PT107208A - Micropartículas com afinidade para processos de purificação por acção da gravidade e método para a sua produção - Google Patents

Abstract

ESTA INVENÇÃO REFERE-SE À PREPARAÇÃO DE MICROPARTÍCULAS COM UMA CAMADA DE POLÍMERO MOLECULARMENTE IMPRESSO SINTETIZADO À SUPERFÍCIE UTILIZANDO GASES COMPRIMIDOS, E Á SUA APLICAÇÃO, ENTRE OUTRAS, EM SISTEMAS DE PURIFICAÇÃO POR ACÇÃO DA GRAVIDADE PARA REMOÇÃO DE DETERMINADAS IMPUREZAS DE MISTURAS NÃO REFINADAS PARTICULARMENTE MISTURAS FARMACÊUTICAS.

Description

Descrição

Micropartículas com afinidade para processos de purificação por acção da gravidade e método para a sua produção

Domínio técnico de invenção

Esta invenção refere-se à preparação de micropartículas preferencialmente esféricas com uma camada de polímero molecularmente impresso sintetizado à superfície utilizando gases comprimidos, e á sua aplicação, entre outras, em sistemas de purificação por acção da gravidade para remoção de determinadas impurezas de misturas não refinadas particularmente misturas farmacêuticas.

Antecedentes da invenção

Os processos tradicionais de purificação tais como cromatografia, resinas, destilação fraccionada, recristalização, membranas ou carvão activado são processos em que a matriz é desenhada sem nenhuma afinidade específica para a molécula a extrair.

Nos últimos anos os polímeros molecularmente impressos (MIPs) têm recebido muita atenção devido às suas propriedades receptoras que podem ser comparadas a anticorpos naturais. Os MIPs são sintetizados por co-polimerização de monómeros funcionais, reticulante e da molécula modelo ("template"), molécula para a qual a afinidade é desejada, num solvente de polimerização convencional. No fim do processo, a molécula modelo é removida do polímero, criando sítios específicos de ligação vazios complementares à molécula modelo, em tamanho, forma e grupos funcionais. Existem três principais métodos para a produção de MIPs, o processo de impressão molecular poderá ser: não-covalente, semi-covalente ou covalente, que apenas diferem no tipo de interações entre monómero e a molécula modelo durante a reacção, sendo a polimerização radicalar onde é utilizado um iniciador radicalar, o processo mais utilizado.

Os métodos convencionais para a produzir MIPs apresentam algumas limitações típicas, tais como: i) o polímero é obtido na forma de um bloco rígido, que tem de ser moído e peneirado; ii) o processo é muito demorado e iii) utiliza solventes orgânicos perigosos. Estas limitações levam a que, em termos de propriedades do polímero final, as partículas sejam irregulares, os sítios de interação sejam destruídos, a cinética de interação lenta, a geometria seja heterogénea e haja uma fraca acessibilidade aos locais livres de ligação.

Com o objectivo de aumentar a acessibilidade aos sítios formados na matriz polimérica por impressão molecular, vários tipos de partículas que contêm polímeros de impressão molecular na superfície da partícula têm sido desenvolvidas (por exemplo, sílica, óxido de alumínio titânio, polímeros) com formas regulares e irregulares, e com tamanhos de 400 nm a 150 μτη.

Uma camada de polímero MIP na superfície de um suporte promove uma elevada relação de sítios disponíveis à superfície por volume de partícula, uma boa dispersão, a cinética de ligação é favorecida e a molécula modelo contida na camada fina de MIP na superfície do suporte pode ser completamente removida para formar sítios efectivos de reconhecimento, bem como, controlar o tamanho e funcionalidade das partículas.

Os sistemas de partículas MIP para extração em fase sólida (SPE) são normalmente obtidos por polimerização em bloco e, portanto, têm que ser moídos e peneirados para obter os tamanhos de partículas desejados. Apenas uma fracção do polímero sintetizado é utilizado, tipicamente com dimensões entre 25 e 60 μτη. No entanto, a utilização dessas partículas na extracção de fase sólida normalmente envolve a aplicação de pressão ou vácuo tornando o processo mais dispendioso. Esta limitação pode ser ultrapassada aumentando o diâmetro médio das partículas com morfologia regular (acima de 75 μτη) , que podem ser mais facilmente empacotadas em colunas, diminuindo a resistência à passagem do fluxo no dispositivo de purificação, permitindo operar por acção da gravidade o que conduz a processos de separação mais económicos. O dióxido de carbono supercrítico (scC02) foi recentemente utilizado como um solvente alternativo para a síntese de MIPs com vantagens relativamente à síntese convencional destes materiais. Os MIPs são obtidos em apenas um só passo, sob a forma de pó solto, homogéneo, com morfologia e porosidade controladas, pronto a ser utilizado, com elevado grau de pureza e sem utilizar solventes orgânicos. No entanto as partículas de polímero MIP, têm um tamanho médio de partícula até 3 μτη, logo não podem ser utilizadas em colunas de separação por acção da gravidade necessitando da aplicação de pressão e/ou vácuo para funionarem adequadamente.

Nanopartícuias de sílica com uma camada de polímero (PMMA, Poli metil metacrilato) já foram produzidas em dióxido de carbono supercrítico. Também foram reportados métodos para revestir/encapsular polímero em nanopartículas utilizando C02 supercrítico como anti-solvente, mas sem interesse para processos por acção da gravidade.

Relativamente às partículas com tamanho acima de 75 μτη, foi reportado o uso de partículas MIP - sílica gel (210 -500 μτη) para serem utilizadas em colunas de cromatografia por gravidade para enriquecer antibióticos de β-lactama e o herbicida diquat, em que a camada de MIP foi produzida por métodos convencionais.

No entanto, não foram produzidas micropartícuias esféricas revestidas com MIP usando gases comprimidos, numa gama de tamanho de partícula superior a 75 μτη, para processos de separação por gravidade. A presente invenção descreve uma nova superfície esférica molecularmente impressa produzida usando gases comprimidos, em particular o C02 supercrítico e líquido, com importantes vantagens, não só em termos das propriedades finais dos MIPs, mas também em termos do processo em si, mais limpo e simples, num único passo, sem passos de secagem e purificação adicionais. As micropartícuias esféricas são obtidas secas, com morfologia controlada e prontas a serem empacotadas em colunas de extracção de fase sólida por acção da gravidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figura 1: Imagens obtidas através de microscopia de varrimento electrónica (SEM): a) Sílica; b) Sílica revestida com polímero por impressão molecular.

Figura 2: a) Funcionalização da sílica com MPS/EtOH em scC02; b) Revestimento da superfície com polímero por impressão molecular (MIP) com afinidade para a molécula modelo, acetamida.

Figura 3: Capacidade de reconhecimento da acetamida por grama de suporte, Si_NIP e Si_MIP.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção descreve um método para produzir micropartículas substancialmente esféricas com um diâmetro que varia entre 75 e 50 0 μττι, preferencialmente 75 a 200 μιη e com uma camada de polímero com impressão molecular (MIP) sobre um suporte esférico, usando dióxido de carbono comprimido ou liquefeito. Estas partículas têm como objectivo serem utilizadas em dispositivos de purificação, acção da gravidade por exemplo, cromatografia, adsorção entre outros, sem necessidade de aplicar pressão ou vácuo.

De acordo com a invenção, a camada MIP é sintetizada usando o dióxido de carbono comprimido, uma tecnologia limpa, na superfície do suporte que pode ser um polímero, copolímero, de sílica, à base de vidro, entre outros. As partículas são produzidas com afinidade específica para uma ou várias moléculas modelo. Dependendo do material do suporte e da camada de MIP, é possível controlar o inchamento das partículas. A superfície do suporte precisa ser previamente activada e/ou modificada, por exemplo, usando um ou mais agentes de ligação. A polimerização radicalar no suporte ocorre na presença do(s) monómero(s)(por exemplo, ácido metacrílico (MAA) ou metacrilamida (MAM)), da(s) molécula(s) modelo e do reticulante em dióxido de carbono comprimido (por exemplo etileno glicol dimetacrilato (EGDMA)), usando um co-solvente se necessário (por exemplo, etanol, metanol, diclorometano ou acetonitrilo). Os co-solventes são escolhidos de acordo com as suas propriedades, tais como, a polaridade, poder de dissolução e efeito porogénico. Opcionalmente para melhorar a morfologia das partículas pode ser adicionado à mistura reaccional um estabilizador anfifílico solúvel em C02 comprimido ou liquefeito por exemplo perfluoropoliéterés (PFPE) como o Krytox® entre outros. A dessorção da molécula modelo a partir das partículas revestidas com MIPs é feita num reactor de alta pressão sob condições supercríticas, utilizando um co-solvente. A dessorção da molécula modelo da camada MIP é realizada nas mesmas condições da síntese utilizando tipicamente um co-solvente orgânico por exemplo, 1 - 5 % de co-solvente , tais como, etanol, metanol, diclorometano ou acetonitrilo. A espessura, o grau de inchamento, a porosidade e a área superficial da camada MIP são controlados pelas condições de operação da polimerização tais como a temperatura, a pressão, a natureza e composição dos monõmeros funcionais, o grau de reticulação, a densidade do meio, a concentração de monómero e o uso de co-solvente. As moléculas modelo, os monõmeros e reticulantes (T / M / C) podem ser usados em diferentes composições molares que variam de acordo com o sistema, por exemplo, mas não limitadas a (1:4:20), (1:4:25), (1:4:30), (1:5:20), (1:5:25) OU (1:5:30). 0 processo ocorre num reactor de alta pressão, usando uma temperatura entre 20 e 100 °C e uma pressão de 40 - 400 bar, sob agitação, tipicamente até a polimerização estar substancialmente completa, preferencialmente até 24 horas.

As partículas revestidas com MIP são empacotadas em colunas de separação para funcionarem por acção da gravidade sendo particularmente úteis na remoção de impurezas de vários produtos químicos, especialmente na remoção de impurezas de misturas farmacêuticas. As partículas produzidas conduzem à remoção eficiente de impurezas de misturas farmacêuticas.

Exemplo 1 - Micropartículas esféricas de sílica revestidas com MIP com afinidade para a acetamida

Micropartículas esféricas de sílica com uma gama de tamanho entre 75 e 200 μτα, foram funcionalizadas usando MPS (3-(Trimetoxisilil) propil metacrilato)/etanol em meio supercrítico utilizando um reactor de alta pressão de 33 mL sob agitação, durante 24 horas a 40 °C e 200 bar. A Figura 1 apresenta esquematicamente o processo. No final do processo, as partículas são lavadas com uma corrente continua de C02 supercrítico durante 2 horas.

Uma camada de polímero com impressão molecular (MIP) é sintetizada sobre as partículas, usando como solvente dióxido de carbono comprimido. Desta forma introduz-se num reactor de alta pressão de 33 mL, as micropartículas esféricas (75 a 200 μτη) previamente funcionalizadas, acetamida ("Template", T) (1 mmol), ácido metacrílico ("Monómero", M) (4 mmol), etileno glicol dimetacrilato ("Reticulante", C)(20 mmol) e 1 % da massa total de monómeros de AIBN, Azobisisobutironitrilo ("Iniciador"). 0 reactor de alta pressão foi imerso num banho de água termostatizado aquecido por um controlador (Hart Scientific, Model 2200) que mantêm a temperatura a 65 °C com uma precisão de ± 0.01 °C. 0 C02 supercrítico é introduzido até atingir 20 MPa usando uma bomba de pistão da Gilson, modelo 305. Após atingir a pressão normal de operação, a corrente de C02 supercrítico passa através de uma válvula controladora de pressão (Jasco 880-81) que mantém a pressão do sistema constante. A pressão dentro do sistema é monotorizada com um transductor de pressão (Setra Systems Inc., Model 2 04) com uma precisão de ± 100 Pa. A reacção de polimerização ocorre durante 24 horas sob agitação.

As micropartículas esféricas com uma camada de polímero sem impressão molecular (NIP) sobre um suporte esférico, foram produzidas utilizando o mesmo procedimento mas na ausência da molécula modelo, a acetamida.

Após o final da reacção, as partículas foram inseridas novamente num reactor de alta pressão foi feita passar uma corrente de C02 em contínuo com 1 % de acetonitrilo, até a remoção substancialmente completa da acetamida e de todos os reagentes que possam não ter reagido. Então, o reactor de alta pressão foi removido do banho térmico, aberto e as partículas foram retiradas.

As partículas obtidas foram analisadas por microscopia electrónica de varrimento (SEM). As imagens são apresentadas na Figura 2.

As partículas produzidas foram compactadas, aproximadamente 400 mg, numa coluna de extracção de fase sólida. 10 mL de uma solução de acetamida (250 ppm) foi passada pela coluna, que opera apenas por acção da gravidade. A Figura 3 mostra a melhor performance dos suportes revestidos com MIP relativamente ao NIP.

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Definições "Suporte" refere-se a qualquer suporte inorgânico (por exemplo, sílica, com base em vidro), ou polímero orgânico suportado de qualquer forma (por exemplo, partículas, nanopartícuias, planares ou estruturas 3D). "Partícula" refere-se a partículas com tamanho micron, cuja principal característica é ter um suporte (camada) de estrutura diferente. "Nanopartículas" refere-se a partículas orgânicas ou inorgânicas, com diâmetro médio de partícula inferior a 1 μτη. "Colunas por acção da gravidade" refere-se a colunas contendo partículas grandes e operam por fluxo gravitacional. "Impurezas" refere-se a compostos que contaminam qualquer substância pura. "Misturas farmacêuticas" refere-se a extratos reais.

Lisboa 29 de Setembro 2014

Claims (26)

1. Reivindicações 1. Método de produção de partículas com reconhecimento molecular compostas por uma partícula de suporte e uma camada de polímero com impressão molecular caracterizado pelo facto da camada de polímero ser sintetizada em gás comprimido na superfície da partícula de suporte, fazendo reagir um ou vários monómeros e reticulante, na presença de uma ou mais moléculas modelo.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto do gás comprimido ou liquefeito ser preferencialmente dióxido de carbono em estado supercrítico ou líquido.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de opcionalmente se adicionar um co-solvente ao gás comprimido ou liquefeito.
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto do suporte ser funcionalizado e/ou modificado à superfície antes do processo de polimerização, usando agentes de ligação em C02 supercrítico e / ou tecnologia de plasma.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto dos agentes de ligação serem seleccionados a partir de aminosilanos, glicidosilanos e mercaptosilanos, entre outros.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto do suporte ser vidro, quartzo, mica, silício, polímero orgânico reticulado, partículas magnéticas, metal, ouro, prata ou platina.
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto do suporte poder ser de dióxido de silício, germânio, carboneto de silício, óxido de índio-estanho, dióxido de titânio, óxido de alumínio, poliestireno, poli (estireno-co-metacrilato), poli (estireno-co-divinilbenzeno), poli (metacrilato de metilo), poli (acrilonitrilo), poliamida, poliéster, poliuretano, poli (dimetil siloxano), polibutadieno, resinas, quantum dots, ou um compósito feito a partir de um ou mais destes.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto do monómero ou monómeros serem seleccionados a partir de acrilatos, acrilamidas e vinilpiridinas.
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto do monómero ser preferencialmente ácido metacrílico (MAA) ou metacrilamida (MAM).
10. 10. Método de acordo com a reivindicação 1, carcterizado pelo facto do reticulante ser seleccionado preferencialmente a partir de dimetacrilato de etileno glicol (EGDMA), divinilbenzeno, trimetilolpropano trimetilacrilato (TRIM).
11. 11. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto do co-solvente ser seleccionado a partir de etanol, metanol, diclorometano ou acetonitrilo ou misturas destes.
12. 12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto da síntese da camada de polímero com impressão molecular compreender os seguintes passos: i) mistura dos suportes com o monómero ou monómeros, uma ou várias moléculas modelo e um reticulante, ii) seguido da sua co-polimerização num fluido comprimido ou gás liquefeito, e opcionalmente um co-solvente, iii)e opcionalmente a remoção da molécula modelo no final do processo.
13. 13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo facto da remoção da molécula modelo ser realizada por extracção com C02 supercrítico.
14. 14. Método de acordo com as reivindicações 12 e 13, caracterizado pelo facto de ser usado 1 - 5 % (volume /volume) de um co-solvente.
15. 15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto da síntese da camada de MIP ser tipicamente sintetizada num reactor de alta pressão, a uma temperatura entre 20 e 100 "C e pressão de 40 a 400 bar sob agitação até á polimerização estar substancialmente completa.
16. 16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de na síntese do MIP, a molécula modelo, monómeros e reticulantes serem usados em diferentes composições molares relativas que variam de acordo com o sistema.
17. 17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo facto da síntese do MIP, a molécula modelo, monómeros e reticulantes serem usados em composições molares, tais como (1:4:20), (1:4:25), (1:4:30), (1:5:20), (1:5:25) OU (1:5:30) .
18. 18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender ainda, opcionalmente, a adição de um estabilizador anfifílico solúvel em C02 comprimido ou liquefeito, tal como perfluoropolieters (PFPE).
19. 19. Partículas obtidas pelo método de acordo com as reivindicações anteriores caracterizadas pelo facto de serem constituídas por um suporte e uma camada de MIP na superfície do suporte.
20. 20. Partículas de acordo com a reivindicação 19 caracterizado pelo facto de terem um diâmetro final entre 75 a 5 0 0 μπι.
21. 21. Partículas de acordo com a reivindicação 19 caracterizadas pelo facto da camada de MIP ter afinidade para, pelo menos, uma molécula modelo ou multi-afinidade para mais do que uma molécula modelo.
22. 22. Partículas de acordo com a reivindicação 21 caracterizado pelo facto da camada de MIP ter afinidade para mais do que uma impureza.
23. 23. Uso de partículas de acordo com as reivindicações 19 a 22 caracterizado pelo facto das partículas serem usadas na purificação de uma mistura não refinada.
24. 24 Uso de partículas de acordo com a reivindicação 2 3 caracterizado pelo facto das partículas serem usadas num dispositivo de purificação por acção da gravidade.
25. 25 Uso de partículas de acordo com as reivindicação 23 a 24 caracterizado pelo facto do dispositivo de purificação ser um dispositivo de adsorção / extracção por acção da gravidade.
26. 26. Partículas de acordo com a reivindicação 23 a 25 para uso como medicamento caracterizadas pelo facto da mistura não refinada ser uma mistura farmacêutica. Lisboa 19 de Dezembro 2014