способ получения модифицированной хитозановой эмульсии и продуктов на ее основе

Формула изобретения

1. Способ получения модифицированной хитозановой эмульсии, включающий стадию приготовления кислого водного раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением и проведение модификации хитозана, отличающийся тем, что кислый водный раствор хитозана после удаления нерастворившихся частиц хитозана диспергируют в присутствии гидрофобного поверхностно-активного вещества и ацетона путем перемешивания со скоростью не ниже 1000 об/мин, полученную эмульсию модифицируют ангидридом органической кислоты или дихлорангидридом дикарбоновой кислоты при дополнительном перемешивании при той же скорости, получая при этом хитозановую эмульсию с размером наногранул шарообразной формы не более 100 нм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образовавшуюся хитозановую эмульсию перед модификацией выдерживают не менее 2 ч.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для модификации используют ангидрид акриловой, или салициловой, или бензойной, или янтарной кислот.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что для модификации используют дихлорангидрид янтарной, или глутаровой, или адипиновой, или фумаровой кислот.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют поливиниловый спирт, или полиэтиленоксид, или карбоксиметилцеллюлозу, или твин 80, или жидкое мыло.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что после модификации проводят термостатирование эмульсии при температуре не ниже 40С в течение не менее 10 ч.

7. Способ получения хитозанового геля, включающий стадию приготовления кислого водного раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением и проведение модификации хитозана, отличающийся тем, что модифицированную хитозановую эмульсию, полученную по любому из пп.1-6, обрабатывают раствором щелочи, промывают до нейтрального рН, отжимают и перемешивают в водной среде с добавлением кислоты, разрешенной к употреблению в косметологии и фармакопее, при этом получают хитозановый гель с размером наногранул шарообразной формы не более 100 нм.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве кислоты, разрешенной к употреблению в косметологии и фармакопее, используют уксусную, или лимонную, или янтарную кислоту.

9. Способ получения хитозановой суспензии, включающий стадию приготовления кислого водного раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением и проведение модификации хитозана, отличающийся тем, что к модифицированной хитозановой эмульсии, полученной по любому из пп.1-6, добавляют дистиллированную воду, перемешивают в течение не менее 3 мин при скорости 8000-12000 об/мин и пастеризуют при температуре не выше 80С в течение 3-5 ч, при этом получают хитозановую суспензию с размером наногранул шарообразной формы не более 100 нм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к способу получения геля или суспензии из хитозана, и может быть использовано в пищевой, косметической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Известен способ получения геля на основе хитозана, включающий приготовление раствора хитозана в разбавленной кислоте, смешение полученного раствора с гидрофобным веществом, перемешивание смеси до получения эмульсии, проведение реакции ковалентной фиксации хитозана в составе эмульсии путем введения в нее бифункционального реагента, способного образовывать поперечные ковалентные сшивки между молекулами хитозана с последующей отмывкой и фильтрацией полученного продукта (авт. свид. СССР N 827492, МПК С 08 В 37/08, опубл. 07.05.81 г. ). Продуктом данной технологии является сшитый гель на основе хитозана, представляющий собой жесткие микросферические гранулы, используемые в хроматографии.

Недостатками данного технического решения является то, что получаемые по данному способу жесткие микрогранулированные гели на основе хитозана содержат хитозановые микрогранулы размером не менее 1 мкм и являются неподходящей основой для медицинских или косметических препаратов, например мазей или кремов, или пищевых продуктов, так как не обладают достаточными пластическими свойствами и не усваиваются организмом. Кроме того, использование в технологии ядовитых органических растворителей и бифункциональных реагентов, несущих такие активные группы, как диизоционаты, бисэпоксиды и т.д., исключает применение полученных продуктов в указанных областях.

Известен способ получения производных хитозана в виде геля для фармацевтической промышленности (патент СССР N 508212. МПК С 08 В 37/08, опубл. 04.05.76 г.). Способ включает приготовление раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или центрифугированием и проведение модификации хитозана ацилирующими агентами в щелочных условиях при рН 7,0-9,0 с последующим отмыванием готового продукта, который выделяется в виде кислоты и в таком виде он и используется в промышленности. В качестве ацилирующих агентов используют ненасыщенные или насыщенные ангидриды дикарбоновых кислот различного внутреннего строения по аминогруппам хитозана, например в качестве ненасыщенного ангидрида используют малеиновый, итаконовый или цитраконовый ангидрид, а в качестве насыщенного - янтарный, ацетоксиянтарный, метилянтарный, диацетилвинный или дигликолевый ангидрид. Однако, поскольку в данной технологии конечный продукт реакции выделяется в виде кислоты, то при этом молекулы хитозана меняют свой заряд на противоположный либо, по крайней мере, теряют свой заряд, а вместе с этим теряются и многие биологически активные свойства хитозана как поликатионного полисахарида. Кроме того, в описании данного технического решения отсутствуют данные об органопластических характеристиках геля.

Наиболее близким техническим решением является способ модификации хитозана с целью получения гелеобразной и рН-нейтральной субстанции, в котором используют в качестве ацилирующих агентов не ангидриды, а галогенангидриды дикарбоновых кислот (патент РФ 2172325, МПК С 08 В 37/08, опубл.20.08.2001 г.).

Известный способ включает приготовление раствора хитозана в разбавленной соляной или уксусной кислоте, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением и проведение модификации хитозана ацилирующим агентом в щелочных условиях при рН 7,0-9,0 с последующим отмыванием полученной рН-нейтральной субстанции, при этом в качестве ацилирующего агента используют дихлорангидрид дикарбоновой кислоты, реакцию проводят при температуре 18-25^oС до образования гелеобразной структуры продукта при весовом соотношении дихлорангидрида дикарбоновой кислоты и хитозана при пересчете на сухой вес 1: 5-1: 25, а полученную рН-нейтральную субстанцию на основе хитозана автоклавируют, или сушат лиофилизацией, или в нее вводят органические кислоты или продукты микробиологического синтеза, содержащие органические кислоты, в количестве, достаточном для получения готовой гелеобразной субстанции с рН не более 6,0.

Недостатком известного способа является то, что получаемые по данному способу гели обладают сравнительно невысокой проникающей способностью в подкожные слои. Способ не позволяет получать гели с размером частиц хитозана, сопоставимым с размером вируса, т.е. в нанодиапазоне.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение модифицированной хитозановой эмульсии и продуктов на ее основе, а именно хитозанового геля или хитозановой суспензии ("молочка"), обладающих высокой проникающей способностью.

Задача решается разработкой способа получения модифицированной хитозановой эмульсии, включающего стадию приготовления кислого водного раствора хитозана, удаление нерастворившихся частиц хитозана фильтрованием или осаждением. Приготовленный кислый водный раствор хитозана диспергируют в присутствии гидрофобного поверхностно-активного вещества и ацетона путем перемешивания со скоростью не ниже 1000 об/мин, при этом в качестве поверхностно-активного вещества используют поливиниловый спирт, или полиэтиленоксид, или карбоксиметилцеллюлозу или твин 80, или жидкое мыло и др. Полученную эмульсию перед модификацией выдерживают не менее 2 часов и модифицируют при дополнительном перемешивании при той же скорости. Модификацию проводят в растворе ангидрида органической кислоты (акриловая, салициловая, бензойная, янтарная и др.) в ацетоне. Модификацию можно также проводить в присутствии дихлорангидрида дикарбоновой кислоты. Используют дихлорангидрид янтарной, или глутаровой, или адипиновой, или фумаровой и др. кислот. При этом получают хитозановую эмульсию с размером наногранул шарообразной формы не более 100 нм.

Модифицированная хитозановая эмульсия является полупродуктом для получения как хитозанового геля, так и хитозановой суспензии ("молочка").

Задача решается также разработкой способа получения хитозанового геля, который готовят термостатированием модифицированной хитозановой эмульсии при температуре не ниже 40^oС в течение не менее 10 часов, с последующей обработкой раствором щелочи, промыванием водой до нейтрального рН, отжимом, затем перемешивают в водной среде с добавлением кислоты, разрешенной к употреблению в косметологии и фармакопее (уксусной, или лимонной, или янтарной и др.), при этом получают хитозановый гель с размером наногранул шарообразной формы не более 100 нм, предпочтительно 10-30 нм. Размер гранул определяют методом электронной микроскопии, или рентгеноструктурного анализа, или по величине светорассеяния (оптическая дисдрометрия).

Задача решается также разработкой способа получения хитозановой суспензии. Хитозановую суспензию ("молочко") готовят следующим образом. Модифицированную хитозановую эмульсию помещают в миксер, добавляют дистиллированную воду, затем перемешивают в течение не менее 3 мин при скорости 8000-12000 об/мин. Полученную суспензию пастеризуют при температуре не выше 80^oС в течение 3-5 час. При этом получают хитозановое "молочко" с размером наногранул шарообразной формы не более 100 нм, предпочтительно 10-30 нм.

Сущность изобретения иллюстрируют нижеследующие примеры. В примерах1-3 описано получение модифицированной хитозановой эмульсии.

Пример 1.

Исходное сырье (хитозан) растворяют в 2% уксусной или соляной кислоте с получением 2%-ного раствора хитозана, который фильтруют через тканевые фильтры.

Для получения эмульсии в миксер со скоростью вращения 1000-8000 об/мин добавляют 10 литров кислого 2%-ного раствора хитозана, 1 литр 5%-ного раствора ПАВ (твин 80) и 800 мл ацетона.

Полученную смесь диспергируют перемешиванием со скоростью около 5000 об/мин в течение 3 минут. Затем в нее добавляют еще 200 мл ПАВ (твин 80) и перемешивание продолжают еще две минуты. Контроль готовности хитозановой эмульсии производят органолептически. Образовавшуюся хитозановую эмульсию выдерживают в течение 2 часов, затем проверяют на наличие расслаивания. Если расслаивания не наблюдают, то эмульсию считают готовой к модификации. Объем полученной хитозановой эмульсии составляет около 10 литров.

Затем осуществляют модифицирование эмульсии. К находящейся в миксере хитозановой эмульсии добавляют 1% раствор в ацетоне ангидрида акриловой кислоты в количестве 100 мл. Полученную смесь перемешивают в миксере с той же скоростью в течение 5 минут, после этого помещают в термостат при t=60^oC на 50 часов. Получают хитозановую эмульсию с размером наногранул шарообразной формы около 30 нм.

Пример 2.

Поступают аналогично примеру 1, но в качестве поверхностно-активного вещества используют поливиниловый спирт, скорость перемешивания при диспергировании в миксере составляет около 7000 об/мин, а модификацию проводят в растворе ангидрида янтарной кислоты. Получают хитозановую эмульсию с размером наногранул шарообразной формы около 10 нм.

Пример 3.

Поступают аналогично примеру 1, но в качестве поверхностно-активного вещества используют жидкое мыло, скорость перемешивания при диспергировании в миксере составляет около 3000 об/мин, а модификацию проводят в растворе дихлорангидрида янтарной кислоты. Получают хитозановую эмульсию с размером наногранул шарообразной формы около 50 нм.

В примерах 4-8 описано получение хитозанового геля.

Пример 4.

Для получения геля модифицированную хитозановую эмульсию по примеру 1 переводят в нерастворимую форму доведением ее рН до 8,0 путем добавления около 100 мл 1 М NаOH и перемешивания вручную.

Затем хитозановую эмульсию помешают на фильтр и промывают дистиллированной водой, пока рН промывных вод не сравняют с рН дистиллированной воды. Масса отмытой и отжатой модифицированной хитозановой эмульсии составляет около 1 кг. Эмульсию помещают в миксер, куда добавляют 7 л H₂O, спирт, масла, отдушку и перемешивают в течение двух минут.

Затем в миксер добавляют 60 мл кислоты, разрешенной к употреблению в косметологии и фармакопее, а именно уксусной кислоты. В результате получают загустевшую гелеобразную массу общим объемом около 9-10 л, которую перемешивают при 2000-3000 об/мин в течение 3-5 минут. Получают хитозановый гель с размером наногранул шарообразной формы около 30 нм.

Пример 5.

Поступают аналогично примеру 4, но для получения геля используют эмульсию по примеру 2. Получают хитозановый гель с размером наногранул шарообразной формы около 10 нм.

Пример 6.

Поступают аналогично примеру 4, но для получения геля используют эмульсию по примеру 3. Получают хитозановый гель с размером наногранул шарообразной формы около 50 нм.

Пример 7.

Поступают аналогично примерам 4-6, но для получения геля в качестве кислоты, разрешенной к употреблению в косметологии и фармакопее, используют янтарную кислоту.

Пример 8.

Поступают аналогично примерам 4-6, но для получения геля в качестве кислоты, разрешенной к употреблению в косметологии и фармакопее, используют лимонную кислоту.

Пример 9. Получение хитозановой суспензии.

Для получения хитозановой суспензии ("молочка") 50 г модифицированной хитозановой эмульсии помещают в миксер, добавляют 1 л дистиллированной воды, затем перемешивают в течение 3-5 мин при скорости 8000-12000 об/мин. Полученную суспензию пастеризуют при 70^oС в течение 3-5 час. Получают хитозановую суспензию с размером наногранул шарообразной формы около 10 нм.

Таким образом по предлагаемому способу можно получать хитозановый гель или хитозановое "молочко" с размером частиц, сопоставимым с размером вируса, т.е. в нанодиапазоне, что позволяет эффективно проникать гелю хитозана в подкожный слой, а "молочку" сквозь слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и транспортировать биологически активные вещества. Кроме того, способ позволяет увеличить выход конечного продукта, что приводит к экономии дорогостоящего исходного сырья.

Полученные согласно заявляемому способу продукты прошли всесторонние испытания, подтверждающие реализацию указанного заявителем назначения.

Так, в клиническом отделе научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН (Новосибирск) в 1998-1999 гг. был выполнен цикл научно-клинических работ по изучению сравнительной эффективности аппликаций хитозанового геля "Васна" при лечении больных с лимфедемой нижних конечностей в ряду консервативных методик.

В результате выполненных исследований было показано, что

- применение аппликаций хитозанового геля в составе комплексного лечения больных с лимфедемой нижних конечностей 2-3 степени позволяет реализовать положительный клинический эффект у 75% пациентов;

- применение аппликаций хитозанового геля позволяет в 2 раза увеличить объем лимфатического оттока и на 68% увеличить скорость лимфатического оттока по сравнению с традицонным консервативным лечением, что сопровождается выраженным уменьшением отека конечности.

На кафедре глазных болезней КГМА, м.н.с. Кыргызского филиала ИКиЭЛ СО РАМН проведены испытания хитозанового геля для лечения ожогов роговицы глаза.

Экспериментальная часть была выполнена на модели щелочного ожога у экспериментальных животных. Животные были разделены на три группы: 1-я группа - спонтанное заживление; 2-я группа - контрольные животные; 3-я группа - основная, с применением хитозанового геля 4 раза в день. Было показано, что хитозановый гель оказывает благоприятное действие на лечение ожога, что проявлялось отсутствием отека тканей, отсутствием зон ишемии, ускорением процесса эпителизации роговицы. Хитозановый гель в ранние сроки травм глаза ускоряет процессы обмена межтканевой жидкости, позитивно дополняет лимфотропную реакцию.

Сделаны выводы: хитозан не оказывает токсического действия на ткани глаза; стимулирует репаративные процессы в роговице и конъюктиве глаза; ускоряет купирование отека и эпителизацию роговичной раны.

На базе Новосибирского межтерриториального ожогового центра проводились испытания крема, содержащего хитозановый гель. Объектом исследования были больные с термическими ожогами площадью от 1 до 10% и их последствиями в возрасте от 15 до 68 лет. Всего препарат применен у 94 человек. Получены следующие результаты:

- при поверхностных ожогах 1 степени (у 56 человек) в первые часы после травмы применение крема приводит к стиханию или полному исчезновению болей в течение 3-5 минут. Заживление наступает через 1-2 суток;

- при поверхностных ожогах 1-2-3А степени (у 28 человек) по окончании эпителизации применение крема приводит к быстрому отхождению корочек, предотвращает высыхание молодого эпидермиса, способствует уменьшению неприятных ощущений и ведет к образованию розового мягкого рубца;

- нанесение крема на глубокие ожоги 3АБ-4 степени (у 10 человек) по окончании восстановления целостности кожных покровов приводит к ускорению отхождения корочек, предотвращает высыхание молодого эпидермиса, способствует уменьшению неприятных ощущений.

В Научно-исследовательском институте клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН (Новосибирск) и его Кыргызском филиале (Бишкек) выполнены работы по экспериментальному обоснованию и разработке метода ускорения регенерационных процессов в стенке желудка при стрессовых язвах путем энтерального применения хитозанового молочка (суспензии). Исследования на животных показали, что применение хитозанового молочка на фоне антисекреторных и антацидных средств позволяет значительно ускорить процессы регенерации путем воздействия на местные механизмы иммунитета и стимуляцию эпителизации. Сроки заживления язв по сравнению с общепринятыми методиками противоязвенной терапии уменьшаются.

Подтверждением нетоксичности получаемых продуктов служит, например, наличие Санитарно-эпидемиологического заключения 54.НС.08.915.Т.000098.01.02 от 17 января 2002 г. , удостоверяющего, что требования, установленные в Технических условиях ТУ 9158-003-67981817-02 "Гель хитозановый "Лекварь" и рецептурах косметических хитозановых гелей "Лекварь" РЦ 9158-003-67981817-02/(1-10), соответствуют государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.