PL244169B1

PL244169B1 - Sposób wytwarzania nanometrycznych cząstek kwasu stearynowego

Info

Publication number: PL244169B1
Application number: PL437597A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Smułek; Ewa Kaczorek
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2023-12-11
Also published as: PL437597A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nanometrycznych cząstek kwasu stearynowego, w którym kwas stearynowy podgrzewa się do temperatury 80°C w celu jego upłynnienia. Następnie wprowadza się do niego wodny roztwór ekstraktu z owoców Sapindus mukorossi, o stężeniu co najmniej 0,03% i temperaturze 80°C, w ilości takiej, aby zawartość kwasu stearynowego w mieszaninie nie przekraczała 2% sumarycznej objętości mieszaniny, cały czas prowadząc mieszanie za pomocą mieszadła wysokoobrotowego i utrzymując temperaturę 80°C. Otrzymaną emulsję poddaje się homogenizacji w sonikatorze ultradźwiękowym, a po jej zakończeniu emulsję umieszcza się w temperaturze 4°C i po zestaleniu się kwasu stearynowego uzyskuje się nanometryczne cząstki stałe.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cząstek o rozmiarach nanometrycznych na bazie kwasu stearynowego z wykorzystaniem ekstraktu zawierającego saponiny z owoców Sapindus mukorossi.

Układy koloidalne i nanokoloidalne znajdują szerokie zastosowanie we współczesnym przemyśle. Szczególnie dynamicznie rozwijający się przemysł farmaceutyczny i kosmetyczny oparty jest w dużej mierze na wykorzystaniu zawiesin nanometrycznych cząstek [Lambert, Gorantla i Janjic, Nanomedicine 2019, 14, 20]. Stanowią one podstawę do przygotowania preparatów użytków zewnętrznego, np. środków higieny osobistej czy maści, jak również leków stosowanych wewnętrznie [Raj, Jose, Sumod i Sabitha, J Pharm Bioallied Sci 2012, 4, 3, 186-193]. W obu wypadkach wykorzystuje się zarówno mikro- i nanocząstki w całości wykonane z substancji aktywnej, ale również takie w których substancja aktywna jest związana z powierzchnią nośną lub unieruchomiona w jego wnętrzu [Agarwala, Lvov, Sawant i Torchilin, J Controll Release 2008, 128, 3, 255-260].

W układach wielofazowych niezwykle ważne jest uzyskanie jednorodnej mieszaniny i ściśle zdefiniowanych parametrach. Najistotniejszym z nich jest rozmiar cząstek. Im mniejsza średnica cząstek tym większa powierzchnia wymiany masy, wynikająca z większego stosunku powierzchni cząstek do ich objętości. Ponadto mniejsze rozmiary cząstek powodują, że maleje ich tendencja do opadania grawitacyjnego, kiedy są one zawieszone w cieczy. Dodatkowo pożądanym parametrem jest monodyspersyjność otrzymanych cząstek. Im większy udział frakcji o możliwie identycznym rozmiarze tym łatwiej jest opisać właściwości cząstek, a produkt otrzymany z ich wykorzystaniem posiada bardziej przewidywalne właściwości, m.in. unika się powstawania lokalnych stref o innych parametrach fizycznych, co przekłada się bezpośrednio na trwałość produktu [Khan, Saeed i Khan, Arabian J Chem 2019, 12, 7, 908-931]. Oczekiwania użytkowników mikro- i nanocząstek są obecnie ukierunkowane na pozyskiwanie sfunkcjona lizowanych materiałów. Przez funkcjonalizację rozumie się najczęściej modyfikację powierzchni materiału, np. mikrocząstek, aby posiadał on pożądaną hydrofobowość, zwilżalność lub ładunek powierzchniowy [Mout, Moyano, Rana i Rotello, Chem Soc Rev 2012, 41, 7, 2539-2544].

Uzyskanie mikro- i nanocząstek spełniających opisane wyżej właściwości realizuje się poprzez dwie podstawowe strategie. Pierwsza zakłada otrzymanie cząstek z danego materiału a następnie ich selekcję, w celu wyodrębnienia pożądanej frakcji, a następnie ich ewentualną modyfikację. Druga strategia obejmuje metody, w których tak modyfikowany jest proces otrzymywania, aby w rezultacie uzyskać oczekiwane cząstki. Metoda proponowana w niniejszym zastrzeżeniu wpisuje się w dominującą i preferowaną współcześnie tą drugą strategię [Mout, Moyano, Rana i Rotello, Chem Soc Rev 2012, 41, 7, 2539-2544]. Literatura przedmiotu opisuje już wykorzystanie surfaktantów w celu otrzymania nanometrycznych cząstek na bazie lipidów. W tym celu wykorzystywane są zarówno surfaktanty syntetyczne, np. Tween 80 [Alarifi, Massadeh, Al-Agamy i in., Tropical J Pharm Res, 2020, 19, 5, 909-918] jak i naturalne, np. ramnolipidy [Azevedo, Cerqueira, Fucinos i in., Food Chem, 2021, 344, 128670] brak jednak doniesień o wykorzystaniu saponin.

Saponiny to grupa naturalnych związków chemicznych, które posiadają amfifilową budowę cząsteczek, charakterystyczną dla surfaktantów, gdzie hydrofilową część stanowi jedna lub kilka monosacharydów, a część hydrofobowa jest układem steroidowym lub triterpenowym. Występują one w wielu gatunkach roślin, przy czym szczególnie duże ich ilości są zawarte w łupinach owoców drzewa Sapindus mukorossi. Podstawową i najczęściej spotykaną techniką izolacji saponin jest ekstrakcja ciecz-ciało stałe, gdzie rozpuszczalnikiem jest woda lub małocząsteczkowe alkohole alifatyczne [Smułek, Zdarta, Łuczak, Krawczyk, Jesionowski i Kaczorek, Colloids Surf B 2016, 142, 207-213].

Należy podkreślić, że otrzymywanie cząstek kwasu stearynowego z wykorzystaniem ekstraktu z owoców Sapindus mukorossi, nie była dotąd opisana w literaturze.

Nanometryczne cząstki kwasu stearynowego otrzymane sposobem według wynalazku znajdują zastosowanie do celów kosmetycznych i farmaceutycznych, a także tworzenia kompozytów polimerowych, jako nanonapełniacze.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania nanometrycznych cząstek polegający na tym, że najpierw kwas stearynowy podgrzewa się do temperatury 80°C w celu jego upłynnienia. Na tym etapie można wprowadzić do układu hydrofobową substancję czynną, np. witaminy, takie jak witamina A lub C, w ilości nieprzekraczającej 2% ilości kwasu stearynowego. Następnie wprowadza się wodny roztwór ekstraktu z owoców Sapindus mukorossi (o stężeniu co najmniej 0,03%) o temperaturze 80°C, w ilości takiej, aby zawartość kwasu stearynowego w mieszaninie nie przekraczała 2% sumarycznej objętości mieszaniny, cały czas prowadząc mieszanie za pomocą mieszadła wysokoobrotowego i utrzymując zadaną temperaturę. Po 5 min otrzymaną emulsję poddaje się homogenizacji w sonikatorze ultradźwiękowym. Następnie emulsję umieszcza się w temperaturze 4°C. Po 1 godzinie otrzymuje się stałe nanometryczne cząstki.

Wykorzystany w metodzie ekstrakt z owoców Sapindus mukorossi korzystnie otrzymuje się za pomocą ekstrakcji metanolem w aparacie Soxhleta (100 ml rozpuszczalnika na 10 g rozdrobnionego materiału roślinnego). Proces prowadzony jest przez 6 godzin, a po jego zakończeniu następuje filtrowanie roztworu i odparowanie rozpuszczalnika. Otrzymany ekstrakt jest przechowywany w 4°C.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:

a) prostota wykonania,

b) krótki okres otrzymywania nanometrycznych cząstek kwasu stearynowego,

c) wykorzystanie substancji pochodzenia naturalnego i ich wysoka biokompatybilność, brak stosowania toksycznych reagentów,

d) ekonomiczność procesu ze względu na niski koszt procesu i użytych odczynników,

e) duża wydajność procesu otrzymywania nanometrycznych cząstek,

f) wysoką homogeniczność nanometrycznych cząstek związaną niskimi wartościami indeksu polidyspersyjności,

g) wysoka stabilność nanometrycznych cząstek w zawiesinie, brak agregacji cząstek w czasie przechowywania.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu został zanalizowany wybranymi metodami fizykochemicznymi, a dla porównania pokazano wyniki otrzymane dla nanometrycznych cząstek otrzymanych w analogiczny sposób, ale bez dodatku ekstraktu roślinnego jako emulgatora. Tabela 1 zawiera informacje na temat indeksu polidyspersyjności, średniego rozmiaru nanometrycznych cząstek oraz ich powierzchniowego potencjału elektrokinetycznego (dzeta).

Przykład I

Sposób wytwarzania nanometrycznych cząstek kwasu stearynowego.

Kwas stearynowy w ilości 0,8 g umieszczono w zlewce szklanej o objętości 100 ml i podgrzewano na płycie grzejnej do temperatury 80°C aż do całkowitego stopienia kwasu stearynowego. Równocześnie rozpuszczono suchy ekstrakt z owoców Sapindus mukorossi w 40 ml wody dejonizowanej (Mili-Q), tak aby uzyskać jego stężenie 0,03%, i podgrzano do temperatury 80°C. Następnie wlano roztwór ekstraktu do zlewki utrzymując stałą temperaturę oraz mieszając za pomocą mieszadła magnetycznego z prędkością 1000 rpm. Po 5 min umieszczono zlewkę w łaźni wodnej w 80°C i wprowadzono do powstałej emulsji sondę sonikatora ultradźwiękowego i rozpoczęto homogenizację (5 min, cykle 10 s/10 s, całkowita energia 4 kJ). Następnie mieszaninę umieszczono w temperaturze 4°C. Po upływie 1 godziny otrzymano gotowe nanometryczne cząstki, których właściwości prezentuje Tabela 1.

Przykład II

Sposób wytwarzania nanometrycznych cząstek kwasu stearynowego zawierających witaminę E w postaci octanu tokoferolu.

Przygotowano 200 ml 0,03% roztworu ekstraktu z owoców Sapindus mukorossi w wodzie dejonizowanej (Mili-Q) i podgrzano do temperatury 80°C. Następnie 4 g kwasu stearynowego umieszczono w zlewce o objętości 500 ml, którą umieszczono w łaźni wodnej utrzymującej temperaturę 80°C. Po całkowitym stopieniu kwasu stearynowego dodano do niego po 30 mg palmitynianu witaminy A i C, a następnie za pomocą mieszadła wysokoobrotowego (1000 rpm) uzyskano homogeniczną mieszaninę. Kolejnym etapem było zmieszanie tej mieszaniny z otrzymanym wcześniej roztworem wodnym ekstraktu. Proces prowadzono przy utrzymaniu stałej temperatury 80°C i ciągłego mieszania (1000 rpm), które utrzymano przez 10 min. Następnie otrzymaną emulsję umieszczono w łaźni wodnej w 80°C i wprowadzono do niej sondę sonikatora ultradźwiękowego i rozpoczęto homogenizację (10 min, cykle 10 s/10 s, całkowita energia 8 kJ). Następnie emulsję umieszczono w temperaturze 4°C. Po upływie 1 godziny otrzymano gotowe nanometryczne cząstki, których właściwości prezentuje Tabela 1.

PL 244169 Β1

Tabela 1

Sposób otrzymania n an o metr y czn y eh cząstek kwasu stearynowego	Średni rozmiar cząstek [nm]	Indeks polidyspcrsy jności [-1	Potencjał clektrokinetvczny [mV]
otrzymane bez ekstraktu roślinnego	688,0	0,218	-33,2
otrzymane z ekstraktem roślinnym ______ zawierające witaminy A i C otrzymane bez ekstraktu roślinnego	439,9	0,160 ..........................0,185.........................	-14,5 .........................-43,5...........................
zawierające witaminy A i C otrzymane z ekstraktem roślinnym	817,9	0,304	-54,1

Claims

1. Sposób wytwarzania nanometrycznych cząstek kwasu stearynowego, znamienny tym, że kwas stearynowy podgrzewa się do temperatury 80°C w celu jego upłynnienia, a następnie wprowadza się do niego wodny roztwór ekstraktu z owoców Sapindus mukorossi, o stężeniu co najmniej 0,03% i temperaturze 80°C, w ilości takiej, aby zawartość kwasu stearynowego w mieszaninie nie przekraczała 2% sumarycznej objętości mieszaniny, cały czas prowadząc mieszanie za pomocą mieszadła wysokoobrotowego i utrzymując temperaturę 80°C, następnie otrzymaną emulsję poddaje się homogenizacji w sonikatorze ultradźwiękowym, a po jej zakończeniu emulsję umieszcza się w temperaturze 4°C i po zestaleniu się kwasu stearynowego uzyskuje się nanometryczne cząstki stałe.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po całkowitym upłynnieniu kwasu stearynowego wprowadza się do niego hydrofobową substancję czynną, korzystnie palmitynianami witamin A i C, w ilości nieprzekraczającej 2% ilości kwasu stearynowego.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ekstrakt z owoców Sapindus mukorossi otrzymuje się za pomocą ekstrakcji metanolem w aparacie Soxhleta w proporcji 100 ml rozpuszczalnika na 10 g rozdrobnionego materiału roślinnego, w czasie 6 godzin, a po jego zakończeniu następuje filtrowanie roztworu i odparowanie rozpuszczalnika.