치아미백제를 함유한 나노섬유 필름의 안정성과 보관조건의 영향 1부

Apr 26, 2023

추상적인:치아 미백제인 카바마이드 퍼옥사이드(CP)는 화학적으로 불안정합니다. 본 연구는 전기방사 기술을 이용하여 폴리비닐알코올/폴리비닐피롤리돈/실리카 혼합물로 구성된 나노섬유 필름(CP-F)에 로딩하여 CP의 안정성 향상을 탐구한다. 60~80℃의 온도 범위에서 6시간 동안 유지한 CP-F의 CP는 각각 폴리머 용액과 물보다 훨씬 더 높은 안정성을 보였다. CP-F에서 CP의 분해는 약 6.52년의 Arrhenius 방정식에 의해 예상되는 반감기와 함께 1차 동역학으로 설명될 수 있습니다. 다양한 온도와 상대습도(RH)에서 12개월 동안 장기 보관한 CP-F의 이화학적 특성을 주사전자현미경, X선 회절법, 시차주사열량계 및 푸리에 변환 적외선 분광법을 사용하여 조사하였다. 고온 및 고습도(45ºC/75% RH)는 CP-F의 나노 섬유 구조의 수분 흡수 및 파괴를 향상시킬 수 있음이 밝혀졌습니다. 흥미롭게도 25oC/30% RH에서 CP-F의 나노 섬유 구조는 손상되지 않았으며 수분 흡수도 나타내지 않았습니다. 또한, 이 보관 조건에서 CP-F의 잔존 CP, 기계적 물성 및 접착 특성은 크게 변하지 않았다. 개발된 CP-F와 적절한 보관 조건이 CP 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 것으로 결론지었다.

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키워드:카르바마이드 퍼옥사이드; 나노섬유 필름; 안정; 안정성 동역학; 물리화학적 특성; 저장

1. 소개

Carbamide peroxide(CP)는 치아 미백의 활성 성분입니다[1]. 이 화합물은 과산화수소 또는 과산화수소-요소로 알려져 있습니다. CP는 치주 질환 및 치은염 치료를 위한 항염증 및 방부제로 처음 사용되었습니다[2,3]. 그러나 치아 미백은 치료 중 부작용이었다[4]. CP의 미백 작용은 법랑질과 상아질의 과산화물 및 유기 색소 분자와 관련된 화학적 산화 과정의 결과입니다. 색소 분자의 구조 변화로 인해 더 깨끗하고 작은 분자가 되었고 치아가 하얗게 나타났습니다[5-7]. 건강한 하얀 치아의 심미성에 대한 관심이 높아지면서 치아 미백 시술이 대중화되고 [8] CP를 함유한 치아 미백 제품이 널리 사용되고 있다. 구강 내 CP의 다른 적용은 항균 및 항염증 활성을 통해 플라크, 치은염 및 우식증을 치료하는 것입니다[9-11].

매력적인 특성에도 불구하고 CP는 화학적으로 불안정합니다[12]. 빛과 열 노출에 매우 민감합니다[13]. 이러한 요인들은 보관 시 CP 저하의 주요 원인이며 치아 미백 효율 감소를 초래한다[14]. 많은 안정화제 및 열화 억제제가 CP 열화를 방지하기 위해 사용되어 왔다. 그러나 안정제는 효과가 다양하고 고가, 기포 방지 실패, 바람직하지 않은 색상 부여 또는 충분한 용해도 부족과 같은 단점을 나타냅니다[15]. 치아 미백제를 함유한 수성 제형은 장기간 보관하는 동안 안정성이 좋지 않아 [16] 제품이 치아 미백 효능을 잃게 되는 심각한 단점을 나타냅니다 [17].

제약 기술의 발달로 안정성 저하 등의 약물 문제를 극복할 수 있는 기능성 제제의 생산이 가능해졌다[18]. 전기방사 기술에 의해 나노 범위의 직경을 갖는 건조 형태의 나노섬유 필름으로 약물을 캡슐화하는 것은 그 단순성, 표면적 대 부피비가 높은 부직포 나노섬유 필름을 생산할 수 있는 능력으로 인해 현재 큰 관심을 받고 있습니다. , 저비용 및 스케일 업 생산 능력 [19,20]. 전기방사된 나노섬유 필름은 활성 화합물이 적절한 중합체 또는 중합체 혼합물과 함께 혼입되도록 할 수 있는 실행 가능한 제제입니다. CP가 특히 수성 시스템에서 매우 불안정하다는 점을 고려할 때 나노섬유 필름과 같은 고체 제형의 약물 전달은 이 제제의 전달을 위한 좋은 후보가 되어야 합니다. 또한 나노섬유 필름 제형은 사용 편의성으로 인해 환자 순응도를 높일 수 있다[21].

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최근에, 우리는 치아 미백을 위한 전기방사 기술에 의해 CP-로딩된 나노섬유 필름(CP-F)이 생산될 수 있다고 보고했다[22]. 폴리비닐 알코올(PVA)은 전기방사 나노섬유 필름 제조를 위한 기본 용액으로 사용되었습니다. 폴리비닐피롤리돈(PVP)과 실리카는 CP의 안정화에 도움을 주었고 공정 중 CP 분해를 방지하기 위한 약물 운반체로 사용되었습니다. 개발된 CP 나노섬유 필름은 높은 약물 포착 효능과 치아 미백 활성을 보였다. 그러나 개발된 CP-F에서 CP의 안정성은 아직 종합적으로 조사되지 않았다. 따라서 모니터링을 예측하고 유효성과 이상적인 보관 조건을 결정하기 위한 이 새로운 제제의 안정성 테스트가 필요합니다. 제제의 안정성 테스트는 제제의 품질과 온도, 빛, 습도와 같은 환경 요인의 영향에 대한 증거를 제공할 수 있습니다[23]. 적절한 제조 공정을 개발하고 포장 및 보관 조건을 선택하는 데 증거를 적용할 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 CP-F를 다양한 조건에서 보관한 후 CP의 안정성을 알아보고자 하였다. 분해 동역학을 연구하여 개발된 제품의 반감기 및 저장 수명을 추정했습니다. CP-F의 물리화학적 특성을 특성화하고 CP-F에 남아있는 CP의 양을 결정하여 CP의 안정화에 대한 CP-F의 효율을 평가하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 재료

CP, PVA(분자량= 85,000–124,000, 가수분해도= 87–89%), PVP, N,N-디메틸포름아미드, 우레아 및 트리페닐포스핀은 Sigma Aldrich(St. Louis, MO, USA)로부터 입수하였다. 친수성 발연 실리카는 Evonik(Aerosil 380F, Essen, Germany) 제품이었습니다.

2.2. CP-F의 준비

CP-F의 준비는 이전 연구[22]에서 보고된 절차에 따랐다. 간단히 말해서, 5.5:3:1:0.5:90의 중량비로 PVA, PVP, 실리카, CP 및 물로 구성된 CP 용액은 먼저 PVA와 PVP를 증류수를 넣고 70 ºC에서 12시간 동안 계속 교반한다. 준비된 PVA-PVP 용액을 실온으로 냉각시켰다. 실리카 및 CP를 칭량하고 1% N,N-디메틸포름아미드에 분산시켰다. 이후 준비된 PVA-PVP 용액을 CP의 최종 농도가 0.5%가 될 때까지 이 용액에 첨가하였다. 투명한 용액이 얻어질 때까지 샘플을 부드럽게 교반하였다. 이 CP 용액을 전기방사에 사용하였다. CP-F의 제작을 위해 전기방사 공정을 수행하였다. 설정은 고전압 전원 공급 장치(FC Series Glassman High Voltage Regulated DC Power Supply, High Bridge, NJ, USA), 펌프와 연결된 주사기(Harvard Apparatus Pump 11 Elite Syringe Pumps, Holliston, MA, USA)로 구성되었습니다. , 알루미늄 호일로 덮인 고정식 금속 수집기(VWR International, Radnor, PA, USA). 준비된 전기방사용 CP 용액을 스테인레스 스틸 바늘(Hamilton 2.5 mL, Model 1005 TLL SYR, Hamilton Metal Hub Needles, Bonaduz, Switzerland)이 장착된 주사기로 옮기고 10 μL/min의 유속으로 수평 펌핑하였다. . 전기방사는 15kV로 설정되었고 주사기 팁과 수집판 사이의 거리는 10cm였습니다. 추가 시험에 앞서 얻어진 CP-F를 10 mm × 50 mm로 절단하고 마이크로미터(INSIZE 3203-25A, Suzhou, China)를 사용하여 10지점에서 두께를 측정하였다. 두께 값은 디지털 카메라(ZEISS Axiocam 105 color)가 장착된 광학현미경(Axio Vert.A1 FL-LED, ZEISS, Oberkochen, Germany)으로 확인하였다. 샘플을 단면 방향으로 절단하고 유리 슬라이드에 수직으로 고정시켰다. 샘플의 현미경 사진을 배율 5배로 검사하고 Image J 소프트웨어(US National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)로 두께를 측정했습니다. 폴리머 용액 내 CP(CP-P)는 5.5% PVA, 3% PVP 및 1% 실리카를 함유하는 폴리머 용액에 CP를 용해시켜 최종 CP 농도가 5%가 되도록 제조하였다. 수용액 내 CP(CP-W)는 CP를 증류수에 용해하여 CP-P와 동일한 최종 CP 농도를 얻음으로써 얻어졌다. CP의 양은 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 분석하였다.

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2.3. HPLC 분석

샘플에 남아있는 CP의 측정을 위해 HPLC(Hewlett Packard series 1100, Agilent Technologie, Santa Clara, CA, USA)를 수행하였고, 이전 보고서[24]의 HPLC 조건은 일부 수정하여 사용. 간단히, 0.1g의 샘플을 10mL 탈이온수에 용해한 다음 용액을 SorvallTM ST16R 원심분리기(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 원심분리했습니다. 15분 동안 1{{30}},000 rpm의 속도. 채취한 시료 1000 µL를 0.1 M triphenylphosphine 1000 µL와 혼합하고 차광 상태에서 2시간 동안 교반하였다. 측정은 25 ± 0.2 ºC에서 수행되었습니다. 역상 컬럼(4.6mm × 250mm Hypersil ODS Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)을 사용하여 225nm에서 검출했습니다. 주입 부피는 10 μL였습니다. 물에 대한 아세토니트릴의 비율이 다른 이동상을 1.0mL/분의 유속으로 실행했습니다. 실행 시간 시작 시 6.5분까지 50:50의 부피비를 사용했습니다. 그 후, 이동상 비율을 100:0으로 변경했습니다. 10분에 이동상 비율을 25분의 전체 실행 시간에 도달할 때까지 다시 50:50으로 변경했습니다. 검량선은 50–200 µg/mL 범위의 CP 수용액을 사용하여 작성되었습니다. 0.9997의 상관 계수(r 2 )로 선형 표준 곡선을 얻었다. 남은 CP의 양은 방정식 (1)을 사용하여 계산되었습니다.

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여기서 CPa는 시간 간격에서 분석된 CP의 양이고 CPi는 샘플에서 초기에 CP의 양입니다. 모든 보관 조건에서 얻은 결과는 시간에 대한 잔류 약물 백분율로 표시되었습니다.

2.4. CP의 분해 동역학에 대한 온도 및 자외선의 영향

CP의 열분해 동역학을 조사하기 위해 샘플을 60ºC, 70ºC 및 80ºC의 가속 온도 조건에 두었습니다. 정확한 양의 CP-F, CP-P, CP-W 20 mg을 1.5 mL 마이크로원심분리기 튜브에 칭량하여 가열 인큐베이터(MD-MINI, major science, Saratoga, CA, USA)에 넣고 빛으로부터 보호하였다. . UV 광의 영향을 조사하기 위해 샘플을 밀폐된 챔버에 놓고 35W, CKL T5 형광등(Zhongshan Okes Lighting Appliance Co., Ltd, Guangdong, China)을 사용하여 254nm에서 일정한 UV 광에 노출시켰습니다. 온도 25ºC. 동일한 온도에서 UV 광 노출 없이 샘플을 밀폐된 챔버에 배치하여 제어를 수행했습니다. 샘플은 60, 120, 180, 240, 300 및 360분의 노출 시간 후에 수집되었습니다. CP의 잔량은 HPLC를 이용하여 분석하였다. 실험은 세 번 수행되었습니다.

2.5. 장기 보관 후 온도 및 습도가 CP-F에 미치는 영향

CP-F의 장기 안정성 연구는 25ºC/30% 상대 습도(RH), 25ºC/75% RH 및 45ºC/30% RH의 세 가지 조건에서 12개월 동안 수행되었습니다. 30% 및 75% RH의 조건에서 샘플을 각각 염화마그네슘 및 염화나트륨의 포화 용액으로 평형화된 데시케이터에 보관하였다. 대조군으로 초기 제제와 비교하여 12개월 보관 후 물성을 분석하였다. HPLC를 이용하여 1, 2, 3, 6, 9, 12개월의 시간 간격에 따른 CP 잔량을 측정하였다. 실험은 모든 보관 조건에서 각 샘플에 대해 3회 수행되었습니다.

2.6. 색상 측정

CP-F의 색상은 색채계(Fru WR10 휴대용 정밀 색채계, Shenzhen wave optoelectronics technology Co., Ltd, Shenzhen, China)를 사용하여 분석하였다. 측정은 CP-F 표면의 서로 다른 세 지점에서 수행되었습니다. 색상 측정 결과는 CIE(Commission International declarative) L*a*b* 좌표 값으로 평가되었으며, 여기서 L*는 0(영)에서 100(흰색) 범위의 명도를 나타내고 a* 및 b*는 색상을 나타냅니다. 녹색-빨간색의 정도와 파란색-노란색 색 좌표의 정도 [25]. 양의 a* 값은 빨간색의 정도를 나타내고 음의 a* 값은 녹색의 정도를 나타냅니다. 양의 b* 값은 노란색의 정도를 나타내고 음의 b* 값은 파란색의 정도를 나타냅니다. a* 및 b* 좌표의 중심은 무채색이며 a* 및 b* 값이 증가할수록 색상의 채도를 나타냅니다. CP-F의 L*a*b* 값을 측정하였다. CP-F의 초기 색상과 보관 후 12개월의 색상 변화를 평가하기 위해 식 (2)를 사용하여 총 색상 차이(ΔE)를 계산했습니다. ∆E 값은 색상의 시각적 인식과 관련이 있습니다. ∆E 값이 1 미만이면 색상 변화를 볼 수 없고, ∆E 값이 1~3이면 미세한 색상 변화를 볼 수 있으며, ∆E 값이 3 이상이면 색상 변화를 볼 수 있습니다. 색상 측정은 각 보관 조건에서 3개의 독립적인 샘플로부터 5개 지점에서 수행되었습니다.

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2.7. 형태학 연구

저장 전후 CP-F의 형태를 주사전자현미경(SEM, JSM 5910 LV, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 샘플을 약 0.5 cm × 0.5 cm의 작은 섹션으로 절단하고 양면 탄소 테이프를 사용하여 스텁에 부착했습니다. 샘플은 SEM 관찰 전에 스퍼터 코터로 금으로 코팅되었습니다. SEM 이미지는 15 kV의 여기 전압으로 3000 및 10,000 배율로 촬영되었습니다. CP-F의 평균 직경은 Image J 소프트웨어(US National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)를 사용하여 측정되었습니다.

2.8. 내부 구조 조사

X-선 회절(XRD)은 Rigaku SmartLab X-선 회절계(Rigaku, Tokyo, Japan)를 사용하여 수행되었습니다. 브래그각(2θ)은 10°~60° 범위에서 사용하였다. 샘플을 에칭된 유리 슬라이드에 놓고 12º/분의 속도로 스캔했습니다. 비교를 위해 온전한 CP와 블랭크 나노섬유 필름의 XRD 분석도 수행했습니다.

2.9. 열 거동 조사

CP-F의 열 거동은 시차 주사 열량계(DSC, DSC 8000, PerkinElmer, Waltham, MA, USA)를 사용하여 조사되었습니다. 약 1–3 mg의 샘플을 정확하게 칭량하고 알루미늄 팬으로 옮기고 밀봉했습니다. 이어서, 샘플을 40 mL/min의 질소 흐름 하에서 10 ºC/min의 승온 속도로 0에서 250 ºC까지 가열하였다. 비교를 위해 온전한 CP와 블랭크 나노섬유 필름의 열 분석도 수행했습니다.

2.10. 분자상호작용연구

푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)은 Smart 확산 반사율 FTIR 액세서리( Thermo electronic Corporation, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 스펙트럼은 4000–600cm-1의 스캐닝 범위에서 25ºC에서 기록되었습니다. 투과 모드는 4 cm-1의 해상도와 64 스캔으로 사용되었습니다. 데이터 기록은 OMNIC 소프트웨어(Thermo Fisher Scientific Waltham, MA, USA)를 통해 수행되었습니다. 비교를 위해 CP 분말과 블랭크 나노섬유 필름의 FTIR 분석도 수행했습니다.

2.11. 기계적 특성 조사

CP-F의 기계적 특성은 질감 분석기(TA.XT Plus, Texture Analyzer Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 사용하여 이전에 설명한 방법[26]과 약간의 수정을 거쳐 평가되었습니다. 테스트 전에 질감 분석기를 5kg 로드 셀로 보정하고 인장 그립(A/TG)을 장착했습니다. CP-F는 0.5 cm × 5.0 cm의 직사각형 모양으로 절단되었습니다. 그립 사이에 샘플을 고정했습니다. 그립 사이의 초기 길이는 3cm로 설정되었습니다. 테스트 속도는 5g의 방아쇠 힘으로 1mm/s였습니다. 샘플이 파손될 때까지 샘플을 잡아당겼다. 파단 지점에서 힘과 연신율 값을 기록했습니다. 측정은 각 보관 조건에서 3개의 독립적인 필름 샘플로 수행되었습니다. 필름의 기계적 특성은 식 (3)-(5)를 사용하여 각각 계산된 인장 강도(σ), 파단 연신율(ε) 및 영률(E)로 특성화되었습니다.

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여기서 F는 필름 파괴 시 최대 힘(N), A는 샘플의 단면적(cm2), ∆L은 샘플의 확장, L0는 필름의 원래 길이입니다. 샘플(센티미터).

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2.12. 점막접착 특성 조사

텍스처 분석기(TA.XT Plus Texture Analyzer, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 사용하여 CP-F의 접착 특성을 조사했습니다[22]. 테스트 전에 질감 분석기를 5kg 로드 셀로 보정했습니다. 양면 접착 테이프를 사용하여 프로브(P 0.5 Perspex, 0.5-inch 직경)에 CP-F를 부착했습니다. 2 cm × 5 cm 돼지 장 점막 조각을 유리 슬라이드에 부착한 다음 스탠드 위에 올려 놓았다. 인공 타액 1mL를 떨어뜨려 점막 표면을 수화시켰다. 점막 표면에 접촉하도록 탐침을 낮췄다. 0.2N의 접촉력을 60초의 접촉 시간으로 가한 다음 프로브를 1mm/s의 속도로 인출했습니다. Texture Exponent 소프트웨어(Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 사용하여 접착력을 결정했습니다. 실험은 각 보관 조건의 필름 샘플에 대해 세 번 수행되었습니다.

2.13. 통계 분석

연속 변수에 대한 설명 통계를 계산하고 평균 ± 표준 편차(SD)로 표현했습니다. 의의는 통계 SPSS 버전 22(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하여 일원 분산 분석(ANOVA)에 이어 Duncan의 다중 범위 테스트에 의해 평가되었습니다. 유의 수준은 p < 0.05로 설정되었습니다.

3. 결과 및 논의

안정성 테스트의 목적은 온도, 습도 및 빛과 같은 다양한 환경 요인의 영향으로 제형의 품질이 시간에 따라 어떻게 변하는지에 대한 정보를 얻는 것입니다. 얻어진 결과는 제제의 권장되는 적합한 보관 조건을 확립하는 것으로 이어질 수 있습니다. 약물의 안정성은 투여량의 화학적 및 물리적 완전성과 약물 함량을 유지하는 제형의 능력을 의미합니다. 본 연구에서는 CP-F의 단기(6시간) 및 장기(12개월) 안정성을 조사하였으며, 주로 CP-F에서 CP의 분해 동역학 및 점진적인 화학적 변화를 각각 평가하였다. 구속 조건에서 장기간 보관 후 물리 화학적 변화로.

제작된 CP-F는 대부분 균일한 두께를 가지는 것으로 나타났다. 마이크로미터를 사용하여 필름의 평균 두께는 0.98 ± 0.10 mm로 나타났습니다. 그림 1에 제시된 CP-F의 광학현미경 단면 사진은 필름의 두께가 1.00 ± 0.05mm로 마이크로미터로 측정한 결과이다. 약 1mm의 두께를 갖는 수득된 CP-F를 추가 연구를 위해 선택하였다.

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일반적으로, 제형에서 CP 측정에 사용된 HPLC 분석은 트리페닐포스핀 옥사이드 및 트리페닐포스핀의 선택성에 의해 검증되었습니다. 트리페닐포스핀 옥사이드와 트리페닐포스핀의 HPLC 크로마토그램 피크는 그림 S1a[27]와 같이 각각 5.0분과 10.5분의 서로 다른 머무름 시간으로 표시되었습니다. 트리페닐포스핀 산화물은 CP에 의한 트리페닐포스핀의 산화로부터 얻어졌다[28]. 본 연구에서 CP의 결정은 triphenylphosphine oxide 피크 면적으로부터 얻어졌다. HPLC 크로마토그램에서 트리페닐포스핀의 잔류 피크는 모든 CP가 완전히 반응했음을 확인했습니다. 또한 CP를 과대 평가할 수 있는 다른 요인의 산화 간섭을 제한하기 위해 CP가 없는 블랭크 샘플에서 트리페닐포스핀 옥사이드의 측정을 수행했으며 그 결과가 그림 S1b에 나와 있습니다.


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