sinteza de literatura pt tradus

Upload: octavianpopescu2000

Post on 13-Jul-2015

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

NOI APLICAII ALE CICLODEXTRINELOR IN TEXTILE - Review?DE OCTAVIAN POPESCU i AURELIA GRIGORIUUniversitatea Tehnica ''Gheorghe Asachi'' din Iai,Facultatea de Textile Pielarie si Management Industrial, Bd. D. Mangeron nr.29,700050, Iai, Romania

Rezumat. Este cunoscut de mult timp capacitatea ciclodextrinelor de a forma compleci de incluziune, proprietate utilizata in domeniul textil pentru obinerea unor produse cu aplicaii in creterea confortului la purtare, ct i pentru realizarea textilelor medicale. Sunt posibile ins mereu noi aplicaii ale acestor compleci, fie prin fixarea permanent pe textile, fie in ecologizarea i creterea performanelor unor procese din industria textil sau din domeniul epurrii apelor uzatre. In direcia creterii confortului la purtare, ciclodextinele servesc la imbuntirea hidrofiliei i la antistatizare, pentru captarea mirosurilor i a transpiraiei sau la eliberarea pentru un timp indelungat a parfumurilor incapsulate in prealabil. In domeniul medical, cu scopul de a obine o eliberare lent de antibiotice i pe baza capacitaii ciclodextrinelor de a forma reversibil compleci de incluziune cu acestea, s-au creat proteze vasculare funcionalizate care s reduc riscul infeciilor postoperatorii. Pe acelai principiu, s-au realizat tratamente transdermale cum ar fi obinerea unui pansament capabil s elibereze diclofenac de sodiu, ca medicament antiinflamator. Ciclodextrinele se utilizeaz i pentru eliberarea substanelor dezinfectante sau cicatrizante la locul aplicrii bandajelor pentru vindecarea diferitelor leziuni ct i pentru realizarea de materiale textile cu activitate antimicrobian, rezistent i dup un numr de splri. In domeniul optimizrii tehnologiilor chimice textile, ciclodextrinele sunt utilizate pentru indeprtarea de pe material sau inactivarea in faz lichid a surfactanilor, pentru intensificarea proceselor enzimatice sau ca egalizatori la vopsirea cu colorani reactivi. Cuvinte cheie: ciclodextrine, diclofenac, incluziune, monoclorotriazinil, pansament, proteze

1. Introducere Aceasta sintez de literatur ii propune o trecere in revist a principalelor realizri din ultimii ani in domeniul aplicrii ciclodextrinelor (CD) pe textile i in special in domeniul textilelor medicale. Ciclodextrinele (denumite i dextrine Schardinger, cicloglucoz, cicloamiloz, ciclogluco-amiloz) sunt oligozaharide ciclice, nereductoare, alctuite din 6 pn la 12 (ajungnd chiar pn la 26) uniti -D (+)-glucopiranozice legate -1,4-glicozidic. Datorit structurii moleculare specifice, cu caviti interioare lipofile i suprafee exterioare hidrofile, principala proprietate a CD este capacitatea de includere a diferitelor molecule oaspete cum ar fi:1

compui polari (amine, acizi, esteri etc.), hidrocarburi alifatice i aromatice, gaze rare, oxigen, dioxid de carbon i chiar polimeri [1] . Dup mai bine de un secol de la descoperirea lor, ciclodextrinele sunt printre moleculele gazd cel mai frecvent utilizate n chimia supramolecular, avnd o larg aplicabilitate n industriile farmaceutic, cosmetic, chimic, n tehnologia alimentar, agricultur, zootehnie etc. Principalele lor avantaje sunt: - accesibilitatea i capacitatea de regenerare natural continu a materiei prime (amidon); - obinerea ecologic relativ simpl, la un cost acceptabil ; - posibiliti multiple de sintez a unor compui de incluziune i a unor derivai pe baz de CD, avnd toxicitate minim [1]. Necesitatea unui studiu de literatur in acest domeniu rezid in multitudinea de articole aprute, avnd ca subiect ciclodextrinele, concomitent cu diversificarea tipurilor de produse care utilzeaz aceti compui, impunnd o serie de cerine ca: proprieti fizico-chimice prestabilite i reproductibile, corelate cu domeniul de aplicaie, condiii blnde i nepoluante de prelucrare, consumuri energetice reduse, diminuarea cantitativ a deeurilor. Avnd n vedere cerinele mereu crescnde pe piaa mondial textil i dinamica extinderii substanelor cu performane deosebite, inteligente, studiul nnobilrii materialelor textile rmne n continuare o poart deschis pentru noi confruntri, cu noi posibiliti de realizare, aplicare i interpretare. n acest sens, acest review reprezint o incercare de sistematizare a informaiilor aprute in literatur, prin abordarea unor aspecte legate de aplicaiile compuilor de incluziune ai ciclodextrinelor n industria textil, n vederea utilizrii de ctre specialiti a noilor comunicri stiinifice pentru adaptarea performanelor impuse de destinaie. Un domeniu destul de bine reprezentat in literatur este cel al incorporrii de ageni antimicrobieni in fibrele esturilor, agenti care s reziste unor splri repetate si s asigure condiii septice in diverse situaii de utilizare a materialului textil (mediu intraspitalicesc, pacienti cu diverse boli de piele cu pericol de suprainfectare etc.) [2]. Uneori autorii analizeaz probleme legate de ciclodextrine fra s fac referiri la textile ca de exemplu in [3] unde este tratata microincapsularea uleiurilor eseniale de salvie. Avnd ins in vedere posibilitatea utilizrii acestor informaii de ctre textiliti, s-a inclus i acest articol in review. Este vorba in special de metodele propuse pentru incapsulare, de analizarea factorilor care influeneaz acest fenomen ct si de analizarea stabilitii caracteristicilor suportului textil

2

complexului format, toate acestea fiind valabile si in cazul aplicrii pe textile a acestui tip de substante. Pentru clarificarea unor aspecte referitoare la modul de legare a ciclodextrinelor functionalizate de materialul textil, s-au fcut referiri la lucrri care analizeaza detaliat acest fenomen in cazul funcionalizrii cu monoclorotriazinil, compusul format comportndu-se fa de suportul celulozic ca un colorant reactiv [4]. S-au prezentat si unele metode de investigare pentru reacia derivailor de monoclortriazinil--ciclodextrin (MCT--CD) la suprafaa materialelor celulozice, esturi de tencel si bumbac albit, cum ar fi investigarea cu raze X prin spectroscopie fotoelectronic [5]. Factorii care influeneaz formarea sau descompunerea complecilor de incluziune, factori cu deosebit importan in utilizarea acestor compui deosebit de versatili, ct i alegerea tipului de ciclodextrin (, , sau ) fac obiectul mai multor studii i prezint interes in special pentru domeniul textilelor medicale cu eliberare lent a medicamentelor. Se analizeaz influena dimensiunii cavitaii ciclodextrinelor asupra posibilitii inglobrii unor molecule mari, cu diverse polarizri, influena temperaturii, a metodei de preparare, prezena unor aditivi, a pH-ului, diluiei etc. asupra echilibrului medicament/ciclodextrin dar topice a medicamentelor [6]. O alt aplicaie important in finisarea produselor textile este utilizarea ciclodextrinelor ca egalizator la vopsire [7]. Avnd exteriorul polar i hidrofil iar interiorul hidrofob, ciclodextrinele au capacitatea de a forma incluziuni complexe cu coloranii in mediu apos. Efectul de egalizare si cel de retardare al ciclodextrinelor la vopsirea, spre exemplu, a poliamidei 6,6 cu colorani acizi a fost demonstrat experimental i s-a constatat o cretere a temperaturii critice de vopsire care conduce la o scdere a vitezei de preluare a colorantului i la o imbuntire a uniformiii. Ciclodextrinele grefate pe textile i-au gsit aplicabilitate i in domeniul epurrii apelor uzate. Se tie c finisarea produselor textile reprezinta o activitate poluant pentru ape. In acelai timp filtrele cu suport textil, in special neesut, cu ciclodextrine grefate, reprezinta o solutie pentru depoluarea apei [8]. Materialele polipropilenice sunt deosebit de potrivite datorita ineriei chimice chiar in medii foarte corozive avnd in vedere c a fost rezolvat i problema grefrii ciclodextrinelor pe polipropilen (prin utilizarea unui fascicul de electroni de activare [8]). Analiznd articolele din publicaiile stiinifice aprute in ultimii zece ani, se constat o mare preocupare a cercettorilor din diferite domenii att pentru ciclodextrine ct si pentru3

i factorii de influena asupra permeabilitii transdermale,

deosebit de interesani pentru utilizarea ciclodextrinelor grefate pe textile in scopul administrrii

derivaii acestora. S-au gsit pentru aceti compui aplicaii foarte diverse i, numai in domeniul textil care face obiectul acestui review, varietatea aplicaiilor conduce la nevoia unei clasificri din acest punct de vedere. Astfel, simplificnd lucrurile, domeniile de utilizare a ciclodextrinelor in textile s-ar putea impri in cinci grupe: - ecologizarea i creterea performanelor unor procese tehnologice in industria textil; - mbuntirea purtabilitii produselor textile (tueu, hidrofilie, proprieti antialergice etc.); - aplicaii in domeniul textilelor medicale (cu proprieti antimicrobiene, pentru tratamente transdermale, ca proteze cu aciune antimicrobian, ca suport pentru culturi de celule etc.); - obinerea unor produse textile antiinsecte; - epurarea apelor uzate; Aceast clasificare a stat la baza structurrii acestui review, avndu-se totui in vedere necesitatea, de la inceput, a explicrii unor mecanisme generale de formare a produilor de incluziune ct i de eliberare a oaspeilor, apoi a factorilor care influeneaz aceste fenomene. 2. Obinerea i complexarea ciclodextrinelor 2.1. Procese de obinere i caracterizarea ciclodextrinelor Ciclodextrinele se obin prin hidroliza enzimatic a amidonului n prezena ciclodextringlicozil-transferazei (CGT-az), produs de numeroase microorganisme (Bacillus macerans, Klebsiella oxytoca, Bacillus circulans, Alkalophylic bacillus etc. ). Prepararea CD are loc n dou faze: ntr-o prim etap amidonul parial prehidrolizat este tratat cu enzima CGT-az, conducnd la un amestec de -, - i -CD alturi de o serie de dextrine liniare [1]. n cea de a doua faz se realizeaz separarea produilor ciclici i liniari ai degradrii enzimatice a amidonului. Cea mai simpl metod pentru separarea -, - i -CD din amestecul de reacie este precipitarea selectiv prin formarea compuilor de incluziune cu o molecul oaspete corespunztoare (de ex. -CD cristalizeaz prin adugare de ciclohexan, 1-decanol; -CD este separat prin formarea unui complex cu fluorbenzenul sau toluenul; -CD se separ cu ajutorul antracenului, ciclohexadecenolului). n prezena glicozil-transferazei macromolecula elicoidal a amidonului se scindeaz hidrolitic, iar capetele fragmentelor astfel formate se unesc prin legturi -1,4-glicozidice. ntruct enzima nu prezint specificitate, se obin cicluri cu numr diferit de uniti glucozice (Fig.1). Din cauza impiedicrilor sterice i a preferinelor conformaionale nu sau obinut ciclodextrine cu mai puin de 6 uniti glucopiranozice n ciclu. n cantitatea cea mai4

mare se obin -, - i - CD cu 6, 7 i respectiv 8 resturi glucozice; sunt ins semnalate n literatur i CD cu mai mult de 100 uniti glucozice . Structura CD prezint o serie de particulariti : - conformaia clasic scaun a resturilor rigide de -D-glucopiranoz; - distribuia specific a grupelor hidrofile i hidrofobe: privite din lateral, CD au form de trunchi de con, gol n interior (Fig. 2 ), fiind descrise frecvent ca macrocicluri toroidale.

Fig.1. Structura chimic a CD [7]

1.46 nm 0.49 nm

1.54 nm 0.62 nm

1.75 nm 0.79 nm

0.79 nm

Fig.2. Reprezentarea schematic a moleculelor de -, - i -CD [1]

Gruprile OH secundare sunt situate pe baza mare iar gruprile OH primare sunt situate pe baza mic a trunchiului de con. Prezena gruprilor hidroxilice la ambele baze ale trunchiului de con confer CD o bun solubilitate n soluie apoas. Interiorul cavitii CD este hidrofob (este

5

cptuit cu atomii de hidrogen ai gruprilor CH, precum i cu atomii de oxigen glicozidici. Ca urmare, aceste caviti formeaz n soluie o matrice hidrofob ntr-o ambian hidrofil, descris n literatura de specialitate ca mprejmuire microeterogen pentru orientarea grupelor hidroxilice: gruprile secundare, ataate direct pe inelul glucopiranozic, sunt rigide, n schimb cele primare, O(6)H, se pot roti n jurul legturilor C(5)C(6), adoptnd orientarea (-) sau (+) gauche (Fig. 3). Forma (-) gauche, cea mai larg rspndit, are grupa O(6)H ndreptat spre exteriorul cavitii. Forma (+) gauche, cu gruparea O(6)H orientat spre centrul cavitii, se ntlnete doar atunci cnd cerinele de mpachetare a moleculelor din reeaua compusului de incluziune o necesit sau dac se formeaz o legtur de hidrogen cu oaspetele inclus; - forma cavitii CD nu este cilindric ci uor tronconic; diametrul cavitilor depinde de numrul unitilor de glucoz, iar nlimea macrociclului rmne constant (Fig. 2);

a

b [1]

Fig. 3. Conformaia unitii de glucoz cu O(6)H n orientare () gauche(a) i (+) gauche(b)

- existena unui ciclu al legturilor de hidrogen ntre grupele O(2)H solubilitatea acesteia n ap [1].

i O(3)H ale

unitilor de glucoz adiacente, care stabilizeaz forma moleculei i influeneaz semnificativ Datorit structurii moleculare specifice, principala proprietate a CD este capacitatea de includere a diferite molecule oaspete cum ar fi: compui polari (amine, acizi, esteri etc.), hidrocarburi alifatice i aromatice, gaze rare, oxigen, dioxid de carbon i chiar polimeri. Compuii de incluziune sunt, de regul, substane solide, cristaline, stabile n anumite condiii de presiune i temperatur, rezultate prin unirea spaial a moleculelor, fr afectarea sistemelor de legturi chimice ale componentelor. Se formeaz prin includerea unui component numit oaspete (sau inclus) n spaiul liber al reelei cristaline a celuilalt component numit gazd (sau suport).

6

2.2. Factori care influeneaz incluziunea i eliberarea controlat a oaspeilor Ciclodextrinele sunt molecule gazd tipice; ele formeaz compui de incluziune cu o gam foarte larg de oaspei, principala cerin fiind ca aceste molecule s se potriveasc total sau mcar parial n cavitatea molecular a gazdei (s fie complementare din punct de vedere stereoelectronic). Ca o particularitate, compuii de incluziune ai CD pot exista att n soluie ct i n stare solid. n soluie apoas, cavitatea slab apolar a CD este ocupat de molecule de ap care, datorit mediului energetic nefavorabil (interaciuni polar - apolare), sunt substituite cu uurin de molecule oaspete mai puin polare dect apa. Fora motrice ce conduce la formarea compuilor de incluziune ai CD este generat de schimbul de molecule de ap cu moleculele hidrofobe ale oaspetelui. In plus apar interaciuni intre poriunile moleculare nepolare ale gazdei i oaspetelui i tensiunea ciclului scade, ceea ce conduce la o stare stabil, cu energie sczut. Ciclodextrinele nu sunt legate de moleculele-oaspete prin legturi chimice puternice. Este vorba in realitate de fore van-der-Waals, de interaciuni hidrofobe i posibile puni de hidrogen. Prin repartizarea spaial specific pot fi ins att de pronunate inct s ating tria unor legturi covalente. Ciclodextrinele se pot separa usor prin urmare prin procese fizice ca extracia cu vapori sau din soluie, complexarea preferenial sau cu ultrasunete. In soluie, se stabilete rapid un echilibru termodinamic i cinetic (Fig.4) [9]. In mod normal, raportul molar intre ciclodextrin si molecula-oaspete este de 1:1. La unii compleci ins, este nevoie de mai mult ciclodextrin. Sistemul este influenat in mod considerabil de urmtorii factori: - felul ciclodextrinei; - variatiile de concentraie, temperatur i pH; - polaritatea solventului; - prezena altor compui.

7

Fig.4. Reprezentarea schematic a echilibrului dinamic la formarea complexului [9]

La desfacerea complecilor are loc un proces invers. Este nevoie de o anumit cantitate de ap. Disocierea are loc de obicei repede deoarece, la adugarea apei, numrul de molecule de ap in jurul cutii crete rapid . In ciuda unei bariere energetice iniiale de disociere, datorit existenei interaciunilor intre moleculele-gazd si cele oaspete, prevaleaz gradientul concentraiei i moleculele-oaspete prsesc molecula-gazd. Dat fiind concentraia mic in soluie, o reformare a complexului este improbabil si molecula eliberat rmne n soluie sau precipit. 3. Aplicarea ciclodextrinelor pe suporturi textile 3.1. Funcionalizarea adecvat a ciclodextrinelor i aplicarea pe suporturi celulozice In domeniul textil, s-au fcut cercetri pentru fixarea ciclodextrinelor pe fibre in scopul utilizrii capacitatii de formare a produilor de incluziune cu diverse substane care apoi s fie puse in libertate treptat, substane cum ar fi: parfumuri, substane antimicrobiene, insectifuge, UV-absorberi, diverse medicamente cu administrare transdermal etc. De asemenea, ciclodextrinele ancorate pe textile pot fi utilizate pentru colectarea transpiraiei in scopul analizrii ulterioare pentru stabilirea unor diagnostice. Toate acestea sunt ins posibile numai dac CD sunt fixate pe fibrele textile. Exist ins i posibilitatea utilizrii CD nefixate chimic sau fizic pe materialul textil. De exemplu, mirosurile neplcute de pe textile pot fi inlturate prin complexare cu CD. Se trateaz produsul textil cu spray care conine o soluie de CD, iar dup reinerea mirosurilor, complexul format se indeprteaz prin splare. In acest caz CD nu se mai recupereaz, ea se indeprteaz concomitent cu mirosurile. Se va acorda in continuare atenie ins cazului in care CD sunt fixate permanent pe fibr. Aici exist dou situaii: fixarea fizic, prin lanuri alchilice lungi sau alte grupri hidrofobe, caz ntlnit la poliester (Fig.5, a) unde partea polar a derivatului de CD rmne la suprafaa polimerului i cazul fixrii chimice, prin grupri reactive (Fig.5, b), aplicabil pentru fibrele celulozice i nu numai.

8

Fig.5. Prezentarea schematic a fixrii derivailor de CD cu grupri hidrofobe(a) i cu grupri reactive(b) la suprafaa unui polimer [10]

Deoarece CD nu reacioneaz singure cu materialul textil, sunt necesari derivai reactivi ai acestora. Prin analogie cu procesele de vopsire, s-a grefat pe molecula de CD o grupare reactiva de monoclortriazinil, obinndu-se monoclortriazinil--ciclodextrina (MCT--CD). Aceasta substan a fost produs industrial i pus la dispoziia finisrii chimice textile incepnd cu anul 1996 i se aplic prin imersarea materialului textil intr-o cad, fulardare i splarea MCT--CD nefixate. Reacia este o substituie nucleofil la ciclului clortriazinic a grupelor hidroxil ale celulozei (Fig.6).

Fig.6. Legarea chimic a ciclodextrinei de gruparea monoclortriazinil i apoi de fibra textil

Moleculele de CD fixate pot fi folosite, de exemplu, pentru preluarea mirosurilor sau umplerea repetat cu parfum. In maina de splat, mirosurile preluate, de exemplu de la fumul de igar i9

de la transpiraie, vor fi indeprtate. Spaiile din moleculele de CD pot prelua apoi noi substane. Pe de alt parte, prin scufundare sau tratare cu spray, textilele pot fi imbogite cu diverse parfumuri. Pe lng aceasta, se pot aplica i substane cu aciune antimicrobian. Aceste substane sunt eliberate treptat, prin aciunea, de exemplu, a umiditii. Cu ct umiditatea este mai mare, cu atta se elibereaz mai mult substan. Astfel deci materialul reacioneaz la condiii variabile. Exemple de utilizare ar fi tricourile, lenjeria de pat, materialele decorative etc. [9]. O alt metod de fixare a CD pe fibrele celulozice este utilizarea coloranilor heterobifuncionali, care conin doua tipuri de grupri reactive i care au capacitate ridicat de epuizare, uniformitate si rezistene bune la splare. Se propune legarea chimic a moleculelor de -CD la celuloz, folosind acei colorani i apoi complexarea, de exemplu, cu uleiuri eseniale de rozmarin, lavanda, iasomie, lamie sau lemn de santal, a CD deja ancorate care apoi elibereaz lent substanele reinute [11]. Experimentul utilizeaz estur din bumbac, descleiat i albit i colorani reactivi ca cel din Fig.7, colorani care conin grupri reactive monoclortriazinice i vinilsulfonice.

Fig.7. Colorant reactiv

Baia de vopsire conine colorantul, -CD, clorur de sodiu ca electrolit, pH=7; temperatura: 45C; hidromodul=40:1. Dup 30 minute, pH-ul se mrete la 10,5 iar temperatura la 80C i se continu vopsirea 45 min..Se face la sfrit o splare normal cu 2 g/L carbonat de sodiu i 2 g/L detergent neionic, 30 min. la 60C. Se msoar apoi epuizarea bii de colorant utiliznd un spectrofotometru UV-3000-Vis. S-a comparat intensitatea culorii inainte i dup splare iar concentraia -CD pe testur s-a determinat cu ajutorul indicatorului de fenolftalein. Intensitatea culorii fenolftaleinei este proporional cu concentraia -CD. Acest lucru se datoreaz faptului c fenolftaleina este capabil s formeze un complex de incluziune cu -CD. estura tratat cu max. 0,01x10mol/L -CD se introduce in apa cu un coninut cunoscut de fenolftalein sub 0,35x10 mol/L, la pH=10,5, apoi concentraia se evalueaz la lungimea de und cu maximum de absorbie (553nm). Vasul se agit la temperatura camerei pentru a permite10

includerea fenolftaleinei in -CD. Concentraia ciclodextrinei pe estur se calculeaz ca diferen in grade de absorban, inainte i dup incluziune. In concluzie, ancorarea -CD pe estur depinde de reacia colorantului cu ciclodextrina i cu fibra. Concentraiile colorantului i -CD influeneaz cantitatea de ciclodextrin ancorat pe fibr iar structura colorantului influeneaz reactivitatea sa att cu -CD, ct i cu celuloza. Gruprile hidroxil ale celulozei i ale -CD prezint o reactivitate similar. O molecul de -CD poate fi ancorat pe fibr numai dac una dintre gruprile reactive ale colorantului este capabil s reacioneze cu una dintre gruprile sale hidroxil i cealalt grupare reactiv, cu o grupare hidroxil a celulozei. In acest mod, molecula colorantului funcioneaz ca o punte, aa cum se vede in continuare: Celuloz - O - Colorant - O - -CD O posibilitate alternativ ar fi ca molecula de -CD s fie ancorat la dou molecule de colorant formnd o punte mai lung: Celuloz - O - Colorant - O - -CD - O - Colorant - O - Celuloz In acelai timp, clorul activ de la ciclul triazinic poate reaciona cu fiecare dintre cele doua grupe hidroxil (una de la -CD i cealalt de la celuloz). Coloranii bifuncionali manifest diferite reactiviti fa de celuloz i fa de -CD datorit diferenelor de structur existente la cromofori i la gruprile-punte. Experiena arat, cum era de ateptat, c o cretere a concentraiei iniiale de -CD conduce la o cretere a cantitii acesteia pe estur dar pn la o anumit limit. 3.2. Aplicarea ciclodextrinelor pe alte suporturi textile Legarea ciclodextrinelor de fibre textile sintetice (poliester, poliamid etc.) prezint un interes tot att de mare ca i legarea acestora de fibrele naturale prin faptul c, dup cum s-a artat mai sus, au avantajul posibilitii de a ingloba alte molecule, proprietate care se transfer implicit i materialului textil i pot oferi proprieti noi. In cazul fibrelor de poliamid (PA), folosite in domeniul medical pentru diferite proteze cum ar fi ligamente artificiale, tendoane, plase inghinale etc., evitarea infeciilor dup operaiile de implantare, deosebit de periculoase pentru pacieni, se poate realiza fie prin utilizarea implanturilor cu coninut de argint, fie administrarea local de antibiotice. O administrare sistemic de antibiotice prezint dezavantajul c numai o mic parte din medicamentul administrat ii atinge inta. Pentru administrare local, se poate imersa implantul, inainte de a-l utiliza, intr-o soluie de antibiotic. Multe biomateriale prezint ins o slab afinitate pentru antibiotice i sunt eliberate intr-un timp prea scurt pentru a fi utile pacientului. De accea se propune o imbuntire a sorbiei si eliberrii antibioticului prin modificarea suprafeei biomaterialului adic funcionalizarea cu CD.

11

Ciclodextrinele se fixeaz pe fibrele de PA prin utilizarea acidului citric (CTR) ca agent de reticulare. Dup cum se observ ins din fig. 8, reacia se produce, intre CD i CTR, nefiind implicat PA, deci agentul de reticulare nu realizeaz legturi covalente cu fibra. Are loc doar o poliesterificare a CD i CTR, la utilizarea simultan a celor doi reactani, rezultnd un polimer numit poliCTR-CD. Acesta interacioneaz cu fibrele formnd un film continuu, rezistent la ap fierbinte. Prin finisare cu CD, suportul textil poliamidic devine un bun candidat ca biomaterial. S-a demonstrat prin testul unghiului picturii c hidrofilia fibrelor crete i studiile biologice arat o foarte bun compatibilitate a CD grefate cu estura poliamidic ct i nontoxicitatea CD i a polimerilor ciclodextrinici. Dac se utilizeaz PA funcionalizat cu hidroxipropil--CD (HP- -CD), se obine o proliferare i o vitalitate ridicate ale celulelor vecine biomaterialului. Buna cinetic a adeziunii observate la poliamida grefat cu HP--CD s-ar putea explica prin creterea hidrofiliei esturii tratate. Spectrometria UV relev o cretere de zece ori a absorbiei in moleculele-cuc de HP- -CD grefate fa de PA virgin ceea ce permite includerea unei cantiti mari de antibiotic, obinndu-se un efect antimicrobian puternic i prelungit [12].

Fig.8. Reacia ciclodextrinelor cu acidul citric [12]

Prin utilizarea -ciclodextrinelor i a acidului butan-tetracarboxilic (BTCA) drept agent de reticulare (Fig.9), care acioneaz (prin impregnarea esturii poliesterice i reticulare la 150C) pentru mrirea durabilitii pe materialul textil a ciclodextrinelor, se pot obine testuri

12

Fig.9. Reticularea -ciclodextrinei cu acid butan-tetracarboxilic [13]

poliesterice spaiate cu proprieti imbuntite datorit introducerii gruprilor hidrofile i a golurilor hidrofobe. Se obine o cretere a capacitii de vopsire dac se folosesc colorani reactivi iar, ca produs absorbant, poliesterul devine capabil s absoarb ionii de crom [13]. 4. Utilizarea ciclodextrinelor grefate pe suporturi textile in scopuri medicale 4.1. Eliberarea treptat a medicamentelor Ciclodextrinele faciliteaz traversarea membranelor biologice. Din cauza dimensiunilor mari i a exteriorului hidrofil, ele insele nu traverseaz membranele. Joac ins rol de mijloc de transport, conducnd molecula de medicament complexat in soluie in apropierea membranei lipofile unde aceast molecul, fr s fie hidratat, trece direct in membran (Fig.10).

13

Fig.10 Vizualizarea funciunii de facilitare a traversrii membranelor biologice [9]

Interaciunile -ciclodextrinelor cu uleiul esenial de Salvia sclarea au fost investigate de cercettori chinezi [3] prin spectrofluorimetrie i au fost examinai in detaliu diferii factori care afecteaz procesul de incluziune. In acelai timp, s-au determinat constantele de formare la diferite temperaturi i s-au calculat parametrii termodinamici (H, S, G). Microcapsula molecular de ulei esenial de salvie s-a preparat prin metoda solutiei apoase saturate i s-a determinat stabilitatea microcapsulei. Rezultatul sugereaz un raport stoichiometric intre CD i uleiul esenial de salvie de 1:1 (raport molar), faptul c exist o scdere a constantei de formare cu creterea temperaturii i c ordinea de disponibilitate pentru asociere cu uleiul esenial de salvie este: -CD > 2,6-dimetil--CD > mono[2-O-(2-hidroxietil)]--CD > mono[2-O-(2hidroxipropil)]--CD. Msurtorile termodinamice indic faptul c procesul de incluziune este exoterm, dirijat entalpic i insoit de o contribuie entropic negativ. Forele van der Waals joac un rol important in proces. Grefele vasculare din poliester esut sunt folosite pentru inlocuirea sau bypass-ul arterelor deteriorate. Pentru a minimiza riscul de infecii in timpul i dup intervenii chirurgicale, protezele din poliester au fost funcionalizate cu polimeri de ciclodextrin cu scopul de a obine o eliberare controlat de antibiotice (ciprofloxacin, vancomycin i rifampicin).Pentru determinarea viabilitii antibioticelor, s-au utilizat celule epiteliale iar pentru proliferarea celulelor s-au utilizat celule microvasculare endoteliale pulmonare umane (prin numrare i prin utilizarea metodei cu colorant fluorescent Almar Blue pentru vitalitate). S-au utilizat pentru determinarea activitii antimicrobiene Staphylococcus aureus, Escherichia coli i Enterococcus sp. La compararea protezei din poliester grefat cu polimerul de ciclodextrin coninnd antibiotic i antibioticul ca atare aplicat pe protez, s-a constatat c antibioticul inglobat in ciclodextrin este absorbit in mai mare msur i prezint o activitate antimicrobian mrit. Testul de viabilitate a indicat toxicitatea rifampicinei i a ciprofloxacinei i absena toxicitii vancomicinei. Acest test a permis explicarea slabei viabiliti i proliferri a celulelor microvasculare endoteliale pulmonare umane in cazul folosirii protezelor caerate cu policiclodextrine cu coninut de antibiotic. Aceasta nu este provocat de procesul de funcionalizare ci de citotoxicitatea antibioticului in sine. O astfel de proprietate poate fi exploatat pentru a combate bacteriile intracelulare, cum ar fi tuberculoza i alte boli, fr s compromit aplicaiile in vivo ale protezelor funcionalizate [14].

14

Pentru tratarea inflamaiilor, textilele inteligente ofer soluii avantajoase care inltur unele inconveniente ale tratamentelor tradiionale cum ar fi: sensibilitatea unor bolnavi la medicamentele administrate pe cale oral, omisiuni din cauza neinerii de minte la copii i btrni, schimbarea prea frecvent a bandajelor in cazul utilizrii unor bandaje obinuite. Un bandaj cu aptitudinea de a elibera treptat medicamentul necesar la locul inflamat evit dificultile enumerate mai sus. Structura unui astfel de bandaj este o matrice absorbant cum ar fi o estur din bumbac care conine un medicament antiinflamator (diclofenac de sodiu, de exemplu) inclus in ciclodextrin legat de materialul textil prin intermediul unui reticulant cum ar fi dimetil-dihidroxil-etilenureea (DMDHEU). Producerea bandajului are loc in dou etape: complexarea medicamentului cu ciclodextrina urmat de legarea complexului la bumbac utiliznd agentul de reticulare (Fig.11). Dac impregnarea esturii se face dintr-o baie coninnd etanol, viteza de eliberare a medicamentului crete in perioada de inceput, cnd inflamaia este puternic. Dac bandajul nu este tratat cu etanol, eliberarea iniial a medicamentului este redus. De asemenea, creterea vitezei de eliberare a medicamentului nu este proporional cu concentraia iniial [15].

Fig.11 Reacia bandajului din bumbac cu complexul ciclodextrin-diclofenac prin intermediul DMDHEU [15]

4.2. Caracterizarea activitii biologice a ciclodextrinelor

15

In scopul utilizrii in mod raional a ciclodextrinelor pentru funcionalizarea textilelor cu destinaie medical i anume pentru administrare dermal sau transdermal a medicamentelor ct i pentru alte formule topice, s-au efectuat in 2006 cercetri finanate de Ministerul Federal al Educaiei i Cercetrii din Germania. Aceste cercetri sugereaz valoarea terapeutic a ciclodextrinelor in inducerea apoptozei in cazul cancerului de piele. Scopul cercetrilor a fost investigarea influenei diferitelor ciclodextrine asupra proliferrii celulare utiliznd keratinocite HaCaT in sistem de testare in vitro. In plus, studiul s-a realizat pentru stabilirea concentraiilor inofensive in cazul aplicaiilor dermale. Prin diferite teste independente in vitro, s-a stabilit c -, - i -ciclodextrinele in concentraii de pn la 0,1% nu prezint influen antiproliferativ asupra HaCaT-keratinocitelor. Uneori apar i efecte proliferative ins, cu toate acestea, ciclodextrinele utilizate, cu excepia -ciclodextrinelor i a derivailor lor, in concentraii de 0,5 i respectiv 1%, exercit o influen citotoxic asupra proliferrii keratinocitelor HaCaT. Pe aceast baz, s-a propus urmtoarea ordine privind citotoxicitatea [16]: metil--CD > -CD > hidroxipropil--CD > -CD > ( -CD). Cerinele pe care trebuie s le indeplineasc textilele intrebuinate cu scop medical in vecintatea pielii sunt: - s nu irite pielea i s nu aib impact negativ asupra mediului inconjurtor; - s existe interaciuni chimice extrem de limitate cu ali ingredieni din materialul textil; - interaciunile chimice s fie favorabile; - s depoziteze medicamente care vindec sau creaz confort; - s elibereze substanele care vindec; - s creeze beneficii pentru pielea sensibil (cum ar fi la pacienii cu dermatit atopic) i retenia umiditii; - s complexeze mirosurile urte; - s colecteze componentele transpiraiei (cu scop de diagnoz); - s colecteze/s inhibe funcia de eliberare a substanelor iritante pentru piele, prin aceasta susinndu-se sistemul imun al pielii; - s diminueze acumulrile de substane nedorite provenite din transpiraie care pot cauza disconfort pentru piele [17]. 4.3. Proprieti toxicologice ale ciclodextrinelor Prin faptul c textilele sunt de cele mai multe ori in contact direct cu pielea uman, trebuie cunoscute proprietile toxicologice ale substanelor aplicate pe acestea, inainte de utilizare. S-au fcut studii detaliate de toxicologie, mutagenicitate, teratogenitate i16

carcinogenitate ale ciclodextrinelor i ale derivailor acestora. Rezultatele acestora indic faptul c numai la concentraii extrem de ridicate ciclodextrinele pot afecta organismul uman. In timpul experimentelor pe animale nu s-au observat intoxicaii acute. Dup anul 2000, -ciclodextrinele au fost admise in unele ri pentru a fi folosite ca aditivi alimentari (E 459) sub form de tablete sau drajeuri cu limitarea ,,att ct este necesar. Au fost deasemenea admise drept purttor sau ca solvent pentru aditivii alimentari, cu limitarea la 1 g/kg. Pentru utilizare in domeniul finisajului textil se folosesc -ciclodextrinele modificate cu grupri reactive (gruparea monoclortriazinil). Aceast grupare-ancor reacioneaz cu gruprile hidroxil celulozice formnd legturi covalente (permanente). i in acest caz, datele toxicologice (pentru derivaii ciclodextrinelor) sunt importante. Conform testelor OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development), aceti derivai de ciclodextrine nu au efecte iritative sau sensibilizante. Rezultate comparabile s-au obinut i pentru produsele textile finisate cu astfel de derivai, rezultate susinute de primele teste clinice cu tricouri prin care nu s-au detectat iritaii ale pielii umane [10].

5. Alte aplicaii ale ciclodextrinelor Ciclodextrinele joac un rol semnificativ in industria textil, putnd fi utilizate pentru: indeprtarea surfactanilor de pe materialul textil splat; nlocuirea surfactanilor in procesele umede; finisarea textil; legarea chimicalelor de fibre pentru creterea hidrofiliei, includerea parfumurilor, indeprtarea insectelor, aciune antimicrobian etc. Ciclodextrinele pot fi considerate ca o nou clas de substane auxiliare pentru industria textil. Foarte important este c necesarul de oxigen necesar epurrii apele reziduale este mai mic dac in procesele de finisare chimic textil, in loc de chimicalele obinuite, se folosesc ciclodextrine. Acestea pot funciona i ca ageni de antispumare intruct formeaz compleci cu detergenii, conducnd astfel la reducerea consumului de ap la cltire. Prin tratarea fibrelor acrilice cu ciclodextrin (sau un oligopolimer de ciclodextrin), un insecticid i un siloxan, se poate obine un efect insecticid rezistent la peste 20 de splri. Se poate utiliza ca insecticid tiocianoacetatul de isobornil [18]. Pe fibrele celulozice, se poate aplica prin impregnare tradiional sau prin caerare insecticidul numit limonene contra narilor. Se utilizeaz pentru metoda tradiional in special monoclortriazinil--ciclodextrinele i un binder polimeric, obinndu-se rezistene bune la splare i depozitare [19].

17

Alt aplicaie important a ciclodextrinelor este tratamentul antimicrobian al lenjeriei de pat pentru spitale; se pot folosi produi de incluziune ai ciclodextrinelor cu ageni volatili organici antimicrobieni activi contra Candida albicans i Staphilococcus aureus . In domeniul vopsirii textilelor, ciclodextrinele (polimerizate, cte 2-5 uniti) ofer soluii pentru aplicarea coloranilor la incleierea urzelilor iar la descleiere, avnd in vedere solubilitatea in ap, ciclodextrinele sunt indeprtate iar coloranii, in special cei reactivi, rmn pe fibr [18]. Utilizarea cu succes a complecilor solizi cu ciclodextrine, att ai coloranilor solubili (direci, reactivi, acizi), ct i ai celor insolubili (de dispersie, de ex.), pentru vopsirea diferitelor fibre prezint avantajul c nu mai trebuie folosii suplimentar ali auxiliari n baia de vopsire. Utilizarea complecilor ciclodextrinelor cu colorani de dispersie pentru vopsirea la temperatur nalt a poliesterului conduce la un nalt grad de epuizare a bii, n timp ce n procesul standard de vopsire cu acceleratori, o cantitate mare de colorant este nefixat, rmnnd n baia de vopsire [1]. Depoluarea apelor cu coninut de metale grele (cationi bivaleni de plumb, cadmiu, zinc i nichel) este posibil prin utilizarea neesutelor din poliester, caerate cu copolimeri de ciclodextrine i diferii acizi policarboxilici (acid citric, acid butan-tetracarboxilic , acid poliacrilic). Se obine un material textil cu proprieti de schimb cationic datorat gruprilor carboxilice nereacionate cu ciclodextrina. Prezena ciclodextrinelor, care posed acele cuti hidrofobe, ofer posibilitatea includerii moleculelor aromatice sau a altor poluani organici [20]. 6.Concluzii Avnd in vedere multitudinea de aplicaii ale ciclodextrinelor in domeniul textil deja realizate intr-un timp relativ scurt (din 1990, cnd s-a inregistrat primul patent privind utilizarea acestora in textile), se poate presupune c in viitorul apropiat vor aprea noi arii de aplicaii, att in tehnologia chimic textil, ct i in zona produselor textile inteligente, cum ar fi cele medicale. Fixarea permanent pe textile a ciclodextrinelor funcionalizate, produse industrial, ct i capacitatea de formare a complecilor de incluziune cu diverse substane, ofer posibiliti nelimitate. Realizarea unor studii privind cinetica eliberrii substanelor-oaspete din cavitile ciclodextrinelor i studiul factorilor care influeneaz acest fenomen apare ca o necesitate a viitoarei evoluii in utilizarea acestor substane, mai ales in domeniul medical. Acknowledgement

18

This paper was realised with the support of POSDRU CUANTUMDOC DOCTORAL STUDIES FOR EUROPEAN PERFORMANCES IN RESEARCH AND INOVATION ID79407 project funded by the European Social Found and Romanian Government.

BIBLIOGRAFIE 1. Grigoriu A.-M., Cercetri n domeniul compuilor de incluziune ai ciclodextrinelor i al derivailor acestora cu aplicaii n industria textil, Tez de doctorat, Iai, 2009. 2. Wan J., Cai Z., Incorporation of the antibacterial agent, miconazole nitrate into a cellulosic fabric grafted with -cyclodextrin, Carbohydrate Polymers 72: 695700, 2008. 3. Tian X.-N., Jian Y.-T., Li R., Inclusion interactions and molecular microcapsule of Salvia sclarea L. essential oil with -cyclodextrin derivatives, Eur Food Res Technol 227:10011007, 2008. 4. Hebeish A., El-Hilaw Z.H., Chemical finishing of cotton using reactive cyclodextrin, Color. Technol., 117:104-110, 2001. 5. Kistamach N., Carr C.M., Surface chemical analysis of tencel and cotton treated with a monochlorotriazinyl (MCT) -cyclodextrin derivative, J MATER SCI 41: 21952200, 2006. 6. Challa, R.; Alka, A.; Javed, A.; Khar, R.K.; 2005. Cyclodextrins in Drug Delivery: An Updated Review, AAPS PharmSciTech; 6(2) Article 43 (http://www.aapspharmscitech.org) 7. Perrin E., Kumbasar A., Atav R., Yurdakul A, 2007. Equalizing Effect of -Cyclodextrin on Dyeing of Polyamide 6,6 Woven Fabrics with Acid Dyes, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103: 26602668, 2007. 8. Crini G.M., Morcellet M., Synthesis and applications of adsorbents containing cyclodextrins, J. Sep. Sci. 25, 789813, 2002. 9. Grger M., Kretzer E.K., Woyke A., Cyclodextrine, Science Forum an der Universitt Siegen, 2001 (http://www.science-forum.de) Cyclodextrins, 10. Buschmann H.-J., Knittel D., Schollmeyer E., New Textile Applications of

Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry 40: 169172, 2001. 11. Chao-Xia W., Shui-Lin C., Anchoring -cyclodextrin to retain fragrances on cotton by means of heterobifunctional reactive dyes, Color. Technol., 120: 14-18, 2004. 12. GhoulY.E., Blanchemain N., Laurent T., Campagne C. A., Achari A.E., Roudesli S.,

19

Morcellet

M.,

Martel

B.,

Hildebrand

H.F,

Chemical,

biological

and

microbiological evaluation of cyclodextrin finished polyamide inguinal meshes, Acta Biomaterialia 4 : 13921400, 2008. 13. Montazer M., Jolaei M.M., Novel spacer three-dimensional polyester fabric with cyclodextrin and butane tetra carboxylic acid, The Journal of The 101, No. 2, 165172, 2010. Textile Institute Vol.

14. Blanchemain N., Laurent T., Chai F., Neut C., Haulon S., Krumpkonvalinkova V., Morcellet M., Martel B., Kirkpatrick C.J., Hildebrand F.H., Polyester vascular prostheses coated with a cyclodextrin polymerand activated with antibiotics: Cytotoxicity and microbiological evaluation, Acta Biomaterialia 4 : 17251733, 2008. 15. Montazer M., Mehr E.B., Na-diclofenac -cyclodextrin inclusion complex on cotton wound dressing, The Journal of The Textile Institute Vol. 101, No. 5, 373379, 2010. 16. Hipler U.C., Schnfelder U., Hipler C., Elsner P., Influence of cyclodextrins on the proliferation of HaCaT keratinocytes in vitro, Journal of Biomedical Materials Research Part A, 70-78, 2006. 17. Knittel D., Buschmann H.-J., Textor T., Schollmezer E., Surface of Textiles and the Human Skin, Exog Dermatol 2: 11-16, 2002. 18. Szejtli J., Cyclodextrins in the Textile Industry, Starch/Strke 55: 191196, 2003. 19. Hebeish A., Moustafa M.G., Fouda M.M.G., Hamdy I.A., EL-Sawy S.M., Abdel-Mohdy F.A., Preparation of durable insect repellent cotton fabric: Limonene as insecticide, Carbohydrate Polymers 74: 268273, 2008. 20. Ducoroy L., Bacquet M., Martel B., Morcellet M.,. Removal of heavy metals from aqueous media by cation exchange nonwoven PET coated with b-cyclodextrinpolycarboxylic moieties, Reactive & Functional Polymers 68: 594600, 2008

20

.

21