Добыча на растительной основе Капсулы для микроинкапсуляцию приложений

Summary

Этот протокол / рукописи описывает упрощенный процесс для производства Спорополленин экзиной капсул (СЭК) от спор clavatum Lycopodium и для загрузки гидрофильных соединений в этих СЭК.

Abstract

Микрокапсулы, полученные из растений на основе спор или пыльцы обеспечивает надежную платформу для разнообразных применений микрокапсул. Спорополленин экзина капсулы (СЕК) получаются, когда споры или пыльца обрабатываются таким образом, чтобы удалить внутренние sporoplasmic содержимое. Полученные полые микрокапсулы проявляют высокую степень однородности micromeritic и сохраняют сложные микроструктурные особенности, связанные с конкретными видами растений. В данном случае мы демонстрируют обтекаемый процесс для производства СЭК из спор clavatum Lycopodium и для загрузки гидрофильных соединений в этих СЭК. Действующая процедура изоляции SEC была недавно оптимизирована, чтобы значительно снизить требования к обработке, которые обычно используют в SEC изоляции, а также для обеспечения производства неповрежденных микрокапсул. Природные L. clavatum спорами обезжиривают ацетоном, обрабатывают фосфорной кислотой, и тщательно промывают , чтобы удалить sporoplasmiгр содержание. После того, как ацетон обезжириванию, один этап обработки с использованием 85% -ной фосфорной кислоты, как было показано, чтобы удалить все sporoplasmic содержимое. За счет ограничения кислоты времени обработки до 30 ч, можно изолировать чистую Secs и избежать SEC трещиноватость, которое было показано, происходит при длительном времени обработки. Обширные промывание водой, разбавленным кислотам, разбавленным основания, и растворители гарантирует, что все sporoplasmic материалы и химические остатки, надлежащим образом удалены. Способ вакуумного загрузка используется для загрузки модели белка (бычий сывороточный альбумин) в качестве репрезентативного гидрофильным соединением. Вакуумная загрузка обеспечивает простую технику для загрузки различных соединений без необходимости в агрессивных растворителей или нежелательных химических веществ, которые часто необходимы в других протоколах микроинкапсуляции. На основе этих изоляции и загрузки протоколов, ИКС обеспечивают перспективным материалом для использования в разнообразных микрокапсуляции приложений, таких как, терапевтических средств, продуктов питания, косметики и личной тычок по уходудуктов.

Introduction

Существует значительный интерес в натуральных капсул на растительной основе , полученных из растительных спор и пыльце для использования в приложениях микроинкапсуляции. ^1-15 В природе, споры и пыльца обеспечивают защиту чувствительных генетических материалов от суровых условий окружающей среды. Базовая структура растительных спор и пыльцы, как правило, включает внешний слой оболочки (экзина), внутренний слой оболочки (intine), а внутренний цитоплазматический материал. Экзины состоит из химически прочного биополимера ^1,9,10,13,16 упоминается как Спорополленин и intine состоит в основном из целлюлозных материалов. ^16-18 Пустые капсулы , могут быть выделены с помощью различных процессов для удаления ^7,9 цитоплазматического материала , белки, и intine слой. ^2,12,16 Эти Спорополленин экзиной капсулы (ИКС) обеспечивают привлекательную альтернативу синтетическим инкапсулянтам из – за их узким распределением по размерам и однородной морфологии. ^7,9,13,19,20разработка стандартизованных процессов для получения Secs из различных видов растений, таких как Плаун Булавовидный, открывает возможности для широкого спектра микрокапсуляции применений в области доставки лекарственных средств, пищевых продуктов и косметических средств. ^6,10-13,21

Для того чтобы получить Secs, исследователи сначала обрабатывают спор и пыльцы с органическими растворителями и кипятили с обратным холодильником в щелочных растворах для удаления цитоплазматического содержимого. ^22-25 Тем не менее, оставшаяся структура капсулы была определена по – прежнему содержит целлюлозное intine слой. Для того чтобы устранить это, исследователи исследовали использование длительной кислотной обработки гидролиза с использованием соляной кислоты, горячей серной кислоты, или горячей фосфорной кислоты в течение нескольких дней, ^22-25 с фосфорной кислотой становится предпочтительным методом удаления intine SEC. ² Тем не менее, продолжающийся исследования на протяжении многих лет показал, что различные споры и пыльцу имеют различную степень устойчивости к суровой обработке меняthods обычно используется. ^26,27 Некоторые споры и пыльцу полностью деградируют и теряют структурную целостность в сильных щелочных растворах, или становятся сильно повреждены в сильных кислых растворах. ¹⁶ Изменчивость в SEC ответ на условия лечения из – за тонких изменений в химической структура и экзина морфология Спорополленин экзины материала между видами. ²⁸ из – за изменчивости в надежности Спорополленин экзиной капсул (СЭК), необходимо оптимизировать условия обработки для каждого вида спор и пыльцы.

Растительные спорами из вида L. clavatum стали наиболее широко изучены единственным источником СЭК. Предполагается , что это в первую очередь из – за его широкой доступности, низкой стоимости, монодисперсности и химической устойчивости ^9,29 Споры могут быть легко собраны и содержать sporoplasmic содержимое в виде групп 1 -. 2 мкм клеточных органелл и бiomolecules. ¹¹ Л. clavatum споры были использованы в качестве натурального порошка смазки, ^30,31 основы для косметических средств, ³⁰ и в фитотерапии ^32-36 для широкого спектра терапевтических применений. В ИКС , полученные из L. clavatum было показано , что более устойчивыми к обработке , чем СЭК от других видов спор и пыльцы. ² после обработки, в результате ИКС было показано , что сохраняют свои замысловатые microridge структуры и высокой морфологической однородности, обеспечивая при этом большую внутреннюю полость для капсулирования. ⁷ Исследования показывают , что L. clavatum ИКС могут быть использованы для инкапсулирования лекарственных средств, вакцин ^{10,13, 11} белков, ^7,14 клетки, ⁸ масла, ^5-7,9 и пищевые добавки. ^5,15 Наблюдаемые эффективность загрузки SEC относительно высоки по сравнению с обычными герметизация материалы. ⁷ Есть также целый ряд сообщений о преимуществахв SEC инкапсулирования , такие как способность маскировать вкус, ^6,10 и обеспечить некоторую степень естественной защиты от окисления. ¹² в существующих исследованиях, наиболее часто используемым методом экстракции SEC для L. clavatum базируется на четырех основных этапов. Шаг один дефлегмацию растворителя в ацетоне в течение 12 ч при 50 & deg ; С до обезжирить спорами. ¹¹ Шаг второй щелочной кипячение с обратным холодильником в 6% -ного раствора гидроксида калия в течение 12 ч при 120 ° С для удаления цитоплазматической и протеиновые материалы. ¹¹ Шаг три является кислота при кипячении в 85% -ной фосфорной кислоты в течение 7 дней при температуре 180 ° с для удаления целлюлозного intine материала. ¹¹ Шаг четвертый представляет собой комплексный процесс стирки с использованием воды, растворителей, кислот и оснований , чтобы удалить все оставшиеся без экзиной материала и остатки химических веществ.

Основными задачами добычи SEC по отношению к инкапсуляции приложений для получения капсул, которые являются пустыми цитоплазматического материала, свободный сюдам потенциально аллергенных белков, и морфологически нетронутыми. ^2,37 Однако, с точки зрения промышленного производства, важно также учитывать дополнительные экономические и экологические факторы, такие как, энергоэффективность, продолжительность производства, безопасности, а также в результате отходов. Что касается энергоэффективности, как высокие температуры и длительные периоды времени обработки влияют на себестоимость продукции, а также влияние на окружающую среду. Продолжительность производства и сроки выполнения работ являются ключевыми факторами, влияющими на рентабельность переработки. Особую озабоченность вызывает то , что высокая температура обработки фосфорной кислоты увеличивает проблемы безопасности и известно, приводит к коррозийной масштабированием , что приводит к значительному увеличению содержания инфраструктуры и задержки во время периодического выполнения заказов. ^38-40 Где это возможно, сводя к минимуму количество шагов , необходимых может привести значительному сокращению отходов, образующихся. Тем не менее, обычно используются четыре этапа процесса L. добыча clavatum SEC просто эвolved от десятилетий исследований и имел мало фактической оптимизации процесса. В последнее время , Mundargi и др., ⁴¹ внесли значительный вклад в текущую работу в этой области путем систематической оценки и оптимизации одного из наиболее часто встречающихся методов экстракции SEC.

В первой части этого исследования: споровой обезжириванию демонстрируется с использованием обработки ацетона при 50 ° С в течение 6 ч; спороплазма и intine удаление процедуры продемонстрированы с использованием 85% обработки фосфорной кислоты при 70 ° С в течение 30 ч; тщательной промывки водой, растворители, кислоты и основания используется для демонстрации удаления остаточных sporoplasmic содержимого; и SEC сушка демонстрируется с использованием конвекционной сушки и вакуумной сушильной печи. В третьей секции, SEC вакуума загрузка демонстрируется с использованием вакуумной загрузки модельного белка, бычий сывороточный альбумин (БСА), с последующим БСА загруженным-втор промывку и лиофилизацию. В четвертом разделе, determinвания эффективности инкапсулирования БСА демонстрируется с использованием центрифугирования, зонд ультразвука, и UV / Vis-спектрометрия.

Protocol

1. Извлечение Спорополленин экзиной капсулы (ИКС) из L. clavatum Spores Примечание: Процесс экстракции SEC включает в себя горючий порошок (L. clavatum), горячие едкие кислоты и горючие растворители, поэтому собственно средства индивидуальной защиты (очки, маски, перчатки, лабораторный ха?…

Representative Results

Оптимизированный процесс экстракции для Спорополленин экзиной капсул Л. Добыча clavatum SEC было достигнуто за счет трех основных этапов: (1) обезжиривания с использованием ацетона; (2) ацидолиза с использованием фосфорна…

Discussion

В этой работе, систематический анализ добычи SEC от L. clavatum спорами представлен и этот отчет показывает , что возможно производить более высокого качества капсулы в то же время достигается значительное рационализацию ранее существовавшего широко используемый протокол. ¹¹ , в о?…

Materials

Lycopodium clavatum spores (s-type)	Sigma	19108-500G-F
Bovine serum albumin	Sigma	A2153-50G
FITC-conjugated BSA	Sigma	A9771-250MG
Phosphoric acid (85 % w/v)	Sigma	438081-2.5L
Hydrochloric acid	Sigma	V800202
Sodium hydroxide	Sigma	S5881-1KG
Acetone	Sigma	V800022
Ethanol	AcME	C000356
Deionized water	Millipore purified water
Qualitative filter paper (grade No. 1, cotton cellulose)
Polystyrene microspheres (50 ± 1 µm)	Thermoscientific (CA, USA)	4250A
Vectashield	Vector labs (CA, USA)	H-1000
Sticky-slides, D 263 M Schott glass, No.1.5H (170 μm, 25 mm x 75 mm) unsterile glass slide	Ibidi GmbH (Munich, Germany)	10812
Commercial Lycopodium SECs (L-type)	Polysciences, Inc. (PA, USA)	16867-1
Heating plates	IKA, Germany
Scanning electron microscope	Jeol, Japan	JFC-1600
Elemental analyzer	Elementar, Germany	VarioEL III
FlowCam: The benchtop system	Fluid Imaging Technologies, USA	FlowCamVS
Confocal laser scanning microscope	Carl Zeiss, Germany	LSM710
Freeze dryer	Labconco, USA
UV Spectrometer	Boeco, Germany	S220