Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения регенерированной целлюлозы с инкапсулированным активным веществом, который включает стадии:

(a) получение композиции из целлюлозы, растворенной в расплавленном гидрофильном ионном жидком растворителе, вместе с активным веществом, растворенным или диспергированным, по существу, в этом же растворителе гомогенно, причем вышеуказанный раствор, по существу, свободен от воды, органического растворителя или азотсодержащего основания и где вышеуказанная ионная жидкость включает катионы и анионы;

(b) смешение вышеуказанного раствора с жидким антирастворителем для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью, причем вышеуказанное активное вещество, по существу, нерастворимо в вышеуказанном антирастворителе, и вышеуказанная смесь образует твердую фазу регенерированной целлюлозы и фазу ионной жидкости, за счет чего вышеуказанное активное вещество инкапсулируется и, по существу, гомогенно диспергируется в образовавшейся твердой фазе регенерированной целлюлозы и где вышеуказанная регенерированная целлюлоза имеет, по существу, ту же молекулярную массу, что и целлюлоза на стадии (а) и, по существу, свободна от продуктов разложения ионной жидкости.

2. Способ по п.1, где вышеуказанная ионная жидкость плавится при температуре ниже чем примерно 150шC.

3. Способ по п.1, где катионы вышеуказанной ионной жидкости соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из

Рисунок 1

Рисунок 2

где R1 и R2 независимо означают C1-C6алкильную группу или C1-C6алкоксиалкильную группу, и

R3-R9, когда присутствуют, независимо означают водородную группу, C1-C6алкильную группу, C1-C6алкоксиалкильную группу или C1-C6алкоксигруппу,

и анионами ионной жидкости являются галоген, псевдогалоген или C1-C6карбоксилат.

4. Способ по п.1, где анионы вышеуказанной ионной жидкости являются галоген-ионом, перхлорат-ионом, псевдогалоген-ионом или C1-C6карбоксилат-ионом.

5. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию сбора образовавшейся целлюлозной фазы.

6. Способ получения регенерированной целлюлозы с инкапсулированным активным веществом, который включает стадии:

(a) получение композиции из целлюлозы, растворенной в расплавленном гидрофильном ионном жидком растворителе, который расплавляется при температуре ниже чем примерно 150шC, вместе с активным веществом, растворенным или диспергированным, по существу, в этом же растворителе гомогенно, причем вышеуказанный раствор, по существу, свободен от воды, органического растворителя или азотсодержащего основания и где вышеуказанная ионная жидкость включает катионы и анионы, где катионы соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из

Рисунок 3

где R1 и R2 независимо означают C1-C6алкильную группу или C1-C6алкоксиалкильную группу, и

R3-R9, когда присутствуют, независимо означают водородную группу, C1-C6алкильную группу, C1-C6алкоксиалкильную группу или C1-C6алкоксигруппу,

и анионами ионной жидкости являются галоген, псевдогалоген или C1-C6карбоксилат;

(b) смешение вышеуказанного раствора с жидким антирастворителем для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью, причем вышеуказанное активное вещество, по существу, нерастворимо в вышеуказанном антирастворителе, и вышеуказанная смесь образует твердую фазу регенерированной целлюлозы и фазу ионной жидкости, за счет чего вышеуказанное активное вещество инкапсулируется и, по существу, гомогенно диспергируется в образовавшейся твердой фазе регенерированной целлюлозы и где вышеуказанная регенерированная целлюлоза имеет, по существу, ту же молекулярную массу, что и целлюлоза на стадии (а) и, по существу, свободна от продуктов разложения ионной жидкости;

(c) сбор образовавшейся твердой фазы регенерированной целлюлозы.

7. Способ по п.6, где вышеуказанная ионная жидкость расплавляется при температуре от примерно -44 до 120шC.

8. Способ по п.6, где вышеуказанный жидкий антирастворитель для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью, также смешивается с водой.

9. Способ по п.6, где катионы соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из

Рисунок 4

где R1 и R2 независимо означают C1-C6алкильную группу или C1-C6алкоксиалкильную группу, и

R3-R5 независимо означают водородную группу, C1-C6алкильную группу, C1-C6алкоксиалкильную группу или C1-C6алкоксигруппу,

и анионами ионной жидкости являются галоген или псевдогалоген.

10. Способ по п.9, где вышеуказанный катион является N,N-1,3-ди-C1-C6алкилимидазолий-ионом, который соответствует структурной формуле А

Рисунок 5

11. Способ по п.10, где один из R1 или R2 в вышеуказанном N,N-1,3-ди-C1-C6алкилимидазолий-ионе является метилом.

12. Способ по п.11, где R1 означает C1-C4алкил.

13. Способ по п.12, где вышеуказанные группы R3-R5, каждая, означают водородную группу.

14. Способ по п.13, где вышеуказанные катионы соответствуют структурной формуле В

Рисунок 6

15. Способ по п.9, где вышеуказанные анионы являются хлорид-ионами.

16. Способ по п.6, где вышеуказанная целлюлоза в начальной стадии находится в вышеуказанном растворе в количестве от примерно 10 до примерно 25 мас.%.

17. Способ по п.8, где вышеуказанный жидкий антирастворитель для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью и также смешивается с водой, является водой, спиртом или кетоном.

18. Способ по п.17, где вышеуказанным жидким антирастворителем является вода.

19. Способ по п.6, где вышеуказанную стадию смешения осуществляют путем экструзии вышеуказанного раствора целлюлозы через фильеру и в вышеуказанный антирастворитель.

20. Способ по п.6, где вышеуказанное активное вещество выбирают из группы, состоящей из микробной клетки, гербицида, инсектицида, фунгицида, бактерицида, репеллента для животного или насекомого, регулятора роста растений, удобрения, вкусовой или ароматизирующей композиции, катализатора, фермента, светочувствительного агента, индикатора, красителя и УФ-адсорбента.

21. Способ по п.6, где вышеуказанное активное вещество покрывают гидрофобной ионной жидкостью до растворения или диспергирования в вышеуказанной гидрофильной ионной жидкости и где вышеуказанная гидрофобная ионная жидкость не смешивается с вышеуказанным жидким разбавителем, не являющимся растворителем.

22. Способ по п.21, где вышеуказанная гидрофобная ионная жидкость нерастворима в вышеуказанном жидком антирастворителе.

23. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом, которая содержит активное вещество, по существу, гомогенно распределенное внутри матрицы из регенерированной целлюлозы, где вышеуказанная регенерированная целлюлоза:

(i) имеет почти ту же самую молекулярную массу, что и исходная целлюлоза, из которой она получена,

(ii) по существу, свободна от повышенного количества заместителей по сравнению с исходной целлюлозой и

(iii) по существу, свободна от инкапсулированных продуктов разложения ионэющ жидкости.

24. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом по п.23, где массовое соотношение целлюлозы к активному веществу составляет от примерно 1000:1 до примерно 1:2.

25. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом по п.23, где вышеуказанное активное вещество выбирают из группы, состоящей из микробной клетки, гербицида, инсектицида, фунгицида, бактерицида, репеллента для животного или насекомого, регулятора роста растений, удобрения, вкусовой или ароматизирующей композиции, катализатора, фермента, светочувствительного агента, индикатора, красителя и УФ-абсорбента.

26. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом по п.23, где вышеуказанное активное вещество внутри вышеуказанной матрицы из регенерированной целлюлозы покрыто гидрофобной ионной жидкостью.

27. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом, которая содержит активное вещество с нанесенным покрытием из гидрофобной ионной жидкости, по существу, гомогенно распределенное внутри матрицы из регенерированной целлюлозы, где вышеуказанная регенерированная целлюлоза:

(i) имеет почти ту же самую молекулярную массу, что и исходная целлюлоза, из которой она получена,

(ii) по существу, свободна от повышенного количества заместителей по сравнению с исходной целлюлозой и

(iii) по существу, свободна от инкапсулированных продуктов разложения ионной жидкости.

 

Текст

Смотреть все

009256 Заявка на данное изобретение является частичным продолжением заявки 10/256521 от 27 сентября 2002 г., которая претендует на приоритет предварительной заявки на патент 60/326704 от 3 октября 2001 г. Изобретение относится к новым материалам и новому способу их получения путем включения молекулярных, в виде наночастиц и макроскопических материалов в целлюлозную матрицу. Способ включает инкапсулирование или иммобилизацию активного твердого вещества в целлюлозный каркас путем регенерации целлюлозы, растворенной в ионном жидком растворителе, в регенерирующем растворе. В начальной стадии активное вещество может находиться в ионной жидкости или в жидком растворителе либо в виде раствора, либо в виде дисперсии. Изобретение применимо к молекулярному инкапсулированию и к инкапсулированию более крупных частиц, включающих ферменты, наночастицы и макроскопические компоненты, и к получению большого количества материалов с широким диапазоном морфологических форм. Предпосылки создания изобретения Показано применение ионных жидкостей в качестве замены обычных органических растворителей в химических, биохимических процессах и процессах разделения. Graenacher впервые предложил способ приготовления растворов целлюлозы путем нагревания целлюлозы в жидком N-алкилпиридинийхлориде или N-арилпиридинийхлориде (патент США 1943176), особенно в присутствии азотсодержащего основания, такого как пиридин. Однако казалось, что это не имеет практического значения, так как система расплавленной соли была тогда отчасти эзотерической (сложной). Эта первоначальная работа была предпринята в то время, когда ионные жидкости являлись, по существу, неизвестными, и применение и значение ионных жидкостей как класса растворителей не было реализовано. Ионные жидкости сейчас являются известным классом жидкостей, содержащих исключительно ионизированные группы и имеющих температуры плавления в значительной степени ниже 150C или наиболее предпочтительно 100C. В большинстве случаев ионные жидкости (IL) являются органическими солями, содержащими один или более катионов, которыми обычно являются ионы аммония, имидазолия или пиридиния, хотя известны многие другие типы. Ряд ионных жидкостей, являющихся пригодными для растворения целлюлозы, раскрыт в заявке на патент США 10/256521 от 27 сентября 2002 г., озаглавленной "Dissolution and Processing of Cellulose Using Ionic Liquids", которая претендует на приоритет предварительной заявки на патент 60/326704 от 3 октября 2001 г., и в работе Swatloski и др., J. Am.Chem. Soc. 2002, 124: 4974-4975. Традиционные способы растворения целлюлозы, включающие медно-аммиачный и ксантогенатный способы, часто являются громоздкими или дорогостоящими и требуют использования редких растворителей, обычно с высокой ионной силой, и применимы в относительно жестких условиях. [Kirk-Othmer"Encyclopedia of Chemical Technology", четвертое издание, 1993, том 5, с. 476-563]. Такие растворители включают сероуглерод, N-метилморфолин-N-оксид (NMMNO), смеси N,N-диметилацетамида и хлорида лития (DMAC/LiCl), диметилимидазолон/LiCl, концентрированные водные растворы неорганических солей [ZnCl/H2O, Ca(SCN)2/H2O], концентрированные минеральные кислоты (H2SO4/H3PO4) или жидкие гидраты солей (LiClO43H2O, NaSCN/KSCN/LiSCN/H2O). Эти традиционные способы растворения целлюлозы разрушают целлюлозную полимерную основу,результатом чего являются регенерированные продукты, которые содержат, в среднем, от приблизительно 500 до приблизительно 600 единиц глюкозы на молекулу, а не природное, гораздо большее, число от 1500 или более единиц глюкозы на молекулу. Кроме того, способы, такие как используются при получении вискозы, протекающие через образование ксантогенатных промежуточных продуктов, имеют тенденцию оставлять некоторые остаточные дериватизированные (связанные с заместителями) остатки глюкозы, как в содержащей ксантогенатные группы целлюлозе. Например, в патенте США 5792399 раскрывается использование растворов целлюлозы в Nметилморфолин-N-оксиде (NMMNO) для получения регенерированной целлюлозы, которые содержат полиэтиленимин (PEI). В этом патенте указывается, что необходимо осуществлять предварительную обработку ферментом целлюлазой для уменьшения молекулярной массы целлюлозы до растворения. Кроме того, в этом патенте указывается, что NMMNO разлагается при температурах, используемых для растворения, с образованием N-метилморфолина в качестве продукта разложения, который можно удалять из раствора целлюлозы путем отгонки с водяным паром. Присутствие PEI показано для уменьшения разложения NMMNO. Другие традиционные способы, которые могут обеспечивать получение растворенной целлюлозы,осуществляют путем введения заместителя, т.е. подразумевают, что он остается связанным с целлюлозой, как, например, где, подобно сложным эфирам целлюлозы, получают ацетаты и бутираты, или где к целлюлозе присоединяют карбоксиметил, метил, этил, (C2-C3)-2-гидроксиалкил (гидроксиэтил или гидроксипропил), или подобную группу. Такая производная (заместитель) форма также обычно приводит к уменьшению степени полимеризации целлюлозы, так что полученный продукт содержит меньше целлобиозных единиц на молекулу, чем целлюлоза, из которой его получают. Так, Linko и др. описывают растворение целлюлозы с относительно низкой молекулярной массой-1 009256 последующим охлаждением до 30C, введение различных микробных клеток в раствор и затем регенерацию целлюлозы в твердой форме путем смешения с водой. [Linko и др., Enzyme Microb. Technol., 1: 26-30(1979)]. Эта группа исследователей также описывает улавливание дрожжевых клеток в растворе однопроцентной целлюлозы, растворенной в смеси NEPC и диметилсульфоксида, а также их улавливания при использовании от 7,5 до 15% ди- или триацетатов целлюлозы, растворенных в некоторых органических растворителях. [Weckstrom и др., в Food Engineering in Food Processing, том 2, Applied Science PublishersLtd., с. 148-151 (1979)]. Инкапсулированные материалы имеют огромное число применений, от систем с контролируемым высвобождением до структурных модификаторов и сенсорных или химически активных материалов. Инкапсулированные материалы могут быть выполнены в виде мембран, покрытий или капсул. Известны способы получения инкапсулированных продуктов, включающие эмульсионную полимеризацию, полимеризацию на границе раздела фаз, растворение, эмульгирование, гелеобразование, сушку распылением,покрытие, наносимое методом напыления в вакууме, и адсорбцию на пористых частицах. Применяемые общепринятые материалы включают полимеры, гидроколлоиды, сахара, воски, жиры, металлы и оксиды металлов. Использование мембран, покрытий и капсул для контролируемого высвобождения жидких материалов является известным в области как сельскохозяйственных, так и несельскохозяйственных химикатов, включая получение материалов графического искусства, фармацевтических, пищевых и пестицидных препаративных форм. В сельском хозяйстве технологии контролируемого высвобождения повышают эффективность гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, бактерицидов и удобрений. Несельскохозяйственные использования включают инкапсулированные краски, чернила, фармацевтические препараты,вкусовые и ароматизирующие вещества. Наиболее общими формами материалов с контролируемым высвобождением являются с нанесенным покрытием капли или микрокапсулы, твердые вещества с покрытием, включающие как пористые,так и непористые частицы, и агрегаты твердых частиц с покрытием. В некоторых случаях желательна растворимая в воде инкапсулированная пленка, которая высвобождает инкапсулированный материал,когда капсула вводится в контакт с водой. Другие покрытия являются желательными для высвобождения инкапсулированного материала, когда капсула разрывается или разрушается под воздействием внешнего усилия. Однако, далее, покрытия по природе являются пористыми и высвобождают инкапсулированный материал в окружающую среду с медленной скоростью путем диффузии через поры. Материалы получают в виде эмульгируемых концентратов путем растворения материалов в органическом растворителе, смешанном с поверхностно-активным веществом (ПАВ), или в виде замасливателя. В твердой форме инсектициды получают в виде смачивающегося порошка, в котором инсектицид адсорбирован на тонкоизмельченном порошкообразном минеральном материале или диатомовой земле,как дуст или как гранулы. Однако эти традиционные препаративные формы создают множество проблем, таких как загрязнение окружающей среды, вызываемое органическим растворителем, используемым в эмульсиях, или дустом, получаемым из смачивающихся порошков. Кроме того, эти препаративные формы имеют длительную остаточную эффективность, если необходимо намного более высокое количество, чем таковое, используемое при обычном применении, и это повышенное количество может наносить ущерб окружающей среде или создавать проблемы в отношении безопасности. Другие традиционные микрокапсулы с инкапсулированными активными инсектицидными компонентами получают путем реакции полимеризации на границе раздела фаз, и они не являются идеальными с точки зрения продолжительности производственного процесса или в качестве эффективно стабилизированного инсектицида. Поэтому существует настоятельное требование в отношении получения препаративной формы, которая сохраняет высокую степень эффективности в течение длительных периодов. Обусловленные этой задачей, исследование и разработка активно ведутся сейчас по пути разработки лучшей микроинкапсулированной препаративной формы, которая может эффективно заменить эмульгируемые концентраты,получаемые полимеризацией на границе раздела фаз или смачивающиеся порошки, и является безопасной при использовании. Включение ферментов в твердые носители представляет собой общепринятый способ с точки зрения улучшения стабильности и разделений при ферментативных превращениях. Результатом включения ферментов в твердые носители может быть повышенная стабильность по отношению к pH и температуре и способствование отделению фермента от реакционной смеси, а также образованию ферментных электродов для применений в чувствительных элементах. Существуют четыре основных способа, пригодных для иммобилизации ферментов: адсорбция, ковалентное связывание, инкапсулирование и мембранная локализация. Согласно общему способу иммобилизации используют активацию полисахаридов, при которой гранулы целлюлозы взаимодействуют в щелочных условиях с бромцианом. Полученный промежуточный продукт затем ковалентно связывают с растворимыми ферментами. Примерами являются ферменты лактаза, пенициллинацилаза и аминоацилаза. Инкапсулирование ферментов в гелях или волокнах является подходящим способом для использо-2 009256 вания в процессах, включающих субстраты и продукты с низкой молекулярной массой. Инкапсулирование является альтернативным способом для иммобилизации микробных, животных и растительных клеток. Широко используемым является альгинат кальция. Ферменты могут быть включены в волокна из ацетата целлюлозы путем приготовления эмульсии фермента плюс ацетат целлюлозы в дихлорметане с последующей экструзией волокон. Способы инкапсулирования ферментов широко применимы, но включаемые ферменты технически может быть трудно получать, и это приводит к от умеренных до высоких стоимостям. Следовательно,желательны новые способы получения инкапсулированных ферментов. В нижеследующем раскрытии сущности изобретения описывается получение инкапсулированных материалов в целлюлозной матрице путем диспергирования и регенерации растворов IL/целлюлоза, содержащих активное вещество в регенерирующей жидкости, в которой IL является растворимым и которая является антирастворителем для целлюлозы и активного агента. Квалифицированному специалисту в данной области должно быть ясно, что настоящее изобретение применимо для получения гранул и волокон, в которые включены активные агенты. Краткое изложение сущности изобретения Настоящее изобретение относится к инкапсулированному в целлюлозе активному веществу и способу инкапсулирования активных веществ с получением матрицы из регенерированной целлюлозы, в которой активное вещество распределено по всей матрице. Распределение активного вещества, предпочтительно, по существу, является гомогенным внутри матрицы из регенерированной целлюлозы. Регенерированная целлюлоза (i) имеет почти ту же самую молекулярную массу, что и исходная целлюлоза, из которой ее получают, и, типично, ее степень полимеризации (DP) составляет около 1200, и (ii) по существу, не содержит заместителей и включенных продуктов разложения ионной жидкости. Инкапсулируемый материал (активное вещество) диспергируют, предпочтительно, гомогенно или растворяют в гидрофильной ионной жидкости, которая, по существу, не содержит воду, органический растворитель или азотсодержащее основание, и содержащее солюбилизированную целлюлозу, и целлюлозу затем получают вновь (регенерируют) в виде твердого вещества, в котором активное вещество распределено в целлюлозной матрице, предпочтительно, гомогенно. Этот способ обладает преимуществами для получения композитов, содержащих множество твердых веществ, которые желательно инкапсулировать в целлюлозной матрице, особенно для включения активных агентов, которые нерастворимы в воде или других обычных растворителях, как, например, наночастицы или макроскопические материалы. Матрицы, получаемые данным способом, способны с медленной скоростью высвобождать инкапсулированные материалы путем диффузии через оболочку в окружающую среду, набухая в жидкой среде, такой как вода, путем медленного контролируемого разрушения структуры целлюлозной матрицы или путем медленного растворения активного вещества из внутренней области матрицы. Подходящие для инкапсулирования материалы включают химико-биологические агенты, такие как гербициды, инсектициды, фунгициды, бактерициды, репелленты для животных, насекомых и птиц, регуляторы роста растений, удобрения и вкусовые и ароматизирующие композиции, катализаторы, светочувствительные агенты, индикаторы, красители и УФ-адсорбенты. Окончательная морфологическая форма инкапсулированного композита зависит от способа регенерации и желательных применений материалов. Например, для применений в целях фильтрации или разделения могут быть изготовлены гранулы, цилиндры или хлопья с большой площадью полной поверхности, тогда как для использований в качестве мембран и детекторов могут быть получены тонкие пленки. Включение биомолекул в твердые носители представляет собой общепринятый способ для повышения стабильности в отношении pH и температуры, особенно для ферментов и целых клеток. Включение биомолекул в целлюлозный носитель может приводить к получению новых материалов для применения в целях обнаружения и детектирования. Макроскопические магнетитные частицы могут быть инкапсулированы в целлюлозу для получения магнитно-модифицированных материалов. Эти материалы имеют большое число применений в способах экстракции с магнитно-псевдоожижаемым слоем для экстракции белков и металлов или детектирования. Краткое описание чертежей Эти чертежи составляют часть раскрытия сущности изобретения. Фиг. 1 представляет собой график зависимости значений Dw для 241Am импрегнированной CMPO целлюлозы (круги), только целлюлозы (квадраты) и регенерированной целлюлозы (ромбы) от водных растворов азотной кислоты как функцию концентрации кислоты. Фиг. 2 представляет собой график зависимости значений Dw для 239Pu импрегнированной CMPO целлюлозы (круги), только целлюлозы (квадраты) и регенерированной целлюлозы (ромбы) от водных растворов азотной кислоты как функцию концентрации кислоты. Фиг. 3 представляет собой график зависимости значений Dw для 233UO2 импрегнированной CMPO целлюлозы (круги), только целлюлозы (квадраты) и регенерированной целлюлозы (ромбы) от водных растворов азотной кислоты как функцию концентрации кислоты. Фиг. 4 представляет собой спектр в УФ/видимой области пленки из целлюлозы-голубой целлю-3 009256 лозы при pH 6,88 (сплошная линия) и pH 2,10 (пунктирная линия). Фиг. 5 представляет собой спектр в УФ/видимой области только целлюлозной пленки (сплошная линия) и целлюлозной пленки, содержащей бычий сывороточный альбумин (BSA; пунктирная линия). Фиг. 6 представляет собой спектр в УФ/видимой области только целлюлозной пленки (сплошная линия) и целлюлозной пленки, содержащей лакказу (пунктирная линия). Фиг. 7 представляет собой спектр в УФ/видимой области только целлюлозной пленки (сплошная линия) и целлюлозной пленки, содержащей убихинон (пунктирная линия). Подробное описание изобретения Настоящее изобретение относится к способу инкапсулирования большого ряда материалов, указываемых в данном контексте в качестве активных веществ, который может быть эффективно осуществлен для получения активного вещества, по существу, гомогенно распределенного в матрице из регенерированной целлюлозы. В способе используется инкапсулирование путем диспергирования или растворения в гидрофильной ионной жидкости, содержащей солюбилизированную целлюлозу, и которая, по существу, не содержит воду, органический растворитель или азотсодержащее основание, с последующим получением вновь целлюлозы в виде твердой матрицы, в которой активное вещество диспергировано в матрице. Полученный материал содержит активное вещество, по существу, гомогенно распределенное по всей матрице из регенерированной целлюлозы. Рассматривается способ получения новых материалов путем включения молекулярных, в виде наночастиц и макроскопических материалов в целлюлозную матрицу. Рассматриваемый способ предполагает инкапсулирование активного вещества путем регенерации полимерной матрицы из раствора гидрофильной ионной жидкости (IL), содержащего активное твердое вещество, в регенерирующем растворе, в котором как целлюлоза, так и активное вещество нерастворимы или трудно растворимы, т.е., по существу, нерастворимы. Более конкретно, способ включает стадии получения гомогенной композиции, которая содержит целлюлозу и активное вещество, растворенные или диспергированные в гидрофильной ионной жидкости, и в которой раствор ионной жидкости, по существу, не содержит воду (свободен от воды), неионный органический растворитель или азотсодержащее основание и содержит солюбилизированную целлюлозу. Эту композицию вводят в контакт с не являющимся растворителем жидким разбавителем, в котором как целлюлоза, так и активное вещество, по существу, нерастворимы, с получением жидкой фазы и фазы регенерированной твердой целлюлозы в качестве матрицы, инкапсулирующей активное вещество, и, таким образом, получают композитный материал, который включает инкапсулированное в целлюлозе активное вещество. Остаточную гидрофильную ионную жидкость после этого предпочтительно удаляют. Примеры активных веществ включают введение водонерастворимых экстрагентов металлов, водонерастворимых красителей, биомолекул и магнетитных частиц около 5 мкм в диаметре (наибольший размер,если они не совсем сферические), которые могут быть диспергированы в IL-растворе или физически с образованием суспензии или коллоида, или путем растворения компонентов в IL-растворителе, и затем регенерацию композитного материала. Распределение активного вещества является, предпочтительно, по существу, гомогенным внутри матрицы из регенерированной целлюлозы. Регенерированная твердая целлюлоза (i) имеет почти ту же самую молекулярную массу, что и исходная целлюлоза, из которой она получена и, типично, ее степень полимеризации (DP) составляет около 1200 или более. Такая регенерированная целлюлоза (ii) по существу, не содержит повышенного количества заместителей, по сравнению с исходной целлюлозой, и включенных продуктов разложения ионной жидкости. Во время процесса растворения и регенерации может происходить гидролиз незначительного количества целлюлозы. Однако средняя молекулярная масса целлюлозы после регенерации составляет около 90% от таковой целлюлозы до растворения и регенерации. Данный результат противоположен таковому патента США 5792399, где исходную целлюлозу обрабатывают целлюлазой в присутствии NMMNO для того, чтобы осуществить растворение. Заместители, которые, по существу, не содержатся в регенерированной целлюлозе, являются такими, которые не присутствуют в целлюлозе, растворенной в IL. Так, например, гидроксильные группы природной целлюлозы могут быть окислены до оксогрупп (заместители с C=O связями), таких как кетоны, альдегиды или карбоновые кислоты, и природная целлюлоза может содержать некоторые количества таких функциональных групп. Процесс растворения/регенерации, используемый в данном случае, не вызывает образования более чем на несколько процентов больше таких групп, чем имелось первоначально. Там, где окисленную целлюлозу, содержащую большое количество оксогрупп, используют в качестве исходного материала, как, например, в случае патента США Regenerated Oxidized Cellulose (ROC), регенерированная целлюлоза снова содержит примерно такое же количество функциональных групп (например, от примерно 18 до примерно 24% карбоксильных групп в ROC) после растворения и регенерации,которое имелось до осуществления этих стадий. Другой группой заместителей, которые, по существу, не содержатся в регенерированной целлюлозе, являются такие заместители, как, например, ксантогенатные группы, (C2-C3)-2-гидроксиалкил (например, 2-гидроксиэтил и 2-гидроксипропил) и карбоксильные группы, такие как ацетил и бутирил, ис-4 009256 пользуемые в других способах растворения целлюлозы. Используемый в данном случае раствор в гидрофильной ионной жидкости, по существу, не содержит воду, смешивающийся с водой или спиртом органический растворитель или азотсодержащее основание и содержит солюбилизированную целлюлозу. Рассматриваемые органические растворители, которые не содержатся в растворе, включают растворители, такие как диметилсульфоксид, диметилформамид, ацетамид, гексаметилфосфорамид, водорастворимые спирты, кетоны или альдегиды, такие как этанол, метанол, 1- или 2-пропанол, трет-бутанол, ацетон, метилэтилкетон, ацетальдегид, пропионовый альдегид, этиленгликоль, пропиленгликоль, C1-C4 алкил и алкоксиэтиленгликоли и пропиленгликоли, такие как 2-метоксиэтанол, 2-этоксиэтанол, 2-бутоксиэтанол, диэтиленгликоль и тому подобные. Катионы гидрофильной ионной жидкости, предпочтительно, являются циклическими и соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из где R1 и R2 независимо означают C1-C6 алкильную группу или C1-C6 алкоксиалкильную группу, иR3-R9, когда присутствуют, независимо означают водородную группу, C1-C6 алкильную группу, C1C6 алкоксиалкильную группу или C1-C6 алкоксигруппу. Более предпочтительно обе группы R1 и R2 означают C1-C4 алкильную группу, причем только одна означает метил, и R3-R9, когда присутствуют, означают, предпочтительно, водородную группу. Типичные C1-C6 алкильные группы и C1-C4 алкильные группы включают метил, этил, пропил, изопропил, бутил,втор-бутил, изобутил, пентил, изопентил, гексил, 2-этилбутил, 2-метилпентил и тому подобные. Соответствующие C1-C6 алкоксигруппы содержат вышеуказанную C1-C6 алкильную группу, связанную с атомом кислорода, который также связан с катионным циклом. Алкоксиалкильная группа содержит оксогруппу,связанную с алкильной группой, и в этом случае содержит в целом вплоть до шести атомов углерода. Следует заметить, что существуют два изомерных 1,2,3-триазола. Предпочтительно, чтобы все Rгруппы, не требующиеся для образования катиона, были водородными группами.-5 009256 Выражение когда присутствуют часто используют в данном контексте в отношении заместителяR, потому что не все катионы содержат все из пронумерованных групп. Все из рассматриваемых катионов содержат по меньшей мере четыре R-группы, которые могут означать водородную группу, хотя не требуется присутствия R2 во всех катионах. Выражение по существу, свободны используется синонимично, имея в виду, что, например, присутствуют меньше чем примерно 5 мас.% воды. Более предпочтительно менее чем около 1% воды присутствует в композиции. Такие же значения подразумеваются относительно присутствия азотсодержащего основания. Анионом для рассматриваемого катиона ионных жидкостей является ион галогена (фторид, хлорид,бромид или иодид), перхлорат, псевдогалоген-ион, такой как тиоцианат и цианат или C1-C6 карбоксилат. Псевдогалогениды являются одновалентными и имеют свойства, подобные таковым галогенидов[Schriver и др., Inorganic Chemistry, W.H. FreemanCo., New York (1990) 406-407]. Псевдогалогениды включают анионы: цианид (CN-1), тиоцианат (SC-1), цианат (OCN-1), фульминат (CNO-1) и азид (N3-1). Карбоксилат-анионы, которые содержат 1-6 атомов углерода (C1-C6 карбоксилат), и, для пояснения, представляют собой, например, формиат, ацетат, пропионат, бутират, гексаноат, малеат, фумарат, оксалат,лактат, пируват и тому подобные. Рассматриваемые ионные жидкости, используемые в данном случае, являются гидрофильными и,следовательно, отличаются от гидрофобных ионных жидкостей, описанных Koch и др., патент США 5827602, или таковых, описанных Bonhte и др., патент США 5683832, которые содержат один или несколько атомов фтора, ковалентно связанных с атомом углерода, как в трифторметансульфонат-анионе или трифторацетат-анионе. Рассматриваемый растворитель также может включать смеси из двух или более рассматриваемых ионных жидкостей. Предпочтительно, чтобы все R-группы, не требующиеся для образования катиона, т.е. группы, отличные от R1 и R2, для соединений, других, чем имидазолиевые, пиразолиевые и триазолиевые катионы,указанные выше, являлись водородными группами. Таким образом, катионы, указанные выше, предпочтительно имеют структуру, соответствующую нижеуказанной структуре, где R1 и R2 имеют вышеуказанные значения. Катион, содержащий один пятичленный цикл, который не конденсирован с другими циклическими структурами, является более предпочтительным. Способ растворения целлюлозы также предполагает-6 009256 использование ионной жидкости, включающей такие катионы. Этот способ включает смешивание целлюлозы с гидрофильной ионной жидкостью, включающей такие пятичленные циклические катионы и анионы, при существенном отсутствии воды, с образованием смеси. Смесь перемешивают до растворения. Типичные катионы приведены ниже, где R1, R2 и R3-R5, когда присутствуют, имеют вышеуказанные значения. Из более предпочтительных катионов, содержащих один пятичленный цикл, не конденсированный с другими циклическими структурами, особенно предпочтителен катион имидазолия, соответствующий по структуре формуле А, где R1, R2 и R3-R5 имеют вышеуказанные значения.N,N-1,3-ди(C1-C6 алкил)замещенный ион имидазолия является более предпочтительным катионом; т.е. катион имидазолия, где R3-R5 в формуле А означают, каждый, водородную группу, и R1 и R2, каждый независимо, означают C1-C6 алкильную группу или C1-C6 алкоксиалкильную группу. Катион 1-(C1C6 алкил)-3-(метил)имидазолий [Cn-mim, где n=1-6] является наиболее предпочтительным, а галоген является предпочтительным анионом. Наиболее предпочтительный катион представляет собой соединение,которое соответствует по структуре формуле В, приведенной ниже, где R3-R5 в формуле А означают,каждый, водородную группу и R1 означает C1-C6 алкильную группу или C1-C6 алкоксиалкильную группу. Рассматриваемая ионная жидкость является жидкой при температуре около 150C или ниже, и,предпочтительно, ниже температуры примерно 100C и выше температуры примерно -100C. Например,галогениды N-алкилизохинолиния и N-алкилхинолиния имеют температуры плавления ниже чем примерно 150C. Температура плавления N-метилизохинолинийхлорида составляет 183C, и температура плавленияN-этилхинолинийиодида составляет 158C. Более предпочтительно рассматриваемая ионная жидкость является жидкой (расплавленной) при температуре примерно 120C или ниже и выше температуры -44C. Наиболее предпочтительно рассматриваемая ионная жидкость является жидкой (расплавленной) при температуре от примерно -10C до примерно 100C. Целлюлоза может быть растворена без дериватизации при высокой концентрации в ионных жидкостях путем нагревания до приблизительно 100C, путем нагревания до приблизительно 80C в ультразвуковой бане, и, наиболее эффективно, путем использования СВЧ-нагрева образцов при использовании домашней микроволновой печи. Используя микроволновый нагреватель, предпочтительно нагревать смесь гидрофильной ионной жидкости и целлюлозы до температуры от приблизительно 100C до приблизительно 150C. Рассматриваемая ионная жидкость имеет крайне низкое давление насыщенного пара и обычно разлагается до кипения. Типичные температуры перехода в жидкое состояние [т.е. температуры плавления(MP) и температуры стеклования (Tg)] и температуры разложения для приведенных в качестве иллюстрации, содержащих N,N-1,3-ди-C1-C6 алкилимидазолий-ион ионных жидкостей, где один из R1 и R2 означает метил, указываются в приводимой далее таблице.f) Bonhte и др., Inorg. Chem., 1996, 35, 1168. Были получены иллюстративные 1-алкил-3-метилимидазолийсодержащие ионные жидкости [Cnmim]X [n=4 и 6, X=Cl-, Br-, SCN-, (PF6)-, (BF4)-]. Было исследовано растворение целлюлозы (волокнистая целлюлоза, выпускаемая фирмой Aldrich Chemical Co.) в этих иллюстративных ионных жидкостях в условиях окружающей среды и при нагревании до 100C, при обработке ультразвуком и при СВЧ-нагреве. Растворение повышается при использовании СВЧ-нагрева. Растворы целлюлозы могут быть приготовлены очень быстро, что энергетически эффективно и обеспечивает связанные с этим экономические выгоды. Раствор, включающий целлюлозу в расплавленном гидрофильном ионном жидком растворителе,который, по существу, не содержит воду или азотсодержащее основание, используют для получения инкапсулированного в целлюлозной матрице материала. По существу, такая жидкость или раствор содержит около 1% или меньше воды или азотсодержащего основания. Таким образом, раствор готовят путем смешения ионной жидкости и целлюлозы в отсутствие воды или азотсодержащего основания с получением смеси. Как указано выше, ионная жидкость включает катионы и анионы, которые, предпочтительно, представляют собой таковые, указанные выше. Более предпочтительный раствор включает целлюлозу, солюбилизированную в гидрофильной жидкости, катионы которой содержат один пятичленный цикл, не конденсированный с другими циклическими структурами, как рассмотрено ранее. Рассматриваемый раствор может быть использован для осуществления дальнейших реакций на целлюлозе, таких как ацилирование,с образованием ацетата или бутирата целлюлозы или для регенерации. Целлюлоза обладает высокой растворимостью в ионных жидкостях. Вязкие, двоякопреломляющие жидкокристаллические растворы получают с высокой концентрацией, например, от примерно 10 до примерно 25 мас.%. Рассматриваемый раствор целлюлозы в ионной жидкости может содержать целлюлозу в количестве от примерно 5 до примерно 35 мас.% по отношению к массе раствора. Более предпочтительно целлюлоза присутствует в количестве от примерно 5 до примерно 25 мас.% по отношению к массе раствора. Еще более предпочтительно целлюлоза присутствует в количестве от примерно 10 до примерно 25 мас.% по отношению к массе раствора. Массовое соотношение целлюлозы к активному веществу в жидкой композиции может быть совершенно различным. Например, рассматривают диапазон от примерно 1000:1 до примерно 1:2 по массе целлюлозы к активному веществу. Более обычные используемые массовые соотношения составляют от примерно 100:1 до примерно 1:1. Такие же массовые соотношения отражаются также в продукте из регенерированной целлюлозы. Ионные жидкости, содержащие хлорид-анионы, являются наиболее эффективными. Хлорид-анион не является обязательным; приемлемая растворимость также наблюдается, когда ионная жидкость содержит тиоцианат-, перхлорат- и бромид-анионы. Нерастворимость наблюдается в случае ионных жидкостей, содержащих тетрафторборат- или гексафторфосфат-анионы.-8 009256 В обычной практике целлюлозу растворяют в IL, с получением гомогенного или жидкокристаллического анизотропного раствора. Материал для инкапсулирования затем вводят в IL-раствор, либо в виде раствора, либо в виде дисперсии в среде (например, наночастицы или макроскопические гранулы). Целлюлозную матрицу затем получают путем регенерации за счет контакта IL-раствора с не являющимся растворителем разбавителем, в результате чего получают материал из регенерированной целлюлозы (в виде флока, пленки, мембраны, волокна или монолита, в зависимости от способа получения), в котором инкапсулированы добавки. Порядок добавления компонентов в IL-растворитель является несущественным для процесса регенерации и инкапсулирования, и зависит от внешних обстоятельств, таких как стабильность индивидуальных компонентов в условиях обработки. Целлюлоза может быть вначале растворена с образованием раствора в IL, с последующими диспергированием активных компонентов и регенерацией. Или активный компонент может быть диспергирован в IL с последующим растворением целлюлозы и последующей регенерацией композита. Регенерирующая жидкость или не являющийся растворителем разбавитель представляет собой антирастворитель для активного вещества и целлюлозы. То есть регенерирующая жидкость не растворяет большие количества как целлюлозы, так и активного агента, так что оба ингредиента, по существу, нерастворимы в регенерирующей жидкости. Таким образом, активное вещество и целлюлоза независимо растворимы в количествах менее чем примерно 5 мас.% и предпочтительно менее чем примерно 1 мас.% в регенерирующей жидкости. Ионная жидкость смешивается с регенерирующей жидкостью, и введение в контакт IL-фазы с регенерирующей жидкостью вызывает регенерацию твердой целлюлозы, которая представляет собой матрицу, в которой инкапсулировано активное вещество. В случае экструзии раствора в ионной жидкости целлюлозы и добавок через фильеру рассматривают, что экструзия может быть осуществлена рядом способов, которые хорошо известны. Например, в некоторых воплощениях поверхность фильеры, содержащей одно или более отверстий, через которые экструдируют раствор, находится ниже поверхности регенерирующей жидкости. В других воплощениях раствор проходит из отверстия через воздух или другой газ, такой как азот или аргон, до введения в контакт с регенерирующей жидкостью. Жидкий антирастворитель предпочтительно является смешивающимся с водой. Типичные жидкие антирастворители включают воду, спирт, такой как метанол или этанол, ацетонитрил, простой эфир, такой как фуран или диоксан, и кетон, такой как ацетон. Преимуществом воды является то, что в способе избегают использования летучего органического соединения (VOC). Для регенерации не требуется использование летучих органических растворителей. Ионная жидкость может быть обезвожена или иным образом освобождена от жидкого антирастворителя и повторно использована после регенерации. Этот способ обладает преимуществами для получения композитов, содержащих много твердых веществ, которые могут быть желательны для инкапсулирования в целлюлозной матрице, но которые являются нерастворимыми в ионной жидкости, например, наночастицы или макроскопические материалы. Описанное в данном контексте общее представление позволяет осуществлять добавление ILрастворимых химикатов, которые должны быть добавлены с последующей регенерацией, используя являющийся антирастворителем разбавитель, в котором как целлюлоза, так и добавка являются нерастворимыми или плохо растворимыми. Включение наночастиц и макроскопических частиц в целлюлозную матрицу, которые первоначально были диспергированы в вязкой IL-среде, имеет следствием образование, по существу, гомогенной дисперсии в матрице из регенерированной целлюлозы, получая нанодисперсный композит. Разработанные целлюлозные формы, содержащие импрегнированные добавки, с улучшенными свойствами и применениями, могут быть получены из раствора в ионной жидкости. Пригодные применения включают, но не являются ограничивающими, мембраны/фильтры, топливные элементы, разделительные устройства, электролизные мембраны, огнезащитные средства, биоцидные фильтры, сенсоры,экстрагенты металлов, носители для ферментов, экстрагирующие материалы для фильтраций, разделений и экстракций: ионов металлов, биомолекул, молекул газов, магнитных частиц для мембранной/экстрагентной обработки, модификаторов целлюлозных покрытий, биоактивных агентов (контролируемое высвобождение, обнаружение, разрушение), комплексообразователей металлов (обнаружение,контролируемое высвобождение, экстрагенты и связующие и разделительные агенты для фильтров), водонерастворимых красителей для окраски целлюлозы, чувствительных элементов и индикаторов, фоторезистов, включения наночастиц в качестве фотоагентов или УФ-экранов, магнитных частиц для магниточувствительных гранул, фильтрационных и реактивных слоев, наночастиц катализаторов, дисперсий глин и других огнезащитных материалов, носителей для ферментов, нанесенных полимерных электролитов, полостьобразующих опор/подмостей для производства нанопористых материалов. Пример А. Получение 1-бутил-3-метилимидазолийхлорида [C4mim]Cl. 1-Бутил-3-метилимидазолийхлорид [C4mim]Cl получают, используя указанные в литературе методики [Huddleston и др., Green Chem., 2001, 3: 156], из 1-хлорбутана и 1-метилимидазола (оба выпускаются фирмой Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) и выделяют в виде бесцветного, безводного кристаллического твердого вещества при комнатной температуре.-9 009256 Все исходные IL-растворы целлюлозы получают согласно способам, раскрытым в заявке на патент США 10/256521 или в заявке на патент США 60/326704, на обе из которых сделана ссылка ранее. Растворы, получаемые с помощью микроволновых импульсов, обычно имеют температуру от примерно 110 до примерно 130C. Активные вещества обычно добавляют к раствору целлюлозы в IL при температуре раствора от примерно 80 до примерно 90C. Пример 1. Инкапсулирование гидрофобного экстрагента металлов в целлюлозной матрице. Актиноидный комплексообразователь (комплексообразующий агент), карбамоилметилфосфиноксид, или CMPO (Strem Chemicals, Newburyport, MA) включают в матрицу из регенерированной целлюлозы, получая твердый, нанесенный на носитель, экстрагент металлов.(20 мас.% относительно целлюлозы) добавляют к 10 мас.% раствора целлюлозы (микрокристаллическая,Aldrich) в [C4mim]Cl ионной жидкости при примерно 90C, приготовленного посредством СВЧ-нагрева. После энергичного перемешивания достигают гомогенного распределения CMPO по всему раствору целлюлозы в ионной жидкости, CMPO-целлюлозу регенерируют путем переноса (путем слива) в химический стакан емкостью 1 л, содержащий 800 мл деионизированной воды. Содержимое стакана быстро перемешивают и три раза заменяют воду свежей для обеспечения полного удаления ионной жидкости. Получающийся в результате материал имеет сходство с флоком и его выделяют с помощью вакуумной фильтрации. Образцы микрокристаллической целлюлозы получают и регенерируют из растворов в ионной жидкости с использованием одной и той же методики в отсутствие CMPO, и необработанную микрокристаллическую целлюлозу используют, как принято, в качестве стандартов для измерений поглощения. Присутствие экстрагента в матрице из регенерированной целлюлозы подтверждается путем обнаружения повышенного распределения актиноидных (241AmCl3 в 1M HCl, 239PuCl4 в 1M HNO3, 233UO2Cl2 в разбавленной HNO3) радиоактивных индикаторов в CMPO-целлюлозном материале из водного кислого раствора по отношению к распределениям для стандартов как из необработанной, так и из регенерированной целлюлозы. Измерения осуществляют в 0,001, 0,01, 0,1, 1,0 и 10,0 M растворах азотной кислоты. Все водные растворы получают в деионизированной воде, очищенной с помощью системы деионизацииBarnstead (Dubuque, IA) и доведенной до значения 18,3 МОмсм-1. Коэффициенты пересчета на сухую массу для материалов из целлюлозы, регенерированной целлюлозы и СМРО-целлюлозы определяют следующим образом. Известную массу материала перемешивают в избытке воды в течение 24 ч при комнатной температуре. Затем ее в течение 10 мин кондиционируют(воздушная сушка) на воронке Бюхнера. Сразу после кондиционирования образцы переносят в предварительно взвешенный тигель и сушат в сушильном шкафу при 110C до тех пор, пока не будет достигнута постоянная масса. Каждый гравиметрический анализ повторяют три раза. Все материалы хранят в герметично закрытых пузырьках и не подвергают воздействию воздуха в течение любого периода времени,чтобы сохранять содержание воды. Все коэффициенты массового распределения определяют радиометрически путем введения в контакт материалов из целлюлозы, регенерированной целлюлозы и CMPO-целлюлозы с желательными растворами. Коэффициент распределения по сухой массе определяют какDw=[(Ao-Af)/Af][V/(mRdwcf)] где Ao означает активность раствора до контакта,Af означает активность раствора после контакта,V означает объем (мл) раствора, с которым контактирует материал,mR означает массу (г) материала целлюлозы или CMPO-целлюлозы, иdwcf означает коэффициент пересчета на сухую массу, который связывает массу гидратированного материала с его сухой массой. Определение Dw осуществляют следующим образом. Радиоактивный индикатор добавляют к 1,3 мл исследуемого раствора. Его встряхивают в течение 1 мин и две аликвоты по 100 мкл отбирают для радиометрического подсчета (Ao). 1 мл из оставшегося раствора (V) затем добавляют к известной массе материала сухой целлюлозы, гидратированной регенерированной целлюлозы или гидратированной CMPO-целлюлозы (mR) и центрифугируют 1 мин. Раствор затем перемешивают (обеспечивая, чтобы целлюлозные материалы не были едва суспендированы в растворе) в течение примерно 60 мин. Полагают, что время контакта является достаточным для систем в целях достижения равновесия. После окончания перемешивания образцы центрифугируют 2 мин для полного отделения целлюлозных материалов от водной фазы. Затем отбирают аликвоту, равную 100 мкл, (Af), для подсчета. Подсчет в случае 239Pu и 233UO2 осуществляют с использованием стандартного сцинтилляционного анализа. Подсчет для 241Am осуществляют с использованием стандартного -радиометрического анализа. Двукратно радиометрически определенные коэффициенты распределения совпадают на 5%. Результаты этих исследований по экстракции представлены на фиг. 1-3. CMPO-целлюлоза успешно экстрагирует актиноид из раствора в азотной кислоте в широком диапазоне pH-значений, и экстракции выше таковых, достигаемых при использовании одной целлюлозы.- 10009256 Пример 2. Инкапсулирование протопорфирина IX в качестве другого гидрофобного экстрагента металлов. Протопорфирин IX (10 мг, регистрационный номер по каталогу 553-12-8; Aldrich Chemical Co.), добавляют в виде порошка к раствору целлюлозы (фильтровальная бумага марки Ватман, 1 г) в расплавленном [C4mim]Cl (10 г) [получают СВЧ-нагревом целлюлозы в IL с помощью коротких импульсов до образования вязкого гомогенного раствора] и перемешивают вплоть до растворения, получая в результате темный красно-оранжевый вязкий раствор, содержащий целлюлозу (10 мас.%) и краситель(0,1 мас.%). Целлюлозу регенерируют в виде пленки путем покрытия листового стекла тонким слоем раствора в ионной жидкости, с последующим погружением в ванну, содержащую деионизированную воду. После погружения в течение 30 мин оранжевую целлюлозную пленку удаляют из регенерационной ванны и сушат на воздухе 15 мин с получением мягкой, эластичной пленки. Промывная вода является неокрашенной, что указывает на то, что протопорфирин IX совсем не выщелочен из пленки. Спектр пленки в УФ- и видимой области (пропускание) показывает наличие характерной широкой полосы поглощения с максимумом при 400 нм от экстрагента металлов протопорфирина IX, включенного в пленку. Пример 3. Получение окрашенных целлюлозных продуктов путем улавливания молекул красителя. Нереактивный краситель Victoria blue B (50 мг, регистрационный номер по каталогу 2185-86-6; J.T.Baker Chemical Company, NJ) добавляют в виде порошка при примерно 80C к предварительно полученному раствору целлюлозы (фильтровальная бумага марки Ватман, 1,5 г) в расплавленном [C4mim]Cl(30 г) [получают нагреванием суспензии фильтровальной бумаги и [C4mim]Cl при 120C в течение 5 ч с осуществляемым время от времени перемешиванием]. Полученную композицию перемешивают до растворения красителя, в результате получая интенсивно голубой вязкий раствор, содержащий целлюлозу(5 мас.%) и краситель (0,15 мас.%). Целлюлозу регенерируют в виде пленки путем покрытия листового стекла тонким слоем раствора в ионной жидкости, с последующим погружением в ванну, содержащую деионизированную воду. После погружения в течение 1 ч голубую целлюлозную пленку удаляют из регенерационной ванны и сушат на воздухе в течение 15 мин с получением мягкой эластичной пленки. Вода становится бледно-голубой, что указывает на то, что небольшие концентрации красителя выщелочены из пленки. Спектр пленки в УФ- и видимой области (пропускание) показывает наличие характерной широкой полосы поглощения с максимумом при 597 нм от красителя Victoria blue B, включенного в пленку. Пример 4. Получение pH-чувствительной целлюлозной пленки. Целлюлозу голубого цвета (10 мг, регистрационный номер по каталогу 76296-24-7; Sigma ChemicalCo., St. Louis, MO) с pH-чувствительной молекулой красителя (Remazol Brilliant Violet 5R), ковалентно связанной с целлюлозной основой, добавляют в виде порошка к раствору целлюлозы (микрокристаллическая целлюлоза [9004-34-6], 1 г; Sigma), в расплавленном [C4mim]Cl (10 г). Исходную целлюлозу в ILрастворе получают за счет импульсного СВЧ-нагрева целлюлозного порошка в [C4mim]Cl, с последующим охлаждением до примерно 90C, примерно до температуры, при которой происходит присоединение. Полученную композицию перемешивают до растворения голубого порошка, в результате получая интенсивно голубой вязкий раствор, содержащий целлюлозу (10 мас.%) и голубую целлюлозу(0,1 мас.%). Целлюлозу регенерируют в виде пленки путем покрытия листового стекла тонким слоем раствора в ионной жидкости, с последующим погружением в ванну, содержащую деионизированную воду. После погружения в течение 20 мин голубую целлюлозную пленку удаляют из регенерационной ванны и сушат на воздухе 15 мин с получением мягкой эластичной пленки. Промывная вода не окрашивается, что указывает на то, что целлюлоза голубого цвета не выщелочена из пленки. Чувствительность таким образом полученной пленки из целлюлозы-голубой целлюлозы к pH исследуют путем сначала погружения мембраны в буферный раствор с pH 7, сохраняющий голубую пленку. Пленку затем переносят в буферный раствор с pH 2, вызывая изменение цвета пленки от голубого до розового. Этот процесс повторяют несколько раз в течение многих месяцев с эквивалентными результатами, что указывает на то, что чувствительная к pH пленка из целлюлозы-голубой целлюлозы стабильна в течение длительного времени. Спектр пленки в УФ- и видимой области (пропускание) представлен на фиг. 4 для чувствительной кpH пленки из целлюлозы-голубой целлюлозы с полосой поглощения для голубой пленки с максимумом при 570 нм при pH 6,88 и полосой поглощения для розовой пленки с максимумом при 550 нм при pH 2,10. Пример 5. Инкапсулирование бычьего сывороточного альбумина в целлюлозной пленке. Бычий сывороточный альбумин (BSA) добавляют к раствору целлюлозы (волокнистая; Aldrich; 5 мас.%), в [C4mim]Cl, который получают путем импульсного СВЧ-нагрева целлюлозных волокон в IL до получения вязкого гомогенного раствора. Смесь встряхивают для диспергирования BSA. Тонкую пленку получают путем покрытия предметного стекла микроскопа IL-раствором. Погружением предметного стекла в ванну деионизированной воды регенерируют целлюлозу. Снимают спектр в УФ- и видимой области матрицы из регенерированной целлюлозы из раствора в- 11009256 ионной жидкости и матрицы из регенерированной целлюлозы из раствора в жидкости, содержащей белок, бычий сывороточный альбумин (BSA). Наличие при УФ-абсорбции пика, центрированного при 280 нм, согласно фиг. 5, указывает на BSA, инкапсулированный в целлюлозной пленке. Этот пик является характерным для УФ-спектров растворенной фазы BSA (max=284 нм). Пример 6. Инкапсулирование лакказы и гидрофобной ионной жидкости в целлюлозе. Образец волокнистой целлюлозы (0,10 г), полученный от фирмы International Paper (степень полимеризации 1000), вносят в 5,0 г [bmim]Cl и нагревают микроволновыми импульсами по 3-5 с. Достигают полного растворения образца, получая вязкий раствор. Целлюлозную матрицу охлаждают до комнатной температуры, избегая вызываемого нагревом денатурирования фермента. В отдельной пробирке 5,0 мг лакказы вносят в 5,0 г [bmim][Tf2N], служащего в качестве защитного покрытия для фермента. Лакказу с нанесенным покрытием затем добавляют к охлажденному раствору целлюлозы в IL и тотчас же отливают в пленку. Пленку промывают три раза очищенной водой, чтобы регенерировать целлюлозу и освободить пленку от избытка ионной жидкости. Часть пленки добавляют к 5,6 мл 50 мМ фосфатного буферного раствора с добавлением 200 мкл раствора сирингеальдизина [8,2 мг сирингеальдизина, растворенного в 20 мл MeOH]. Спектр пленки в УФ- и видимой области указывает на включение фермента в матрицу из регенерированной целлюлозы по максимальному поглощению при 280 нм, как показано на фиг. 6. Бесцветную пленку оставляют в растворе в течение ночи (примерно на 18 ч) и активность инкапсулированного фермента подтверждают путем розового окрашивания пленки,которое указывает на катализируемое лакказой окисление сирингеальдизина. Пример 7. Инкапсулирование убихинона в целлюлозной пленочной матрице. Убихинон (кофермент Q; Sigma Chemical Co.) является мембраносвязанным носителем электронов,применяемым в цепи транспорта электронов для вырабатывания клеточной энергии, и возможность его инкапсулирования может приводить к биологически проводящим целлюлозным пленкам, регенерируемым из ионных жидкостей. Микрокристаллическую целлюлозу, приобретенную от фирмы Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO), растворяют в [C4mim]Cl с использованием 3-5-секундных микроволновых импульсов, получая вязкую смесь. Смесь охлаждают от примерно 120-130C до комнатной температуры,при перемешивании добавляют убихинон и полученную композицию отливают в пленку. Пленку затем промывают три раза водой для освобождения пленки от избытка IL. Полученную пленку высушивают в течение двух дней и затем ее подвергают сканированию в УФи видимой области (500-250 нм) на спектрофотометре Varian Cary-3. Пик, соответствующий инкапсулированному коферменту Q, отчетливо виден примерно при 280 нм, что соответствует ароматическим звеньям, имеющимся в биомолекуле, но не в пленках нативной регенерированной из IL целлюлозы. Этот спектр представлен на фиг. 7. Пример 8. Получение магнитных целлюлозных частиц. Целлюлозу (1 г, фильтровальная бумага марки Ватман, по существу, однородная) растворяют в[C4mim]Cl (20 г) путем нагревания при 120C в течение 6 ч с образованием 5% от массы раствора. Частицы магнетита (1 г, порошок с размером частиц около 5 мкм; Aldrich Chemical Co.) добавляют к расплавленному раствору и гомогенно распределяют путем встряхивания раствора. Затем получают ромбовидный композит из целлюлозы/магнетита путем покрытия листа из пластика (примерно 61,5 дюйма) тонким слоем смеси в ионной жидкости. Лист помещают в ванну, содержащую деионизированную воду, и оставляют на 24 ч, чтобы дать возможность раствориться всей IL и диффундировать из матрицы. Этот ромб затем промывают и хранят в дистиллированной воде. Полученную мягкую, гибкую пленку из целлюлозы/магнетита высушивают на воздухе, получая твердое хрупкое вещество черного цвета. Визуальный контроль с использованием оптического микроскопа показывает, что частицы магнетита диспергированы. Целлюлозная пленка является магнитной и притягивается постоянным магнитом. Термогравитаметрический анализ высушенной на воздухе пленки показывает потерю примерно 50% массы в интервале температур 100-400C, что подтверждает, что весь магнетит инкапсулирован в регенерированном композите, сохраняя исходное соотношение в композиции целлюлоза:магнетит=1:1. Каждый из патентов, заявок и статей, цитированных в данном изобретении, включен в данное описание в качестве ссылки. Из вышесказанного надо отметить, что могут быть осуществлены многочисленные модификации и вариации, не отступая от подлинной сущности и объема новой идеи изобретения. Должно быть понятно,что не имеется в виду или не должно подразумеваться никакое ограничение в том, что касается проиллюстрированного специфического воплощения. Раскрытие подразумевает включение посредством прилагаемой формулы изобретения всех таких модификаций, в качестве входящих в объем притязаний. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения регенерированной целлюлозы с инкапсулированным активным веществом, который включает стадии:(a) получение композиции из целлюлозы, растворенной в расплавленном гидрофильном ионном жидком растворителе, вместе с активным веществом, растворенным или диспергированным, по существу, в этом же растворителе гомогенно, причем вышеуказанный раствор, по существу, свободен от воды,органического растворителя или азотсодержащего основания и где вышеуказанная ионная жидкость включает катионы и анионы;(b) смешение вышеуказанного раствора с жидким антирастворителем для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью, причем вышеуказанное активное вещество, по существу, нерастворимо в вышеуказанном антирастворителе, и вышеуказанная смесь образует твердую фазу регенерированной целлюлозы и фазу ионной жидкости, за счет чего вышеуказанное активное вещество инкапсулируется и, по существу, гомогенно диспергируется в образовавшейся твердой фазе регенерированной целлюлозы и где вышеуказанная регенерированная целлюлоза имеет, по существу,ту же молекулярную массу, что и целлюлоза на стадии (а) и, по существу, свободна от продуктов разложения ионной жидкости. 2. Способ по п.1, где вышеуказанная ионная жидкость плавится при температуре ниже чем примерно 150C. 3. Способ по п.1, где катионы вышеуказанной ионной жидкости соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из где R1 и R2 независимо означают C1-C6 алкильную группу или C1-C6 алкоксиалкильную группу, иR3-R9, когда присутствуют, независимо означают водородную группу, C1-C6 алкильную группу, C1C6 алкоксиалкильную группу или C1-C6 алкоксигруппу,и анионами ионной жидкости являются галоген, псевдогалоген или C1-C6 карбоксилат.- 13009256 4. Способ по п.1, где анионы вышеуказанной ионной жидкости являются галоген-ионом, перхлоратионом, псевдогалоген-ионом или C1-C6 карбоксилат-ионом. 5. Способ по п.1, включающий дополнительную стадию сбора образовавшейся целлюлозной фазы. 6. Способ получения регенерированной целлюлозы с инкапсулированным активным веществом, который включает стадии:(a) получение композиции из целлюлозы, растворенной в расплавленном гидрофильном ионном жидком растворителе, который расплавляется при температуре ниже чем примерно 150C, вместе с активным веществом, растворенным или диспергированным, по существу, в этом же растворителе гомогенно, причем вышеуказанный раствор, по существу, свободен от воды, органического растворителя или азотсодержащего основания и где вышеуказанная ионная жидкость включает катионы и анионы, где катионы соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из где R1 и R2 независимо означают C1-C6 алкильную группу или C1-C6 алкоксиалкильную группу, иR3-R9, когда присутствуют, независимо означают водородную группу, C1-C6 алкильную группу, C1C6 алкоксиалкильную группу или C1-C6 алкоксигруппу,и анионами ионной жидкости являются галоген, псевдогалоген или C1-C6 карбоксилат;(b) смешение вышеуказанного раствора с жидким антирастворителем для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью, причем вышеуказанное активное вещество, по существу, нерастворимо в вышеуказанном антирастворителе, и вышеуказанная смесь образует твердую фазу регенерированной целлюлозы и фазу ионной жидкости, за счет чего вышеуказанное активное вещество инкапсулируется и, по существу, гомогенно диспергируется в образовавшейся твердой фазе регенерированной целлюлозы и где вышеуказанная регенерированная целлюлоза имеет, по существу,ту же молекулярную массу, что и целлюлоза на стадии (а) и, по существу, свободна от продуктов разложения ионной жидкости;(c) сбор образовавшейся твердой фазы регенерированной целлюлозы. 7. Способ по п.6, где вышеуказанная ионная жидкость расплавляется при температуре от примерно- 14009256 8. Способ по п.6, где вышеуказанный жидкий антирастворитель для вышеуказанной целлюлозы, который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью, также смешивается с водой. 9. Способ по п.6, где катионы соответствуют структурной формуле, выбираемой из группы, состоящей из где R1 и R2 независимо означают C1-C6 алкильную группу или C1-C6 алкоксиалкильную группу, иR3-R5 независимо означают водородную группу, C1-C6 алкильную группу, C1-C6 алкоксиалкильную группу или C1-C6 алкоксигруппу,и анионами ионной жидкости являются галоген или псевдогалоген. 10. Способ по п.9, где вышеуказанный катион является N,N-1,3-ди-C1-C6 алкилимидазолий-ионом,который соответствует структурной формуле А 11. Способ по п.10, где один из R1 или R2 в вышеуказанном N,N-1,3-ди-C1-C6 алкилимидазолий-ионе является метилом. 12. Способ по п.11, где R1 означает C1-C4 алкил. 13. Способ по п.12, где вышеуказанные группы R3-R5, каждая, означают водородную группу. 14. Способ по п.13, где вышеуказанные катионы соответствуют структурной формуле В 15. Способ по п.9, где вышеуказанные анионы являются хлорид-ионами. 16. Способ по п.6, где вышеуказанная целлюлоза в начальной стадии находится в вышеуказанном растворе в количестве от примерно 10 до примерно 25 мас.%. 17. Способ по п.8, где вышеуказанный жидкий антирастворитель для вышеуказанной целлюлозы,который смешивается с вышеуказанной ионной жидкостью и также смешивается с водой, является водой, спиртом или кетоном. 18. Способ по п.17, где вышеуказанным жидким антирастворителем является вода. 19. Способ по п.6, где вышеуказанную стадию смешения осуществляют путем экструзии вышеуказанного раствора целлюлозы через фильеру и в вышеуказанный антирастворитель. 20. Способ по п.6, где вышеуказанное активное вещество выбирают из группы, состоящей из микробной клетки, гербицида, инсектицида, фунгицида, бактерицида, репеллента для животного или насекомого, регулятора роста растений, удобрения, вкусовой или ароматизирующей композиции, катализатора, фермента, светочувствительного агента, индикатора, красителя и УФ-адсорбента. 21. Способ по п.6, где вышеуказанное активное вещество покрывают гидрофобной ионной жидкостью до растворения или диспергирования в вышеуказанной гидрофильной ионной жидкости и где вышеуказанная гидрофобная ионная жидкость не смешивается с вышеуказанным жидким разбавителем, не являющимся растворителем. 22. Способ по п.21, где вышеуказанная гидрофобная ионная жидкость нерастворима в вышеуказанном жидком антирастворителе. 23. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом, которая содержит активное вещество, по существу, гомогенно распределенное внутри матрицы из регенерированной целлюлозы, где вышеуказанная регенерированная целлюлоза:(i) имеет почти ту же самую молекулярную массу, что и исходная целлюлоза, из которой она получена,(ii) по существу, свободна от повышенного количества заместителей по сравнению с исходной целлюлозой и(iii) по существу, свободна от инкапсулированных продуктов разложения ионной жидкости. 24. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом по п.23, где массовое соотношение целлюлозы к активному веществу составляет от примерно 1000:1 до примерно 1:2. 25. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом по п.23, где вышеуказанное активное вещество выбирают из группы, состоящей из микробной клетки, гербицида, инсектицида, фунгицида, бактерицида, репеллента для животного или насекомого, регулятора роста растений,удобрения, вкусовой или ароматизирующей композиции, катализатора, фермента, светочувствительного агента, индикатора, красителя и УФ-абсорбента. 26. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом по п.23, где вышеуказанное активное вещество внутри вышеуказанной матрицы из регенерированной целлюлозы покрыто гидрофобной ионной жидкостью. 27. Регенерированная целлюлоза с инкапсулированным активным веществом, которая содержит активное вещество с нанесенным покрытием из гидрофобной ионной жидкости, по существу, гомогенно распределенное внутри матрицы из регенерированной целлюлозы, где вышеуказанная регенерированная целлюлоза:(i) имеет почти ту же самую молекулярную массу, что и исходная целлюлоза, из которой она получена,(ii) по существу, свободна от повышенного количества заместителей по сравнению с исходной целлюлозой и(iii) по существу, свободна от инкапсулированных продуктов разложения ионной жидкости.

МПК / Метки

МПК: B32B 5/16

Метки: целлюлозной, матрице, инкапсулирования, способ

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/18-9256-sposob-inkapsulirovaniya-v-cellyuloznojj-matrice.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ инкапсулирования в целлюлозной матрице</a>

Похожие патенты