en una diversidad de otras aplicaciones, por ejemplo, un sistema indicador para mostrar el enfriamiento adecuado de una bebida, lo cual se indica mediante un cambio de color al alcanzar una determinada temperatura. Un sistema indicador basado en una tintura o pigmento para una composición tópica que genera oxígeno requeriría el uso de un ingrediente colorante cuyo subproducto de la decoloración podría no ser adecuado para la piel. Además, su propiedad de cambio de color podría verse afectado de modo poco uniforme por una diversidad de ingredientes que están típicamente presentes en las formulaciones cosméticas, haciendo que el rendimiento del producto se vuelva impredecible.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Al problema anteriormente descrito se ha encontrado una solución, en gran medida, en la presente divulgación, la cual describe el uso de nanopartículas de dióxido de manganeso que, cuando se agregan a la parte de la composición tópica que porta al catalizador, puede actuar como un indicador. Las partículas de dióxido de manganeso que no son nanopartículas no presentan este fenómeno de cambio de color. La composición propuesta es un sistema de dos partes, en donde una parte contiene un catalizador de dióxido de manganeso ( n02) y la segunda parte contiene un precursor de oxígeno (peróxido de hidrógeno o H202).

Cuando es necesario, las dos partes (en proporciones iguales) se combinan para llevar a cabo la descomposición del peróxido de hidrógeno y generar oxígeno.

La primera parte de la composición contiene un portador y nanopartículas de dióxido de manganeso. Las nanopartículas de dióxido de manganeso con un tamaño promedio de 10 nm a 100 nm tienen una absorción máxima de entre 330 nm y 370 nm. En soluciones acuosas o no acuosas, estas partículas confieren un color amarillo-café debido a su banda de resonancia de plasmones. Se espera que otros tamaños de nanopartículas confieran de manera similar un color perceptible. La segunda parte de la composición comprende el precursor de oxígeno, peróxido de hidrógeno. Cuando las dos partes, una con nanopartículas de dióxido de manganeso y que presenta un color característico (por ejemplo, amarillo-café) y la segunda parte con peróxido de hidrógeno se mezclan, el color conferido por las nanopartículas de dióxido de manganeso se decolora y prácticamente puede desaparecer y la composición final (enriquecida con oxígeno) aparece ya sea sin color o adquiere el color original de la parte que comprende al catalizador antes de agregar el dióxido de manganeso.

La pérdida gradual del color hasta ser incoloro (o la aparición del color original antes de agregar las nanopartículas de dióxido de manganeso) está acompañada de la descomposición correspondiente del peróxido de hidrógeno y de la liberación de oxígeno. De este modo, las propias nanopartículas del catalizador del dióxido de manganeso actúan como el indicador colorimétrico de la descomposición del peróxido en oxígeno, evitando la necesidad de un colorante externo.

A continuación se describen las composiciones tópicas que generan oxígeno a demanda y que cuentan con un indicador integrado específicamente para indicar un cambio de color (normalmente de con color a sin color) después del mezclado total del precursor de oxígeno y del catalizador. También se describen composiciones que generan oxígeno, en donde, al mezclar las dos partes, el color original de la composición que contiene el dióxido de manganeso aparece nuevamente. Por ejemplo, si el color original de la parte que contiene el dióxido de manganeso (antes de la adición del dióxido de manganeso) es azul, al agregar el dióxido de manganeso éste cambia de un color azul verdoso a un color verde azulado. Cuando esta parte se mezcla con la parte que contiene el peróxido de hidrógeno, el color verde azulado cambia nuevamente a azul.

Se describen los métodos para elaborar las composiciones y los métodos para utilizar las composiciones, en donde la cantidad máxima de peróxido de hidrógeno es 3% o menos de su composición constituyente respectiva. Más específicamente, se describen los métodos para utilizar las composiciones en el tratamiento de piel intacta (tanto comprometida como no comprometida) y no para la piel agrietada. Piel comprometida significa que la piel puede presentar inflamación o trauma, que puede carecer de niveles saludables de tensión de oxígeno, pero que la capa córnea por lo general está intacta. Piel no comprometida significa que por lo general la piel está saludable, pero que puede presentar signos de desgaste y rotura normales relacionados con la edad, incluyendo una menor elasticidad, niveles de menor humedad, etc.

Las composiciones tópicas descritas que tienen una parte que contiene un catalizador y una parte que contiene un precursor de oxígeno pueden ser acuosas, no acuosas o una combinación de las dos, por ejemplo, emulsiones. La presente descripción abarca tanto las composiciones de aceite en agua (ac/ag) como las de agua en aceite (ag/ac). Para conferir otras propiedades deseables desde un punto de vista cosmetológico, las composiciones del componente (con catalizador y precursor de oxígeno) pueden contener otros ingredientes, tales como polímeros naturales o sintéticos, hidratantes, humectantes, modificadores de viscosidad, emolientes, mejoradores de textura, agentes bloqueadores de los rayos UV, colorantes, pigmentos, cerámicas (humo de sílice, dióxido de titanio, arcillas naturales y sintéticas), antioxidantes, fragancias, etc.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un espectro representativo de la XPS con ajuste de curva en Mn2p del Análisis 5 de la Tabla 2, con los conteos en el eje de las Y y la energía de enlace en el eje de las X.

La Figura 2 es un gráfico de los resultados de la TEM que indican un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 103 nm, con los datos del tamaño de partícula presentados en la Tabla 3, con la frecuencia en el eje de las Y y el tamaño de partícula (nm) en el eje de las X.

La Figura 3 representa los resultados de la muestra a partir de las mediciones de la microscopía electrónica por transmisión (TEM) que muestran que las nanopartículas tienen una forma esférica con un diámetro promedio de nanopartículas individuales de -100 nm.

La Figura 4 es representativa de las imágenes de alta resolución de la TEM que se tomaron en la esfera y alrededor de la esfera para observar si había un recubrimiento distintivo alrededor de las partículas. El análisis de estas imágenes reveló que la cubierta externa tiene un grosor de aproximadamente 8-12 nm La Figura 5 muestra una imagen del análisis de FFT con una representación de la estructura de cristal (izquierda) junto con una imagen de la TEM (derecha) que identifica la ubicación del análisis de FFT dentro de la esfera como el cuadro central.

La Figura 6 muestra una imagen del análisis de FFT con una representación de la estructura amorfa (izquierda) junto con una imagen de la TEM (derecha) que identifica la ubicación del análisis de FFT dentro de la esfera como el cuadro central.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN A continuación se hará referencia en detalle a una o más modalidades de la invención, ejemplos de la invención, ejemplos de la cual se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo y modalidad se proporciona a modo de explicación de la invención y no constituye una limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una modalidad pueden utilizarse con otra modalidad para generar aún otra modalidad. Se pretende que la invención incluya éstas y otras modificaciones y variaciones que estén dentro del alcance y espíritu de la invención.

La aplicación de oxígeno en la piel puede ayudar a aliviar una serie de problemas ocasionados por la edad, tal como una salud inadecuada de la piel y una presencia excesiva de condiciones visibles tales como arrugas, sequedad y disminución en la elasticidad de la piel. La aplicación de oxígeno en la piel puede ayudar a retardar estos efectos relacionados con la edad y a mejorar y conservar la salud de la piel.

La aplicación de oxígeno en la piel, de manera tópica, mediante la aplicación de una composición líquida o de espuma, es un método conveniente, fácil y rápido para proporcionar los beneficios deseados anteriormente descritos. Una formulación de dos partes como la que se describe en este documento ayuda a garantizar que el oxígeno se encuentre disponible para su uso y que no se pierda durante el almacenamiento. El suministro de oxígeno en la forma de un peróxido ayuda a garantizar que el oxígeno siga presente hasta que se necesite, ya que el oxígeno es una sustancia fugaz que es altamente reactiva. Catalizar el peróxido con dióxido de manganeso para producir oxígeno a demanda permite que consumidor elija cuándo se suministra el oxígeno. Sin embargo, es importante con los sistemas de dos partes que los dos componentes se mezclen totalmente a fin de garantizar que la cantidad máxima de oxígeno se libere para proporcionar el máximo beneficio. Actualmente no existen sistemas de suministro de oxígeno a demanda con un indicador que muestre que los componentes se mezclan totalmente, por lo que el usuario no puede afirmar que se ha seguido el procedimiento adecuado de aplicación. La distribución de partículas con un tamaño de nanopartículas que aquí se describe permite que el usuario perciba visualmente que se haya conseguido el mezclado total y que la máxima cantidad de oxígeno se haya liberado de la mezcla.

Dióxido de manganeso con un tamaño de nanopartículas significa las partículas en el intervalo desde 1 hasta 1000 nanómetros, más deseablemente, desde 50 hasta aproximadamente 300 nanómetros. Las soluciones base que contienen nanopartículas de dióxido de manganeso tienen un color habano o amarillo-café. La solución base puede ser un líquido, un gel, una espuma o una emulsión de aceite en agua o agua en aceite. A continuación se proporcionan ejemplos de soluciones base.

Una vez elaborada la solución base que contiene el dióxido de manganeso en nanopartículas, ésta puede almacenarse para su uso posterior sin que el dióxido de manganeso se deteriore. De la misma manera, el segundo componente, el peróxido de hidrógeno, puede almacenarse de manera separada sin que se deteriore y bajo condiciones adecuadas. Cuando se desee liberar el oxígeno del peróxido de hidrógeno y tratar la piel, los dos componentes deben mezclarse totalmente para liberar la máxima cantidad de oxígeno. Se ha encontrado que la adición del peróxido de hidrógeno a la solución de dióxido de manganeso en nanopartículas origina un cambio de color, del color característico del dióxido de manganeso al color de la solución base, antes de la adición del dióxido de manganeso. Este cambio no ocurre con partículas de dióxido de manganeso de mayor tamaño y permite que el usuario observe claramente que el mezclado se ha realizado de manera adecuada.

La concentración del dióxido de manganeso en la solución base puede ser entre 500 ppm y 10000 ppm, más deseablemente entre aproximadamente 900 ppm y 5000 ppm, y la concentración de peróxido de hidrógeno generalmente de una cantidad positiva a aproximadamente 3% en peso.

Ejemplo 1 : Producción de soluciones de nanopartículas de dióxido de manganeso Las soluciones de nanopartículas de dióxido de manganeso que se describen a continuación se percibieron como transparentes (de ahí el uso del término solución y no suspensión). Esta transparencia se debe a que las partículas de dióxido de manganeso tienen un tamaño nano y son más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Lo anterior significa que los rayos de luz no se dispersan y pasan directamente a través de las soluciones de nanopartículas de dióxido de manganeso.

A. 900 ppm de nanopartículas de dióxido de manganeso en solución 0.374 gramos de Clorhidrato de Polialilamina (PAH, 15,000 Pm, 93.5 g/mol, Aldrich) se disolvieron en 50 mi de agua desionizada (Di) para preparar una solución 0.08 molar. 0.158 gramos de Permanganato de Potasio (158.03 g/mol, Riedel-de-Haen) se disolvieron en 50 mi de agua Di para suministrar una solución 0.02 molar. Ambas soluciones se mezclaron en un vaso de precipitados de vidrio (con capacidad para 250 mi) a temperatura ambiente con un agitador magnético. Al mezclar, el color de las soluciones mezcladas cambia de rojo oscuro a café oscuro en un periodo de 2 a 3 minutos, indicando que la reacción de reducción (KMn04 a dióxido de manganeso) tuvo lugar. La solución mezclada final que se hizo reaccionar, igualmente denominada como solución de nanopartículas de dióxido de manganeso, tuvo aproximadamente 900 ppm de dióxido de manganeso.

B. 4500 ppm de nanopartículas de dióxido de manganeso en solución Las cantidades de PAH y de permanganato de potasio se aumentaron cinco veces, es decir, de 0.374 a 1.87 g de PAH y de 0.158 a 0.79 g de KMn04, pero se conservó la misma cantidad de agua Di, es decir, 50 mi. Como resultado, las molaridades aumentaron de 0.08 M a 0.4 M para el PAH y de 0.02 a 0.1 M para el KMn04. Las ppm de dióxido de manganeso aumentaron cinco veces, de 900 ppm a 4500 ppm. Esta solución se preparó para producir muestras para determinadas pruebas analíticas. Esta solución se filtró a través de un dializador para eliminar las impurezas de bajo peso molecular, es decir, iones de K y Cl, de la solución de nanopartículas de dióxido de manganeso. Después del filtrado, la solución se diluyó con agua para producir una concentración de nanopartículas de dióxido de manganeso de -2300 ppm.

La presencia de dióxido de manganeso en las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar se concluyó a partir de los resultados del análisis espectral UV-VIS en las 900 ppm de dióxido de manganeso en solución y del análisis de superficie por espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) y análisis de microscopía electrónica por transmisión (TEM) en las 4500 ppm filtradas de dióxido de manganeso en solución. El espectro UV-VIS de las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar se registró y mostró un pico a 350 nm, lo cual indica la presencia de dióxido de manganeso. El análisis de superficie por XPS se realizó en una muestra de las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar, mediante XPS, utilizando un espectrómetro Fisons con Sonda M, equipado con rayos X monocromáticos de Al Ka. Los factores de sensibilidad atómica, suministrados mediante el espectrómetro Fisons con Sonda M, se utilizaron para establecer la concentración atómica relativa de los elementos detectados por el espectrómetro. La muestra para el análisis por XPS se secó en un portaobjetos recubierto con aluminio y se analizó en siete ubicaciones diferentes a lo largo de todo el residuo seco. No se detectó aluminio en ninguna de las regiones analizadas, lo que significa que el grosor de la muestra era mayor que la profundidad de análisis de la técnica (~10 nm). Los resultados del análisis elemental a partir del análisis por XPS se muestran en la Tabla 1.

Análisis por XPS de las nanopartículas de dióxido de manganeso en el portaobjetos de Al Se realizaron siete escaneos de alta resolución (Análisis # 1-7) de la región Mn 2p. Los resultados del análisis con ajuste de curva se muestran en la Tabla 2 y un espectro representativo de la XPS con ajuste de curva en Mn2p se muestra en la Figura 1 , con los conteos en el eje de las Y y la energía de enlace en el eje de las X. En la Tabla 2 se puede observar que: • La Energía de Enlace y la separación de espín-órbita (Delta) son consecuentes con el dióxido de manganeso.

• Las relaciones de áreas de picos son consecuentes con la relación esperada para 2p3/2 y 2p1/2.

- Resultados con ajuste de curva de la XPS para el manganeso La Referencia de Energía de Enlace es Carbono 1s @284.6 eV.

Las mediciones de la microscopía electrónica por transmisión (TEM) mostraron que las nanopartículas tienen una forma esférica con un diámetro promedio de nanopartículas individuales de -100 nm. (Nota: una referencia que describe la producción de partículas de dióxido de manganeso bajo condiciones experimentales idénticas indicó un diámetro promedio de -10 nm). Los resultados de la TEM indican un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 103 nm, con los datos del tamaño de partícula presentados en la Tabla 3 y representados mediante gráficas en la Figura 2, con la frecuencia en el eje de las Y y el tamaño de partícula (nm) en el eje de las X. Las muestras se prepararon al capturar gotas diminutas de la solución de nanopartículas de dióxido de manganeso en rejillas recubiertas de carbono/Formvar®, así como rejillas recubiertas de Si02 para observar si una muestra tenía más partículas presentes que las demás. Ambos tipos de rejilla dieron el mismo resultado. Se asumió que una parte del agua se había evaporado en la preparación de la muestra para las mediciones de la TEM (por ejemplo, secado parcial al vacío). Las mediciones se tomaron, en primer lugar, con un estándar de calibración con comprobación cruzada y, en segundo lugar, las partículas se midieron con el uso de una balanza en nm. La Figura 3 representa los resultados de la muestra a partir de las mediciones de la TEM.

Tabla 3 - datos de las nanopartículas del dióxido de manganeso para cada análisis de la TEM También se tomaron imágenes de alta resolución de la TEM en la esfera y alrededor de la esfera para observar si había un recubrimiento distintivo alrededor de las partículas. La Figura 4 es representativa de tales imágenes de alta resolución de la TEM. El análisis de estas imágenes reveló que la cubierta externa tiene un grosor de aproximadamente 8-12 nm (tal como se muestra en la Figura 4).

Otra prueba que demuestra la existencia de una estructura de núcleo/cubierta en las nanopartículas de dióxido de manganeso se proporciona mediante las Imágenes del análisis de la Transformada Rápida de Fourier (FFT). Los cristales se detectaron claramente en el interior de las esferas de las nanopartículas individuales, lo cual indica mayores cantidades de dióxido de manganeso en el núcleo. Las imágenes de análisis de la FFT de la cubierta externa muestran que la estructura es amorfa. La interpretación de lo anterior significa que existe un núcleo de dióxido de manganeso que está protegido por una cubierta de PAH. La Figura 5 muestra una imagen del análisis de la FFT con una representación de la estructura de cristal (izquierda) junto con una imagen de la TEM (derecha) que identifica la ubicación del análisis de la FFT en el interior de la esfera como el cuadro central. La Figura 6 muestra una imagen del análisis de la FFT con una representación de la estructura amorfa (izquierda) junto con una imagen de la TEM (derecha) que identifica la ubicación del análisis de la FFT en el interior de la esfera como el cuadro central.

Ejemplo 2: Gel de PVA (Portador para las nanopartículas de dióxido de manganeso (i) Preparación de soluciones de reserva Se prepararon cuatro soluciones de reserva de la siguiente manera: • Solución de reserva de PVOH = 15 gramos de alcohol polivinílico (hidrolizado al 98-99%, de Sigma-Aldrich) se disolvieron en 85 gramos de agua Di a 80-90°C para producir una solución acuosa de PVOH al 15%.

• Solución de reserva de goma guar = 0.1 gramos de goma guar (del Espectro) se disolvieron en 9.9 mi de agua Di para una solución acuosa de goma guar al 1 %.

• Solución de reserva de gelatina = 2 gramos de gelatina (piel de pescado, de Sigma-Aldrich) se disolvieron en 8 gramos de agua Di para elaborar una solución acuosa de gelatina al 20%. Borato sódico al 7.5% en p/v = 7.5 gramos de borato sódico (de Sigma- Aldrich) se disolvieron en 100 mi de agua Di en una botella de vidrio a 40-50°C con un agitador magnético pequeño. Nota: esta solución de borato sódico al 7.5% en p/v nunca se elaboró durante más de 48 horas antes de su uso. (ii) Preparación de gel de PVA 5 g de la solución de reserva de PVOH anteriormente descrita se mezclaron con 1.3 gramos de solución de reserva de goma guar en un vaso de precipitados de 100 mi y, después, a esta mezcla de soluciones se le agregaron 0.5 gramos de glicerol (de WF Limited) para producir una mezcla intermedia. Después, a esta mezcla intermedia se le agregaron 0.25 gramos de solución acuosa de ácido poli 4-estirenosulfónico al 18% en peso (de Sigma-Aldrich) y 0.25 gramos de solución de reserva de gelatina para producir una mezcla viscosa. Finalmente, a la mezcla viscosa se le agregaron 1.5 mi de borato sódico al 7.5% en p/v y se mezcló a mano de manera intensa con una espátula para obtener un gel homogéneo. La adición del borato sódico inicia la reticulación de los aniones del borato con los grupos hidroxilo de alcohol de polivinilo, produciendo de este modo una masa de gel polimérico reticulado. Durante el mezclado, las burbujas de aire fueron arrastradas en la masa de gel que confirió la opacidad inicial. Sin embargo, con el tiempo, la masa de gel se volvió incolora y transparente. El gel se almacenó en una pequeña caja de Petri que se selló con sellador Parafilm® para evitar la pérdida de humedad.

Ejemplo 3: Gel de PVA con nanopartículas de dióxido de manganeso Una masa viscosa se preparó siguiendo las etapas exactamente como en el Ejemplo 2, excepto que la adición de la solución de reserva de gelatina estuvo seguida de la adición de 0.25 mi de solución de nanopartículas de óxido de manganeso, como en el Ejemplo 1. Lo anterior hizo que la masa viscosa se volviera de color café ciara. Después de la adición final de 1.5 mi de borato sódico al 7.5% en p/v, la masa viscosa se mezcló de manera intensa para polimerizarla en un gel con un matiz café claro. Las burbujas de aire se atraparon temporalmente en la masa de gel durante el mezclado, pero estas burbujas se escaparon o se dispersaron en la masa de gel para producir un gel transparente. Ésta se almacenó en una caja de Petri, como en el Ejemplo 2.

Ejemplo 4: Gel de PVA con colorante Para fines estéticos, es preferible un gel con color sobre un gel sin color (Ejemplo 2). Para agregar color al gel, se utilizó un colorante alimenticio azul (de la Empresa McCormick). De este modo, se preparó una mezcla viscosa idéntica a la del Ejemplo 2(ii), excepto que, antes de la adición del borato sódico al 7.5% en p/v, se agregaron unas cuantas gotas de colorante alimenticio azul. El colorante se mezcló a mano de manera homogénea en la mezcla viscosa. Finalmente, se agregaron 1.5 mi de borato sódico al 7.5% en p/v y se mezclaron de manera intensa para producir un gel de PVA de color azul.

Ejemplo 5: Gel de PVA como depósito para el oxígeno disuelto Se elaboró un gel de PVA similar al del Ejemplo 4, excepto que, antes de la adición del borato sódico, se agregaron 0.25 mi de solución de nanopartículas de óxido de manganeso del Ejemplo 1. Después de la adición del dióxido de manganeso, el color de la masa viscosa cambió del azul original a verde azulado. Finalmente (como se describió anteriormente), se agregaron 1.5 mi de borato sódico al 7.5% en p/v para iniciar la polimerización de la masa en un gel. El gel contenía aproximadamente 25 ppm de dióxido de manganeso.

Para convertir el gel en un depósito de oxígeno disuelto, 0.25 mi de solución acuosa de peróxido de hidrógeno al 30% en peso (de Fisher Scientific) se mezclaron a mano en el gel de manera vigorosa. A medida que avanzaba el mezclado del peróxido, se inició su descomposición para producir oxígeno cuando inició la catalización con el dióxido de manganeso. Se observó de manera inesperada que, a medida que avanzaba la descomposición del peróxido de hidrógeno, el color verde azulado regresaba nuevamente al color azul original en menos de 1 a 2 minutos. Este cambio de color fue homogéneo en toda la masa de gel. Debido a la saturación de la masa de gel con el oxígeno disuelto, el exceso de oxígeno salió de la masa de gel en forma de burbujas. Como resultado, la masa de gel se llenó de pequeñas burbujas de oxígeno que conferían una apariencia opaca. La opacidad hizo que el color azul se volviera ligeramente claro; sin embargo, a medida que las burbujas escapaban, el gel volvió a adquirir su tonalidad azul original. Después del cambio de color (nuevamente al azul original), se realizaron pruebas de contenido de peróxido en la masa de gel con la ayuda de una tira de ensayo. La prueba leyó la presencia de peróxido de hidrógeno de menos de 10 ppm.

Ejemplo 6: Medición del flujo de oxígeno del el de PVA del Ejemplo 5 Se confirmó la descomposición del peróxido de hidrógeno en oxígeno en el gel del Ejemplo 5, tal como lo indicó el cambio de color de verde azulado a azul, al medir el flujo de oxígeno a 25°C de la masa de gel. Aproximadamente 2.4 gramos de la masa de gel de PVA recién elaborada conforme al Ejemplo 5, con algunas burbujas de aire u oxígeno atrapadas, pero no muchas, se transfirieron a una membrana de polietileno (PE) (con un grosor de -25 mieras) de una celda de Franz. La membrana actuó como una pared flexible de la celda de Franz que se llenó con una solución salina saturada de aire. La celda se adaptó con una sonda de medición de oxígeno disuelto (sonda Foxy® de Ocean Optics, FL). La sonda de oxígeno disuelto monitoreó la captación de oxígeno por la solución salina en ppm con el transcurso del tiempo. Después de que este gel de PVA se puso en contacto con la membrana de PE, se monitoreó la concentración de oxígeno en la solución salina. Después de un tiempo de retardo de 5 minutos, la concentración de oxígeno comenzó a aumentar en forma lineal con el tiempo durante los siguientes 60 minutos. Con el uso del valor de pendiente lineal, el flujo de oxígeno (al interior) se calculó como ~0.06 microgramos/cm2/min.

Ejemplo 7: Medición del flujo de oxígeno para el Gel de Amiqel® Se preparó una concentración de gel al mezclar 60 gramos de gel de Amigel® (de Alban Muller) con 540 gramos de agua Di a 90°C para elaborar un solución acuosa de Amigel® al 10% en peso. El gel de Amigel® es un polisacárido natural con propiedades gelificantes y espesantes; sus usos incluyen formulaciones cosméticas. El gel de Amigel® en soluciones acuosas desde una concentración del 0.8% y mayores forman geles sólidos. Esta concentración de gel se utilizó en la siguiente preparación de gel de dos partes. Como primera parte, 0.6 mi de solución acuosa de peróxido de oxígeno al 30% en peso (de Fisher Scientific) se mezclaron con 30 gramos de la concentración de gel para producir peróxido de hidróxido al 0.6% aproximadamente. Como segunda parte, 10 mi de solución de nanopartículas de dióxido de manganeso (~900 ppm de dióxido de manganeso) se mezclaron con 30 gramos de solución de reserva de gel para producir aproximadamente 250 ppm de nanopartículas de dióxido de manganeso. Se mezclaron 1.2 gramos de la primera parte (peróxido de hidrógeno al 0.6% en la concentración de gel) con 1.2 gramos de la segunda parte (250 ppm de nanopartículas de dióxido de manganeso en la concentración de gel). El gel mezclado con los 2.4 gramos combinados se transfirió a una membrana de PE de una celda de Franz. El procedimiento para medir el flujo de oxígeno se repitió como en el Ejemplo 6. El flujo de oxígeno se midió en ~0.2 microgramo/cm2/min.

La Cámara de Celdas de Franz La cámara de celdas de Franz es un ensayo de permeabilidad de la piel in vitro, frecuentemente utilizado en el desarrollo de formulaciones. El aparato de celdas de Franz se compone de dos cámaras principales, separadas por una membrana. Aunque se puede utilizar piel de animal como la membrana, la piel de humanos u otras membranas, tal como el polietileno anteriormente utilizado, son adecuadas. El producto de prueba se aplica a la membrana a través de la cámara superior. La cámara inferior contiene fluido del cual se toman muestran a intervalos regulares para su análisis. Esta prueba determina la cantidad de activo que ha permeado la membrana en cada punto de tiempo. La cámara se mantiene a una temperatura constante. Dependiendo del vehículo, la proporción de permeabilidad que se determinó mediante el análisis de celdas de Franz puede variar considerablemente (quizás de 10 a 50 veces).

Ejemplo 8: Producción de nanopartículas de Óxido de Manganeso (Mn02) utilizando PVP Se disolvieron 2.22 g de Polivinil pirrolidona (PVP, peso molecular 40,000, de Sigma-Aldrich, masa molar relativa del monómero: 111) en 50 mi de agua desionizada (Di) para preparar una solución 0.4 M. Se disolvieron 0.79 g de Permanganato de Potasio (158.03 g/mol, Riedel-de-Haen) en 50 mi de agua Di para producir una solución 0.1 M. Ambas soluciones se mezclaron en un vaso de precipitados de vidrio (con capacidad para 250 mi) a temperatura ambiente, con un agitador magnético, durante algunos minutos, seguido de una adición en forma de gotas de 3.75 mi del peróxido de hidrógeno al 3% en peso. La adición de peróxido causó efervescencia y el color de la solución comenzó a cambiar a café oscuro en 2 a 3 minutos, indicando que la reacción de reducción (de KMn04 a Mn02) tuvo lugar. El espectro UV-VIS de las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar se registró y mostró un pico a 320 nm que es consecuente con el pico de absorción observado para la solución que contiene nanopartículas de dióxido de manganeso. Las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar, igualmente denominadas como solución de nanopartículas de dióxido de manganeso, tuvo aproximadamente -4350 ppm de dióxido de manganeso. La solución de nanopartículas de dióxido de manganeso se percibió como transparente (de ahí el uso del término solución y no suspensión). Esta solución se utilizó inmediatamente en la siguiente etapa para elaborar la lámina de gel de poliacrilamida.

Ejemplo 9: Producción de nanopartículas de Óxido de Manganeso (Mn02) utilizando trietanolamina Se disolvieron 0.149 g de trietanolamina de grado reactivo en 50 mi de agua desionizada (Di) para preparar una solución 0.02 M. Se disolvieron 0.158 g de Permanganato de Potasio (158.03 g/mol, Riedel-de-Haen) en 50 mi de agua Di para producir una solución 0.02 M. En un vaso de precipitados de vidrio (con capacidad para 250 mi) a temperatura ambiente, con un agitador magnético, que contenía la solución de trietanolamina, la solución de KMn04 se agregó en forma de gotas con agitación. La mezcla combinada adquirió un color café inmediatamente después de agregar la primera gota de solución de permanganato. El espectro UV-VIS de las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar se registró y mostró un pico a 300 nm que es consecuente con el pico de absorción observado para la solución que contiene las nanopartículas de dióxido de manganeso. Las soluciones mezcladas finales que se hicieron reaccionar, igualmente denominadas como solución de nanopartículas de dióxido de manganeso, tuvo aproximadamente ~900 ppm de dióxido de manganeso. La solución de nanopartículas de dióxido de manganeso se percibió como transparente (de ahí el uso del término solución y no suspensión). Esta solución se utilizó inmediatamente en la siguiente etapa para elaborar la lámina de gel de poliacrilato.

Ejemplo 10: Preparación de la lámina de hidrogel de poliacrilamida que contiene nanopartículas de Mn02, elaborada con el uso de PVP (Pronosticado) A continuación se describe la fórmula para preparar la lámina de hidrogel a una escala de -30 g. La fórmula es algo similar a la fórmula para elaborar la lámina de hidrogel descrita en la patente estadounidense 5,196,190 y se modificó ligeramente para adaptarla a la preparación a pequeña escala en la balanza de mesa.

A. Solución de monómero Agua DI 12.1 g Metilenobisacrilamida 0.018 g Acrilamida 1.482 g Glicerol 1.50 g Solución de dióxido de manganeso del Ejemplo 8, 1.25 g (para obtener - 000 ppm de Mn02 en la lámina deshidratada) B. Solución de goma guar Goma guar 0.165 g Isopropanol 0.75 g Agua DI 10 g C. Solución de TEMED TEMED (tetrametil etilendiamina) 0.0625 mi diluidos con 1 mi de agua DI Solución de persulfato de amonio 0.05 g disueltos en 1 mi de agua DI Procedimiento 1. En vasos de plástico de PP separados (con capacidad para -150 mi), preparar las soluciones A y B, respectivamente y guardarlas cubiertas con tapas. Al preparar la Solución B, transferir una cantidad medida de polvo de goma guar seca al vaso y humedecerla totalmente con Isopropanol. Después, agregar agua DI en pequeñas alícuotas (~1 mi) y mezclar a mano con una espátula, disolviendo cualquier aglutinación. Continuar agregando agua hasta que se haya utilizado toda el agua requerida para producir una solución viscosa. Al preparar la Solución A, disolver todos los ingredientes sólidos al agua DI y, finalmente, agregar glicerol para obtener una solución clara. Vaciar lentamente la Solución A en la Solución B (1-2 mi a la vez) para obtener una solución uniforme de monómeros. 2. En tubos de ensayo separados, preparar las soluciones de TEMED y de APS, tal como se indica. 3. Para la solución final de monómeros de (1), agregar la solución TEMED y mezclarla de manera uniforme. 4. Finalmente, agregar la solución de APS recién elaborada en (3), mezclarla bien y vaciarla en una caja de Petri de PS de 10.16 cm (4 pul), cubrirla con una tapa y guardarla durante por lo menos 1 hora a temperatura ambiente para completar la polimerización. La temperatura puede elevarse a 45°C al colocar la caja de Petri en un horno precalentado a 45°C. 5. La lámina de gel polimerizada con tintura color ámbar se quita con cuidado y se coloca sobre una malla de nylon a la que se le aplica previamente una capa de aceite mineral (esto evita que la lámina deshidratada se pegue). La lámina se deshidrata de 3 a 4 horas en un horno configurado a 55°C. Lo anterior produce una lámina de gel con la consistencia de una cáscara de fruta y puede manejarse sin una sensación pegajosa. Se asume que la deshidratación dará como resultado una lámina de gel con el contenido de humedad de -10% en peso del peso final. Con esta suposición, se realiza la estimación de solución de nanopartícuias de dióxido de manganeso que se agregará. Se estima que la concentración final de nanopartícuias de dióxido de manganeso en la lámina de hidrogel deshidratada es de -1000 ppm.

La lámina de gel deshidratada puede utilizarse al preparar el aposito de lámina que contiene 02.

Ejemplo 11 : Lámina de hidrogel de poliacrilamida que contiene nanopartícuias de dióxido de manganeso, elaborada con el uso de trietanolamina (Pronosticado) La lámina de hidrogel se elabora al seguir la fórmula y el procedimiento del Ejemplo 10, excepto que la cantidad de solución de nanopartícuias de dióxido de manganeso que se utiliza es la del Ejemplo 9 y se estima en 4 g. Lo anterior corresponde al contenido de dióxido de manganeso de la lámina final de hidrogel deshidratada de -1000 ppm. La lámina de gel deshidratada de color café claro puede estar en la siguiente etapa para preparar el apósito de espuma que contiene 02.

Ejemplo 12: Preparación del apósito de lámina de espuma que contiene 02 que contiene nanopartícuias de Mn02 (Pronosticado) Se corta una pequeña pieza cuadrada (~2.54 cm x 2.54 cm) (~1" x 1") de la lámina de hidrogel deshidratada del Ejemplo 10 y se coloca en una solución al 10% en peso de peróxido de hidrógeno durante 5 a 10 minutos a ~25°C (la duración exacta y la concentración de peróxido aún no se conocen) La solución de peróxido penetra en la pieza de lámina de hidrogel y la hidrata. La lámina hidratada se seca sobre papel absorbente y se transfiere a una malla de nylon limpia y se coloca en un horno configurado a ~55°C durante 1 a 2 horas (la duración exacta de calentamiento no se ha determinado). La exposición a una temperatura mayor a la temperatura ambiente da inicio a una rápida descomposición del peróxido de hidrógeno en gas oxígeno en la lámina de gel, formando burbujas que se atrapan en la lámina de gel para producir un apósito de lámina de espuma. El aposito de lámina de espuma se habrá expandido y tendrá un mayor tamaño que la lámina de gel inicial. La presencia de nanopartículas de dióxido de manganeso proporcionará un efecto catalítico al peróxido en descomposición y su distribución homogénea en la lámina de gel garantizará que la reacción de espumado tenga lugar de manera uniforme en la lámina de gel. Se realizaron pruebas de medición de flujo de 02 en la lámina de espuma, utilizando la configuración experimental de la celda de Franz y se demostró la distribución de 02 disuelto. La configuración se describe en otro ejemplo en esta divulgación.

Aunque la divulgación se ha descrito en detalle con respecto a las modalidades específicas de la misma, será aparente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas alteraciones, modificaciones y otros cambios en la divulgación sin apartarse del espíritu y alcance de la presente divulgación. Por lo tanto, se pretende que las reivindicaciones abarquen todas las modificaciones, alteraciones y otros cambios comprendidos en las reivindicaciones anexas.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Un catalizador para la liberación de oxígeno de una solución que contiene peróxido, en donde el catalizador son nanopartículas de dióxido de manganeso las cuales, cuando se mezclan con la solución que contiene peróxido, dan como resultado un cambio de color.

2. El catalizador de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el dióxido de manganeso tiene un tamaño de partícula de entre 1 y 1000 nanómetros.

3. El catalizador de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el dióxido de manganeso lo porta un gel, una espuma o una emulsión.

4. El catalizador de conformidad con la reivindicación 3, en donde el dióxido de manganeso confiere un color amarillo-café al portador.

5. El catalizador de conformidad con la reivindicación 4, en donde, al mezclar el peróxido y el dióxido de manganeso, el color amarillo-café se desvanece.

6. Un indicador colorimétrico de la descomposición del peróxido en oxígeno, que comprende dióxido de manganeso en nanopartículas.

7. Una composición tópica que genera oxígeno a demanda, que comprende un indicador integrado específicamente para indicar un cambio de color (normalmente de con color a sin color) después del mezclado total del indicador y de un precursor de oxígeno.