PL215011B1 - Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system - Google Patents

Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system

Info

Publication number
PL215011B1
PL215011B1 PL393195A PL39319510A PL215011B1 PL 215011 B1 PL215011 B1 PL 215011B1 PL 393195 A PL393195 A PL 393195A PL 39319510 A PL39319510 A PL 39319510A PL 215011 B1 PL215011 B1 PL 215011B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
pectin
continuous phase
microgels
phase
oil
Prior art date
Application number
PL393195A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL393195A1 (en
Inventor
Dominika Ogonczyk
Piotr Garstecki
Marta Siek
Original Assignee
Inst Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk filed Critical Inst Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL393195A priority Critical patent/PL215011B1/en
Priority to DE102011055861.6A priority patent/DE102011055861B4/en
Publication of PL393195A1 publication Critical patent/PL393195A1/en
Publication of PL215011B1 publication Critical patent/PL215011B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0052Preparation of gels

Abstract

The method involves forming emulsion, and diffusing cross-linking ions in a continuous phase, where the continuous phase comprises oil, metal salt and acid. Nanoparticles are optionally contained in an aqueous phase i.e. dissipated pectin solution.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania monodyspersyjnych mikrożeli pektynowych z wykorzystaniem układu mikroprzepływowego. Bardziej szczegółowo, sposób według wynalazku umożliwia formulację mikrożeli pektynowych o kontrolowanej strukturze z zastosowaniem technik mikroprzepływowych do enkapsulacji nanocząstek.The subject of the invention is a method for the preparation of monodisperse pectin microgels with the use of a microfluidic system. More specifically, the method of the invention enables the formulation of structure-controlled pectin microgels using microfluidic techniques to encapsulate nanoparticles.

Techniki mikroprzepływowe są uniwersalnym narzędziem badawczym wykorzystywanym w nauce, w szczególności w biologii, chemii, medycynie oraz farmacji. Pozwalają na operacje na bardzo małych objętościach płynów (rzędu nawet pikolitrów), jak również na wytwarzanie monodyspersyjnych mikrocząstek oraz mikrokapsuł o kontrolowanym rozmiarze i morfologii.Microfluidic techniques are a universal research tool used in science, in particular in biology, chemistry, medicine and pharmacy. They allow for operations on very small volumes of fluids (even picoliters), as well as for the production of monodisperse microparticles and microcapsules of controlled size and morphology.

Mikrokapsuły to cząstki o średnicy od 1 do 1000 μm. Są nośnikiem mikroskopijnych ilości substancji, np. barwników czy preparatów biologicznie czynnych. Składają się z jądra i cienkiej otoczki. Ich główne zastosowanie to kontrolowane uwalnianie substancji leczniczych w określonym miejscu i czasie. Najważniejszą właściwością mikrokapsułek jest ich niewielki wymiar umożliwiający zbudowanie ogromnej powierzchni, na której zachodzi uwalnianie substancji enkapsulowanej.Microcapsules are particles with a diameter of 1 to 1000 μm. They are carriers of microscopic amounts of substances, e.g. dyes or biologically active preparations. They consist of a nucleus and a thin shell. Their main application is the controlled release of medicinal substances at a specific place and time. The most important property of microcapsules is their small size that allows to build a huge surface on which the release of the encapsulated substance takes place.

Mikrokapsuły stosowane są w wielu gałęziach przemysłu [Thies, C. in Encyclopedia of Polymer Science and Technology (ed H. F. Mark) (John Wiley & Sons, Inc., 2005)]: farmaceutycznym, spożywczym, kosmetycznym, papierniczym, perfumeryjnym i innych. Różne preparaty kapsułkuje się, aby:Microcapsules are used in many industries [Thies, C. in Encyclopedia of Polymer Science and Technology (ed H. F. Mark) (John Wiley & Sons, Inc., 2005)]: pharmaceutical, food, cosmetic, paper, perfumery and others. Various formulations are encapsulated to:

i) polepszyć ich stabilność i trwałość; ii) poprawić ich rozpuszczalność w wodzie; iii) zwiększyć biodostępność; iv) zamaskować smak i/lub zapach; v) zmniejszyć ich lotność; vi) móc je uwalniać w określonym miejscu i czasie; vii) przedłużyć proces ich uwalniania.i) improve their stability and durability; ii) improve their water solubility; iii) increase bioavailability; iv) mask the taste and / or smell; v) reduce their volatility; vi) be able to release them at a specific place and time; vii) extend their release process.

W przemyśle spożywczym kapsułkowanie ma przede wszystkim na celu: maskowanie smaku i zapachu, zmniejszenie higroskopijności, ochronę przed utlenianiem i oddzielenie od siebie składników produktu, aby te nie reagowały ze sobą. Kluczowym jest, aby kapsułki były wykonane z substancji nietoksycznej, najkorzystniej spożywczej. Z kolei przemysł rolniczy, tzw. agrochemia, kapsułkuje np. środki ochrony roślin czy feromony. Ogranicza się w ten sposób lotność użytych mieszanin, toksyczność dla środowiska, a także użytą ich ilość. Natomiast w przemyśle kosmetycznym kapsułki stosowane są w produkcji kremów, pudrów, środków higieny oraz dezodorantów (szczególnie przeciwpotowych). Mikrokapsuły są szeroko stosowane także w biochemii, medycynie i farmacji. Zamykane są w nich mikroorganizmy (np. drożdże, aby przyspieszyć procesy fermentacyjne [Bonin, S. Agro Przemysł 6, 20-23 (2008)]), komórki (np. w celach transplantacyjnych [Schmidt, J. J., Rowley, J. & Kong, H. J. Journal of Biomedical Materials Research Part A 87A, 1113-1122 (2008)], aby zahamować odpowiedź immunologiczną organizmu biorcy), substancje aktywne (np. badania nad enkapsulacją leków [Xu, Q., Hahsimoto, M., Dang, T. T., Hoare, T., Kohane, D. S., Whitesides, G. M., Langer, R., Anderson, D. G. Small 5, 1575-1581 (2009); Yu, C.-Y., Cao, H., Zhang, X.-C., Zhou, F.-Z., Cheng,In the food industry, encapsulation is primarily aimed at masking the taste and smell, reducing hygroscopicity, protecting against oxidation and separating the ingredients of the product so that they do not react with each other. It is essential that the capsules are made of a non-toxic substance, preferably food-grade. In turn, the agricultural industry, the so-called agrochemistry, encapsulates, for example, plant protection products or pheromones. In this way, the volatility of the mixtures used, the toxicity to the environment and the amount used are limited. On the other hand, in the cosmetics industry, capsules are used in the production of creams, powders, hygiene products and deodorants (especially antiperspirants). Microcapsules are also widely used in biochemistry, medicine and pharmacy. They enclose microorganisms (e.g. yeast to accelerate fermentation processes [Bonin, S. Agro Przemysł 6, 20-23 (2008)]), cells (e.g. for transplantation purposes [Schmidt, JJ, Rowley, J. & Kong , HJ Journal of Biomedical Materials Research Part A 87A, 1113-1122 (2008)] to suppress the immune response of the recipient organism), active substances (e.g. drug encapsulation studies [Xu, Q., Hahsimoto, M., Dang, TT , Hoare, T., Kohane, DS, Whitesides, GM, Langer, R., Anderson, DG Small 5, 1575-1581 (2009); Yu, C.-Y., Cao, H., Zhang, X.- C., Zhou, F.-Z., Cheng,

S.-X., Zhang, X.-Z., and Zhuo, R.-X. Langmuir 25, 11720-11726 (2009)], enzymów [Um, E., Lee,S.-X., Zhang, X.-Z., and Zhuo, R.-X. Langmuir 25, 11720-11726 (2009)], enzymes [Um, E., Lee,

D.-S., Pyo, H.-B. & Park, J.-K. Microfluidics and Nanofluidics 5, 541-549 (2008)], hemoglobiny [Schmidt, J. J., Rowley, J. & Kong, H. J. Journal of Biomedical Materials Research Part A 87A, 1113-1122 (2008)] czy innych białek krwi [Liu, Z., Jiao, Y., Wang, Y., Zhou, C. & Zhang, Z. Advanced Drug Delivery Reviews 60, 1650-1662 (2008)]). Natomiast mikrokapsuły z gazowym jądrem stosowane są w technice ultrasonograficznego obrazowania medycznego, jako kontrast [Sirsi, S. R., Borden, M. A. Bubble Science, Engineering & Technology 1, 3-17 (2009)].D.-S., Pyo, H.-B. & Park, J.-K. Microfluidics and Nanofluidics 5, 541-549 (2008)], hemoglobin [Schmidt, JJ, Rowley, J. & Kong, HJ Journal of Biomedical Materials Research Part A 87A, 1113-1122 (2008)] or other blood proteins [Liu, Z., Jiao, Y., Wang, Y., Zhou, C. & Zhang, Z. Advanced Drug Delivery Reviews 60, 1650-1662 (2008)]). In contrast, microcapsules with a gas core are used in the technique of medical ultrasound imaging as a contrast [Sirsi, S. R., Borden, M. A. Bubble Science, Engineering & Technology 1, 3-17 (2009)].

W większości gałęzi przemysłu kontrola wielkości produkowanych i stosowanych mikrokapsuł nie jest sprawą kluczową. Jednak w przypadku medycyny i farmacji jest to czynnik newralgiczny wielkość mikrokapsułek determinuje ich ładowność oraz czas uwalniania leku [Xu, Q., Hahsimoto, M., Dang, T. T., Hoare, T., Kohane, D. S., Whitesides, G. M., Langer, R., Anderson, D. G. Smali 5, 1575-1581 (2009)].In most industries, the control of the size of the produced and used microcapsules is not a key issue. However, in the case of medicine and pharmacy, it is a critical factor. The size of the microcapsules determines their loading capacity and drug release time [Xu, Q., Hahsimoto, M., Dang, TT, Hoare, T., Kohane, DS, Whitesides, GM, Langer, R ., Anderson, DG Smali 5, 1575-1581 (2009)].

Mikrokapsuły z ładunkiem leku najczęściej są elementami systemów ich kontrolowanego uwalniania. Umożliwiają uwolnienie farmaceutyku w wybranym punkcie, np. przewodu pokarmowego, oraz kontrolę nad czasem jego uwalniania. Jednocześnie zmniejszają ogólnoustrojową toksyczność leku, pozwalając zminimalizować skuteczną dawkę i zastosować ją w odpowiednim miejscu. Przykładem jest popularny lek - aspiryna. Kapsułkuje się ją aby przedłużyć czas uwalniania w przewodzie pokarmowym (do całej nocy), a także aby chronić ścianki żołądka przed podrażnieniami. Również preparaty chlorku potasu (KCI) są kapsułkowane, aby uniknąć zbyt wysokiego lokalnego stężenia, co mogłoby podrażnić śluzówkę żołądka i wywołać krwawienie.Drug-laden microcapsules are most often components of drug-controlled release systems. They enable the release of a pharmaceutical at a selected point, e.g. in the gastrointestinal tract, and control its release time. At the same time, they reduce the systemic toxicity of the drug, allowing to minimize the effective dose and apply it in the right place. An example is the popular drug aspirin. It is encapsulated to extend the time of release in the gastrointestinal tract (up to the entire night), and to protect the stomach walls from irritation. Also potassium chloride (KCI) preparations are encapsulated to avoid too high local concentrations which could irritate the gastric mucosa and cause bleeding.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Biopolimery, jakimi są hydrokoloidy, ze względu na wyjątkowe właściwości (m.in. zagęszczające, stabilizujące czy żelujące) znalazły szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu (np. spożywczym czy kosmetycznym) oraz w medycynie. Na szczególną uwagę zasługują żele kwasów uronowych (m.in. alginianowe i pektynowe), których bardzo łagodny sposób żelowania (oddziaływania jonowe) umożliwia łatwe otrzymanie układów do pułapkowania „wrażliwych indywiduów chemicznych czy żywych organizmów (mikrokapsułkowanie). Jednym z najczęściej wykorzystywanych do tworzenia mikrokapsuł biopolimerów z grupy kwasów uronowych są alginiany. Literatura opisuje wiele różnych metod tworzenia mikrożeli alginianowych z użyciem układów mikroprzepływowych o różnej geometrii, zarówno w przepływach Iaminarnych jak i wielofazowych. Ogólnie proces formowania mikrożeli jest zawsze dwuetapowy. Pierwszym krokiem jest nadanie pożądanego kształtu (wytworzenie emulsji lub włókien) roztworowi polimeru. Następnie zachodzi żelowanie, czy to na drodze chemicznej czy fizycznej, w lub poza układem użytym do formowania polimeru. „Standardowe, kuliste żelki alginianowe otrzymuje się rozpraszając wodny roztwór alginianu sodu w fazie ciągłej, a następnie inicjując proces żelowania. Fazą ciągłą jest najczęściej olej spożywczy [Tan, W.-H. & Takeuchi, S. Advanced Materials 19, 2696-2701 (2007); Workman, V. L., Dunnett, S. B., Kille, P. & Palmer, D. D. Biomicrofluidics 1, 014105-014109 (2007); Liu, K., Ding, H.-J., Liu, J., Chen, Y. & Zhao, Χ.-Ζ. Langmuir 22, 9453-9457 (2006)] (ze względu na nietoksyczność), heksadekan [Choi, C.-H., Jung, J.-H., Rhee, Y. W., Kim, D.-P., Shim, S.-E. and Lee, C.-S. Biomedical Microdevices 9, 855-862 (2007)] (łatwo dostępny alkan, który ma właściwości stabilizujące emulsje [Blythe, P. J., Morrison, B. R., Mathauer, K. A., Sudol, E. D. & El-Aasser, M. S. Langmuir 16, 898-904 (1999)]) lub undekanol [Zhang, H., Tumarkin, E., Peerani, R., Nie, Z.H., Sullan, R.M.A., Walker, G.C., Kumacheva, E., Journal of the American Chemical Society 128, 12205-12210 (2006)] (ponieważ lepiej niż inne oleje rozpuszcza sole metali). W celu uniknięcia koalescencji, często do fazy ciągłej dodaje się surfaktantu (np. półtorastearynian poliglicerolu [Lin, Y.-H., Chen, C.- T., Huang, L. & Lee, G.-B. Biomedical Microdevices 9, 833-843 (2007)], Span85 [Chuah, A. M., Kuroiwa, T., Kobayashi, I., Zhang, X. & Nakajima, M. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 351, 9-17 (2009)], Span80 [Um, E., Lee, D.-S., Pyo, H.-B. & Park, J.-K. Microfluidics and Nanofluidics 5, 541-549 (2008)], lecytyna [Tan, W.-H. & Takeuchi, S. Advanced Materials 19, 2696-2701 (2007)]). Również formy inne niż kuliste [Liu, K., Ding, H.-J., Liu, J., Chen, Y. & Zhao, X.-Z. Langmuir 22, 9453-9457 (2006)], np. dyski, pałeczki czy włókna, są możliwe do uzyskania w układach mikroprzepływowych.Due to their unique properties (e.g. thickening, stabilizing or gelling), biopolymers, such as hydrocolloids, are widely used in many industries (e.g. food or cosmetics) and in medicine. Particularly noteworthy are uronic acid gels (including alginate and pectic acid), whose very gentle gelling (ionic interactions) enables easy preparation of systems for trapping "sensitive chemical species or living organisms (microencapsulation). Alginates are one of the most frequently used biopolymers from the group of uronic acids to create microcapsules. The literature describes many different methods of creating alginate microgels using microfluidic systems of various geometries, both in laminar and multiphase flows. In general, the formation of microgels is always a two-step process. The first step is to give the polymer solution the desired shape (emulsion or fiber formation). Gelling then takes place, either chemically or physically, into or out of the system used to form the polymer. "Standard, spherical alginate gels are made by dispersing an aqueous solution of sodium alginate in a continuous phase and then initiating the gelling process. The continuous phase is most often cooking oil [Tan, W.-H. & Takeuchi, S. Advanced Materials 19, 2696-2701 (2007); Workman, V. L., Dunnett, S. B., Kille, P. & Palmer, D. D. Biomicrofluidics 1, 014105-014109 (2007); Liu, K., Ding, H.-J., Liu, J., Chen, Y. & Zhao, Χ.-Ζ. Langmuir 22, 9453-9457 (2006)] (due to non-toxicity), hexadecane [Choi, C.-H., Jung, J.-H., Rhee, YW, Kim, D.-P., Shim, S .-E. and Lee, C.-S. Biomedical Microdevices 9, 855-862 (2007)] (an easily available alkane that has emulsion stabilizing properties [Blythe, PJ, Morrison, BR, Mathauer, KA, Sudol, ED & El-Aasser, MS Langmuir 16, 898-904 ( 1999)]) or undecanol [Zhang, H., Tumarkin, E., Peerani, R., Nie, ZH, Sullan, RMA, Walker, GC, Kumacheva, E., Journal of the American Chemical Society 128, 12205-12210 (2006)] (because it dissolves metal salts better than other oils). To avoid coalescence, a surfactant (e.g. polyglycerol sesquistearate [Lin, Y.-H., Chen, C.- T., Huang, L. & Lee, G.-B. Biomedical Microdevices 9, 833-843 (2007)], Span85 [Chuah, AM, Kuroiwa, T., Kobayashi, I., Zhang, X. & Nakajima, M. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 351, 9-17 (2009) ], Span80 [Um, E., Lee, D.-S., Pyo, H.-B. & Park, J.-K. Microfluidics and Nanofluidics 5, 541-549 (2008)], lecithin [Tan, W . -H. & Takeuchi, S. Advanced Materials 19, 2696-2701 (2007)]). Also non-spherical forms [Liu, K., Ding, H.-J., Liu, J., Chen, Y. & Zhao, X.-Z. Langmuir 22, 9453-9457 (2006)], e.g. disks, sticks or fibers, are obtainable in microfluidic systems.

Metody tworzenia żeli z zastosowaniem układów mikroprzepływowych można podzielić ze względu na miejsce żelowania, a także na sposób dostarczania czynnika sieciującego. Wyróżniamy:The methods of forming gels using microfluidic systems can be divided according to the point of gelation, as well as the method of delivery of the cross-linking agent. We distinguish:

i) żelowanie poza mikroukładem, ii) żelowanie wewnątrz mikroukładu, które dodatkowo można podzielić na:i) gelation outside the microcircuit, ii) gelation inside the microcircuit, which can be further divided into:

- zewnętrzne - gdy czynnik sieciujący obecny jest w fazie ciągłej,- external - when the cross-linking agent is present in the continuous phase,

- wewnętrzne - gdy nieaktywny czynnik sieciujący obecny jest w fazie rozpraszanej,- internal - when the inactive cross-linking agent is present in the dissipated phase,

- metody z równoległym doprowadzeniem czynnika sieciującego, tzn. takie, gdzie czynnik sieciujący doprowadzany jest dodatkowym strumieniem lub kroplą do fazy rozpraszanej, iii) systemy kombinowane, czyli takie, w których wykorzystuje się zarówno żelowanie w mikroukładzie jak i poza nim.- methods with parallel supply of the cross-linking agent, i.e. where the cross-linking agent is fed with an additional stream or drop to the dispersed phase, iii) combined systems, i.e. those in which both gelation in the microcircuit and outside it are used.

Wszystkie te metody zostały pokrótce scharakteryzowane poniżej.All these methods are briefly outlined below.

Najprostszym sposobem formulacji mikrożeli jest sieciowanie w kąpieli żelującej poza mikroukładem (Tabela 1). W ten sposób unika się zapchania kanałów szybkożelującymi substancjami, jednak wadą takiego rozwiązania są częste deformacje uzyskiwanych cząstek. Alternatywą może być żelowanie wewnątrz mikroukładów. O żelowaniu zewnętrznym wewnątrz mikroukładów mówimy, gdy czynnik sieciujący w formie aktywnej zawarty jest w fazie ciągłej i dociera do kropli sieciowanego polimeru na drodze dyfuzji (Tabela 2). Zaletą tej metody jest eliminacja problemu zatykania się kanałów. Ponadto, sterując czasem żelowania, można łatwo uzyskać kapsuły z ciekłym jądrem czy lite żele. Częstą wadą jest niejednorodność uzyskiwanych struktur żelu, spowodowana tym, że proces żelowania uzależniony jest od dyfuzji czynnika sieciującego przez już utworzoną sieć żelu. Żele o znacznie bardziej jednorodnej strukturze uzyskuje się stosując sieciowanie wewnętrzne w mikroukładzie (Tabela 2). W tej metodzie czynnik sieciujący w formie nieaktywnej zawarty jest w fazie rozpraszanej. Jego aktywacja następuje pod wpływem zmian środowiska, np. zmiany pH. Dużą wadą tego rozwiązania jest bardzo częste zatykanie się dyszy tworzącej krople w wyniku szybkiego sieciowania polisacharydu. Podobne problemy występują w przypadku, gdy wprowadzamy czynnik sieciujący dodatkowym strumieniem. Natomiast gdy stosuje się żelowanie indukowane koalescencją, trudności może sprawiaćThe simplest way to formulate microgels is to cross-link in a gelling bath outside the microcircuit (Table 1). In this way, clogging of the channels with quick-gelling substances is avoided, but the disadvantage of this solution is frequent deformation of the particles obtained. An alternative could be gelling inside the microcircuits. We speak of external gelation inside microcircuits when the cross-linking agent in the active form is contained in the continuous phase and reaches the droplets of cross-linked polymer by diffusion (Table 2). The advantage of this method is the elimination of the problem of channel clogging. In addition, by controlling the gel time, liquid core capsules or solid gels can be easily obtained. A frequent disadvantage is the heterogeneity of the gel structures obtained, due to the fact that the gelling process depends on the diffusion of the cross-linking agent through the already formed gel network. Gels with a much more homogeneous structure are obtained by using internal cross-linking in the microcircuit (Table 2). In this method, the cross-linking agent is contained in the dispersed phase in its inactive form. Its activation occurs under the influence of environmental changes, e.g. changes in pH. A great disadvantage of this solution is the very frequent clogging of the droplet forming nozzle due to the rapid cross-linking of the polysaccharide. Similar problems occur when we introduce a cross-linking agent with an additional stream. On the other hand, when coalescence-induced gelling is used, difficulties can be encountered

PL 215 011 B1 zaprojektowanie odpowiedniej geometrii mikroukładu (Tabela 2). W zależności od potrzeb można również wykorzystać kombinacje w/w metod (metody kombinowane; Tabela 3). Najczęściej łączy się żelowanie w mikroukładzie z żelowaniem poza mikroukładem.Designing the appropriate microcircuit geometry (Table 2). Depending on the needs, you can also use combinations of the above-mentioned methods (combined methods; Table 3). The most common combinations are gelation in the microcircuit with gelling outside the microcircuit.

T a b e l a 1. Zestawienie literaturowe dotyczące produkcji mikrożeli alginianowych w układach mikroprzepływowych z zastosowaniem żelowania poza mikroukładem. (1 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Luca, G. & Nastruzzi, C. Acta Biomaterialia 6, 429-435, (2010); 2 - Su, J., Zheng, Y., Wu, H. Lab on a chip 9, 996-1001, (2009); 3 - Chuah, A. M., Kuroiwa, T., Kobayashi, I., Zhang, X. & Nakajima, M. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 351, 9-17, (2009); 4 - Huang, K.- S., Liu, Μ. -Κ., Wu, C.-H., Yen, Y.-T. and Lin, Y.-C. Journal of Micromechanics and Microengineering 17,1428 (2007); 5 - Huang, Κ.-S., Lai, T-H., Lin, Y-C. Lab on a chip 6, 954-957, (2006); 6 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Balestra, C., Tosi, A., Nastruzzi, C. Lab on a chip 8, 617-621, (2008). 7 - Sugiura, S., Oda, T., Aoyagi, Y., Satake, M., Ohkohchi, N., Nakajima, M. Lab on a chip 8, 1255-1257, (2008); 8 - Dohnal, J. & Stepanek, F. Powder Technology 200, 254-259, (2010); 9 - Rondeau, E. & CooperWhite, J. J. Langmuir 24, 6937-6945, (2008).)T a b e l a 1. Literature compilation on the production of alginate microgels in microfluidic systems with the use of gelation outside the microcircuit. (1 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Luca, G. & Nastruzzi, C. Acta Biomaterialia 6, 429-435, (2010); 2 - Su, J., Zheng, Y., Wu, H. Lab on a chip 9, 996-1001, (2009); 3 - Chuah, AM, Kuroiwa, T., Kobayashi, I., Zhang, X. & Nakajima, M. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 351, 9-17, (2009); 4 - Huang, K.- S., Liu, Μ. -Κ., Wu, C.-H., Yen, Y.-T. and Lin, Y.-C. Journal of Micromechanics and Microengineering 17,1428 (2007); 5 - Huang, Κ.-S., Lai, TH., Lin, YC. Lab on a chip 6, 954-957, (2006); 6 - Capretto, L. , Mazzitelli, S., Balestra, C., Tosi, A., Nastruzzi, C. Lab on a chip 8, 617-621, (2008) .7 - Sugiura, S., Oda, T., Aoyagi, Y. , Satake, M., Ohkohchi, N., Nakajima, M. Lab on a chip 8, 1255-1257, (2008); 8 - Dohnal, J. & Stepanek, F. Powder Technology 200, 254-259, (2010 ); 9 - Rondeau, E. & CooperWhite, JJ Langmuir 24, 6937-6945, (2008).)

Faza ciągła Continuous phase Faza rozpraszana Diffuse phase Kąpiel sieciująca Cross-linking bath Literatura Literature olej słonecznikowy sunflower oil alginian sodu + agaroza sodium alginate + agarose BaCI2 BaCI2 1 1 alginian sodu sodium alginate brak lack CaCI2 CaCl2 2 2 izooctan + Span85 isoacetate + Span85 alginian sodu sodium alginate CaCI2 CaCl2 3 3 olej słonecznikowy sunflower oil alginian sodu sodium alginate CaCI2 CaCl2 4 4 olej Oil alginian sodu sodium alginate CaCI2 CaCl2 5 5 olej słonecznikowy sunflower oil alginian sodu sodium alginate BaCI2 BaCI2 6 6 alginian sodu sodium alginate brak lack CaCI2 CaCl2 7 7 powietrze (metoda piezoelektryczna) air (piezoelectric method) alginian sodu sodium alginate CaCI2 (z modyfikacjami lepkości) CaCI2 (with viscosity modifications) 8 8 dimetylowęglan dimethyl carbonate alginian sodu sodium alginate CaCI2 CaCl2 9 9

T a b e l a 2. Zestawienie literaturowe dotyczące produkcji mikrożeli alginianowych w układach mikroprzepływowych z zastosowaniem żelowania wewnątrz mikroukładu (1 - Zhang, H., Tumarkin,T a b e l a 2. Literature compilation on the production of alginate microgels in microfluidic systems using gelation inside the microcircuit (1 - Zhang, H., Tumarkin,

E. , Sullan, R. M. A., Walker, G. C. & Kumacheva, E. Macromolecular Rapid Communications 28, 527-538 (2007); 2 - Zhang, H., Tumarkin, E., Peerani, R., Nie, Z.H., Sullan, R.M.A., Walker, G.C., Kumacheva, E., Journal of the American Chemical Society 128, 12205-12210 (2006); 3 - Braschler, T., Johann, R., Heule, M., Metref, L. & Renaud, P. Lab on a chip 5, 553-559 (2005); 4 - Johann, R. M. & Renaud, P. Biointerphases 2, 73-79 (2007); 5 - Kim, C., Lee, K. S., Kim, Y. E., Lee, K.-J., Lee, S. H., Kim, T. S. and Kang, J. Y. Lab on a chip 9, 1294-1297, (2009); 6 - Ren, P.-W., Ju, X.-J., Xie, R. & Chu, L.-Y. Journal of Colloid and Interface Science 343, 392-395 (2010); 7 - Tan, W.-H. & Takeuchi, S. Advanced Materials 19, 2696-2701 (2007); 8 - Yuya, M., Wei-heong, T., Yukiko, T. & Shoji, T. Lab on a chip 9, 2217-2223 (2009); 9 - Workman, V. L., Dunnett, S. B., Kille, P. & Palmer, D. D. Biomicrofluidics 1, 014105-014109 (2007); 10 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Balestra, C., Tosi, A., Nastruzzi, C. Lab on a chip 8, 617-621 (2008); 11 - Amici, E., Tetradis-Meris, G., de Torres, C. P. & Jousse,E., Sullan, R. M. A., Walker, G. C. & Kumacheva, E. Macromolecular Rapid Communications 28, 527-538 (2007); 2 - Zhang, H., Tumarkin, E., Peerani, R., Nie, Z.H., Sullan, R.M.A., Walker, G.C., Kumacheva, E., Journal of the American Chemical Society 128, 12205-12210 (2006); 3 - Braschler, T., Johann, R., Heule, M., Metref, L. & Renaud, P. Lab on a chip 5, 553-559 (2005); 4 - Johann, R. M. & Renaud, P. Biointerphases 2, 73-79 (2007); 5 - Kim, C., Lee, K. S., Kim, Y. E., Lee, K.-J., Lee, S. H., Kim, T. S. and Kang, J. Y. Lab on a chip 9, 1294-1297, (2009); 6 - Ren, P.-W., Ju, X.-J., Xie, R. & Chu, L.-Y. Journal of Colloid and Interface Science 343, 392-395 (2010); 7 - Tan, W.-H. & Takeuchi, S. Advanced Materials 19, 2696-2701 (2007); 8 - Yuya, M., Wei-heong, T., Yukiko, T. & Shoji, T. Lab on a chip 9, 2217-2223 (2009); 9 - Workman, V. L., Dunnett, S. B., Kille, P. & Palmer, D. D. Biomicrofluidics 1, 014105-014109 (2007); 10 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Balestra, C., Tosi, A., Nastruzzi, C. Lab on a chip 8, 617-621 (2008); 11 - Amici, E., Tetradis-Meris, G., de Torres, C. P. & Jousse,

F. Food Hydrocolloids 22, 97-104 (2008); 12 - Um, E., Lee, D.-S., Pyo, H.-B. & Park, J.-K. Microfluidics and Nanofluidics 5, 541-549 (2008); 13 - Liu, K., Ding, H.-J., Liu, J., Chen, Y. & Zhao, X.- Z. Langmuir 22, 9453-9457 (2006); 14 - Choi, C.-H., Jung, J.-H., Rhee, Y. W., Kim, D.-P., Shim, S.-E. and Lee, C.-S. Biomedical Microdevices 9, 855-862 (2007); 15 - Zhao, L. B., Pan, L., Zhang, K., Guo, S. S., Liu, W., Wang, Y., Chen, Y., Zhao, X. Z., Chan, H. L. W. Lab on a chip 9, 2981-2986 (2009).)F. Food Hydrocolloids 22, 97-104 (2008); 12 - Um, E., Lee, D.-S., Pyo, H.-B. & Park, J.-K. Microfluidics and Nanofluidics 5, 541-549 (2008); 13 - Liu, K., Ding, H.-J., Liu, J., Chen, Y. & Zhao, X.- Z. Langmuir 22, 9453-9457 (2006); 14 - Choi, C.-H., Jung, J.-H., Rhee, Y. W., Kim, D.-P., Shim, S.-E. and Lee, C.-S. Biomedical Microdevices 9, 855-862 (2007); 15 - Zhao, LB, Pan, L., Zhang, K., Guo, SS, Liu, W., Wang, Y., Chen, Y., Zhao, XZ, Chan, HLW Lab on a chip 9, 2981- 2986 (2009).)

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Metoda żelowania Method gelation Faza ciągła Continuous phase Faza rozpraszana Diffuse phase Dodatkowy kanał Additional channel Literatura Literature zewnętrzne Outside undekanol+ (CH3COO)2Ca undecanol + (CH3COO) 2Ca alginian sodu sodium alginate 1 1 undekanol + Cal2 undecanol + Cal2 alginian sodu sodium alginate 2 2 CaCl2 (przepływ laminarny) CaCl2 (laminar flow) alginian sodu sodium alginate EDTA - aby zatrzymać proces żelowania EDTA - to stop the gelling process 3,4 3.4 kwas oleinowy + CaCl2 oleic acid + CaCl2 alginian sodu sodium alginate 5 5 dwie: CaCl2, olej (emulsja wielokrotna) two: CaCl2, oil (multiple emulsion) dwie: alginian sodu, olej two: sodium alginate, oil 6 6 wewnętrzne inside olej + CH3COOH oil + CH3COOH alginian sodu + CaCO3 sodium alginate + CaCO3 1,7 1.7 olej kukurydziany + lecytyna corn oil + lecithin alginian sodu + CaCO3 sodium alginate + CaCO3 GDL GDL 8 8 olej kukurydziany + lecytyna + CH3COOH corn oil + lecithin + CH3COOH alginian sodu + CaCO3 sodium alginate + CaCO3 olej kukurydziany + CH3COOH corn oil + CH3COOH 7 7 olej słonecznikowy sunflower oil alginian sodu + CaCO3 sodium alginate + CaCO3 olej słonecznikowy + CH3COOH sunflower oil + CH3COOH 9 9 olej słonecznikowy + CH3COOH sunflower oil + CH3COOH alginian sodu + BaCO3 sodium alginate + BaCO3 10 10 olej Oil alginian sodu + CaCO3 sodium alginate + CaCO3 GDL GDL 11 11 Φ c c Φ c c olej mineralny + Span80 mineral oil + Span80 alginian sodu sodium alginate strumień CaCI2 the CaCI2 stream 12 12 olej sojowy soybean oil alginian sodu sodium alginate krople CaCI2 (koalescencja) CaCI2 drops (coalescence) 13 13 heksadekan + Span80 hexadecane + Span80 alginian sodu sodium alginate strumień CaCI2 the CaCI2 stream 14 14 olej Oil alginian sodu + cząstki magnetyczne sodium alginate + magnetic particles krople CaCI2 (koalescencja) CaCI2 drops (coalescence) 15 15

T a b e l a 3. Zestawienie literaturowe dotyczące produkcji mikrożeli alginianowych w układach mikroprzepływowych z zastosowaniem łączonych metod żelowania (1 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Balestra, C., Tosi, A., Nastruzzi, C. Lab on a chip 8, 617-621 (2008); 2 -Rondeau, E. & Cooper-White, J. J. Langmuir 24, 6937-6945 (2008); 3 - Shin, S.-J., Park, J.-Y., Lee, J.-Y., Park, H., Park, Y.-D., Lee, K.- B., Whang, C.-M. and Lee, S.-H. Langmuir 23, 9104-9108 (2007).)Table 3. Literature summary on the production of alginate microgels in microfluidic systems using combined gelation methods (1 - Capretto, L., Mazzitelli, S., Balestra, C., Tosi, A., Nastruzzi, C. Lab on a chip 8 , 617-621 (2008); 2-Rondeau, E. & Cooper-White, JJ Langmuir 24, 6937-6945 (2008); 3-Shin, S.-J., Park, J.-Y., Lee, J.-Y., Park, H., Park, Y.-D., Lee, K.-B, Whang, C.-M. and Lee, S.-H. Langmuir 23, 9104-9108 (2007 ).)

Faza ciągła Continuous phase Faza rozpraszana Diffuse phase Kąpiel sieciująca Cross-linking bath Literatura Literature olej słonecznikowy sunflower oil alginian sodu + BaCI2 sodium alginate + BaCl2 BaCI2 BaCI2 1 1 DMC DMC łączenie 2 strumieni: roztwór alginianu sodu i roztwór CaCI2 combining 2 streams: sodium alginate solution and CaCl2 solution CaCI2 CaCl2 2 2 roztwór alginianu sodu otoczony koncentrycznie roztworem CaCI2 sodium alginate solution surrounded by concentric CaCl2 solution brak lack CaCI2 CaCl2 3 3

Związki pektynowe, podobnie jak alginiany, należą do grupy hydrożeli poliuronianowych i są głównym składnikiem budulcowym ścian komórkowych roślin wysokich. Związki pektynowe są nietoksyczne i w pełni biodegradowalne, dlatego w diecie człowieka są obecne od zawsze. Wykazują szerokie spektrum aktywności fizjologicznej: obniżają poziom cholesterolu [Sriamornsak, P. Journal of Silpakorn University 21-22, 206-228 (2001)], spowalniają wchłanianie glukozy [Voragen, A., Coenen,Pectin compounds, similarly to alginates, belong to the group of polyuronate hydrogels and are the main component of the cell walls of tall plants. Pectin compounds are non-toxic and fully biodegradable, therefore they have always been present in the human diet. They exhibit a wide spectrum of physiological activity: lower cholesterol levels [Sriamornsak, P. Journal of Silpakorn University 21-22, 206-228 (2001)], slow down glucose absorption [Voragen, A., Coenen,

G.-J., Verhoef, R. & Schols, H. Structural Chemistry 20, 263-275 (2009)], pełnią funkcje regulacyjneG.-J., Verhoef, R. & Schols, H. Structural Chemistry 20, 263-275 (2009)], perform regulatory functions

PL 215 011 B1 w jelicie cienkim (zmiana aktywności mikrobiotycznej i enzymatycznej, a także miejscowe zmiany morfologii ściany jelita, dzięki czemu poprawione jest wchłanianie substancji odżywczych) [Sriamornsak, P. Journal of Silpakorn University 21-22, 206-228 (2001)], ułatwiają wydalenie składników toksycznych wraz z moczem (np. dwuwartościowe metale ciężkie [Kohn, R. Carbohydrate Polymers 2, 273-275 (1982)]), działają antykancerogennie [Nangia-Makker, P., Hogan, V., Honjo, Y., Baccarini, S., Tait, L., Bresalier, R. and Raz, A. J. Natl. Cancer Inst. 94, 1854-1862 (2002); Ovodov, Y. Russian Journal of Bioorganic Chemistry 35, 269-284 (2009)]. Należy podkreślić, że normy światowe FAO/WHO nie nakładają ograniczeń na maksymalną dzienną dawkę spożycia pektyn. Pektyny wykazują wyjątkową trwałość w ludzkim układzie pokarmowym - są odporne na działanie proteaz i amylaz. Wspomniane enzymy są aktywne w górnych odcinkach przewodu pokarmowego [Yu, C.-Y., Cao, H., Zhang, X.-C., Zhou, F.-Z., Cheng, S.-X., Zhang, X.-Z., and Zhuo, R.-X. Langmuir 25, 11720-11726 (2009)]. Dopiero w jelicie grubym obecne są pektynazy, które rozkładają związki pektynowe. Z tego powodu pektyny są doskonałym nośnikiem leków dojelitowych (np. do leczenia raka okrężnicy [Liu, L., Fishman, M. L., Kost, J. & Hicks, K. B. Biomaterials 24, 3333-3343 (2003)]). Ponadto omawiane związki mają wiele zastosowań w przemyśle spożywczym (zagęszczacz zastępujący żelatynę w galaretkach dla wegan), kosmetycznym (zagęszczacz) oraz w rolnictwie (np. składnik pasz). Substancje pektynowe znajdują coraz to nowe zastosowania. Publikacja przeglądowa z roku 2006 [Liu, L., Fishman, M. & Hicks, K. Cellulose 14, 15-24 (2007)] opisuje szerokie zastosowanie pektyn i ich pochodnych do systemów kontrolowanego podawania leków (dookrężniczo, przez śluzówkę nosa, przez skórę). Z kolei modyfikowane pektyny testowane są jako materiał nośnikowy dla DNA w terapiach genowych [Katav, T., Liu, L. S., Traitel, T., Goldbart, R., Wolfson, M., Kost, J. Journal of Controlled Release 130, 183-191 (2008)]. Tworzone są również nowe systemy jonowo-przewodzące SPE (z ang. solid polymer electrolyte) [Andrade, J. R., Raphael, E. & Pawlicka, A. Electrochimica Acta 54, 6479-6483 (2009)] bazujące na pektynach. Z kolei pektyny sieciowane diwinylosulfonianem mają szansę stać się syntetycznymi kośćmi o lepszych właściwościach mechanicznych niż naturalne [Ichibouji, T., Miyazaki, T., Ishida, E., Sugino, A. & Ohtsuki, C. Materials Science and Engineering: C 29, 1765-1769 (2009)].PL 215 011 B1 in the small intestine (change of microbial and enzymatic activity, as well as local changes in the morphology of the intestinal wall, thanks to which the absorption of nutrients is improved) [Sriamornsak, P. Journal of Silpakorn University 21-22, 206-228 (2001)] , facilitate the excretion of toxic components with urine (e.g. bivalent heavy metals [Kohn, R. Carbohydrate Polymers 2, 273-275 (1982)]), have anti-carcinogenic properties [Nangia-Makker, P., Hogan, V., Honjo, Y ., Baccarini, S., Tait, L., Bresalier, R. and Raz, AJ Natl. Cancer Inst. 94, 1854-1862 (2002); Ovodov, Y. Russian Journal of Bioorganic Chemistry 35, 269-284 (2009)]. It should be emphasized that the FAO / WHO world standards do not impose restrictions on the maximum daily dose of pectin consumption. Pectins exhibit exceptional stability in the human digestive system - they are resistant to proteases and amylases. These enzymes are active in the upper gastrointestinal tract [Yu, C.-Y., Cao, H., Zhang, X.-C., Zhou, F.-Z., Cheng, S.-X., Zhang, X .-Z., And Zhuo, R.-X. Langmuir 25, 11720-11726 (2009)]. Only in the large intestine are pectinases present, which break down pectin compounds. For this reason, pectins are an excellent carrier for enteral drugs (e.g. for the treatment of colon cancer [Liu, L., Fishman, M. L., Kost, J. & Hicks, K. B. Biomaterials 24, 3333-3343 (2003)]). In addition, the compounds in question have many applications in the food industry (thickener replacing gelatin in jellies for vegans), cosmetics (thickener) and in agriculture (e.g. feed ingredient). Pectic substances find more and more new applications. A 2006 review [Liu, L., Fishman, M. & Hicks, K. Cellulose 14, 15-24 (2007)] describes the wide use of pectins and their derivatives in controlled drug delivery systems (colon, nasal, nasal leather). In turn, modified pectins are tested as a carrier material for DNA in gene therapies [Katav, T., Liu, LS, Traitel, T., Goldbart, R., Wolfson, M., Kost, J. Journal of Controlled Release 130, 183 -191 (2008)]. New ion-conducting SPE (solid polymer electrolyte) systems [Andrade, J. R., Raphael, E. & Pawlicka, A. Electrochimica Acta 54, 6479-6483 (2009)] based on pectins are also being developed. In turn, pectins cross-linked with divinylsulfonate have a chance to become synthetic bones with better mechanical properties than natural ones [Ichibouji, T., Miyazaki, T., Ishida, E., Sugino, A. & Ohtsuki, C. Materials Science and Engineering: C 29, 1765-1769 (2009)].

Budowa związków pektynowych oraz struktura ich żeli jest dobrze poznana i szeroko opisywana w literaturze. W zależności od gatunku rośliny, etapu jej wzrostu, a także wykorzystywanej tkanki oraz metody izolacji otrzymuje się związki pektynowe o różnej budowie. W przybliżeniu cząsteczka pektyny składa się z regionów gładkich i rozgałęzionych, a ich rozmieszczenie w cząsteczce jest losowe (a nie blokowe tak jak w przypadku alginianów). Regiony gładkie zbudowane są przede wszystkim z 1,4-połączonych reszt kwasu α-D-galakturonowego (Gal). Regiony rozgałęzione zazwyczaj zawierają wiele różnych cukrów, np. ramnozę, ksylozę, glukozę, arabinozę czy galaktozę. Właściwości żelu, który zostanie utworzony z konkretnego rodzaju pektyny, zależą od długości i rozmieszczenia regionów gładkich i rozgałęzionych, a także od długości całego pojedynczego łańcucha. Równie istotnym czynnikiem jest stopień estryfikacji (zmetylowania). Stopień zmetylowania (DM, ang. degree of methoxylation) jest określany jako ilość moli metanolu obecnego w 100 molach kwasu galakturonowego i wyrażany w procentach [Ovodov, Y. Russian Journal of Bioorganic Chemistry 35, 269-284 (2009)]. Na podstawie tej liczby wprowadzono podział związków pektynowych na pektyny: i) wysokometylowane (ang. high-methoxylated pectins, HMP), w których więcej niż 50% monomerów ma zmetylowaną grupę karboksylową; ii) niskometylowane (ang. low-methoxylated pectins, LMP), w których zmetylowanych jest mniej niż 50% monomerów.The structure of pectin compounds and the structure of their gels is well known and widely described in the literature. Depending on the plant species, the stage of its growth, as well as the tissue used and the method of isolation, pectin compounds of various structures are obtained. Approximately the pectin molecule consists of smooth and branched regions, and their distribution in the molecule is random (not blocky as with alginates). Smooth regions are composed primarily of 1,4-linked α-D-galacturonic acid (Gal) residues. Branched regions typically contain many different sugars, such as rhamnose, xylose, glucose, arabinose and galactose. The properties of the gel that will be formed from a particular type of pectin depend on the length and distribution of smooth and branched regions, as well as the length of the entire single chain. An equally important factor is the degree of esterification (methylation). The degree of methoxylation (DM) is defined as the amount of moles of methanol present in 100 moles of galacturonic acid and expressed as a percentage [Ovodov, Y. Russian Journal of Bioorganic Chemistry 35, 269-284 (2009)]. On the basis of this number, the division of pectic compounds into pectins was introduced: i) high-methoxylated pectins (HMP) in which more than 50% of the monomers have a methylated carboxyl group; ii) low-methoxylated pectins (LMP) where less than 50% of the monomers are methylated.

Wyróżnić można również pektyny niskometylowane amidowane (ang. low-methoxylated amidated pectins, LMA), które powstają podczas chemicznego przeprowadzania HMP w LMP w środowisku alkalicznym, w reakcji z amoniakiem. Wymienione rodzaje pektyn różnią się między sobą nie tylko budową, ale również sposobem żelowania (odmienne warunki niezbędne do powstania żelu). Warto nadmienić, że do żelowania pektyn wymagane jest kwaśne środowisko pH, w przeciwieństwie do związków alginianowych, które w tych warunkach są niestabilne. Żele z HMP powstają przy pH bliskim 3,0, w obecności ok. 65% cukru (najczęściej sacharozy). Wymagane stężenie pektyny to 0,3 - 2%. Siatka żelu powstaje w wyniku tworzenia się wiązań wodorowych pomiędzy grupami karboksylowymi jednego łańcucha pektynowego a grupami hydroksylowymi łańcucha sąsiedniego. Dodatek cukru dodatkowo stabilizuje strukturę żelu, biorąc udział w tworzeniu wiązań wodorowych. Z kolei wysokie stężenie jonów wodorowych zapobiega dysocjacji grup karboksylowych. Natomiast struktury żeli LMP i LMA budowane są w obecności dwuwartościowych jonów metali, najczęściej Ca2+, o stężeniu 0,01 - 0,1%. Proces nie wymaga obecności innych cukrów i zachodzi w zakresie pH od 2,0 do 6,0. Opisywany jest głównie przez model „egg-box [Voragen, A., Coenen, G.-J., Verhoef, R. & Schols,We can also distinguish low-methoxylated amidated pectins (LMA), which are formed during the chemical conversion of HMP in LMP in an alkaline environment, in reaction with ammonia. The mentioned types of pectins differ not only in structure, but also in the method of gelling (different conditions necessary for the formation of a gel). It is worth mentioning that an acidic pH environment is required for the gelation of pectins, in contrast to alginate compounds, which are unstable under these conditions. HMP gels are formed at a pH close to 3.0, in the presence of about 65% sugar (most often sucrose). The required pectin concentration is 0.3 - 2%. The gel network is formed as a result of the formation of hydrogen bonds between the carboxyl groups of one pectin chain and the hydroxyl groups of the adjacent chain. The addition of sugar additionally stabilizes the gel structure, taking part in the formation of hydrogen bonds. In turn, the high concentration of hydrogen ions prevents the dissociation of carboxyl groups. On the other hand, the structures of LMP and LMA gels are built in the presence of divalent metal ions, most often Ca 2+ , with a concentration of 0.01 - 0.1%. The process does not require the presence of other sugars and takes place in the pH range from 2.0 to 6.0. It is mainly described by the "egg-box model [Voragen, A., Coenen, G.-J., Verhoef, R. & Schols,

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

H. Structural Chemistry 20, 263-275 (2009); Sriamornsak, P. Silpakorn University International Journal 3,H. Structural Chemistry 20, 263-275 (2009); Sriamornsak, P. Silpakorn University International Journal 3,

206-228 (2003)], aczkolwiek dla pektyn amidowanych należy wziąć również pod uwagę wkład oddziaływań między grupami -NH2, które znacząco zmieniają one właściwości otrzymanego żelu (np. ilość jonów potrzebnych do stworzenia siatki żelu z roztworu pektyn amidowanych jest mniejsza niż w przypadku pektyn niskometylowanych nieamidowanych [Tho, I., Sande, S. A. & Kleinebudde, P. Chem. Eng. Sci. 60, 3899-3907 (2005)]).206-228 (2003)], although for amidated pectins one should also take into account the contribution of interactions between the -NH2 groups, which significantly change the properties of the obtained gel (e.g. the amount of ions needed to create a gel network from the amidated pectin solution is smaller than in the case of low methylated nonamidated pectins [Tho, I., Sande, SA & Kleinebudde, P. Chem. Eng. Sci. 60, 3899-3907 (2005)]).

Pomimo wielu zastosowań związków pektynowych (vide supra), w literaturze nie ma wielu doniesień o preparowaniu pektynowych mikrocząstek. Jednym z nielicznych artykułów na temat otrzymywania mikrosfer czy mikrocząstek pektynowych jest praca Reisa et al. [Reis, A. V., Guilherme, M. R., Paulino, A. T., Muniz, E. C., Mattoso, L. H. C. and Tambourgi, E. B. Langmuir 25, 2473-2478 (2009)]. Autorzy otrzymywali puste w środku mikro- i nanokapsułki dzięki zastosowaniu dwustopniowej reakcji. Pierwszym etapem była modyfikacja pektyny metakrylanem glicylu (GMA). Modyfikacja ta miała na celu wprowadzenie do łańcucha pektyn dodatkowych grup, które mogłyby brać udział w tworzeniu dodatkowych wiązań międzycząsteczkowych. W rezultacie utworzono bardziej stabilną strukturę, bez istotnych zmian właściwości żelu. W drugim etapie uzyskany roztwór mechanicznie emulsyfikowano (6000-12000 obrotów na minutę) w systemie woda / alkohol benzylowy w obecności gazowego azotu (zapewniał powstanie kapsuł z gazowym jądrem) oraz katalizatora, którym był TEMED (Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrametyloetylodiamina). Po suszeniu natryskowym otrzymywano gotowy produkt. Wyprodukowane kapsułki miały średnice w zakresie od 0,16 do 24 μm i charakteryzowały się polidyspersyjnością. Należy podkreślić, że w sposób niekontrolowany powstawały również emulsje wielokrotne.Despite the many applications of pectin compounds (vide supra), there are not many reports in the literature on the preparation of pectin microparticles. One of the few articles on the preparation of pectin microspheres or microparticles is the work of Reis et al. [Reis, A. V., Guilherme, M. R., Paulino, A. T., Muniz, E. C., Mattoso, L. H. C. and Tambourgi, E. B. Langmuir 25, 2473-2478 (2009)]. The authors obtained hollow micro- and nanocapsules by using a two-step reaction. The first step was the modification of pectin with glycyl methacrylate (GMA). This modification was aimed at introducing additional groups to the pectin chain that could participate in the creation of additional intermolecular bonds. As a result, a more stable structure was created without significantly changing the properties of the gel. In the second stage, the obtained solution was mechanically emulsified (6000-12000 rpm) in the water / benzyl alcohol system in the presence of nitrogen gas (it ensured the formation of nucleus gas capsules) and the TEMED catalyst (Ν, Ν, Ν ', Ν'- tetramethylethyldiamine). After spray drying, the finished product was obtained. The produced capsules had diameters ranging from 0.16 to 24 μm and were characterized by polydispersity. It should be emphasized that multiple emulsions were also produced in an uncontrolled manner.

Z kolei „klasyczne żelowanie (sieciowanie z udziałem kationów dwuwartościowych) mikrocząstek pektynowych zostało opisane w pracy Opanasopit et al. [Opanasopit, P., Apirakaramwong, A., Ngawhirunpat, T., Rojanarata, T. & Ruktanonchai, U. AAPS PharmSciTech 9, 67-74 (2008)], gdzie pektynowe mikro- i nanoziarna zostały wykorzystane jako nośnik DNA (potencjalne zastosowanie do terapii genowych). Zbadano wpływ kilku czynników na tworzenie się mikrocząstek: rodzaj kationu sieciującego, jego stężenie, stosunek wagowy (w stosunku do użytej pektyny), a także stężenie i pH roztworu pektyny. Oceniano również m.in. rozmiar i kształt utworzonych mikrocząstek oraz ich ładowność kwasem deoksyrybonukleinowym. W celu otrzymania mikroziaren roztwór pektyny LMA był nakraplany do roztworu jonów: Ca2+, Mg2+ lub Mn2+. Badanie ładowności dowiodło, że w cząstkach sieciowanych jonami wapnia można zamknąć największą ilość DNA. Ponadto na podstawie obserwacji przeżywalności komórek ludzkich (Huh7, ludzkie komórki nowotworowe raka wątroby) nie stwierdzono znaczącej cytotoksyczności otrzymanych mikrocząstek pektynowych. Przeprowadzone eksperymenty potwierdzają, że mikroziarna pektynowe mogą być z powodzeniem stosowane jako nośnik w terapiach genowych.On the other hand, "classical gelation (cross-linking with divalent cations) of pectin microparticles was described in the work of Opanasopit et al. [Opanasopit, P., Apirakaramwong, A., Ngawhirunpat, T., Rojanarata, T. & Ruktanonchai, U. AAPS PharmSciTech 9, 67-74 (2008)], where pectin micro- and nanograins were used as a DNA carrier (potential application for gene therapy). The influence of several factors on the formation of microparticles was investigated: the type of cross-linking cation, its concentration, weight ratio (in relation to the pectin used), as well as the concentration and pH of the pectin solution. Among other things, the size and shape of the microparticles formed and their deoxyribonucleic acid charge. In order to obtain microspheres, the LMA pectin solution was dripped onto the solution of Ca 2+ , Mg 2+ or Mn 2+ ions. The load capacity test showed that the largest amount of DNA can be encapsulated in particles cross-linked with calcium ions. Moreover, based on the observation of the survival of human cells (Huh7, human liver cancer cells), no significant cytotoxicity of the obtained pectin microparticles was found. The conducted experiments confirm that pectin micro-grains can be successfully used as a carrier in gene therapies.

Z kolei Yu et al. [Yu, C.-Y., Cao, H., Zhang, X.-C., Zhou, F.-Z., Cheng, S.-X., Zhang, X.-Z., i Zhuo, R.-X. Langmuir 25, 11720-11726 (2009)] tworzyli nanokapsuły pektynowe z jądrem wypełnionym farmaceutykiem, 5-fluorouracylem. Zaproponowana procedura pozwalała na wyprodukowanie ziaren i kapsuł w rozmiarach z przedziału od 400 do 2600 nm. Ładowność 5-fluorouracylem dla wszystkich badanych próbek była wyższa niż 12% (nawet do 18% masy mikrocząstki). Metoda ta ma pewne wady: przygotowanie próbek trwa ponad 50 h i wymaga ciągłego mieszania oraz ścisłej kontroli temperatury czy lepkości stosowanych roztworów. Wyeliminowanie wspomnianego problemu kontroli dyspersji (wymóg monodyspersyjności cząstek), jak również zapewnienie precyzyjnej kontroli warunków reakcji może zostać osiągnięte poprzez zastosowanie technik mikroprzepływowych. Jednakże w literaturze jest niewiele doniesień nt. tworzenia emulsji czy mikrocząstek pektynowych, w przeciwieństwie do mikrocząstek alginianowych, w mikrokanałach. Kawakatsu et al. w swoich pracach [Kawakatsu, T., Tragardh, G. & Tragardh, C. Journal of Food Engineering 50, 247-254 (2001); Kawakatsu, T., Tragardh, G. & Tragardh, C. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 189, 257-264 (2001)] opisali tworzenie prostych emulsji olej-w-pektynie oraz emulsji wielokrotnych typu W/O/W oraz S/O/W (żel pektynowy-w-oleju-w-wodzie). Do tego celu wykorzystano układ o geometrii mikrotarasowej (MT). Zaproponowana technika mikrotarasowa umożliwa formułowanie monodyspersyjnych cząstek, jednak nie daje pełnej kontroli nad prowadzonym procesem emulsyfikacji (trudno sterować rozmiarami czy morfologią uzyskiwanych mikrożeli).In turn, Yu et al. [Yu, C.-Y., Cao, H., Zhang, X.-C., Zhou, F.-Z., Cheng, S.-X., Zhang, X.-Z., and Zhuo, R .-X. Langmuir 25, 11720-11726 (2009)] created pectin nanocapsules with a nucleus filled with the pharmaceutical drug, 5-fluorouracil. The proposed procedure allowed for the production of grains and capsules with sizes ranging from 400 to 2600 nm. The loading capacity of 5-fluorouracil for all tested samples was higher than 12% (even up to 18% of the mass of the microparticle). This method has some disadvantages: sample preparation takes more than 50 hours and requires constant mixing and strict control of the temperature and viscosity of the solutions used. The elimination of the above-mentioned problem of dispersion control (requirement of monodispersity of particles), as well as ensuring precise control of the reaction conditions can be achieved by applying microfluidic techniques. However, there are few reports in the literature on the formation of emulsions or pectin microparticles, as opposed to alginate microparticles, in microchannels. Kawakatsu et al. in his works [Kawakatsu, T., Tragardh, G. & Tragardh, C. Journal of Food Engineering 50, 247-254 (2001); Kawakatsu, T., Tragardh, G. & Tragardh, C. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 189, 257-264 (2001)] described the formation of simple oil-in-pectin emulsions and multiple W / O / W emulsions and S / O / W (pectin-in-oil-in-water gel). For this purpose, a system with micro-terrace geometry (MT) was used. The proposed microtarracing technique enables the formulation of monodisperse particles, but does not give full control over the emulsification process carried out (it is difficult to control the size or morphology of the microgels obtained).

Wynalazek dotyczy metody formulacji monodyspersyjnych mikrocząstek pektynowych, do potencjalnych zastosowań w przemyśle: spożywczym i farmaceutycznym, przy użyciu układów mikroprzepływowych.The invention relates to a method of formulating monodisperse pectin microparticles, for potential applications in the food and pharmaceutical industries, using microfluidic systems.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Zgodnie z wynalazkiem, sposób otrzymywania monodyspersyjnych mikrożeli pektynowych z wykorzystaniem układu mikroprzepływowego, obejmujący etapy: i) wytworzenia emulsji oraz ii) żelowania w wyniku dyfuzji do fazy rozpraszanej jonów sieciujących zawartych w fazie ciągłej, charakteryzuje się tym, że faza ciągła zawiera olej jadalny, zwłaszcza olej rzepakowy, sól wapnia oraz nietoksyczny, mieszalny z rozpuszczalnikami polarnymi i niepolarnymi kwas octowy, a fazę rozpraszaną stanowi wodny roztwór pektyny opcjonalnie zawierający nanocząstki.According to the invention, a method for the preparation of monodisperse pectin microgels using a microfluidic system, comprising the steps of i) forming an emulsion and ii) gelling by diffusion into the dispersed phase of the cross-linking ions contained in the continuous phase, characterized in that the continuous phase comprises edible oil, in particular rapeseed oil, calcium salt and non-toxic acetic acid miscible with polar and nonpolar solvents, and the dispersed phase is an aqueous pectin solution optionally containing nanoparticles.

Korzystnie, jako olej rzepakowy, stosuje się olej rzepakowy z pierwszego tłoczenia.Preferably, virgin rapeseed oil is used as rapeseed oil.

Korzystnie, solą wapnia jest chlorek wapnia lub węglan wapnia.Preferably, the calcium salt is calcium chloride or calcium carbonate.

Najkorzystniej solą wapnia jest węglan wapnia.Most preferably the calcium salt is calcium carbonate.

Korzystnie, kwasem octowym jest kwas octowy lodowaty.Preferably, the acetic acid is glacial acetic acid.

Korzystnie, stężenie kwasu w fazie ciągłej wynosi co najmniej 1,0% wagowych, korzystniej 10,0% wagowych.Preferably, the acid concentration in the continuous phase is at least 1.0 wt%, more preferably 10.0 wt%.

Korzystnie, stężenie soli w fazie ciągłej wynosi od 0,05% wagowych do 2,0% wagowych, korzystniej 0,4% wagowych.Preferably, the salt concentration in the continuous phase is from 0.05 wt% to 2.0 wt%, more preferably 0.4 wt%.

Korzystnie, pektynami są niskoestryfikowane amidowane pektyny.Preferably, the pectins are low esterified amidated pectins.

Korzystnie, pektyna ma małą, średnią lub dużą wrażliwość na jony wapnia, korzystniej średnią wrażliwość na jony wapnia.Preferably, the pectin has low, medium or high sensitivity to calcium ions, more preferably medium sensitivity to calcium ions.

Korzystnie, stężenie roztworu pektyny wynosi od 0,25% wagowych do 1,0% wagowych, najkorzystniej 0,5% wagowych.Preferably, the concentration of the pectin solution is from 0.25 wt% to 1.0 wt%, most preferably 0.5 wt%.

Korzystnie, sposób według wynalazku dodatkowo obejmuje etap wymiany fazy ciągłej zawierającej olej.Preferably, the process according to the invention further comprises the step of changing the oil-containing continuous phase.

Korzystnie, do fazy rozpraszanej enkapsuluje się nanocząstki o różnej chemii powierzchni, korzystnie o ujemnie naładowanej powierzchni, korzystniej pokryte SHC10H20COO-.Preferably, nanoparticles of different surface chemistry, preferably negatively charged surface, more preferably coated with SHC10H20COO - are encapsulated into the dispersed phase.

Korzystnie, w etapie wytworzenia emulsji zachodzi przepływ fazy ciągłej i fazy rozpraszanej.Preferably, there is a flow of the continuous phase and the disperse phase in the emulsification step.

Zgodnie z wynalazkiem, korzystnie do formulacji mikrocząstek wykorzystuje się niskoestryfikowane amidowane pektyny, naturalne polisacharydy, które w obecności kationów metali tworzą sztywne żele. Szybkość żelowania, struktura oraz właściwości żeli uwarunkowane są rodzajem czy stężeniem: pektyny czy soli metalu wielowartościowego.According to the invention, it is preferred to use low esterified amidated pectins, natural polysaccharides which form stiff gels in the presence of metal cations. The gelation speed, structure and properties of gels are determined by the type or concentration of pectin or multivalent metal salt.

Sposób według wynalazku, w jednym z preferowanych przykładów realizacji, dodatkowo obejmuje etap wymiany wspomnianej fazy ciągłej zawierającej olej, to jest wymianę oleju zawierającego kwas oraz sól metalu na olej czysty. Wymiana oleju pozwala na precyzyjną kontrolę czasu dyfuzji czynników sieciujących z fazy organicznej do kropli zawierających roztwór polisacharydu. Dzięki temu uzyskuje się lepszą kontrolę rozmiarów otrzymywanych kropli, wysoką jednorodność i powtarzalność stopnia usieciowania żelków.The method of the invention, in one preferred embodiment, further comprises the step of replacing said oil-containing continuous phase, i.e. replacing the acid-containing oil and the metal salt with pure oil. Oil change allows precise control of the diffusion time of the cross-linking agents from the organic phase to the drops containing the polysaccharide solution. As a result, better control of the size of the obtained droplets, high homogeneity and repeatability of the degree of cross-linking of the gummies is achieved.

Korzystnie, we wspomnianym etapie wytworzenia emulsji zachodzi przepływ fazy ciągłej (olej z czynnikami sieciującymi) i fazy rozpraszanej (roztwór pektyny), które w jednym z przykładów realizacji wynalazku wynoszą od 3 mL/h do 50 mL/h dla fazy ciągłej, korzystniej 6 mL/h i od 1 mL/h do 5 mL/h dla fazy rozpraszanej, korzystniej 1 mL/h.Preferably, in said emulsion preparation step there is a flow of the continuous phase (oil with crosslinkers) and the dispersed phase (pectin solution), which in one embodiment of the invention are from 3 mL / h to 50 mL / h for the continuous phase, more preferably 6 mL / h and from 1 mL / h to 5 mL / h for the disperse phase, more preferably 1 mL / h.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się prostotą, dużą powtarzalnością oraz możliwością wytwarzania monodyspersyjnych mikrożeli pektynowych o zadanym rozmiarze czy morfologii. Konstrukcja opracowanego systemu formulacji jest prosta, bazuje na taniej aparaturze czy materiałach oraz łatwo dostępnych i nietoksycznych substratach. System ten umożliwia pełną kontrolę nad rozmiarami uzyskiwanych mikrocząstek pektynowych i może być wygodnym narzędziem do ich produkcji w przemyśle (w szczególności, przemysł farmaceutyczny - systemy kontrolowanego uwalniania leków). Obecny stan techniki pozwala na otrzymywanie mikrożeli pektynowych. Jednakże znane sposoby formulacji nie gwarantują monodyspersji otrzymywanych cząstek bądź nie dają pełnej kontroli nad prowadzonym procesem emulsyfikacji (trudno sterować rozmiarami czy morfologią uzyskiwanych mikrożeli).The method according to the invention is characterized by simplicity, high repeatability and the possibility of producing monodisperse pectin microgels of a given size or morphology. The structure of the developed formulation system is simple, based on cheap equipment or materials as well as easily available and non-toxic substrates. This system allows full control over the size of the obtained pectin microparticles and can be a convenient tool for their production in industry (in particular, the pharmaceutical industry - drug controlled release systems). The current state of the art allows the preparation of pectin microgels. However, the known formulation methods do not guarantee monodispersion of the obtained particles or do not give full control over the emulsification process carried out (it is difficult to control the size or morphology of the microgels obtained).

Korzystne przykłady wykonania wynalazku.Preferred Embodiments of the Invention.

Wynalazek zostanie teraz bliżej przedstawiony w korzystnych przykładach wykonania, z odniesieniem do załączonych rysunków oraz tabel, na których:The invention will now be illustrated in more detail in the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings and tables in which:

fig. 1 prezentuje mikrofotografię przedstawiającą wytwarzanie kropel wodnego roztworu pektyny o stężeniu 0,5% w/w w oleju rzepakowym w układzie mikroprzepływowym typu flow-focusing.Fig. 1 is a photomicrograph showing the production of 0.5% w / w aqueous pectin droplets in rapeseed oil in a flow-focusing microflow system.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Objętościowe prędkości przepływów wyrażone w mL/h (Qc dla fazy ciągłej, Qd dla fazy rozpraszanej) podano na rysunku. Wszystkie kanały w układzie miały jednakowy przekrój poprzeczny o wymiarach 400 x 400 μm. Na wykresie pokazano zależność wielkości kropel (długość, L, znormalizowano względem szerokości kanału, W) w funkcji stosunku Qc/Qd;Volumetric flow rates expressed in mL / h (Qc for the continuous phase, Qd for the dispersed phase) are given in the figure. All channels in the system had the same cross-section with dimensions of 400 x 400 μm. The graph shows the dependence of the droplet size (length, L, normalized to the width of the channel, W) as a function of the ratio Qc / Qd;

fig. 2 przedstawia schemat systemu do otrzymywania monodyspersyjnych żelowych mikrocząstek pektynowych. Działanie systemu opierało się na: i) formułowaniu monodyspersyjnych kropel z roztworu pektyny, ii) dyfuzji czynników sieciujących z fazy ciągłej do rozpraszanej, iii) odbieraniu uformowanych mikrocząstek i wtórnej żelifikacji;Fig. 2 is a schematic diagram of a system for the preparation of monodisperse gel pectin microparticles. The operation of the system was based on: i) formulation of monodisperse droplets from the pectin solution, ii) diffusion of cross-linking agents from the continuous phase to the dispersed phase, iii) collection of the formed microparticles and secondary gelling;

fig. 3 a-c - przedstawia mikrofotografie ilustrujące przechodzenie pektynowych mikrocząstek z fazy ciągłej do gliceryny. Okręgi o wyraźnie zaznaczonych krawędziach odpowiadają mikrocząstkom w fazie ciągłej, natomiast słabo zarysowane kształty odpowiadają cząstkom, które przeszły do gliceryny, d - pokazuje mikrofotografię sieci żelu pektynowego wykonana z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego. Eksperymenty przeprowadzono wykorzystując system mikroprzepływowy przedstawiony na Fig. 2 z użyciem 0,5% (w/w) roztworu pektyny (Qd = 1 mL/h) oraz oleju rzepakowego z dodatkiem 0,4% CaCO3 i 4% CH3COOH (w/w) (Qc = 6 mL/h);Figs. 3 a-c. are photomicrographs illustrating the transition of pectin microparticles from the continuous phase to glycerin. The circles with clearly marked edges correspond to the microparticles in the continuous phase, while the poorly defined shapes correspond to the particles that passed into glycerin, d - shows a micrograph of the pectin gel network made with the use of a scanning electron microscope. The experiments were carried out using the microfluidic system shown in Fig. 2 with a 0.5% (w / w) pectin solution (Qd = 1 mL / h) and rapeseed oil with 0.4% CaCO3 and 4% CH3COOH (w / w) (Qc = 6 mL / h);

fig. 4 schematycznie ilustruje zmodyfikowany system (dodatkowy moduł) do badania wpływu poszczególnych składników mieszaniny reakcyjnej na struktury otrzymywanych mikrożeli pektynowych. Działanie systemu opierało się na: i) formułowaniu monodyspersyjnych kropli z roztworu pektyny, ii) dyfuzji czynników sieciujących z fazy ciągłej do rozpraszanej, iii) ekstrakcji in situ do fazy ciągłej niezawierającej czynników sieciujących oraz iv) odbieraniu uformowanych mikrocząstek i wtórnej żelifikacji;Fig. 4 schematically illustrates a modified system (additional module) for studying the influence of individual components of the reaction mixture on the structures of the pectin microgels obtained. The operation of the system was based on: i) formulation of monodisperse drops from the pectin solution, ii) diffusion of cross-linking agents from continuous to dispersed phase, iii) in situ extraction into the continuous phase without cross-linking agents, and iv) collecting the formed microparticles and secondary gelling;

fig. 5 prezentuje fotografie (a) żelu pektynowego oraz (b-d) żeli z enkapsulowanymi nanocząstkami: (b) Ag/SHC11H22N+(CH3)3, (c) Au/SHC11H22SO3-, (d) Au/SHC10H20COO-. Rezultat badań jakościowych;Figure 5 shows photographs of (a) pectin gels and (bd) gels with encapsulated nanoparticles: (b) Ag / SHC11H22N + (CH3) 3, (c) Au / SHC11H22SO3 - , (d) Au / SHC10H20COO - . The result of qualitative research;

fig. 6 ilustruje efekt czasu sieciowania. Wykres przedstawia czasowe profile rozpadu mikrożeli pektynowych sieciowanych w różnym czasie (1/2, 1, 3, 15, 24 h) i uwalniania z nich nanocząstek złota w roztworze EDTA pC 3. Mikrocząstki żelowe produkowane były z użyciem roztworu pektyny o stężeniu 0,5% i oleju rzepakowego z dodatkiem węglanu wapnia (0,4%) oraz kwasu octowego (4%). Szczegółowy opis eksperymentu podano w tekście;Fig. 6 illustrates the effect of crosslinking time. The graph shows the time profiles of decay of pectin microgels cross-linked at different times (1/2, 1, 3, 15, 24 h) and the release of gold nanoparticles from them in EDTA pC 3 solution. Gel microparticles were produced using a pectin solution with a concentration of 0.5 % and rapeseed oil with the addition of calcium carbonate (0.4%) and acetic acid (4%). A detailed description of the experiment is given in the text;

fig. 7 przedstawia wartości absorbancji w funkcji czasu mierzone w zawiesinie mikrożeli pektynowych w pięciu różnych stężeniach EDTA (pC 5; 4; 3,3; 3 i 2) oraz w wodzie (ślepa próba). Mikrożele otrzymano z użyciem 0,5% roztworu pektyny i oleju rzepakowego z dodatkiem węglanu wapnia (0,4%) oraz kwasu octowego (4%). Szczegółowy opis eksperymentu podano w tekście;Figure 7 shows the absorbance values as a function of time measured in a suspension of pectin microgels at five different EDTA concentrations (pC 5; 4; 3.3; 3 and 2) and in water (blank). Microgels were obtained with the use of 0.5% pectin solution and rapeseed oil with the addition of calcium carbonate (0.4%) and acetic acid (4%). A detailed description of the experiment is given in the text;

fig. 8 przedstawia przekształcone dane z Fig. 7. Wyniki znormalizowano względem wartości absorbancji (Amax) przy PCEDTA 2 dla t = 7 h;Fig. 8 shows the transformed data of Fig. 7. Results were normalized to the absorbance value (Amax) of PCEDTA 2 at t = 7 h;

fig. 9 ilustruje czasowe profile uwalniania AuNPs z mikrożeli. Fazę rozpraszaną stanowiła mieszanina 0,5% roztworu pektyny z roztworem AuNPs w stosunku objętościowym 2:1 (P). Fazę ciągłą stanowił olej rzepakowy z dodatkiem węglanu wapnia (Ca) i kwasu octowego (H). Ilości Ca i H podano w tabeli w procentach wagowych. Szczegółową procedurę eksperymentalną podano w tekście. Punkty na wykresach odzwierciedlają średnie wartości absorbancji obliczone dla dwóch pomiarów;Figure 9 illustrates the temporal release profiles of AuNPs from microgels. The dispersed phase was a mixture of 0.5% pectin solution with AuNPs solution in a volume ratio of 2: 1 (P). The continuous phase was rapeseed oil with the addition of calcium carbonate (Ca) and acetic acid (H). The amounts of Ca and H are given in weight percent in the table. The detailed experimental procedure is given in the text. The points on the graphs reflect the mean absorbance values calculated for the two measurements;

fig. 10 ilustruje czasowe profile uwalniania AuNPs z mikrożeli. Fazę rozpraszaną stanowiła mieszanina 1% roztworu pektyny z roztworem AuNPs w stosunku objętościowym 2:1 (P). Fazę ciągłą stanowił olej rzepakowy z dodatkiem węglanu wapnia (Ca) i kwasu octowego (H). Ilości Ca i H podano w tabeli w procentach wagowych. Szczegółową procedurę eksperymentalną podano w tekście. Punkty na wykresach odzwierciedlają średnie wartości absorbancji obliczone dla dwóch pomiarów;Figure 10 illustrates the temporal release profiles of AuNPs from microgels. The dispersed phase was a mixture of 1% pectin solution with AuNPs solution in a 2: 1 volume ratio (P). The continuous phase was rapeseed oil with the addition of calcium carbonate (Ca) and acetic acid (H). The amounts of Ca and H are given in weight percent in the table. The detailed experimental procedure is given in the text. The points on the graphs reflect the mean absorbance values calculated for the two measurements;

tabela 4 prezentuje wyniki badań rozpuszczalności soli wapnia w lodowatym kwasie octowym oraz mieszalności otrzymanych roztworów (sól-kwas) z olejem rzepakowym. Wyjaśnienie symboli: (++) - dobra, (+) - słaba, (-) - nierozpuszczalny lub niemieszalny; tabela 5 przedstawia dobór rodzaju nanocząstek do enkapsulacji w żelach pektynowych. W eksperymencie wykorzystano roztwory nanocząstek o stężeniu 1,5 mg/mL, 0,5% wodny roztwór pektyny oraz 0,5% roztwór CaCI2. Fotografie otrzymanych żeli zaprezentowano na Fig. 5;Table 4 presents the results of studies on the solubility of calcium salts in glacial acetic acid and the miscibility of the obtained solutions (salt-acid) with rapeseed oil. Explanation of symbols: (++) - good, (+) - weak, (-) - insoluble or immiscible; Table 5 presents the selection of the type of nanoparticles for encapsulation in pectin gels. The experiment used nanoparticle solutions with a concentration of 1.5 mg / mL, 0.5% aqueous pectin solution and 0.5% CaCl2 solution. Photographs of the obtained gels are shown in Fig. 5;

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Do wytwarzania monodyspersyjnych mikrożeli pektynowych stosuje się prosty układ mikroprzepływowy typu flow-focusing o wymiarach mikrokanałów równych 400 x 400 gm wykonywany wg procedury opisanej w [Ogończyk, D., Węgrzyn, J., Jankowski, P., Dąbrowski, B. & Garstecki, P. Lab onFor the production of monodisperse pectin microgels, a simple flow-focusing microflow system with microchannel dimensions equal to 400 x 400 gm is used, performed according to the procedure described in [Ogończyk, D., Węgrzyn, J., Jankowski, P., Dąbrowski, B. & Garstecki, P. Lab on

PL 215 011 B1 a chip 10, 1324-1327 (2010)] i modyfikowany wg procedury opisanej w [P. Jankowski, D. Ogończyk, A. Kosiński, W. Lisowski and P. Garstecki (submitted)]. Do produkcji stosuje się: 0,5% wodny roztwór pektyny (faza rozpraszana) oraz olej rzepakowy z dodatkiem węglanu wapnia i kwasu octowego w ilościach 0,4% oraz 4% wagowych w stosunku do oleju rzepakowego (faza ciągła). Fazę ciągłą przygotowuje się następująco: węglan wapnia rozpuszcza się w lodowatym kwasie octowym, następnie otrzymany roztwór miesza się z olejem rzepakowym i poddaje się sonifikacji przez 2 h. Ostatnim etapem przygotowania fazy ciągłej jest jej filtrowanie z wykorzystaniem prostego filtru strzykawkowego o średnicy porów 1,2 ąm. Przygotowane w/w sposobem roztwory umieszcza się w dwóch strzykawkach, które następnie łączy się z mikroukładem za pomocą węży polietylenowych. Strzykawki umieszcza się w pompach strzykawkowych. Mikroukład łączy się z odbieralnikiem za pomocą polietylenowego węża wyprowadzającego. Za pomocą pomp strzykawkowych wtłacza się obie fazy do mikroukładu z prędkościami: 1 mL/h i 6 mL/h, odpowiednio dla fazy rozpraszanej i ciągłej. Otrzymywane mikrożele odbiera się do odbieralnika zawierającego wodę.PL 215 011 B1 a chip 10, 1324-1327 (2010)] and modified according to the procedure described in [P. Jankowski, D. Ogończyk, A. Kosiński, W. Lisowski and P. Garstecki (submitted)]. The following are used for production: 0.5% aqueous pectin solution (dispersed phase) and rapeseed oil with the addition of calcium carbonate and acetic acid in amounts of 0.4% and 4% by weight in relation to rapeseed oil (continuous phase). The continuous phase is prepared as follows: calcium carbonate is dissolved in glacial acetic acid, then the obtained solution is mixed with rapeseed oil and sonicated for 2 hours. The last step in the preparation of the continuous phase is its filtration using a simple syringe filter with a pore diameter of 1.2 ąm. The solutions prepared in the above-mentioned manner are placed in two syringes, which are then connected to the microcircuit with the use of polyethylene hoses. The syringes are placed in syringe pumps. The microcircuit connects to the receiver via a polyethylene discharge hose. The two phases are forced into the microcircuit with the aid of syringe pumps at the rates of 1 mL / h and 6 mL / h for the dispersed and continuous phases, respectively. The resulting microgels are collected in a receptacle containing water.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Do wytwarzania monodyspersyjnych mikrożeli pektynowych stosuje się prosty układ mikroprzepływowy typu flow-focusing o wymiarach mikrokanałów równych 400 x 400 ąm wykonywany wg procedury opisanej w [Ogończyk, D., Węgrzyn, J., Jankowski, P., Dąbrowski, B. & Garstecki, P. Lab on a chip 10, 1324-1327 (2010)] i modyfikowany wg procedury opisanej w [P. Jankowski, D. Ogończyk, A. Kosiński, W. Lisowski and P. Garstecki (submitted)]. Do produkcji stosuje się: 0,5% wodny roztwór pektyny i 1,5 mg/mL wodny roztwór nanocząstek złota AU/SHC10H20COO- w objętościowym stosunku 2:1 (faza rozpraszana) oraz olej rzepakowy z dodatkiem węglanu wapnia i kwasu octowego w ilościach 0,4% oraz 10% wagowych w stosunku do oleju rzepakowego (faza ciągła). Fazę ciągłą przygotowuje się następująco: węglan wapnia rozpuszcza się w lodowatym kwasie octowym, następnie otrzymany roztwór miesza się z olejem rzepakowym i poddaje się sonifikacji przez 2 h. Ostatnim etapem przygotowania fazy ciągłej jest jej filtrowanie z wykorzystaniem prostego filtru strzykawkowego o średnicy porów 1,2 μm. Przygotowane w/w sposobem roztwory umieszcza się w dwóch strzykawkach, które następnie łączy się z mikroukładem za pomocą węży polietylenowych. Strzykawki umieszcza się w pompach strzykawkowych. Mikroukład łączy się z odbieralnikiem za pomocą polietylenowego węża wyprowadzającego. Za pomocą pomp strzykawkowych wtłacza się obie fazy do mikroukładu z prędkościami: 1 mL/h i 9 mL/h, odpowiednio dla fazy rozpraszanej i ciągłej. Otrzymywane mikrożele odbiera się do odbieralnika zawierającego wodę.For the production of monodisperse pectin microgels, a simple flow-focusing microflow system with microchannel dimensions equal to 400 x 400 μm is used, performed according to the procedure described in [Ogończyk, D., Węgrzyn, J., Jankowski, P., Dąbrowski, B. & Garstecki, P. Lab on a chip 10, 1324-1327 (2010)] and modified according to the procedure described in [P. Jankowski, D. Ogończyk, A. Kosiński, W. Lisowski and P. Garstecki (submitted)]. For production, the following are used: 0.5% aqueous pectin solution and 1.5 mg / mL aqueous solution of gold nanoparticles AU / SHC10H20COO - in a volume ratio of 2: 1 (dispersed phase) and rapeseed oil with the addition of calcium carbonate and acetic acid in amounts of 0 , 4% and 10% by weight in relation to rapeseed oil (continuous phase). The continuous phase is prepared as follows: calcium carbonate is dissolved in glacial acetic acid, then the obtained solution is mixed with rapeseed oil and sonicated for 2 hours. The last step in the preparation of the continuous phase is its filtration using a simple syringe filter with a pore diameter of 1.2 μm. The solutions prepared in the above-mentioned manner are placed in two syringes, which are then connected to the microcircuit with the use of polyethylene hoses. The syringes are placed in syringe pumps. The microcircuit connects to the receiver via a polyethylene discharge hose. By means of syringe pumps, both phases are forced into the microcircuit at the rates: 1 mL / h and 9 mL / h for the dispersed and continuous phases, respectively. The resulting microgels are collected in a receptacle containing water.

Podsumowanie wyników otrzymanych w w/w przykładach realizacjiSummary of the results obtained in the above-mentioned examples of implementation

Sterowanie w układzie mikroprzepływowym wielkością monodyspersyjnych mikrocząstek pektynowychControlling the size of monodisperse pectin microparticles in the microfluidic system

Do wytwarzania kropel wodnego roztworu pektyny wykorzystano układ mikroprzepływowy typu flow-focusing o wymiarach mikrokanałów 400 x 400 μm (Fig. 1). Sterowanie objętościowymi prędkościami przepływów fazy ciągłej (olej rzepakowy) pozwala na uzyskanie monodyspersyjnych kropel wodnego roztworu pektyny o stężeniu 0,5% wagowych o długości w zakresie od połowy do czterech szerokości kanałów, czyli 200-1600 μm, co odpowiada objętościom z zakresu 15-150 pL. Jak zostałoA flow-focusing microfluidic system with microchannel dimensions of 400 x 400 μm was used to produce drops of an aqueous pectin solution (Fig. 1). The control of volumetric flow rates of the continuous phase (rapeseed oil) allows to obtain monodisperse drops of an aqueous solution of pectin with a concentration of 0.5% by weight with a length ranging from half to four channel widths, i.e. 200-1600 μm, which corresponds to volumes in the range 15-150 pL. How was

-1/2 to pokazane na Fig. 1 wielkość otrzymywanych kropli skaluje się jak L/W ~ (Qd/Qc)-1/2, co nie odpowiada skalowaniu dla płynów newtonowskich.-1/2, the obtained droplet size shown in Fig. 1 scales as L / W ~ (Qd / Qc) -1/2 , which does not correspond to the scaling for Newtonian fluids.

Optymalizacja składu faz: ciągłej i rozpraszanej w celu formulacji mikrożeli pektynowychOptimization of the phase composition: continuous and dispersed for the formulation of pectin microgels

Celem wynalazku było opracowanie metody tworzenia biokompatybilnych mikrożeli pektynowych. W związku z tym jako bazę fazy ciągłej użyto jadalny olej, korzystniej rzepakowy. Składową fazy ciągłej były też niezbędne do żelowania pektyny czynniki sieciujące: jony wodorowe oraz kationy metali dwuwartościowych. Wybór kwasu octowego (E260) był podyktowany jego szerokimi zastosowaniami w przemyśle, jak również mieszalnością, zarówno z cieczami polarnymi jak i niepolarnymi, co umożliwia jego łatwą dyfuzję z fazy ciągłej do rozpraszanej. Wybór soli metalu był podyktowany niską toksycznością soli wapnia, a także ich bardzo dobrą rozpuszczalnością w kwasie octowym. Testowano sześć różnych soli wapnia (Tabela 4) pod kątem rozpuszczalności w kwasie octowym oraz mieszalności uzyskanego roztworu z olejem rzepakowym. Na podstawie otrzymanych wyników do otrzymywania mikrożeli pektynowych najkorzystniej jest stosować czynniki sieciujące: węglan wapnia rozpuszczony w lodowatym kwasie octowym.The aim of the invention was to develop a method of creating biocompatible pectin microgels. Accordingly, an edible oil, more preferably rapeseed oil, was used as the base for the continuous phase. The components of the continuous phase were also the cross-linking factors necessary for pectin gelation: hydrogen ions and cations of divalent metals. The choice of acetic acid (E260) was dictated by its wide industrial applications as well as its miscibility with both polar and nonpolar liquids, allowing it to easily diffuse from the continuous to the disperse phase. The choice of the metal salt was dictated by the low toxicity of the calcium salts as well as their very good solubility in acetic acid. Six different calcium salts (Table 4) were tested for solubility in acetic acid and the miscibility of the resulting solution with rapeseed oil. On the basis of the obtained results, it is most advantageous to use cross-linking agents for the preparation of pectin microgels: calcium carbonate dissolved in glacial acetic acid.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Systemy do otrzymywania monodyspersyjnych mikrocząstek żelowych w układzie mikroprzepływowymSystems for the preparation of monodisperse gel microparticles in a microfluidic system

Do otrzymywania żelowych mikrocząstek pektynowych skonstruowano system mikroprzepływowy, którego schemat zaprezentowano na Fig. 2.For the preparation of gel pectin microparticles, a microfluidic system was constructed, the diagram of which is presented in Fig. 2.

Idea prezentowanego systemu była następująca. W układzie mikroprzepływowym formułowano monodyspersyjne krople o żądanej wielkości (Fig. 1). Fazą rozpraszaną był roztwór pektyny o zadanym stężeniu, a fazę ciągłą stanowił olej rzepakowy z dodatkiem czynników sieciujących (sól wapnia i kwas octowy). Doświadczalnie sprawdzono, że dodatek tych czynników nie ma większego wpływu, w porównaniu z czystym olejem, na proces formowania kropel. Uformowane w mikroukładzie krople ulegały żelowaniu w wyniku kontaktu z fazą ciągłą; na skutek dyfuzji czynników sieciujących do fazy rozpraszanej. Omawiany proces żelowania ma charakter kinetyczny, co oznacza, że można go kontrolować czasem. Z kolei, czasem żelowania można sterować np. ustalając odpowiednią długość drogi żelowania czy zmieniając objętościowe prędkości przepływów. Eksperymentalnie dobrano długość drogi żelowania, która wynosiła 100 cm (odpływowy wąż polietylenowy o średnicy wewnętrznej 0,76 mm) przy zadanym przepływie całkowitym nie przekraczającym 10 mL/h. Uformowane mikrocząstki odbierano do rezerwuaru z wodą, gdzie następowało ich dalsze żelowanie. Proces ten następował na skutek: i) dyfuzji czynników sieciujących z fazy ciągłej do wody w odbieralniku, ii) wtórnej dyfuzji jonów zamkniętych już w mikrocząstce (żelowanie do wewnątrz uformowanej kapsuły). Należy zaznaczyć, że mikrocząstki gromadziły się na granicy faz olej-woda. W miarę postępu procesu, mikrożele przechodziły z fazy olejowej do wody i opadały grawitacyjnie na dno zbiornika. Wytworzone w systemie mikrożele oraz przykładową strukturę żelu otrzymanego w/w sposobem przedstawiono na Fig. 3.The idea of the presented system was as follows. In the microflow system, monodisperse droplets of the desired size were formulated (Fig. 1). The dispersed phase was a pectin solution with a given concentration, and the continuous phase was rapeseed oil with the addition of cross-linking agents (calcium salt and acetic acid). It has been experimentally verified that the addition of these factors has no major influence on the drop formation process compared to pure oil. The droplets formed in the microcircuit gelled as a result of contact with the continuous phase; due to diffusion of cross-linking agents into the dispersed phase. This gelling process is kinetic in nature, which means that it can be controlled over time. In turn, the gelation time can be controlled, for example, by setting the appropriate length of the gelation path or changing the volumetric flow velocities. The length of the gelation path was experimentally selected, which was 100 cm (a drainage polyethylene hose with an internal diameter of 0.76 mm) with a given total flow not exceeding 10 mL / h. The formed microparticles were collected into a reservoir of water where their further gelling took place. This process was due to: i) diffusion of cross-linking agents from the continuous phase to water in the receiver, ii) secondary diffusion of ions already enclosed in the microparticle (gelation inside the formed capsule). It should be noted that the microparticles accumulated at the oil-water interface. As the process progressed, the microgels passed from the oil phase to the water and fell by gravity to the bottom of the tank. The microgels produced in the system and an exemplary structure of the gel obtained in the above-mentioned method are shown in Fig. 3.

W związku z tym, że dalsze eksperymenty polegały na badaniu wpływu poszczególnych składników mieszanin reakcyjnych na strukturę otrzymywanych mikrożeli, zaproponowany system (Fig. 2) zmodyfikowano. Wprowadzono dodatkowy moduł, który umożliwiał ekstrakcję in situ mikrocząstek pektynowych z fazy ciągłej, zawierającej czynniki sieciujące, do fazy ciągłej nie zawierającej żadnych dodatków (Fig. 4). Ta modyfikacja umożliwiła uzyskanie powtarzalności pomiarów oraz wyeliminowała wpływ dyfuzji czynników sieciujących z fazy ciągłej do wody w odbieralniku.Due to the fact that further experiments consisted in examining the influence of individual components of the reaction mixtures on the structure of the obtained microgels, the proposed system (Fig. 2) was modified. An additional module was introduced which allowed the in situ extraction of pectin microparticles from the continuous phase containing the cross-linking agents into the continuous phase containing no additives (Fig. 4). This modification made it possible to obtain repeatability of measurements and eliminated the influence of diffusion of cross-linking agents from the continuous phase into the water in the receiver.

Enkapsulacja nanocząstek w mikrocząstkach żelu pektynowegoEncapsulation of nanoparticles in pectin gel microparticles

Potencjalnym zastosowaniem mikrożeli pektynowych są m.in. systemy kontrolowanego uwalniania cząstek substancji aktywnych. Jako modelowe substancje wykorzystano nanocząstki, które enkapsulowano w matrycy pektynowej. Jednocześnie, badanie procesów uwalniania nanocząstek z mikrożeli posłużyło do scharakteryzowania, otrzymywanych w różnych warunkach, mikrostruktur żelowych. Nanocząstki charakteryzują się bardzo małymi rozmiarami czy intensywnymi barwami, a procesy ich uwalniania mogą być monitorowane bez użycia skomplikowanej aparatury, np. wykorzystując techniki spektrofotometryczne.Potential applications of pectin microgels are, inter alia, systems for the controlled release of particles of active substances. Nanoparticles encapsulated in a pectin matrix were used as model substances. At the same time, the study of the processes of nanoparticle release from microgels was used to characterize the gel microstructures obtained under various conditions. Nanoparticles are characterized by very small sizes or intense colors, and the processes of their release can be monitored without the use of complicated equipment, e.g. using spectrophotometric techniques.

Dobór odpowiedniego rodzaju nanocząstek do enkapsulacjiSelection of the appropriate type of nanoparticles for encapsulation

Kolejny etap badań polegał na enkapsulacji w matrycy pektynowej nanocząstek złota i srebra o różnej chemii powierzchni (Tabela 5).The next stage of the research was to encapsulate gold and silver nanoparticles with different surface chemistry in a pectin matrix (Table 5).

Związki pektynowe są polianionami, dlatego rodzaj enkapsulowanych nanocząstek (ich chemia powierzchni) ma wpływ na sposób ich żelowania czy stabilność otrzymywanych struktur żelowych. Enkapsulacja NPs o ładunku dodatnim na powierzchni w matrycy pektynowej nie przyniosła spodziewanych rezultatów. Proces żelowania był wyjątkowo wolny, w wyniku czego otrzymywane żele „rozmywały się i ulegały niebywale dużym deformacjom (Fig. 5b). Prawdopodobnie dodatni ładunek zgromadzony na powierzchni NPs w dużym stopniu utrudniał (spowalniał) dyfuzję jonów i sieciowanie żelu (oddziaływania elektrostatyczne). Znacznie lepsze wyniki uzyskano stosując NPs z ujemnie naładowanymi powierzchniami. Jednakże rodzaj płaszcza okazał się być kluczowym elementem. W przypadku zastosowania nanocząstek złota pokrytych SHC11H22SO3- otrzymano żele o nieco gorszej charakterystyce (Tabela 5). Proces żelowania był wydłużony, co powodowało, że otrzymywane żele były zniekształcone. Przypuszczalnie, szybkość żelowania jest determinowana reakcją uboczną - wychwytywaniem i przyłączaniem jonów wapnia przez płaszcz SHC11H22SO3-. Sprawdzono, iż w wyniku reakcji SHC10H22SO3- z jonami wapnia strąca się osad. Najlepsze rezultaty uzyskano dla NPs pokrytych SHC10H20COO-, dlatego ten rodzaj nanocząstek stosowano do badania struktur żelowych otrzymywanych w różnych warunkach. Należy zauważyć, iż ładunek płaszcza nanocząstek Au/SHC10H20COO może ulegać zmianie pod wpływem pH (protonowanie grup karboksylowych w środowisku kwaśnym), co może być znaczące przy formulacji mikrożeli z użyciem opracowanych systemów.Pectic compounds are polyanions, therefore the type of encapsulated nanoparticles (their surface chemistry) affects the way of their gelation and the stability of the obtained gel structures. Encapsulation of positively charged NPs on the surface in the pectin matrix did not bring the expected results. The gelling process was extremely slow, as a result of which the obtained gels "blurred and underwent extremely large deformations (Fig. 5b). Probably the positive charge accumulated on the NPs surface to a large extent hindered (slowed down) the diffusion of ions and gel cross-linking (electrostatic interactions). Much better results were obtained with NPs with negatively charged surfaces. However, the type of coat turned out to be a key element. In the case of using gold nanoparticles coated with SHC11H22SO3- gels with slightly worse performance were obtained (Table 5). The gelling process was prolonged, which caused the obtained gels to be distorted. Presumably, the rate of gelation is determined by a side reaction - the capture and attachment of calcium ions through the SHC11H22SO3 mantle-. It was verified that as a result of the reaction SHC10H22SO3- a precipitate forms with calcium ions. The best results were obtained for NPs coated with SHC10H20COO-therefore, this type of nanoparticles was used to study gel structures obtained under various conditions. It should be noted that the charge of the coat of Au / SHC10H20COO nanoparticles it can be changed under the influence of pH (protonation of carboxyl groups in acidic environment), which can be significant when formulating microgels with the use of developed systems.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Badanie wpływu różnych czynników na strukturę mikrożeli pektynowychInvestigation of the influence of various factors on the structure of pectin microgels

Na morfologię żeli pektynowych mają wpływ m.in. takie czynniki jak: rodzaj i stężenie jonu metalu czy pektyny, pH środowiska, temperatura czy czas żelowania.The morphology of pectin gels is influenced, among others, by factors such as: type and concentration of a metal ion or pectin, pH of the environment, temperature and gel time.

Kolejny etap badań polegał na sprawdzaniu efektów różnych czynników na strukturę mikrożeli pektynowych otrzymywanych w opracowanym systemie mikroprzepływowym (Fig. 4). W eksperymentach wykorzystano niskometylowaną amidowaną pektynę, o średniej wrażliwości na jony wapnia, której proces żelowania nie jest zależny od temperatury. Testowano czas żelowania oraz różną zawartość komponentów mieszanin reakcyjnych: ilość soli wapnia i stężenia jonów H+ czy pektyny. Należy nadmienić, iż uwalnianie substancji z matryc pektynowych do czystej wody jest procesem długotrwałym (czas rzędu dni czy tygodni). Dlatego, w celu jego przyspieszenia, badania prowadzono z użyciem soli disodowej kwasu etylenodiaminotetraoctowego (EDTA). EDTA skutecznie kompleksuje jony wapnia, destabilizując strukturę żelu i uwalniając enkapsulowane nanocząstki w stosunkowo krótkim czasie, co niezwykle ułatwia prowadzenie eksperymentów.The next stage of the research consisted in checking the effects of various factors on the structure of pectin microgels obtained in the developed microfluidic system (Fig. 4). The experiments used low-methylated amidated pectin with medium sensitivity to calcium ions, the gelling process of which is not dependent on the temperature. The gel time and the different content of the components of the reaction mixtures were tested: the amount of calcium salts and the concentration of H + ions or pectin. It should be mentioned that the release of substances from pectin matrices into pure water is a long-term process (time of the order of days or weeks). Therefore, in order to accelerate it, studies were carried out with the disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). EDTA effectively complexes calcium ions, destabilizing the structure of the gel and releasing encapsulated nanoparticles in a relatively short time, which greatly facilitates the conduct of experiments.

Efekt czasu żelowaniaGel time effect

Kolejne eksperymenty dotyczyły sprawdzenia wpływu czasu sieciowania mikrożeli pektynowych. Wpływ czasu żelowania sprawdzano wykorzystując mikrożele z enkaspulowanymi nanocząstkami złota Au/SHC10H20COO-, które wyprodukowano używając 0,5% roztwór wodny pektyny i roztwór wodny nanocząstek o stężeniu 1,5 mg/mL w stosunku objętościowym 2:1 (jako faza rozpraszana) oraz z oleju rzepakowego z dodatkiem 0,4% węglanu wapnia i 4% kwasu octowego (jako faza ciągła). Objętościowe szybkości przepływów wynosiły 1 i 9 ml/h, odpowiednio dla fazy rozpraszanej i ciągłej, a objętość tak wytwarzanych kropel wynosiła 30 pL. Porcja analizowanych mikrocząstek (pojedyncza próbka) produkowana była przez 15 minut i odbierana do 1,5 mL wody. W rezultacie objętość pojedynczej badanej próbki wynosiła blisko 1,75 mL (analizowano tylko fazę wodną, natomiast faza olejowa była usuwana). Po zadanym czasie żelowania (0,5 h, 1 h, 3 h, 15 h lub 24 h) do próbki dodawano 10 mL roztworu EDTA o pC 3. Do monitorowania procesu uwalniania wykorzystano spektrofotometr i kuwetę o szerokości 3 cm (droga optyczna). Pomiary absorpcji miały charakter ciągły, interwał czasowy wynosił 5 minut, a całkowity czas pomiaru był równy 60 minut. W czasie pomiarów próbka była mieszana.The next experiments focused on checking the effect of cross-linking time of pectin microgels. The effect of the gelation time was checked using microgels with encapsulated gold Au / SHC10H20COO - gold nanoparticles, which were produced using a 0.5% aqueous solution of pectin and an aqueous solution of nanoparticles with a concentration of 1.5 mg / mL in a 2: 1 volume ratio (as the dispersed phase) and with rapeseed oil with the addition of 0.4% calcium carbonate and 4% acetic acid (as a continuous phase). The volumetric flow rates were 1 and 9 ml / h for the dispersed and continuous phases, respectively, and the volume of the droplets so produced was 30 pL. A portion of the analyzed microparticles (a single sample) was produced for 15 minutes and collected in 1.5 mL of water. As a result, the volume of a single tested sample was close to 1.75 mL (only the water phase was analyzed, while the oil phase was removed). After the desired gelation time (0.5 h, 1 h, 3 h, 15 h or 24 h), 10 mL of pC 3 EDTA solution was added to the sample. A spectrophotometer and a 3 cm wide cuvette (optical path) were used to monitor the release process. Absorption measurements were continuous, the time interval was 5 minutes, and the total measurement time was 60 minutes. The sample was mixed during the measurements.

Należy podkreślić, że proces żelowania ma charakter kinetyczny, czyli jest uwarunkowany czasem kontaktu kropel roztworu pektyny z czynnikami sieciującymi oraz czasem wtórnej dyfuzji jonów zamkniętych w mikrocząstkach (żelowanie do wewnątrz uformowanych kapsuł). Wpływ czasu na proces sieciowania mikrożeli pektynowych został przedstawiony na Fig. 6.It should be emphasized that the gelling process is kinetic, i.e. it is determined by the contact time of pectin solution drops with cross-linking agents and the time of secondary diffusion of ions enclosed in microparticles (gelation inside the formed capsules). The effect of time on the cross-linking process of pectin microgels is shown in Fig. 6.

Interpretując uzyskane rezultaty można stwierdzić, iż czas żelowania jest bardzo istotnym czynnikiem. Otrzymane wyniki jednoznacznie pokazują, że sieciowanie zachodzi dwuetapowo. Należy zauważyć, że całkowity proces sieciowania był długi (godziny), pomimo że kontakt kropli polimeru z czynnikami sieciującymi był stosunkowo krótki (minuty). Czas potrzebny na całkowite usieciowanie dla mikrożeli o objętości 30 pL wynosił blisko 10 h. Wniosek ten wysnuto na podstawie małych różnic sygnałów w czasowych profilach uwalniania dla 3 h, 15 h oraz 24 h (Fig. 6). Do dalszych eksperymentów wybrano czas żelowania równy 12 h.Interpreting the obtained results, it can be concluded that the gel time is a very important factor. The obtained results clearly show that cross-linking takes place in two stages. It should be noted that the overall cross-linking process was long (hours), although the contact of the polymer drop with the cross-linking agents was relatively short (minutes). The time required for complete cross-linking for the 30 pL microgels was close to 10 h. This conclusion was drawn from the small signal differences in the time release profiles for 3 h, 15 h and 24 h (Fig. 6). A gel time of 12 h was selected for further experiments.

Wpływ stężenia EDTAEffect of EDTA concentration

Szybkość uwalniania NPs z matryc pektynowych zależy nie tylko od czasu sieciowania, lecz również uwarunkowana jest stężeniem soli kwasu etylenodiaminotetraoctowego.The rate of release of NPs from pectin matrices depends not only on the time of cross-linking, but also depends on the concentration of the ethylenediaminetetraacetic acid salt.

Efekt EDTA sprawdzano wykorzystując mikrożele z enkaspulowanymi nanocząstkami złota Au/SHC10H20COO-, które wyprodukowano używając 0,5% roztwór wodny pektyny i roztwór wodny nanocząstek o stężeniu 1,5 mg/mL w stosunku objętościowym 2:1 (jako faza rozpraszana) oraz z oleju rzepakowego z dodatkiem 0,4% węglanu wapnia i 4% kwasu octowego (jako faza ciągła). Objętościowe szybkości przepływów wynosiły 1 i 9 ml/h odpowiednio dla fazy rozpraszanej i ciągłej, a objętość tak wytwarzanych kropel wynosiła 30 pL. Porcja analizowanych mikrocząstek (pojedyncza próbka) produkowana była przez 10 minut i odbierana do 1,0 mL wody. W rezultacie objętość pojedynczej badanej próbki wynosiła blisko 1,17 mL (analizowano tylko fazę wodną, natomiast faza olejowa była usuwana). Czas żelowania pojedynczej próbki wynosił 12 h. Następnie do próbki dodawano 6,6 mL roztworu EDTA o zadanym stężeniu (zakres pC od 5 do 2). Do monitorowania procesu uwalniania wykorzystano spektrofotometr i kuwetę o szerokości 1 cm (droga optyczna). Pomiarów dokonywano po czasie: 1 h, 3 h, 1 h od dodania EDTA. W trakcie procesu uwalniania próbka była mieszana.The EDTA effect was checked using microgels with encapsulated gold Au / SHC10H20COO - gold nanoparticles, which were produced using a 0.5% aqueous solution of pectin and an aqueous solution of nanoparticles with a concentration of 1.5 mg / mL in a 2: 1 volume ratio (as the dispersed phase) and from oil rapeseed with the addition of 0.4% calcium carbonate and 4% acetic acid (as a continuous phase). The volumetric flow rates were 1 and 9 ml / h for the dispersed and continuous phases, respectively, and the volume of the droplets so produced was 30 pL. An aliquot of the analyzed microparticles (a single sample) was produced for 10 minutes and collected in 1.0 mL of water. As a result, the volume of a single test sample was close to 1.17 mL (only the water phase was analyzed, while the oil phase was removed). The gelation time of a single sample was 12 h. Then 6.6 mL of EDTA solution at a given concentration (pC range 5 to 2) was added to the sample. A spectrophotometer and a 1 cm wide cuvette (optical path) were used to monitor the release process. Measurements were made after the time: 1 h, 3 h, 1 h from the addition of EDTA. The sample was agitated during the release process.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

Wyniki przeprowadzonych eksperymentów z udziałem roztworów EDTA o różnym stężeniu (pC w zakresie od 5 do 2) i mikrożeli pektynowych z zaenkapsulowanymi nanocząstkami złota (tżelowania = 12 h) przedstawiono na Fig. 7 i Fig. 8.The results of the experiments carried out with EDTA solutions of various concentrations (pC ranging from 5 to 2) and pectin microgels with encapsulated gold nanoparticles (gelling = 12 h) are shown in Fig. 7 and Fig. 8.

Uzyskane wyniki potwierdziły, iż sterując stężeniem EDTA można łatwo kontrolować szybkość uwalniania nanocząstek z mikrożeli pektynowych. Dla przykładu, stosując roztwór EDTA pC 2 całkowite uwolnienie NPs następuje w ciągu około 10 min (Fig. 7). Z kolei zastosowanie roztworów EDTA o mniejszych stężeniach (pC < 2) powoduje wolniejszą degradację mikrożeli i uwolnienie mniejszej ilości NPs.The obtained results confirmed that by controlling the EDTA concentration, the rate of nanoparticle release from pectin microgels can be easily controlled. For example, when using EDTA pC 2 solution, the complete release of NPs occurs in about 10 min (Fig. 7). On the other hand, the use of EDTA solutions with lower concentrations (pC <2) results in slower degradation of microgels and release of smaller amounts of NPs.

Do dalszych badań nad wpływem składu faz wybrano roztwór EDTA o stężeniu 1,41 mM (pC 2,85). Ta ilość czynnika chelatującego umożliwi obserwację różnic w szybkości degradacji mikrożeli o różnej strukturze w zadanym eksperymentalnym czasie 45 minut (testowanie wpływu różnych czynników).An EDTA solution with a concentration of 1.41 mM (pC 2.85) was selected for further studies on the effect of phase composition. This amount of chelating agent will enable the observation of differences in the degradation rate of microgels of different structure in the given experimental time of 45 minutes (testing the influence of various factors).

Wpływ składu faz: ciągłej i rozpraszanejInfluence of phase composition: continuous and dissipated

Do badań wpływu składu faz: ciągłej i rozpraszanej na uzyskiwane struktury mikrożeli potrzebna była odpowiednia procedura, która zapewniałaby miarodajne i powtarzalne wyniki. Dlatego tak istotne było uprzednie ustalenie optymalnego czasu żelowania i stężenia EDTA.To investigate the effect of the composition of the continuous and dispersed phases on the obtained microgel structures, an appropriate procedure was needed that would ensure reliable and reproducible results. That is why it was so important to determine the optimal gel time and EDTA concentration in advance.

Wpływ składu faz sprawdzano wykorzystując mikrożele z enkaspulowanymi nanocząstkami złota Au/SHC10H20COO-, które wyprodukowano używając 0,5% lub 1% roztwór wodny pektyny i roztwór wodny nanocząstek o stężeniu 1,5 mg/mL w stosunku objętościowym 2:1 (jako faza rozpraszana) oraz z oleju rzepakowego z dodatkiem 0,05% lub 0,4% lub 2% węglanu wapnia i 1% lub 4% lub 10% kwasu octowego (jako faza ciągła). Do produkcji mikrożeli zastosowano zmodyfikowany system mikroprzepływowy, który zapewniał powtarzalne warunki formulacji (schemat systemu przedstawiono na Fig. 4). Objętościowe szybkości przepływów wynosiły 1 i 9 mL/h odpowiednio dla fazy rozpraszanej i ciągłej, a objętość tak wytwarzanych kropel wynosiła 30 pL. Porcja analizowanych mikrocząstek (pojedyncza próbka) produkowana była przez 15 minut i odbierana do 1,5 mL wody. W rezultacie objętość pojedynczej badanej próbki wynosiła blisko 1,75 mL (analizowano tylko fazę wodną, natomiast faza olejowa była usuwana). Czas żelowania pojedynczej próbki wynosił 12 h. Następnie do próbki dodawano 10 mL roztworu EDTA o pC 2,85. Do monitorowania procesu uwalniania wykorzystano spektrofotometr i kuwetę o szerokości 3 cm (droga optyczna). Pomiary absorpcji miały charakter ciągły, interwał czasowy wynosił 3 minuty, a całkowity czas pomiaru był równy 45 minut. W czasie pomiarów próbka była mieszana. W tym celu wykorzystano specjalnie skonstruowany układ mieszający, który był sterowany regulatorem napięcia.The effect of the phase composition was checked using microgels with encapsulated gold Au / SHC10H20COO - gold nanoparticles, which were produced using a 0.5% or 1% aqueous solution of pectin and an aqueous solution of nanoparticles with a concentration of 1.5 mg / mL in a 2: 1 volume ratio (as a phase dispersed ) and rapeseed oil with the addition of 0.05% or 0.4% or 2% calcium carbonate and 1% or 4% or 10% acetic acid (as a continuous phase). For the production of microgels, a modified microfluidic system was used, which ensured reproducible formulation conditions (scheme of the system is shown in Fig. 4). The volume flow rates were 1 and 9 mL / h for the dispersed and continuous phases, respectively, and the volume of the droplets so produced was 30 pL. A portion of the analyzed microparticles (a single sample) was produced for 15 minutes and collected in 1.5 mL of water. As a result, the volume of a single tested sample was close to 1.75 mL (only the water phase was analyzed, while the oil phase was removed). The gelation time of a single sample was 12 h. Then 10 mL of EDTA solution with a pC of 2.85 was added to the sample. A spectrophotometer and a 3 cm wide cuvette (optical path) were used to monitor the release process. Absorption measurements were continuous, the time interval was 3 minutes, and the total measurement time was 45 minutes. The sample was mixed during the measurements. For this purpose, a specially designed mixing system was used, which was controlled by a voltage regulator.

Badania wpływu składu faz polegały na testowaniu: i) stężenia użytej pektyny (0,5% i 1%), ii) stężenia kwasu octowego w oleju rzepakowym (1%, 4%, 10%) oraz iii) ilości węglanu wapnia dodanej do fazy ciągłej (0,05%, 0,4%, 2%). Wyniki przeprowadzonych eksperymentów przedstawiono na fig. 9 i 10.The study of the effect of phase composition consisted in testing: i) the concentration of pectin used (0.5% and 1%), ii) the concentration of acetic acid in rapeseed oil (1%, 4%, 10%) and iii) the amount of calcium carbonate added to the phase continuous (0.05%, 0.4%, 2%). The results of the experiments carried out are shown in Figs. 9 and 10.

Analizując otrzymane wyniki, można stwierdzić, iż sterując stężeniem pektyny, jonów wodorowych czy ilością soli wapnia, można kontrolować strukturę uzyskiwanych mikrożeli. Najważniejsza obserwacja jakościowa, wynikająca z przeprowadzonych eksperymentów, dotyczyła kluczowej roli kwasu octowego przy formułowaniu stabilnych mikrożeli pektynowych. Wszystkie mikrożele wyprodukowane z użyciem kwasu octowego o niskim stężeniu (1%) oraz 0,5% roztworu pektyny były wyjątkowo niestabilne. Większość AuNPs została uwolniona jeszcze przed dodaniem EDTA. Z kolei, mikrocząstki wyprodukowane z użyciem 1% CH3COOH i 1% roztworu pektyny charakteryzowały się nieco większą stabilnością. W tym przypadku, AuNPs zostały uwolnione w ciągu około 15 minut po dodaniu EDTA. Co ciekawe, dla analizowanych mikrożeli (produkowane z wykorzystaniem 1% kwasu) nie zaobserwowano zależności szybkości uwalniania od ilości zastosowanego węglanu wapnia. Warto również zauważyć, że mikrocząstki te miały tendencję do łączenia się i tworzenia dużych aglomeratów. Z kolei, mikrożele wyprodukowane z wykorzystaniem kwasu octowego o największym testowanym stężeniu (10%) nie ulegały agregacji i pozostawały stabilne nawet po dodaniu czynnika kompleksującego wapń. Jedynie w przypadku mikroziaren wyprodukowanych z użyciem najmniejszej ilości węglanu wapnia (0,05%) zaobserwowano pewną destabilizację mikrocząstek (około 25% nanocząstek zostało uwolnionych). Najbardziej interesujące rezultaty otrzymano dla średniego stężenia użytego kwasu (4%). Mikrożele formułowane z użyciem 0,5% roztworu pektyny wykazywały podobne profile destabilizacji, uwalniając wszystkie nanocząstki w czasie ok 20 minut po dodaniu EDTA. Co ciekawe, mikrocząstki wyprodukowane z 1% roztworu pektyny degradowały wolniej, a tempo uwalniania było większe dla cząstek spreparowanych z użyciem większej ilości wapnia.By analyzing the obtained results, it can be concluded that by controlling the concentration of pectin, hydrogen ions or the amount of calcium salts, the structure of the obtained microgels can be controlled. The most important qualitative observation, resulting from the conducted experiments, concerned the key role of acetic acid in the formulation of stable pectic microgels. All microgels produced using low concentration acetic acid (1%) and 0.5% pectin solution were extremely unstable. Most of the AuNPs were released even before the addition of EDTA. On the other hand, the microparticles produced with 1% CH3COOH and 1% pectin solution were slightly more stable. In this case, the AuNPs were released approximately 15 minutes after the addition of the EDTA. Interestingly, for the analyzed microgels (produced with the use of 1% acid), no dependence of the release rate on the amount of calcium carbonate used was observed. It is also worth noting that these microparticles tended to stick together and form large agglomerates. On the other hand, microgels produced with the use of acetic acid with the highest concentration tested (10%) did not aggregate and remained stable even after adding the calcium complexing agent. Only in the case of the microbeads produced with the lowest amount of calcium carbonate (0.05%) some destabilization of the microparticles was observed (about 25% of the nanoparticles were released). The most interesting results were obtained for the average concentration of the acid used (4%). Microgels formulated with 0.5% pectin solution showed similar destabilization profiles, releasing all nanoparticles within about 20 minutes after adding EDTA. Interestingly, the microparticles produced from a 1% pectin solution degraded more slowly and the release rate was higher for particles prepared with more calcium.

PL 215 011 B1PL 215 011 B1

T a b e l a 4T a b e l a 4

Sól wapnia Calcium salt Rozpuszczalność w CH3COOH Solubility in CH3COOH Mieszalność z olejem rzepakowym Miscibility with rapeseed oil Obserwacje finalnych mieszanin Observations of final mixtures chlorek chloride ++ ++ + + zmętnienie oleju oil cloudiness mleczan lactate ++ ++ - - rozwarstwienie i wypadanie osadu delamination and loss of sediment octan acetate ++ ++ - - zmętnienie oleju i wypadanie osadu oil cloudiness and sediment loss węglan carbonate + + ++ ++ dobra mieszalność good miscibility szczawian oxalate + + - - rozwarstwienie i wypadanie osadu delamination and loss of sediment cytrynian citrate - - - - niemieszalny immiscible

T a b e l a 5T a b e l a 5

Zastosowane NPs NPs used Ładunek NPs NPs cargo Żelowanie - uwagi Gelation - remarks Ag/SHCnH22N+(CH3)3Ag / SHCnH22N + (CH3) 3 (+) (+) wyjątkowo wolne; finalnie uzyskano żel w kształcie „chmurki extremely slow; a cloud-shaped gel was finally obtained Au/SHC11H22SO3- Au / SHC11H22SO3 - (-) (-) wolne; otrzymano kapsułki (żele z ciekłym jądrem) free; capsules (gels with liquid nuclei) were obtained AU/SHC10H20COO· AU / SHC10H20COO (-) (-) szybkie; otrzymano jednolite żele (całkowicie zżelowane) fast; homogeneous gels (fully gelled) were obtained

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims (13)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób otrzymywania monodyspersyjnych mikrożeli pektynowych z wykorzystaniem układu mikroprzepływowego, obejmujący etapy: i) wytworzenia emulsji oraz ii) żelowania w wyniku dyfuzji do fazy rozpraszanej jonów sieciujących zawartych w fazie ciągłej, znamienny tym, że faza ciągła zawiera olej jadalny, zwłaszcza olej rzepakowy, sól wapnia oraz nietoksyczny, mieszalny z rozpuszczalnikami polarnymi i niepolarnymi kwas octowy, a fazę rozpraszaną stanowi wodny roztwór pektyny opcjonalnie zawierający nanocząstki.1. The method of obtaining monodisperse pectin microgels with the use of a microfluidic system, comprising the steps of: i) preparation of an emulsion and ii) gelling by diffusion into the dispersed phase of cross-linking ions contained in the continuous phase, characterized in that the continuous phase contains edible oil, especially rapeseed oil, calcium salt and non-toxic acetic acid miscible with polar and nonpolar solvents, and the dispersed phase is an aqueous pectin solution optionally containing nanoparticles. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako olej rzepakowy stosuje się olej rzepakowy z pierwszego tłoczenia.2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the rapeseed oil is virgin rapeseed oil. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że solą wapnia jest chlorek wapnia lub węglan wapnia.3. The method according to p. The process of claim 1 or 2, wherein the calcium salt is calcium chloride or calcium carbonate. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że solą jest węglan wapnia.4. The method according to p. The process of claim 3, wherein the salt is calcium carbonate. 5. Sposób według zastrz. 1 - 4, znamienny tym, że kwasem octowym jest kwas octowy lodowaty.5. The method according to p. A process as claimed in any one of the preceding claims, wherein the acetic acid is glacial acetic acid. 6. Sposób według zastrz. 1 - 5, znamienny tym, że stężenie kwasu w fazie ciągłej wynosi co najmniej 1,0% wagowych, korzystniej 10,0% wagowych.6. The method according to p. The process of any of the preceding claims, characterized in that the acid concentration in the continuous phase is at least 1.0 wt.%, More preferably 10.0 wt.%. 7. Sposób według zastrz. 1 - 6, znamienny tym, że stężenie soli w fazie ciągłej wynosi od 0,05% wagowych do 2,0% wagowych, korzystnie 0,4% wagowych.7. The method according to p. The process of any one of claims 1-6, characterized in that the salt concentration in the continuous phase is from 0.05% by weight to 2.0% by weight, preferably 0.4% by weight. 8. Sposób według zastrz. 1 - 7, znamienny tym, że pektynami są niskoestryfikowane amidowane pektyny.8. The method according to p. A process as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the pectins are low esterified amidated pectins. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że pektyna ma małą, średnią lub dużą wrażliwość na jony wapnia, korzystnie średnią wrażliwość na jony wapnia.9. The method according to p. 8. The method of claim 8, characterized in that the pectin has low, medium or high sensitivity to calcium ions, preferably medium sensitivity to calcium ions. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stężenie roztworu pektyny wynosi od 0,25% wagowych do 1,0% wagowych, korzystnie 0,5% wagowych.10. The method according to p. 9. The method of claim 9, characterized in that the concentration of the pectin solution is from 0.25 wt% to 1.0 wt%, preferably 0.5 wt%. 11. Sposób według zastrz. 1 - 10, znamienny tym, że dodatkowo obejmuje etap wymiany fazy ciągłej zawierającej olej.11. The method according to p. The process of any one of claims 1 to 10, further comprising the step of changing the oil-containing continuous phase. 12. Sposób według zastrz. 1 - 11, znamienny tym, że do fazy rozpraszanej enkapsuluje się nanocząstki o różnej chemii powierzchni, korzystnie o ujemnie naładowanej powierzchni, korzystniej pokryte SHC10H20COO-.12. The method according to p. A process as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that nanoparticles with different surface chemistry, preferably with a negatively charged surface, more preferably coated with SHC10H20COO - are encapsulated into the dispersed phase. 13. Sposób według zastrz. 1 - 12, znamienny tym, że w etapie wytworzenia emulsji zachodzi przepływ fazy ciągłej i fazy rozpraszanej.13. The method according to p. The process of any one of claims 1 to 12, characterized in that a flow of the continuous phase and the disperse phase takes place in the emulsion preparation step.
PL393195A 2010-12-10 2010-12-10 Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system PL215011B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL393195A PL215011B1 (en) 2010-12-10 2010-12-10 Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system
DE102011055861.6A DE102011055861B4 (en) 2010-12-10 2011-11-30 Process for the preparation of monodisperse pectin microgels using a microfluidic system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL393195A PL215011B1 (en) 2010-12-10 2010-12-10 Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL393195A1 PL393195A1 (en) 2012-06-18
PL215011B1 true PL215011B1 (en) 2013-10-31

Family

ID=46210715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL393195A PL215011B1 (en) 2010-12-10 2010-12-10 Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011055861B4 (en)
PL (1) PL215011B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH718106B1 (en) * 2020-11-18 2022-07-29 Microcaps Ag Process for the production of capsules with a matrix shell
CN114657171A (en) * 2022-03-11 2022-06-24 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) Micro bioreactor for enzyme immobilization and preparation method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8928370D0 (en) * 1989-12-15 1990-02-21 Unilever Plc Fluid composition
FR2829025A1 (en) * 2002-03-21 2003-03-07 Oreal Use of a cosmetic composition comprising an aqueous dispersion of microparticles of a natural polysaccharide gel to correct clinical signs of skin aging associated with cutaneous relaxation

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011055861B4 (en) 2018-09-20
DE102011055861A1 (en) 2012-09-06
PL393195A1 (en) 2012-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dima et al. Bioaccessibility study of calcium and vitamin D3 co-microencapsulated in water-in-oil-in-water double emulsions
Ghayempour et al. Tragacanth gum as a natural polymeric wall for producing antimicrobial nanocapsules loaded with plant extract
Hassani et al. Preparation of chitosan–TPP nanoparticles using microengineered membranes–Effect of parameters and encapsulation of tacrine
Venkatesan et al. Microencapsulation: a vital technique in novel drug delivery system
Huang et al. Microencapsulation of extract containing shikonin using gelatin–acacia coacervation method: a formaldehyde-free approach
Morelli et al. Chitosan and Poly (Vinyl Alcohol) microparticles produced by membrane emulsification for encapsulation and pH controlled release
Hu et al. All-natural food-grade hydrophilic–hydrophobic core–shell microparticles: Facile fabrication based on gel-network-restricted antisolvent method
Ogończyk et al. Microfluidic formulation of pectin microbeads for encapsulation and controlled release of nanoparticles
Huang et al. One-Step microfluidic synthesis of spherical and bullet-like alginate microcapsules with a core–shell structure
CN105125478A (en) Injectable nano-composite hydrogel having pH sensitive property
JPWO2004026457A1 (en) Method for producing microcapsules
Mark et al. Manufacture of chitosan microbeads using centrifugally driven flow of gel-forming solutions through a polymeric micronozzle
Tang et al. Fabrication of ultrastable water-in-oil high internal phase emulsion as versatile delivery vehicle through synergetic stabilization
JP2006519779A (en) Microencapsulation system and its application
Elsayed Controlled release alginate-chitosan microspheres of tolmetin sodium prepared by internal gelation technique and characterized by response surface modeling
Spyropoulos et al. Fabrication and utilization of bifunctional protein/polysaccharide coprecipitates for the independent codelivery of two model actives from simple oil-in-water emulsions
Lapitsky et al. Surfactant and polyelectrolyte gel particles for encapsulation and release of aromatic oils
PL215011B1 (en) Method for obtaining monodisperse pectin microgels using micro-flow system
Vadodaria et al. Fabrication of surfactant-polyelectrolyte complex using valvejet 3D printing-aided colloidal self assembly
CN103691373A (en) Method for preparing nano capsule
Locatelli-Champagne et al. Versatile encapsulation technology based on tailored pH-responsive Amphiphilic polymers: Emulsion gels and capsules
Mazumder et al. Formulation, development and in-vitro release effects of ethyl cellulose coated pectin microspheres for colon targeting
Buzia et al. The Study of Nystatin Release from Microcapsules Obtained by Ionotropic Gelation
Jia et al. High-gravity-assisted Fabrication of Self-assembled Colloidosomes
CN112494456B (en) Ethyl cellulose hollow microcapsule