ITRM20110051A1 - Uso di un polimero di destrano reticolato come filtro contro l inalazione di sostanze nocive per la salute. - Google Patents

Description

Uso di un polimero di destrano reticolato come filtro contro l’inalazione di sostanze nocive per la salute

La presente invenzione concerne l’uso di un polimero di destrano reticolato come filtro contro l’inalazione di sostanze nocive per la salute. In particolare, l’invenzione concerne l’uso di un polimero di destrano reticolato carico elettrostaticamente, come ad esempio QAE Sephadex®, come filtro nasale contro l’inalazione di sostanze nocive per la salute, quali ad esempio i particolati atmosferici, o nella preparazione di filtri per sigarette in grado di abbattere la percentuale di catrame inalato.

L’esposizione al particolato atmosferico aerodisperso negli ambienti urbani, rappresenta una fonte di rischio sia per i cittadini che, per varie ragioni, per il lavoratori professionali che conducono attività all’aperto per periodi più o meno lunghi. Nondimeno il fumo delle sigarette contribuisce al problema anche e soprattutto per chi non fuma sottoforma di fumo passivo.

In accordo con i principi base della cura dell’individuo, negli ultimi anni sono state implementate diverse contro misure tra le quali il miglioramento dei combustibili, motori ad alta efficienza equipaggianti con dispositivi filtranti atti all’abbattimento dei prodotti di scarico ecc.

Nonostante ciò, si à ̈ registrato un aumento delle malattie alle vie respiratorie, causato dall’inquinamento dell’aria e, in particolare, dall’inalazione del “Particolato Atmosferico†, che può essere classificato a seconda della grandezza delle particelle in PM10, PM5, PM2,5, PM1dove i numeri indicano il diametro medio delle stesse espresso in micrometri (µm).

L’ultima azione per la protezione personale, successiva alle misure collettive, à ̈ costituita da misure di protezione individuali, ovvero da qualsiasi dispositivo che indossato singolarmente, prevenga l’entrata nell’organismo degli agenti nocivi. Nel caso del Particolato Atmosferico dove à ̈ necessario proteggere il tratto respiratorio, il naso e la bocca, vengono usati dispositivi tipo mascherine. Le maschere facciali indossate da cittadini e/o agenti addetti al traffico, sebbene efficaci, sono normalmente ingombranti e generano stress nell’atto respiratorio per cui vengono usate raramente dai potenziali utenti.

Una ulteriore fonte di sostanze nocive per l’organismo à ̈ rappresentata dal fumo di sigaretta.

Il fumo di sigaretta contiene particelle fini che possono essere raccolte su un filtro tampone in laboratorio. Il particolato così raccolto, dopo avere estratto la nicotina e l'acqua, à ̈ di solito chiamato "catrame". L'accumulo di catrame nei polmoni, dovuto all'inalazione di fumo di sigaretta, à ̈ ritenuto la causa principale dei tumori ai polmoni, alla laringe, alla cavità orale e delle patologie dell'apparato respiratorio come la bronchite cronica, l’asma e l’enfisema.

Sono noti filtri monouso da applicare alle sigarette o sigarette a basso contenuto di catrame allo scopo di diminuire la inalazione di catrame. Tuttavia, si continuano a studiare nuovi sistemi che, oltre a diminuire la percentuale di catrame inalato, non presentino problemi di costi, di lavorazione nella preparazione delle sigarette e possano incontrare i gusti dei consumatori.

Alla luce di quanto sopra esposto risulta pertanto evidente l’esigenza di poter disporre di nuovi mezzi per l’abbattimento della inalazione di sostanze nocive per l’organismo preveniente sia dall’ambiente sia dalle sigarette.

Il Sephadex® à ̈ un polisaccaride destrano reticolato in cui le molecole di glucosio sono collegate tra loro linearmente con legame glicosidico α1->6, mentre la reticolazione à ̈ dovuta a legami glicosidici α1->4, a volte anche α1->2 e α1->3. In particolare, nel QAE Sephadex®, il prefisso QAE indica che le molecole di glucosio sono funzionalizzate con l’ammina quaternaria dietil-2-idrossipropilamminoetil.

Di seguito à ̈ mostrato un esempio di come possono legarsi tra loro le molecole nel polimero QAE Sephadex®

in cui R Ã ̈ il gruppo dietil-2idrossipropilamminoetil.

I polimeri sopra menzionati sono generalmente impiegati in laboratorio nella cromatografia su colonna per separare molecole.

Gli autori della presente invenzione hanno ora trovato che un gel a base di polimeri di destrano reticolati e carichi elettrostataicamente, come il QAE Sephadex®, può essere vantaggiosamente impiegato come filtro contro l’inalazione di sostanze nocive per la salute come ad esempio il particolato atmosferico o il catrame delle sigarette.

L’adsorbimento di particolato, oltre che da impatto fisico sul gel stesso, à ̈ determinato anche da interazione elettrostatica dovuta al gruppo funzionale dietil-2-idrossipropilamminoetil che rende il gel un forte scambiatore anionico. Uno scambiatore forte o debole dipende dal pK del sostituente R: uno scambiatore forte ha un pK molto alto per gli acidi, cosicché rimane ionizzato in un largo intervallo di pH, in questo caso tra 2 e 12 unità di pH.

In particolare, per poter essere impiegato come filtro nasale, il QAE Sephadex® viene preparato in forma di idrogel di Polivinl alcool (PVA, circa il 2%), anch’esso innocuo e biocompatibile, che, eventualmente può essere reticolato per mezzo di un agente chimico, il borace, o più correttamente sodio tetraborato decaidradato (Na2B4O7*10H2O). Quest’ultimo à ̈ un composto naturale che ricopre una vasta varietà di usi. Il composto assoluto di per sé, come la maggior parte dei composti chimici, à ̈ tossico e quindi come tutti i composti chimici à ̈ la quantità che se ne usa che ne determina il grado di pericolosità. In questo caso la concentrazione di borace, che comunque non à ̈ nella sua forma assoluta ma à ̈ legato chimicamente, à ̈ minore dello 0,3%.

Le quantità dei componenti indicate che costituiscono il gel sono indicative e possono variare nell’arco dell’unità percentuale, il restante à ̈ completamente costituito da acqua distillata maggiore del 97%. Il gel à ̈ pertanto pressoché innocuo in quanto costituito quasi totalmente da acqua.

Il gel viene preparato partendo da una soluzione al 4% di PVA preparata a caldo, 90°C circa, nella quale viene aggiunto successivamente il QAE Sephadex che necessita di 48 ore a temperatura ambiente o di 2 ore a 90°C per rigonfiarsi; la soluzione viene quindi lasciata raffreddare.

Viene preparata una seconda soluzione di borace sempre al 4%, a temperatura ambiente o a caldo per facilitarne lo scioglimento, la quale viene diluita con acqua distillata quanto basta per la diluizione del gel desiderata. Le due soluzioni vengono quindi agitate e mescolate insieme a temperatura ambiente, ottenendo la formazione della fase gel.

Al gel secondo la presente invenzione possono essere aggiunti degli additivi per migliorare le proprietà filtranti o conferire proprietà fungicide, battericide o antivirali.

Tra gli additivi possono essere menzionati i carboni attivi, le zeoliti, il beta-glucano, il pantenolo, l’acido lattico e la propoli.

I carboni attivi sono una vasta gamma di materiali a base di carbonio, amorfi, aventi un’alta area specifica (m2/g) derivante dalla loro elevata porosità, che conferisce loro una geometria spaziale che ne determina le proprietà di adsorbimento. E’ possibile disperdere polvere di carbone attivo di origine vegetale, a concentrazione variabile, come carbone di legna di betulla, nel mezzo gel affinché questo acquisisca anche proprietà adsorbenti.

Analogamente ai carboni attivi un altro comune adsorbente sono le zeoliti, minerali con una struttura cristallina regolare e microporosa caratterizzati da una enorme quantità di volumi vuoti interni ai cristalli. Questi minerali presentano una intelaiatura strutturale a base di alluminosilicato con cationi intrappolati all'interno di cavità a "tunnel" o a "gabbia". Dato che le gabbie possiedono simmetria cristallina, le zeoliti rappresentano una classe di setacci molecolari con selettività maggiore rispetto al carbone attivo, che possiede vuoti irregolari. Data la loro elevata selettività verso una singola sostanza chimica, a meno che non si abbia un target ben identificato da intercettare, conviene l’utilizzo dei carboni attivi, i quali anche se leggermente meno efficienti in termini di adsorbimento hanno un’azione di cattura ad ampio spettro verso una vasta gamma di sostanze come visto in precedenza.

Il Beta-Glucano à ̈ un prodotto fibroso naturale ricavato dal lievito che non ha effetti collaterali, à ̈ capace di stimolare il sistema autoimmunitario e non causa reazioni allergiche. È un polisaccaride di origine vegetale formato da una catena principale di molecole di glucosio con poche ramificazioni inter- e intramolecolari e nella forma di B-(1,3)-(1,6)-D-Glucano à ̈ un immuno-modulatore che rafforza il sistema immunitario attraverso l'attivazione di un tipo particolare di globuli bianchi, i macrofagi. Inoltre, il Beta-Glucano à ̈ un antiossidante in grado di combattere i radicali liberi.

Il Pantenolo à ̈ l’alcool analogo dell’acido pantotenico (la comune vitamina B5), un liquido viscoso trasparente a temperatura ambiente solubile in acqua. È un agente idratante che riduce e lenisce eventuali infiammazioni e irritazioni della pelle particolarmente adatto per la protezione delle mucose. La sua natura viscosa può coadiuvare la cattura del particolato atmosferico PM10 o di dimensioni più piccole fino allo 0,1 µm unitamente all’azione base del Sephadex. Nel caso di contatto con le pareti nasali, come precedentemente descritto compie sia un’azione protettiva che un’azione biologicamente attiva, infatti si presenta in natura come enantiomero, ovvero sottoforma di due molecole (D e L) che hanno gli stessi atomi ma disposizione spaziale diversa rispetto ad un solo atomo di carbonio, tali che sono una l’immagine speculare dell’altra. Nello specifico à ̈ il D-pantenolo (dexphantenol) ad avere attività biologica.

L’Acido Lattico à ̈ un composto chimico, liquido viscoso incolore/giallognolo il cui nome esteso à ̈ acido 2-idrossipropanoico, dalla formula C3H6O3, che riveste un ruolo importante in molti processi biochimici, comunemente noto come quella sostanza che conferisce al latte vecchio il caratteristico gusto acido, ma à ̈ anche un sottoprodotto dell'attività anaerobica dei muscoli. Poco nota, ma di notevole importanza, à ̈ invece la sua azione antibatterica, che unitamente alla sua viscosità può coadiuvare anch’esso il Sephadex nel ruolo di filtrazione del PM10 o di dimensioni più piccole fino allo 0,1 µm. È solubile in acqua in cui tende a polimerizzare spontaneamente, conferendo quindi ulteriore stabilità al gel.

La Propoli à ̈ una sostanza resinosa che le api raccolgono dalla corteccia e dalle gemme delle piante e che elaborano con l’aggiunta di cera, pollini ed enzimi. E’ costituita essenzialmente da una miscela di composti di natura aromatica e fenolica arricchita da numerose sostanze molto eterogenee tra loro (acidi grassi, terpeni, aminoacidi, vitamine, sali minerali ecc.) la cui distribuzione percentuale à ̈ molto variabile in funzione delle stagioni, del tipo di vegetazione. Ha proprietà terapeutiche fungocide, battericide ed antivirali.

Il gel secondo l’invenzione à ̈ particolarmente adatto ad essere impiegato nel dispositivo descritto in WO2008/139499 per la sua capacità di filtrare le sostanze nocive. Il dispositivo à ̈ in grado di ridurre, per un certo numero di ore, l’esposizione al PM10 o di dimensioni più piccole fino allo 0,1 µm. Il principio di funzionamento consiste nella cattura del particolato aerodisperso che attraversa la cavità nasale in conseguenza dell’atto respiratorio. La filtrazione del particolato avviene sia per impatto meccanico che per un processo elettrostatico abile ad assorbire e inglobare le particelle solide in una fase stazionaria fissa posta all’interno del dispositivo. In una possibile configurazione, il dispositivo à ̈ fatto di PVC medicale con additivi inclusi nel Decreto Ministeriale Italiano del 21 Marzo 1973 e successivi aggiornamenti, corrispondente alla Normativa Europea 2008/39 EEC, biocompatibile, molto soffice. Il dispositivo consiste in un paio di tronchi di cono uniti da un ponticello che ne previene l’inserimento eccessivo e ne permette una facile rimozione. Ogni tronco di cono circoscrive un’elica conica, fatta dello stesso materiale, avente lo scopo di aumentare la superficie interna attiva del dispositivo massimizzando il più possibile il contatto con l’aria respirata. Sulla superficie interna del dispositivo viene spalmato il biogel secondo la presente invenzione, capace, grazie alla sua carica elettrostatica e alla sua viscosità, di attrarre e intrappolare gli agenti chimici nella forma di particelle aerodisperse. Il biogel secondo la presente invenzione à ̈ infatti caratterizzato da un’alta viscosità ed à ̈ stato selezionato per la sua proprietà di scambiatore anionico forte. Questo principio può essere esteso a diversi tipi di applicazioni le quali prevedano un flusso di aria attraverso un sistema labirintico che metta a contatto il particolato atmosferico con il biogel.

Inoltre, gli autori della presente invenzione hanno trovato che i polimeri di destrano reticolati carichi elettrostaticamente, come il QAE Sephadex®, possono essere vantaggiosamente impiegati come filtro per la frazione solida di catrame aerodispersa. Pertanto, questi composti possono essere impiegati nella preparazione di filtri per sigarette in grado di diminuire drasticamente la percentuale di catrame inalato. Secondo una forma di realizzazione, il gel di QAE Sephadex® e PVA sopra descritto, eventualmente in presenza di additivi adsorbenti come carboni attivi o zeoliti, può essere impiegato per imbibire le fibre per la preparazione di filtri per sigarette, come ad esempio le fibre di acetato di cellulosa. Il gel viene fatto asciugare lasciando il QAE Sephadex® adeso sulle fibre.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione l’uso di un gel comprendente o consistente in un polimero di destrano reticolato e un polimero gelificante nella preparazione di un filtro contro l’inalazione di sostanze nocive, detto polimero di destrano reticolato avendo le molecole di glucosio legate tra loro linearmente mediante legame glicosidico α1->6, reticolate mediante legami glicosidici α1->4, α1->2 o α1->3 e avendo uno o più gruppi funzionali ionici quali ad esempio dietil-2-idrossipropilamminoetil, dietilamminoetil, carbossimetil o sulfopropil, preferibilmente dietil-2idrossipropilamminoetil.

Tra i polimeri di destrano reticolati carichi elettrostaticamente possono essere citati il QAE Sephadex®, il DEAE Sephadex®, il CM Sephasex® e lo SP Sephadex® i quali, come suggerisce il diverso prefisso, presentano dei gruppi sostituenti differenti, che sono rispettivamente dietil-2-idrossipropilamminoetil (QAE), una dietilamminoetil (DEAE), un gruppo carbossimetil (CM) e un gruppo sulfopropil (SP) i quali si differenziano tra loro per la loro potenza in termini di scambiatori ionici. Il DEAE Spehadex® Ã ̈ uno scambiatore anionico debole che lavora in un range di pH compreso tra 2 e 9; mentre il CM Sephadex® Ã ̈ uno scambiatore cationico debole che lavora nel range di pH compreso tra 6 e 10; infine il SP Spehadex® Ã ̈ uno scambiatore cationico forte che lavora nel range di pH compreso tra 2 e 12.

Il polimero gelificante può essere scelto nel gruppo che consiste in polivinilalcool, agar agar, siliconi, poliacrilammide, preferibilmente polivinilalcool. In generale gli idrogel sono formati da catene polimeriche disperse in acqua il cui contenuto di mezzo acquoso può superare il 99%. Possono formare gli idrogel diversi composti naturali come l’agar agar e varie molecole saccaridiche, ma anche composti artificiali come i siliconi e la poliacrilammide. La scelta del QAE Sephadex e del PVA e stata dettata dalla necessità di biocompatibilità. Se si prevede l’uso del gel in un processo di filtrazione che non preveda il diretto contatto con l’organismo umano si può pensare ad una formulazione diversa prendendo in considerazione altri polimeri e copolimeri.

Il gel oltre a comprendere il polimero di destrano reticolato carico elettrostaticamente può comprendere ulteriormente sodio tetraborato decaidrato.

Inoltre, il gel per l’uso secondo l’invenzione può comprendere ulteriormente additivi scelti nel gruppo che consiste in adsorbenti, quali ad esempio carboni attivi e zeoliti, beta-glucano, pantenolo, acido lattico, propoli.

Il filtro che comprende il gel può essere un filtro nasale o un filtro per sigarette. Preferibilmente, il filtro per sigarette comprende il gel di polimero di destrano reticolato carico elettrostaticamente sopra menzionato, PVA e adsorbenti come carboni attivi e/o zeoliti.

Per sostanze nocive si intende, a titolo esemplificativo, particolato atmosferico, catrame, ad esempio catrame rilasciato dalle sigarette.

Costituisce ulteriore oggetto della presente invenzione una sigaretta avente un filtro comprendente il gel come definito sopra.

Inoltre, la presente invenzione comprende una fibra per la preparazione di filtri per sigarette rivestita o impregnata del gel come definito sopra essiccato su o in essa.

La presente invenzione riguarda inoltre un dispositivo filtrante nasale o un filtro monouso per sigarette comprendente il gel come definito sopra.

La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione.

Esempio 1: Preparazione del gel di QAE Sephadex, PVA e tetraborato di sodio

Preparazione delle soluzioni per circa 2,5 kg di gel

Preparazione della soluzione di PVA

Sciogliere 40g di PVA in un 960ml di acqua distillata, a 90°C per almeno 8h evitando di far bollire la soluzione. Lasciar raffreddare a temperatura ambiente.

Addizione del QAE Sephadex

Aggiungere alla soluzione di PVA 5g di polvere di QAE Sephadex per 48 ore a temperatura ambiente per 2 ore a 90°C.

Preparazione della soluzione di tetraborato di sodio

Sciogliere 9,6g di tetraborato di sodio decaidradato in 240ml di acqua distillata a caldo (es 90°C) per facilitare la formazione della soluzione finchà ̈ non diventa trasparente e lasciare raffreddare. Diluire la soluzione di tetraborato di sodio con 1320ml di acqua distillata ed agitare.

Formazione dell’idrogel

Aggiungere lentamente la soluzione di PVA e QAE Sephadex alla soluzione di tetraborato di sodio mentre si agita il tutto con una bacchetta di vetro fino alla formazione del gel, ovvero finché non si ha più separazione di fase tra fase gel e fase acquosa.

Il gel deve essere conservato in un contenitore a tenuta d’aria, con sopra un strato di acqua distillata al fine di evitarne l’essiccamento.

Esempio 2: Preparazione del gel di QAE Sephadex, PVA e tetraborato di sodio in presenza di additivi Preparazione delle soluzioni per circa 2,5 kg di gel

Preparazione della soluzione di PVA

Sciogliere 40g di PVA in un 960ml di acqua distillata, a 90°C per almeno 8h evitando di far bollire la soluzione. Lasciar raffreddare a temperatura ambiente.

Addizione del QAE Sephadex

Aggiungere alla soluzione di PVA 5g di polvere di QAE Sephadex per 48 ore a temperatura ambiente per 2 ore a 90°C.

Preparazione della soluzione di tetraborato di sodio

Sciogliere 9,6g di tetraborato di sodio decaidradato in 240ml di acqua distillata a caldo (es 90°C) per facilitare la formazione della soluzione finchà ̈ non diventa trasparente e lasciare raffreddare. Diluire la soluzione di tetraborato di sodio con 1320ml di acqua distillata ed agitare.

Aggiunta degli additivi

Aggiungere a temperatura ambiente 50g di polvere fine di additivi (carbone attivo e/o zeolite) alla soluzione di tetraborato di sodio ed agitare.

Formazione dell’idrogel

Aggiungere lentamente la soluzione di PVA e QAE Sephadex alla soluzione di tetraborato di sodio mentre si agita il tutto con una bacchetta di vetro fino alla formazione del gel, ovvero finché non si ha più separazione di fase tra fase gel e fase acquosa.

Il gel deve essere conservato in un contenitore a tenuta d’aria, con sopra un strato di acqua distillata al fine di evitarne l’essiccamento.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Uso di un gel comprendente o consistente in un polimero di destrano reticolato e un polimero gelificante nella preparazione di un filtro contro l’inalazione di sostanze nocive, detto polimero di destrano reticolato avendo le molecole di glucosio legate tra loro linearmente mediante legame glicosidico α1->6, reticolate mediante legami glicosidici α1->4, α1->2 o α1->3 e avendo uno o più gruppi funzionali ionici.
2. 2) Uso secondo la rivendicazione 1, in cui detti gruppi funzionali ionici sono scelti nel gruppo che consiste in dietil-2-idrossipropilamminoetil, dietilamminoetil, carbossimetil, sulfopropil, preferibilmente dietil-2-idrossipropilamminoetil.
3. 3) Uso secondo la rivendicazione 1, in cui il polimero gelificante à ̈ scelto nel gruppo che consiste in polivinilalcool, agar agar, siliconi, poliacrilammide, preferibilmente polivinilalcool.
4. 4) Uso secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, in cui il gel comprende ulteriormente sodio tetraborato decaidrato.
5. 5) Uso secondo ognuna delle rivendicazioni 1-4, in cui il gel comprende ulteriormente additivi scelti nel gruppo che consiste in adsorbenti, beta-glucano, pantenolo, acido lattico, propoli.
6. 6) Uso secondo la rivendicazione 5 in cui gli adsorbenti sono scelti tra carboni attivi, zeoliti.
7. 7) Uso secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti in cui il filtro à ̈ un filtro nasale o un filtro per sigarette.
8. 8) Uso secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti in cui le sostanze nocive sono scelte tra particolato atmosferico, catrame.
9. 9) Sigaretta avente un filtro comprendente il gel come definito in ognuna delle rivendicazioni 1-6.
10. 10) Fibra per la preparazione di filtri per sigarette rivestita o impregnata del gel come definito in ognuna delle rivendicazioni 1-6 essiccato.
11. 11) Dispositivo filtrante nasale o filtro monouso per sigarette comprendente il gel come definito in ognuna delle rivendicazioni 1-6.