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El CIQA se suma a lo pequeño para hacerse grande

Nanopartículas poliméricas ultrapequeñas cargadas con aceites esenciales

Nanoestructuras con aplicaciones en la manufactura de materiales especializados en industrias como la textil, cosmética, limpieza, calzado, farmacéutica y agrícola. 

Los aceites esenciales, al ser incorporados a diferentes materiales -y debido a la naturaleza volátil de sus componentes y a las interacciones químicas y físicas con el medio en el que se encuentran dispersos- tienen una vida relativamente corta.

Una manera de reducir la volatilidad y los cambios en la composición química de los aceites esenciales es a través de su confinación en algún material protector en forma de cápsulas o esferas de tamaño micrométrico. Los materiales empleados para este fin han sido polímeros, tanto naturales como sintéticos, e incluso, materiales inorgánicos.

Las microestructuras cargadas con aceite son de dos tipos, principalmente: microcápsulas y microesferas. En las primeras, el aceite se encuentra formando un núcleo activo protegido por una coraza del material protector. Las segundas, se caracterizan por contener el aceite disperso en una forma más o menos homogénea en una matriz constituida por dicho material.

Los métodos de uso más frecuente en la industria para la preparación de partículas poliméricas cargadas con aceite son la aspersión y la coacervación , aunque también son utilizados métodos químicos de encapsulación, tales como la policondensación in situ , la polimerización interfacial y la doble encapsulación.

Un elemento común de todos estos métodos es que conducen a la obtención de estructuras con diámetros de orden micrométrico o, cuando más pequeñas, de algunos cientos de nanómetros. Sin embargo, se destaca que en una solicitud reciente de patente en la India se menciona que mediante polimerización en emulsión convencional se obtuvieron cápsulas con diámetros de entre 50 y 1000 nm. Asimismo, se lleva a cabo investigación sobre la aplicación de otros métodos, por ejemplo, precipitación de alta presión, polimerización en miniemulsión  y polimerización en microemulsión, entre otros.

Una característica común de los métodos para la preparación de microestructuras cargadas con aceites esenciales, es el uso de polímeros previamente formados, lo cual incrementa la complejidad y duración del proceso con el consiguiente incremento en costo y tiempo.

Actualmente, ningún método ha sido capaz de preparar dispersiones acuosas de estructuras cargadas con aceites esenciales que presenten simultáneamente las características de tamaño ultrapequeño y alto contenido de aceite. Es pertinente aclarar que el tamaño ultrapequeño -básicamente menor que 50 nm-, impartiría a las nanoestructuras ventajas importantes al compararse con las microestructuras, tales como: i) mejor control sobre la liberación de la esencia, ii) mayor área relativa para anclaje en el sustrato, y iii) distribución más homogénea en el sustrato.

De manera similar a las microestructuras cargadas con aceite, sus contrapartes en presentación nano tendrían diversas aplicaciones. Entre éstas, se pueden mencionar la impartición de aromas y/o protección antimicrobiana en textiles, plásticos, calzado, cosméticos y perfumes, principalmente; la preparación de materiales con propiedades insecticidas o repelentes de insectos; la impartición de aromas y sabores en la industria alimentaria.

El Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) desarrolló una metodología que permite preparar en un solo paso nanopartículas poliméricas ultrapequeñas cargadas con aceites esenciales, con el polímero formado in situ mediante polimerización radicálica [8]. En esta forma de preparación, la mezcla del monómero y el aceite esencial es dosificada a un flujo constante sobre una solución acuosa que contiene surfactante e iniciador, preservando una condición conocida como de avidez de monómero.

Estas condiciones son precisamente las que permiten que durante el proceso se forme un gran número de partículas ultrapequeñas en preferencia al crecimiento de las existentes. Al término de la operación se obtiene una dispersión de NP, cargadas con aceite, dispersas en agua; estas nanoestructuras constituyen entre 25 y 30% del peso total de la dispersión. A su vez, el aceite en las NP alcanza contenidos que van desde 13 hasta 27% en peso, dependiendo del material polimérico y del aceite esencial.

En la Tabla 1 se muestran las principales características de los diferentes tipos de NP cargadas con aceites esenciales obtenidas en CIQA. Se piensa que estas estructuras corresponderían más bien a nanoesferas con el aceite disperso en la matriz polimérica.

Una característica interesante de las NP preparadas con PMMA y P (MMA-co-MAA) es que en su superficie poseen grupos –OH y carboxílicos, lo que las habilitaría para formar puentes de hidrógeno con los componentes de varios tipos de sustratos, tales como fibras naturales, algunas de las fibras sintéticas más comunes, cuero, papel y películas plásticas, entre otros, los cuales contienen grupos –OH, amino y/o carboxílicos. Esto redundaría en un mejor anclaje y, por lo tanto, mayor permanencia en dichos sustratos.

Es importante resaltar que el P (MMA-co-MAA), uno de los materiales usados en CIQA para la preparación de NP cargadas con aceites esenciales, es aceptado por la FDA como seguro para ser introducido al cuerpo humano. Aunque este material es comercializado mundialmente desde hace varias décadas para la preparación de comprimidos y tabletas de diversos fármacos, no existe en el mercado su presentación en forma de NP de 10 nm de diámetro como las preparadas por el método desarrollado en CIQA [9]. Esta situación brinda la posibilidad de desarrollar productos novedosos en el área alimentaria y de la salud con base en las NP del mencionado copolímero cargadas con diferentes aceites esenciales.

Tabla 1. NP cargadas con aceites preparados en CIQA

Polímero Diámetro promedio

(nm)

Aceite esencial Carga de aceite en las NP (% peso)
PS 16 Lavanda 26
PS 20 Naranja 26
PS 22 Almendra 27
PS 17 Coco 26
PS 24 Eucalipto 17
PMMA 23 Jazmín 25
PMMA 19 Naranja 26
PMMA 20 Almendra 26
PMMA 20 Eucalipto 17
PMMA 19 Sándalo 25
PMMA 19 Canela 13
PMMA 17 Citronella 17
P(MMA-co-MAA) 19 Coco 26
P(MMA-co-MAA) 20 Eucalipto 16
P(MMA-co-MAA) 18 Citronella 15

PS: poliestireno; PMMA: poli(metacrilato de metilo); P(MMA-co-MAA): copolímero metacrilato de metilo-co-ácido metacrílico

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