Глава 1: ЗЕЛЁНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ КУРКУМИНА

Куркумин — биологически активный компонент корневища куркумы (Curcuma longa L.), растения семейства имбирных [1]. Куркумин представляет собой липофильный полифенол, он практически нерастворим в воде при кислых и нейтральных значениях рН. Куркумин — В-дикетон, который находится в равновесном состоянии со своей енольной формой, его соли в водных щелочных растворах растворимы, но быстро (в течение нескольких часов) разрушаются. Наличие в молекуле двух фенольных колец с гидроксильными группами и сопряжённой системы двойных связей придаёт куркумину мощные антиоксидантные свойства [2]. Куркумин обладает противовоспалительным действием, угнетает развитие грибков, амёб, бактерий и вирусов. Современные исследования подтверждают терапевтический эффект куркумина против некоторых форм рака [3]. Однако клинический результат лимитируется низкой растворимостью и биодоступностью куркумина. Таким образом, куркумин — перспективный объект для исследований с целью создания наноразмерных готовых лекарственных форм и нанофармацевтических препаратов [4, 5].

Описание задачи

Получение золя наночастиц куркумина методом замены растворителя. Использование в качестве основного вещества и вспомогательных реактивов натуральных продуктов («зелёные» объект и метод синтеза). Оценка влияния стабилизаторов на размер частиц и внешний вид получаемого золя (опционально).

Pеактивы, необходимые для работы

• Куркума, порошок (можно приобрести в отделе специй гастрономического магазина).
• Этиловый спирт, C₂H₅OH.
• Вода дистиллированная.
• Гексан, C₆H₁₄ (опционально).
• Поливинилпирролидон, ПВП 10…40, (С₆Н₉,NО)_n, (опционально).
• Мальтодекстрин, декстрозный эквивалент DE 10-12 (опционально).

Оборудование, необходимое для работы*

*Посуда для дозирования (мерные цилиндры) и для приготовления исходных растворов в перечнях, как правило, нe указана.

1. Стеклянный стакан объёмом 200 мл — 2 шт.
2. Стеклянная палочка — 1 шт. дозирования
3. Пипетка объёмом 5 мл — 1 шт. идля приготовления
4. Стеклянная воронка — 1 шт.
5. Чашка Петри (опционально) — 1 шт. правило, He указана.
6. Фильтр «синяя лента».
7. Весы электронные лабораторные.
8. Магнитная мешалка (опционально).

Оборудование, необходимое для анализа (опционально)

1. Спектрофотометр (например, Perkin Elmer Lambda).
2. Анализатор размеров частиц методом динамического светорассеяния (например, Malvern Instruments Zetasizer Nano).
3. Ультрафиолетовая лампа «чёрного света» (лампа Вуда).

Описание эксперимента

1. Получение экстракта куркумина

30 г порошкообразной куркумы заливают 100 мл гексана, тщательно перемешивают, выдерживают 10-15 минут и фильтруют (промывка от жирорастворимых примесей, опционально). Остаток на фильтре сушат, порошок заливают 100 мл спирта, выдерживают при периодическом перемешивании 24 часа, экстракт отделяют фильтрованием. Осадок снова заливают 50 мл спирта, выдерживают 12 часов, фильтруют. Для полноты экстракции процесс повторяют четыре раза, до соломенно-жёлтого цвета фильтрата. Отфильтрованные растворы объединяют, в результате получается 200 мл спиртового раствора куркумина. Спиртовой экстракт куркумина желательно хранить в тёмном прохладном месте.

Анализируют раствор куркумина в спирте (опционально). Отбирают 0.1 мл полученного спиртового экстракта и разводят B 10 мл спирта. Снимают спектр поглощения раствора (или измеряют оптическую плотность на длине волны 430 нм) в кювете толщиной 1 см. Концентрация куркумина в спиртовом экстракте рассчитывается по формуле: С = D/ε:M*100, где С — концентрация куркумина в экстракте, мг/мл; D — оптическая плотность спиртового раствора при 430 HM; е — молярный коэффициент экстинкции спиртового раствора куркумина, ε = 27470 М_-1см_-1 [6]; М — молекулярная масса куркумина, М = 368.4 г/моль. Как правило, коммерческая куркума содержит He более 1-2% куркумина. Следовательно, полученный раствор будет содержать примерно 2 мг/мл куркумина.

2. Получение золя наночастиц куркумина

Метод замены растворителя состоит в том, что истинный раствор какого-либо вещества добавляют в большой объём другой жидкости, которая является для этого вещества плохим растворителем, но хорошо смешивается с исходным растворителем.

В стакан наливают 50 мл дистиллированной воды и приливают 1 мл спиртового раствора куркумина при быстром перемешивании с помощью магнитной мешалки или стеклянной палочки. Образуется пpoзрачный опалесцирующий раствор наночастиц (золь). Раствор можно проанализировать на содержание куркумина, размер и дзета-потенциал (заряд) коллоидных частиц (опционально). Содержание куркумина лучше определять спектро-фотометрически, а размер частиц и дзета-потенциал — методом динамического — светорассеяния. 

На рисунках приведены спектр поглощения и — распределение по размеру частиц куркумина в золе с концентрацией 25 мг/л (размер частиц B среднем 70 нм, дзета-потенциал около -10 MB).

При повышении концентрации куркумина (например, при добавлении ещё 9 мл исходного спиртового раствора) водный золь мутнеет из-за роста наночастиц и увеличения степени их агрегированности.

Чтобы ограничить размер частиц в золе при смене растворителя и уменьшить их агрегированность, в раствор можно ввести стабилизатор (опционально).

Хорошим — «экологическим» — стабилизатором куркумина — являются природные полисахариды, например мальтодекстрин (патока) — низкомолекулярный продукт ферментативного расщепления крахмала. Введение в полученный раствор 200 мг мальтодекстрина стабилизирует частицы куркумина, и раствор становится более прозрачным. Ещё более эффективным стабилизатором является поливинилпирролидон.

Добавление 200 мг ПВП позволяет сделать золь куркумина совершенно прозрачным. На фотографии показаны соответствующие системы (слева направо): без стабилизатора, с добавлением мальтодекстрина, с добавлением ПВП.

Используя ПВП, можно получить готовую препаративную форму куркумина в виде сухого порошка (опционально). К 10 мл исходного спиртового раствора куркумина, содержащего примерно 20 мг основного вещества, добавляют 400 мг ПВП, перемешивают до растворения, выливают в чашку Петри и высушивают при нормальных условиях в тёмном месте. Полученный коричневый порошок может храниться длительное время без разложения в тёмном прохладном месте и легко редиспергируется в воде с образованием прозрачного золя наночастиц куркумина.

На микрофотографиях с разным увеличением показаны агрегаты наночастиц куркумина, стабилизированных ПВП. 

Дальнейший текст рекомендуется к прочтению только совершеннолетним нанотехнологам, поскольку речь B нём идёт о слабоалкогольном напитке.

Вот его возможные компоненты:

• сок красного яблока (сладкий) — 150 мл;
• долька лайма;
• кружок апельсина;
• спиртовой экстракт куркумина — 10 мл;
• лёд.

Вам также потребуются ложка и трубочка.

Как приготовить:

• наполнить стакан (хайбол) кубиками льда доверху;
• налить яблочный сок;
• выдавить дольку лайма;
• добавить спиртовой экстракт куркумина;
• размешать коктейльной ложкой;
• вставить трубочку, украсить стакан кружком апельсина.

В яблочном соке содержатся пектины — полисахариды, которые, так же как мальтодекстрин, стабилизируют наночастицы куркумина, а лайм создаёт кислую среду, в которой куркумин длительное время устойчив.

Внимание! Куркумин имеет жгучий привкус, из-за чего крепость напит- ка кажется выше, чем есть на самом деле. В качестве рабочего названия предлагается вариант «нанококтейль» — а разве нет?

Примечание

Специально для тeх, кто уже понял, что речь в этой главе идёт о «съедобных» наночастицах и экологически чистом («зелёном») способе их синтеза, но задаётся вопросом, почему B заглавии слово «зелёный» не взято в кавычки. Посмотрите на полученный куркуминовый золь (или стакан с коктейлем) в свете УФ-лампы. Наночастицы куркумина действительно зелёные — им присуща люминесценция (правда, не очень яркая: квантовый выход в спиртe меныше 10%) на длине волны λ = 549 нм. Так что с точки зрения знаков препинания здесь всё правильно, наночастицы зелёные во всех смыслах. 

Дополнительные факты

Помимо фармацевтики и медицины куркумин применяется в пищевой промышленности в качестве красителя, его номер в международном классификаторе пищевых добавок Е100.

Полезная литература

1. Chainani-Wu N. Safety апа anti-inflammatory activity of curcumin: а component of tumeric (Curcuma longa) // Journal of Alternative & Complementary Medicine. 2003.V.9 (1). P. 161-168.

2. Menon V.P, Sudheer A.R. Antioxidant and anti-inflammatory properties of curcumin // The molecular targets and therapeutic uses of curcumin in health and disease. Springer US, 2007. P. 105-125.

3. Kuttan В., Bhanumathy Р., Nirmala K., George M. С. Potential anticancer activity ofturmeric (Curcuma longa) // Cancer Letters. 1985. М. 29 (2). P. 197-202.

4. Tsai Y.M,, Chien С. Е, Lin L. С., Tsai T.H. Curcumin ап{ #5 nano-formulation: the kinetics of tissue distribution and blood-brain barrier penetration // International Journal of Pharmaceutics. 2011. V. 416 (1). P. 331-338.

5. Yallapu М.М., Jaggi М., Chauhan S.C. Curcumin nanoformulations: а future nanomedicine for cancer // Drug Discovery Today. 2012. V. 17 (1). P. 71-80.

6. Chignell С. Е, Bilski Р., Reszka K.]. et al. Spectral and photochemical properties of curcumin // Photochemistry and Photobiology. 1994. V.59 (3).P.295-302.