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Uso futuro de Micropartículas de lignina Biodegradables para Cosmética

Los microplásticos primarios, como las micropartículas (MP) contenidas en limpiadores faciales y cosméticos, han dado lugar a problemas graves en los ecosistemas marinos. Estos microplásticos fluyen hacia el océano y se acumulan en el mar durante mucho tiempo sin una biodegradación significativa. Por lo tanto, los plásticos pequeños primarios deben sustituirse inmediatamente por alternativas biodegradables. Se han realizado muchos estudios sobre la mejora de la biodegradabilidad de los polímeros sintéticos para desarrollar micropartículas poliméricas respetuosas con el medio ambiente.

Lignina y Celulosa

La celulosa y la lignina son dos componentes principales de las paredes de las células de la madera. La celulosa es un homopolímero lineal compuesto solo de D-glucopiranosa, que forma microfibrillas cristalinas durante la biosíntesis debido a fuertes enlaces de hidrógeno inter e intramoleculares regulares. Las microfibrillas de la madera contribuyen en gran medida a su estructura resistente, dotando a los árboles de rigidez. La celulosa es bien conocida como biodegradable, debido a la descomposición enzimática mediada por endo / exo-celulasas y glucosidasas secretadas por hongos, bacterias y microorganismos que se encuentran en los bosques y las profundidades marinas.

Mientras tanto, la lignina es un polímero aromático formado a través del acoplamiento de radicales enzimáticos de varios isómeros tautoméricos de monolignol fenilpropanoides. La lignina también se degrada enzimáticamente por la acción de los hongos de la pudrición blanca. Además, investigaciones recientes han demostrado que los microorganismos de aguas profundas, como las cepas de Novosphingobium, pueden descomponer las estructuras específicas de la lignina. Por lo tanto, muchos estudios se han centrado en el desarrollo de materiales sostenibles, biodegradables y ecológicos a partir de biomasa leñosa para diversas aplicaciones.

Nano Materiales de celulosa

La nanofibra de celulosa (CNF) atrajo mucha atención debido a sus extraordinarias nanoarquitecturas y su estructura de fibra cristalina inherente. Se espera que este nuevo nanomaterial tenga aplicaciones como relleno natural para plásticos reforzados, aditivos alimentarios y cosméticos, debido a sus fascinantes propiedades fisicoquímicas.
Recientemente, varios MP preparados por métodos de plantilla de emulsión de Pickering estabilizados con CNF, recibieron mucho interés con respecto a aplicaciones prácticas. Estos MP integrados en CNF tienen altas propiedades de respuesta al pH, capacidades de adsorción / desorción para la carga / liberación de fármacos y capacidades de regulación de la temperatura. Además, se espera que los MP estabilizados con CNF tengan aplicaciones cosméticas y médicas.

Los componentes biodegradables son prometedores para su uso en la síntesis de MP para aplicaciones cosméticas. En este contexto, la celulosa y la lignina son recursos naturales atractivos que se espera que sufran degradación microbiana en las profundidades marinas. Por lo tanto, la preparación de MP biodegradables mediante la combinación de CNF y lignina es un enfoque prometedor para el diseño funcional de MP degradables en el mar.

Micropartículas de lignina

Anteriormente se han utilizado derivados de lignina extraídos de maderas naturales mediante diversos procedimientos para fabricar MP. Sin embargo, la lignina derivada de la naturaleza tiene estructuras crudas y complejas, que afectan fuertemente su biodegradabilidad y biocompatibilidad. Por otro lado, para determinar el mecanismo de biosíntesis de la lignina in vivo, la síntesis in vitro de polímeros deshidrogenantes (DHP) de alcohol de coniferilo se ha investigado durante mucho tiempo para su uso como lignina artificial. Esto permite un control aproximado de las estructuras moleculares. Se han informado pocos intentos de diseñar MP esféricos combinados con CNF porque la celulosa tiene una baja afinidad por las DHP; lo que resulta en una separación de fases para formar grandes agregados. Un estudio reveló la afinidad de CNF por DHP en la síntesis enzimática interfacial de nanocompuestos CNF-DHP.

Se investigó una síntesis enzimática en un solo paso de micropartículas esféricas de orden submicrónico compuestas de polímeros deshidrogenantes (DHP) de alcohol de coniferilo como precursor de lignina típico y nanofibras de celulosa oxidadas con TEMPO (TOCNF). La peroxidasa de rábano picante catalizó enzimáticamente el acoplamiento de radicales de alcohol de coniferilo en una suspensión acuosa de TOCNF.

Carga de fármacos en micropartículas

Los MP cosméticos requieren muchas prestaciones prácticas, como la estabilidad a largo plazo, la biocompatibilidad y la propiedad de absorción de rayos UV. Además, la capacidad de carga de fármacos es uno de los factores importantes para el uso de MP en aplicaciones cosméticas. En un estudio realizado por el Departamente de Ciencias Bioambientales de la Universidad de Kyushu, Japón , dos compuestos modelo fueron sometidos a pruebas de comportamiento de adsorción, a saber, azul de metileno (MB, un fármaco modelo principal) y arginina (Arg, un ingrediente humectante típico para la piel humana).

Los MP se vertieron en una solución acuosa que contenía cada fármaco modelo y se agitaron durante 2 h. Los MP mantuvieron sus estructuras esféricas originales sin que el TOCNF se despegara de la superficie del MP. La carga de fármaco se determinó para medir la cantidad residual de cada componente en el sobrenadante. Los resultados indicaron que los MP de TOCNF-DHP tenían una capacidad significativa de carga de fármacos.
Se espera que la celulosa y la lignina exhiban capacidades de carga / liberación de fármacos, lo que indica que el diseño adicional de los materiales TOCNF-DHP MP podría mejorar la carga de fármacos ajustando la combinación de TOCNF y DHP en la síntesis enzimática verde sin utilizar disolventes orgánicos.

Uso futuro de las micropartículas de lignina

La síntesis verde exitosa de MP de DHP funcionalizados con TOCNF se logró en un proceso acuoso de un solo paso en un solo recipiente sin disolventes orgánicos. Algunos TOCNF también estaban incrustados dentro de los MP. Como tanto el TOCNF como la lignina son polímeros que se sabe que son biodegradables en el mar, los MP de TOCNF-DHP tienen un gran potencial como alternativas a los MP no biodegradables en aplicaciones cosméticas.

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