МИЦЕЛЛИРОВАННЫЙ РАСТВОР ФУЛЛЕРЕНОВ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
MICELLAR SOLUTION OF FULLERENES, METHOD FOR ITS PRODUCTION AND APPLICATION

Изобретение относится к области химии, в частности к мицеллированным растворам фуллеренов, которые могут использоваться в косметических и фармацевтических продуктах и биологически-активных добавках (БАД).
Уровень техники
Наиболее распространенным способом получения фуллеренов является их получение из сажи, полученной сжиганием графитовых электродов в электрической дуге при определенных условиях. Полученная сажа может содержать до 10% смеси фуллеренов С60 и С70, которые затем извлекают в чистом виде путем растворения сажи в органических растворителях, фильтрования, центрифугирования и выпаривания. Высококонцентрированные смеси фуллеренов, полученные таким способом, обладают высокой стоимостью за счет необходимости концентрирования и последующей очистки от остатков растворителей.
Для использования в БАД или косметических средствах, полученные таким образом фуллерены, необходимо повторно переводить в форму раствора, т.к. их использование в твердом виде нецелесообразно. Остаточное содержание растворителей в фуллеренах может оказывать негативное воздействие на организм человека. В связи с этим, в производстве БАД, косметических и фармакологических средств чаще всего используют масляный раствор, который получают путем растворения фуллеренсодержащей сажи в растительном масле (подсолнечное, оливковое и т.п.) в количестве до 10% с последующей фильтрацией. Стоимость такой формы значительно ниже за счет исключения этапов очистки от растворителя.
Недостатком использование такой формы является низкий уровень биодоступности фуллеренов. Для достижения желаемого эффекта требуется увеличивать рекомендуемую дозировку препарата для потребителя, что влечет увеличение расходов потребителя на приобретение продукта. Кроме того, чрезмерное употребление в пищу масел может быть противопоказано некоторым категориям потребителей.
Для производства косметических и лекарственных средств и БАД наиболее предпочтительным является использование фуллеренов в водорастворимой форме, поскольку такая форма обладает более высокой биодоступностью по сравнению с масляными формами.
Существует несколько способов получения водорастворимых форм, например, путем присоединения аминокислотных остатков к поверхности молекулы фуллерена. Предпочтительно используют остатки или производные аргинина или пролина.  Однако такие растворы чувствительны к воздействию микроорганизмов, а технология их получения достаточно сложная. Описанные факторы значительно ограничивают использование подобных форм растворов фуллеренов в производстве косметических и фармацевтических продуктов.
о
Из международной заявки WO2019052471 известен способ получения водорастворимой формы раствора фуллеренов (эмульсии фуллеренов) путем смешения предварительно нагретых до 55-70 С эмульгатора и масляного раствора фуллеренов и последующего диспергирования полученной смеси со скоростью 3000-7000 об/мин в течение 8-15 минут. При этом масляный раствор фуллеренов получают из порошка фуллеренов путем экстрагирования с помощью растворителя полиэтиленгликоль-15-гидроксистеарата. Эмульсионная форма фуллеренов, полученная таким способом, является дисперсной системой, состоящей из микроскопических капель дисперсной фазы (в данном случае фуллеренового масла), распределенной в дисперсной среде (водной фазе) с помощью добавки эмульгатора.
Существенным недостатком известного способа является то, что полиэтиленгликоль-15-гидроксистеарат не включен в список веществ, разрешенных для использования в пищевой промышленности, а мицеллированный раствор, полученный таким образом, не может быть использован в производстве биологически активных добавок. Полученный раствор фуллеренов не пригоден для использования в чистом виде, требуется обязательное разбавление его водой. Еще одним существенным недостатком известного способа является продолжительность его осуществления - от 48 до 80 часов.
Из патента РФ №2303036 известен способ получения солюбилизата на основе аскорбиновой кислоты и эмульгатора с величиной гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) от 9 до 18, в котором 10 вес.% аскорбиновой кислоты растворяют в 10 вес.% дистиллированной воды, в раствор при перемешивании и подогреве примерно до 80°С добавляют 80 вес.% полисорбата 80, полученный раствор перемешивают до прозрачности и однородности. В другом варианте 10 вес.% аскорбиновой кислоты растворяют в 10 вес.% дистиллированной воды в полученный водный раствор добавляют 70 вес.% полисорбата 80 вместе с 10 вес.% легкого растительного масла такого, как, например, чертополохового или льняного масла, а затем раствор нагревают по меньшей мере до 60°С и перемешивают до прозрачности и однородности. Аскорбиновая кислота в продукте солюбилизации присутствует в виде мицелл. При микроскопическом исследовании продукта солюбилизации, содержащего 10% аскорбиновой кислоты, в разбавлении 1:1000 выявлены мицеллы с диаметром приблизительно 100 нм. Солюбилизат может быть использован в качестве добавки к пищевым продуктам или косметическим средствам, фармацевтическим препаратам или питательным растворам для выращивания клеточных и бактериальных культур и водорослей.
Известные технические решения не позволяют получить продукт на основе фуллеренов с улучшенной биодоступностью и хорошей стабильностью.
Раскрытие изобретения
Целью заявленного изобретения является получение стабильного мицеллированного раствора фуллеренов, который обладает одновременно водо- и жирорастворимыми свойствами, а также улучшенной биодоступностью, способен сохранять прозрачность при разбавлении водой и может быть использован в качестве активного ингредиента при производстве биологически-активных добавок (БАД), косметических средств или средств для ухода или восстановления кожи.
Мицеллированный раствор фуллеренов, согласно заявленному изобретению обладает рядом преимуществ, по сравнению с традиционно используемыми формами фуллеренов.
Во-первых, мицеллированная форма фуллеренов обладает повышенной биодоступностью, по сравнению с масляным раствором, фуллерены из которого усваиваются в организме в незначительном количестве.
Во-вторых, мицеллированная форма позволяет получать водные растворы, которые можно добавлять в БАД или косметические продукты, если использование масляного раствора невозможно или затруднительно.
В-третьих, мицеллированная форма фуллеренов устойчива к воздействию микроорганизмов, способна сохранять свою структуру и свойства в течение продолжительного времени.
В-четвертых, в состав мицеллированной формы фуллеренов входят поверхностно-активные вещества (ПАВ), разрешенные к применению в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности. Благодаря этому, одна форма мицеллированных фуллеренов может быть использована в разных видах продуктов, при этом не требуется дополнительной доработки или изменения мицеллированной формы в зависимости от необходимой области ее применения.
Основными компонентами мицеллированного раствора, согласно заявленному изобретению, являются масляный раствор фуллеренов и поверхностно-активное вещество (ПАВ) с величиной гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) 9 и более.
о
о
о
Для получения мицеллированного раствора к предварительно нагретому до температуры 45-75С ПАВ (с величиной ГЛБ 9 и более) при одновременном перемешивании добавляют масляный раствор фуллеренов. Нагрев ПАВ до температуры 45-75 С необходим для облегчения последующего перемешивания. Данная температура является оптимальной температурой, при которой ПАВ имеет достаточно текучую консистенцию, обеспечивающую равномерное распределение масляного раствора фуллерена внутри него при последующем перемешивании. Более высокая температура приводит только к увеличению общего времени процесса, но не влияет на процесс перемешивания. Полученную смесь нагревают, не прекращая перемешивания до температуры 70-95 С. Указанный диапазон температур является оптимальным для образования мицелл. При более высоких температурах мицеллы могут не сформироваться.
Смесь выдерживают до образования прозрачного раствора, при этом ПАВ берут в количестве по меньшей мере 85 мас. %. Общая продолжительность перемешивания составляет не более 3 часов. При этом получают мицеллы, содержащие внутри себя фуллерены, с оболочкой из молекул используемого ПАВ.
Иными словами, в заявленном изобретении фуллерены находятся в виде мицелл, т.е. агломератов, состоящих из мицеллируемого вещества (фуллеренов), окруженных поверхностно-активным веществом, без добавления воды. Такая форма фуллеренов позволяет применять мицеллированный раствор в чистом виде без дополнительного разбавления и, соответственно, без необходимости осуществления дополнительных технологических операций.
Фуллерены в составе мицелл способны легко проникать через липидный барьер клеток за счет оболочки из поверхностно-активных веществ.
При комнатной температуре мицеллированный раствор является прозрачной вязкой жидкостью с размером мицелл в диапазоне от 3 до 20 нм.
Благодаря наноразмерности мицелл полученный мицеллированный раствор может быть разбавлен водой без помутнения, поскольку размер образовавшихся в растворе мицелл меньше длины световой волны, что обеспечивает стабильность мицеллированного раствора и его высокую биодоступность.
Срок хранения мицеллированной формы фуллеренов составляет по меньшей мере 1 год.
Масляный раствор фуллеренов, предпочтительный для использования в заявленном изобретении, получают путем растворения фуллеренсодержащей сажи, содержащей фуллерены С60 и С70 в растительном масле. Для получения масляного раствора смесь нагревают до температуры 40-60°С и выдерживают при постоянном перемешивании в течение несколько часов. Содержание фуллеренов в саже не более 10 мас.%. В качестве растительного масла может быть использовано рафинированное дезодорированное подсолнечное или оливковое масло. Не растворившиеся частицы сажи отделяют от полученного масла путем центрифугирования и фильтрования при комнатной температуре.
В качестве ПАВ могут быть использованы ПАВ с величиной ГЛБ 9 и более, такие, как, например, полисорбат 20, полисорбат 80, полиэтиленгликоль и его производные, эфиры сахарозы и жирных кислот, а также их смеси.
В готовом мицеллированном растворе содержание масляного раствора от 5 до 15 мас.% (с содержанием от 0,01 до 0,1 мас.% фуллеренов), остальное количество приходится на ПАВ.
Мицеллированный раствор согласно изобретению может быть использован как в готовом виде, так и в виде водного раствора.
Для использования в БАД, косметических или фармацевтических средствах не требуется никакой дополнительной обработки мицеллированного раствора.
В одном из вариантов применения мицеллированного раствора фуллеренов, в частности для получения более текучей консистенции раствора допустимо нагревание мицеллированного раствора до 35°С.
При использовании мицеллированного раствора в напитках или в случае необходимости добавления в конечный продукт в виде водного раствора, мицеллированный раствор фуллеренов может быть разбавлен водой и использован в виде водного раствора, что не уменьшает его биодоступность и эффективность.
В зависимости от области применения мицеллированного раствора и назначения конечного продукта, в котором его используют, к мицеллированному раствору могут быть добавлены дополнительные активные компоненты такие, как, например, витамины и витаминоподобные вещества (флавоноиды, холин, коэнзим Q10, липоевая кислота, карнитин и т.п.) или экстракты растений.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан график, иллюстрирующий распределения размеров частиц в мицеллированном растворе фуллеренов.
Результаты были получены методом динамического светорассеяния. Чертеж демонстрирует распределение частиц в растворе в соответствии с их размерами. Столбцы (a) показывают, частицы какого размера наиболее интенсивно рассеивают свет при проведении измерения. Таким образом, можно судить о количественном соотношении частиц разного размера в растворе.
Кривая (b) является функцией распределения и показывает долю частиц, которые имеют меньший или равный размер.
На фиг. 2 показаны кривые, иллюстрирующие фармакокинетику содержания масляного и мицеллированного растворов фуллеренов С60 в цельной крови.
На фиг. 3 показаны кривые, иллюстрирующие фармакокинетику содержания масляного и мицеллированного растворов фуллеренов С60 в легких.
На фиг. 4 показаны кривые, иллюстрирующие фармакокинетику содержания масляного и мицеллированного растворов фуллеренов С60 в печени.
На фиг. 5 показаны кривые, иллюстрирующие фармакокинетику содержания масляного и мицеллированного растворов фуллеренов С60 в селезенке.
Осуществление изобретения
Пример 1. Приготовление мицеллированного раствора фуллеренов
Для получения мицеллированного раствора фуллеренов 95 г полисорбата 80 нагревают до 75°С и добавляют 5 г масляного раствора фуллеренов С60 с концентрацией 0,5 г/л и перемешивают. Полученную смесь при постоянном перемешивании нагревают до 95°С и продолжают перемешивание до тех пор, пока раствор не станет прозрачным и однородным. После этого мицеллированный раствор охлаждают до комнатной температуры.
Раствор сохраняет стабильность в течение  по меньшей мере одного года.
Пример 2. Приготовление мицеллированного раствора фуллеренов
о
Для получения мицеллированного раствора фуллеренов 85 г смесь полисорбата 20 с олеатом сахарозы  в соотношении 10:1 нагревают до 45С и добавляют 15 г масляного раствора фуллеренов С70 с концентрацией 0,4 г/л и перемешивают. Полученную смесь при постоянном перемешивании нагревают до 70°С и продолжают перемешивание до тех пор, пока раствор не станет прозрачным и однородным. После этого мицеллированный раствор охлаждают до комнатной температуры.
Раствор сохраняет стабильность  по меньшей мере одного года.
Пример 3. Приготовление мицеллированного раствора фуллеренов
о
Для получения мицеллированного раствора фуллеренов 90 г смесь полиэтиленгликоля нагревают до 60С и добавляют 10 г масляного раствора фуллеренов С60 с концентрацией 0,5 г/л и перемешивают. Полученную смесь при постоянном перемешивании нагревают до 80°С и продолжают перемешивание до тех пор, пока раствор не станет прозрачным и однородным. После этого мицеллированный раствор охлаждают до комнатной температуры.
Раствор сохраняет стабильность в течение … по меньшей мере одного года.
Аналогичные результаты были достигнуты при использовании других ПАВ с величиной ГЛБ 9 и более, предпочтительных для приготовления мицеллированного раствора, согласно заявленному изобретению и при других соотношениях компонентов из заявленных диапазонов.
Пример 4. Определение биодоступности и фармакодинамики раствора фуллеренов
Биодоступность и фармакодинамику раствора фуллеренов определяли на модели мышей путем сравнения изменения содержания мицеллированной и масляной форм фуллеренов С60 в тканях и органах мышей при внутрижелудочном введении.
Дозировка каждой формы фуллеренов составляла 15 мг/кг от массы животного, что в пересчете на фактическое содержание фуллеренов составляет 1,5 мг/кг для масляной формы фуллеренов и 0,15 мг/кг для мицеллированной формы фуллеренов.
Измерение содержания фуллеренов проводили методом ВЭЖХ-МС в течение 24 часов после введения животным готовых форм.
Для исследования брали пробы крови, легких, тимуса, сердца, печени, селезенки, почек, надпочечников, тканей головного мозга и яичек.
На фигурах 2-5 показаны кривые, иллюстрирующие фармакокинетику содержания масляного и мицеллированного растворов фуллеренов С60 в исследованных тканях и органах.
Из полученных результатов следует, что фуллерены С60 в масляной и мицеллированной форме накапливаются в тканях идентичным образом. Детектируемые количества фуллеренов определяются в печени, легких, почках, сердце, надпочечниках, тимусе и селезенке, но отсутствуют в тканях мозга и яичек. При этом несмотря на то, что содержание фуллеренов в мицеллированной форме в десять раз меньше, чем в масляной форме, их содержание в тканях находится на том же уровне или даже выше по сравнению с масляным раствором.
Полученные результаты подтверждают, что мицеллированный раствор фуллеренов, согласно заявленному изобретению обладает повышенной биодоступностью по сравнению с масляным раствором фуллеренов по меньшей мере в десять раз.