NATURALES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención esta dirigida a nanosistemas que comprenden nanocompositos u óxidos mixtos a base de dióxido de titanio (T¡O ₂ )-MO en donde M es un metal de transición combinado con uno o más extractos naturales y opcionalmente adicionados con terpeneoides, sesquiterpenoides, diterpenoides, sesterpenoides, triterpenoides, carotenoides, resinoides, ácidos y polisacáridos complementarios, vitaminas y otros compuestos orgánicos, para la encapsulación de productos naturales, proceso para su preparación, formulaciones que los contienen y usos de las mismas así como a un nanosistema de dióxido de titanio combinado con uno o más extractos naturales y opcionalmente adicionados con terpeneoides, sesquiterpenoides, diterpenoides, sesterpenoides, triterpenoides, carotenoides, resinoides, ácidos y polisacáridos complementarios, vitaminas y otros compuestos orgánicos. En especial la invención tiene como uno de sus objetos un nanosistema con encapsulación de extractos naturales que pueden estar en un rango de concentración aproximado de entre 10 mg a 100 mg, en donde dichos extractos naturales pueden ser por ejemplo, aceites esenciales y/o compuestos bioactivos puros naturales. Los nanosistemas tienen aplicación en diferentes industrias tal como lo es la alimentaria, agrícola, veterinaria, acuicultura, farmacéutica, cosmética, medicina, limpieza, sanitización, desinfección.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los materiales porosos tienen gran importancia en la industria, formando un sector fundamental dentro de la ciencia de materiales. Están presentes en diversos procesos industriales como adsorbentes, soportes para catalizadores, tamices moleculares, membranas de filtración, aerogeles, espumas etc. El interés de estos materiales reside en su estructura porosa, que les confiere un elevado volumen de porosidad y de área específica (Ishizaki, Komarneni y Nanko. “Porus Materials Process technology and application”. 1998). Los nanocompositos u óxidos mixtos han sido estudiados en numerosas aplicaciones, por ejemplo el óxido de zinc (ZnO) y el dióxido de titanio (TiO ₂ ) han sido utilizados como protectores solares.

El dióxido de titanio (TiO ₂ ) es un producto mineral natural que se encuentra en tres formas cristalinas: anatasa (estructura octaédrica), rutilo (estructura tetragonal) y broquita (estructura ortorrómbica), siendo las dos primeras las más comunes, en donde la forma anatasa es la forma alotrópica más activa. Además, el TiO ₂ es químicamente inerte, su área específica es muy baja (30- 50 m ² /g) disminuyendo fuertemente a altas temperaturas debido a la transformación de fase y crecimiento del cristal, es muy utilizado por sus propiedades de dispersión, su estabilidad biológica y química, aunque se sabe que no es estable térmicamente, su no toxicidad, su costo reducido y por ser apto para trabajar en un amplio rango de pH. Para mejorar su estabilidad térmica, la síntesis de óxidos mixtos puede ser una alternativa.

El dióxido de titanio es una sustancia inorgánica sólida, que es un óxido de metal de color blanco. El T¡O ₂ es poco soluble, no inflamable, térmicamente estable y no está clasificado como peligroso según la FDA y el Sistema Globalmente Armonizado (SGA) de las Naciones Unidas (ONU) de Clasificación y Etiquetado de Productos Químicos. Las nanopartículas de dióxido de titanio (T¡O ₂ NP) son uno de los materiales más importantes para cosméticos, productos farmacéuticos, productos para el cuidado de la piel, también es usado en pinturas, plásticos, papeles, tintas, colorantes alimentarios y pastas dentales.

Por otro lado, varias técnicas para la síntesis de NP de T¡O ₂ son bien conocidas por ejemplo, película de Langmuir-Blodgett, método sol-gel, inmersión revestimiento, deposición en fase líquida, deposición química en baño, deposición química por vapor (CVD, por sus siglas en inglés), deposición por pirólisis por aspersión, magnetismo.

El ZnO es un compuesto inorgánico que cristaliza en tres estructuras cristalinas: wurzita, la llamada blenda de zinc y la llamada sal de roca, de las cuales la fase termodinámicamente estable en condiciones normales de presión y temperatura es la wurtzita. El futuro por su alta calidad del óxido de zinc es sin duda fascinante sobre todo en avances potenciales de aplicaciones en medicina.

En lo individual el uso de TiO ₂ y ZnO como agentes antimicrobianos inorgánicos es conocido, por lo cual ha aumentado su interés sobre ellos en combinación, es decir como nanocomposito u óxidos mixtos. Por ejemplo, en “Synthesis and antibacterial activity of T¡O ₂ /ZnO nanocomposites prepared via nonhydrolytic route” de A. Stoyanoval , et al., (Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 48, 2, 2013, 154-161 ), ya se menciona su aplicación como nanopartículas de óxido de metal debido a sus propiedades electrónicas y químicas. En ese mismo artículo también se menciona que es bien conocido que la ruta de síntesis tiene influencia sobre las propiedades de superficie y el tamaño de partícula de los productos, por lo que los autores consideraron necesario seguir sus investigaciones en la dirección de aplicar el método de sol-gel no hidrolítico para obtener otras composiciones de Ti-Zn, siendo el resultado de las mismas dicho artículo que esta dirigido a la síntesis de polvos de nanocompuesto de T¡O ₂ /ZnO. Sin embargo, el artículo no va más allá de ese estudio limitándolo precisamente solo a la síntesis señalada.

Los extractos de plantas son considerados como una matriz compleja obtenida de una planta que puede o no contener solvente residual. Existe un vasto número de técnicas adecuadas para extracción de los componentes de las plantas que implican diferentes partes de la planta y compuestos blanco u objetivo, por ejemplo los métodos de extracción mencionados en el capítulo 5 de Noelia López Giral, “Obtención y Aplicación de Extractos Naturales”, Centro Nacional de Tecnología y Seguridad Alimentaría-Laboratorio del EBRO, 21 de junio del 2011 . Dependiendo de la técnica y el protocolo, la extracción podría favorecer a un grupo dado de metabolitos secundarios sobre otros. Durante el fraccionado del extracto puede ocurrir la eliminación de compuestos indeseados; sin embargo, cuando se trata de nanosistemas se deben considerar extractos asociados con dichos nanosistemas de matriz compleja, (es decir, dos o más compuestos). De esta manera, dependiendo de la lipoficilidad y la nanoestructura de selección, los compuestos de los extractos pueden ser básicamente encontrados en tres diferentes lugares: (i) solubilizados en la fase acuosa externa, (¡i) adsorbidos en la superficie del portador, y (iii) atrapados en el portador. (Giovanni Konat Zorzi, et al. “On the use of nanotechnology-based strategies for association of complex matrices from plant extracts.” Revista Brasileira de Farmacognosia 25 (2015) 426-436).

Los productos naturales representan una gran familia de diversas entidades químicas producidas naturalmente por cualquier organismo con una amplia variedad de actividades biológicas y efectos farmacológicos distintivos. Se originan a partir de fuentes bacterianas, fúngicas, vegetales y animales marinos (Katz, L.; Baltz, R.H. Natural product discovery: Past, present, and future [Katz, L.; Baltz, R.H. Natural product discovery: Past, present, and future. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2016, 43, 155-176]).

Al día de hoy, existe un creciente interés en ingredientes naturales para alimentos, en el campo agrícola, farmacéutico, cosméticos y se utilizan a menudo como aromatizantes, bebidas, repelentes, fragancias y también para productos medicinales. Por ejemplo, las personas están buscando aquellos productos en el mercado que están libres de aditivos artificiales y sintéticos y pueden promover su salud. Estos ingredientes bioactivos deben formularse de tal manera que los proteja contra procesos y condiciones ambientales severas, y sean entregados de forma segura a los órganos y células objetivo. La nanoencapsulación es una estrategia perfecta para esta situación y ha habido muchos estudios en los últimos años para la nanoencapsulación de componentes mediante diferentes tecnologías. Por lo cual es necesario tener una visión general de las técnicas de nanoencapsulación aplicables a los ingredientes, en una clasificación sistemática, es decir, nanoportadoras basadas en lípidos, nanoportadoras inspiradas en la naturaleza, nanoportadoras basadas en equipos especiales, nanoportadoras de biopolímeros y otros nanoportadores. (Elham Assadpour; “A systematic review on nanoencapsulation of food bioactive ingredients and nutraceuticals by various nanocarriers.” https://www.tandfonline.com/doi/fullZ10.1080/10408398.2018.1 484687?scroll=t op&needAccess=true)

La encapsulación es una técnica en la que los agentes activos quedan atrapados en una matriz biodegradable o material de "pared", formando micro/nano-sistemas. La encapsulación de compuestos naturales bioactivos se usa ampliamente en las industrias alimentaria, agrícola, farmacéutica y cosmética y ha demostrado ser un método muy útil para: (1 ) la protección de compuestos bioactivos inestables contra condiciones de procesamiento severas (por ejemplo, alta temperatura, oxígeno); (2) la protección de compuestos volátiles como los aceites esenciales; (3) la construcción de sistemas de entrega específicos y la liberación controlada del compuesto encapsulado; (4) el manejo más fácil debido a las características físicas cambiadas del material del núcleo original (cambiar un líquido en un sólido); (5) el enmascaramiento de los sabores u olores indeseables de ciertos compuestos activos mejorando su aceptación como productos; (6) el aumento de la solubilidad acuosa, etc. [Nedovic, V.; Kalusevic, et al., “An overview of encapsulation technologies for food applications”; Munin, A. et al., “Encapsulation of Natural Polyphenolic Compounds”].

La nanoencapsulación se puede lograr mediante dos enfoques principales: el ascendente y el descendente. Las metodologías descendentes incluyen emulsificación y emulsificación-evaporación de solventes, mientras que las metodologías ascendentes involucran técnicas de fluido supercrítico, complejación de inclusión (i.e., mezcla cristalina en la que las moléculas de un componente están contenidas dentro de la red cristalina del otro), coacervación y nanoprecipitación. Sin embargo, a menudo se usa una combinación de ambos enfoques.

Existe una vasta literatura sobre el tema de las técnicas de microencapsulación, como por ejemplo Jafari, S.M. “An overview of nanoencapsulation techniques and their classification”; Suganya, V. et al.; a, V. “Microencapsulation and Nanoencapsulation”; Jyothi, N.V. et al. “Microencapsulation techniques, factors influencing encapsulation efficiency.”; sin embargo, en la mayoría de ellas se reconoce que ningún proceso es único o estándar a todos los materiales básico o aplicaciones de productos debido a que entran en juego diferentes factores para poder seleccionar el método idóneo. No obstante, los métodos o técnicas de secado por aspersión, gelificación iónica, emulsificación y coacervación, simples o complejos, son los más utilizados de acuerdo a Jyothi, N.V. et al. “Microencapsulation techniques, factors influencing encapsulation efficiency.”

Los métodos o técnicas de secado por pulverización, son bien explicadas por Gibbs, B.F. et al. “Encapsulation in the food industry”; Assadpour, E. et al. “Advances in Spray-Drying Encapsulation of Food Bioactive Ingredients”, el método o técnica de gelificación iónica en Das, S. et al. “Encapsulation in chitosan-based nanomatrix as an efficient green technology to boost the antimicrobial, antioxidant and in situ efficacy of Coriandrum sativum essential oil.”; Shetta, A. et al. “Comparative study of encapsulated peppermint and green tea essential oils in chitosan nanoparticles”; y Feyzioglu, G.C. et al. “Development of chitosan nanoparticles loaded with summer savory (Saturejahortensis L.) essential oil for antimicrobial and antioxidant delivery applications.”, y el proceso de emulsificación en Lohith Kumar et al. “Encapsulation of bioactive compounds using nanoemulsions.”, por lo cual al no ser objeto del reclamo de la materia de la presente invención se considera como no necesario describir los mismos; sin embargo, deben de ser consideradas como que forman parte de la presente especificación.

Recientemente, Kumar et al., revisaron la encapsulación de compuestos bioactivos utilizando nanoemulsiones dirigidas a aplicaciones de procesamiento de alimentos. El procedimiento de coacervación es una de las técnicas de encapsulación más antiguas y más utilizadas en las industrias de alimentos, cosméticos y pesticidas [Bakry, A.M.; et al., “A Comprehensive Review of Benefits, Techniques, and Applications. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 2016, 15, 143-182], Dependiendo del número de polímeros involucrados, puede clasificarse como una técnica simple o compleja, sin embargo, este último es preferido por los campos de alimentos y farmacéutico. Este método se basa en la separación de dos fases líquidas en una solución coloidal. Se utiliza para encapsular ingredientes sensibles al calor, pero es un procedimiento costoso, que requiere el uso de agentes tóxicos mientras que los coacervados complejos son inestables [Jafari, S.M. “An overview of nanoencapsulation techniques and their classification”. In Nanoencapsulation Technologies for the Food and Nutraceutical Industries', Academic Press: Cambridge, MA, USA, 2017; pp. 1-34.”]. La elección del material de matriz adecuado para la aplicación prevista es de gran importancia, ya que afecta la eficiencia de encapsulación (EE) y la estabilidad de las nanoestructuras formadas, así como el perfil de liberación de la molécula encapsulada [Casanova, F.; Santos, L. “Encapsulation of cosmetic active ingredients for topical application” -A review. J. Microencapsul. 2016, 33, 1-179], Las macromoléculas naturales como los polisacáridos, oligosacáridos, proteínas, polímeros sintéticos y lípidos se han aplicado como matrices para la encapsulación de una variedad de moléculas naturales y sintéticas.

Desde un punto de vista comercial y clínico, la nanoencapsulación puede proteger los productos farmacéuticos, extendiendo tanto la vida útil como la vida media biológica (por ejemplo, en anaquel).

La funcionalización se refiere a la modificación de la superficie de los materiales, permitiendo así aportar características físicas, químicas o biológicas distintas a las presentadas por la superficie del material original. Los procesos de funcionalización buscan la introducción de grupos funcionales deseados en la superficie de los materiales, basados en reacciones químicas, los cuales posteriormente pueden participar en otras reacciones orgánicas y construir así materiales funcionalizados. Dichas modificaciones permiten alterar las características superficiales nativas como rugosidad, hidrofilia, carga superficial, energía superficial, biocompatibilidad y reactividad (Afshari y Shaabani, 2018).

El acoplamiento de la ciencia de los materiales con las transformaciones químicas para la síntesis de materiales funcionalizados, es un campo interdisciplinario emergente y es por ello que la funcionalización de nanomateriales ha tenido un creciente interés debido a su gran campo de aplicación (biología, nanobiotecnología, diagnósticos, nanoanalítica y farmacéutica).

La funcionalización de la superficie se puede producir usando diferentes estrategias: el método de intercambio de ligandos, la introducción de grupos tiol funcionales, el uso de diferentes tipos de cubiertas con agentes, a través de la síntesis en las mezclas y la reacción que deriva de un predecesor en la postsíntesis.

Esta última permite modificar la superficie de las nanopartículas (NPs) que ya han sido purificadas y monodispersadas, de esta manera nuevas características o nuevas moléculas o fármacos son añadidos al ligando de la NP. La postsíntesis, a su vez, puede ser obtenida por cuatro métodos principales: el enlace covalente, interacciones electrostáticas, reacciones de tiol directas e interacciones secundarias, todas estas pueden llevarse a cabo con biomoléculas (Maccora et al. 2019).

Así, la interacción de moléculas sobre la superficie tendrá un efecto sobre la funcionalización, esto implica la presencia de fracciones químicas de reactivos sobre la superficie homofuncional o heterofuncional dependiendo si hay un grupo químico en la superficie o si coexisten diferentes grupos químicos.

Debido a la composición y la estructura, la superficie no puede permitir diferentes tipos de interacciones. Por lo que no solamente es necesario considerar la concentración o el tamaño de las NPs, sino también la especie y cantidad de los productos químicos que interaccionan entre las NPs. Hay una gran variedad de biomoléculas que pueden interactuar sobre la superficie de las nanopartículas a través del revestimiento sobre las NPs. Este revestimiento está relacionado directamente con las condiciones fisicoquímicas de la NPs y la estructura de las biomoléculas (Aur et al. 2019).

En línea con esto, el desarrollo continuo de nuevos nanomateriales biocompatibles como los nanocompositos u óxidos mixtos contribuyen a la versatilidad potencial de las nanoestructuras, al permitir el suministro de compuestos con limitaciones de solubilidad. Además, la manipulación de los protocolos de síntesis o estratificación puede generar nanoestructuras con propiedades adaptadas a aplicaciones altamente específicas, por ejemplo, nanopartículas inyectables o nanofibras para vendajes de heridas [Gunn, J. et al. “Polyblend nanofibers for biomedical applications: Perspectives and challenges. Trends Biotechnol. 2010,28, 189-197; Vasita, R. et al. “Nanofibers and their applications in tissue engineering. Int. J. Nanomed. 2006, 1, 15-30; Guo, G. et al. “Preparation of curcumin loaded poly(epsilon-caprolactone)- poly(ethylene glycol)-poly(epsilon-caprolactone) nanofibers and their in vitro antitumor activity against glioma 91 cells.” Nanoscale 2011 , 3, 3825-3832; Yoo, J. J. et al. “5-aminolevulinic acid-incorporated poly(vinyl alcohol) nanofiber- coated metal stent for application in photodynamic therapy. Int. J. Nanomed. 2012, 7, 1997-2005],

Como se mencionó anteriormente, existen un sinnúmero de referencias de literatura, algunas de ellas incluidas en el capítulo de bibliografía que involucran el uso de nanocompositos u óxidos mixtos, por ejemplo TÍÜ2, ZnO solos o en combinación y extractos naturales, que tienen diferentes aplicaciones en diferentes industrias; sin embargo, como se mencionó previamente en la mayoría de ellas se reconoce que ningún proceso es único o estándar a todos los materiales básico o aplicaciones de productos debido a que entran en juego diferentes factores para poder seleccionar el método idóneo para su producción así como también diferentes desventajas.

Por ejemplo, la patente mexicana No. 339086 se refiere a un nanomaterial compuesto que comprende de acuerdo a la descripción y reivindicaciones, un soporte de dióxido de titanio que tiene un área superficial mayor o igual a los 50m ² /g y un diámetro medio entre 1 y 100 nm, y primeros grupos funcionales que comprenden por ejemplo, hidroxilo, un fosfato, un sulfato, un cloruro, un amino, y segundos grupos funcionales adsorbidos físicamente en la superficie y poros del soporte, que comprenden extractos herbales como por ejemplo orégano, canela o pimienta y/o frutales como por ejemplo, extractos de uva, mandarina, naranja, toronja, limón, guayaba, granada, en donde el nanomaterial se utiliza en una composición útil como desinfectante y antiséptica. El método para obtener el nanomaterial consiste en proporcionar el dióxido de titanio nanoparticulado que tiene un diámetro medio entre 1 y 100 nm y un área superficial mayor o igual a los 50m ² /g, realizar una primera modificación química del nanomaterial por medio de la adsorción de primeros grupos funcionales, y realizar una segunda modificación del nanomatehal por medio de la adsorción de segundos grupos funcionales que comprenden extractos herbales y/o frutales. La desventaja de dicha patente es que utiliza varios ácidos, así como, fosfatos, sulfatos y cloruros mientras que en la presente invención la extracción es un método completamente verde, ya que solo utiliza una solución etanólica y agua. Además, mediante dicho método se obtienen partículas en forma de nanotubos.

La patente mexicana No. 369179 se refiere a una composición con actividad antimicrobiana para desinfectar manzanas, la cual comprende un extracto acetónico seco de cálices de jamaica, ácido acético, hipoclorito de sodio y polisorbato 80. Dicha patente se limita solo a la eliminación de E. coli y S. Typhimurium.

La patente mexicana No. 369180 se refiere a una composición con actividad antimicrobiana para desinfectar lechugas, la cual comprende un extracto acuoso seco de cálices de jamaica, ácido acético, hipoclorito de sodio y polisorbato 80. Dicha patente se limita solo a la eliminación de E. coli y S. Typhimurium.

La patente estadounidense No. 8,673,331 se refiere a una composición antibacterial con excelente poder de esterilización, actividad de desodorización y adhesión, su aplicación y método para preparar la misma. La composición que es contra bacterias, hongos y virus comprende partículas de plata coloidal en una cantidad de 11 % en peso a 15% en peso, nanopartículas de dióxido de titanio en una cantidad de desde 18% en peso a 25% en peso, un estabilizador de dispersión en una cantidad desde 0.01 % en peso a 10% en peso, un aglutinante en una cantidad de 0.1 % en peso a 4% en peso, y una proporción de agua en una cantidad requerida para formar el 100% en peso. Como se menciona, el proceso otorgado en esta patente involucra dos nanopartículas, a saber plata coloidal y dióxido de titanio los cuales son combinados dispersando en forma homogénea la plata coloidal en un solvente utilizando un aglutinante en lugar de utilizar un proceso complicado de mezclado, síntesis hidrotérmica de un complejo, substitución intermetálica y sinterizado.

La solicitud de patente Mexicana No. PA/a/2001/001599 se refiere a composiciones de limpieza personal que tiene agentes fotoprotectores del tipo inorgánico como lo son el dióxido de titanio y óxido de zinc. Dicha solicitud no incluye extractos naturales ni esta dirigida a destruir bacterias, hongos y virus.

La solicitud de patente Mexicana No. MX/a/2013/008570 se refiere a una composición fungicida y bactericida que comprende compuestos orgánicos volátiles obtenidos a partir de plantas y microorganismos utilizada en la protección de cultivos agrícolas, en la conservación de alimentos y en la desinfección de instalaciones y equipos. No incluye ni reclama un nanosistema que comprende un nanocomposito y extractos naturales.

La solicitud de patente Mexicana No. MX/a/2013/009572 se refiere a un bactericida o agente antimicótico que comprende titania, sílice u óxidos mixtos de titan ia-síl ice nanoestructurados con plata y un grupo funcional.

La solicitud de patente Mexicana No. MX/a/2019/013046 se refiere a una formulación que comprende material nanoestructurado, biocompatible y biocatalítico que comprende un ácido sólido que consiste de óxidos mixtos de sílice y titania que soporta en su matriz dispersa, cobre, plata, oro, hierro, rutenio, paladio, zinc, manganeso, iridio y/o metales de platino, para su uso en el tratamiento de heridas e infecciones.

En el documento CN101513188 se describe un bactericida que comprende tourmalina y un portador de dióxido de titanio, dióxido de silicio, óxido de aluminio, zeolita, óxido de zinc, óxido férrico, dióxido de zirconio, sepiolita, cerámicas porosas y carbón activo o mezclas de los mismos.

El documento CN107337234 se refiere a un método de preparación de un compuesto óxido de zinc-dióxido de titanio que comprende disolver tetrabutil titanato en alcohol etílico absoluto en presencia de ácido, someter la mezcla a agitación magnética, adicionar dietanol amina por gotas, adicionar agua desionizada para obtener un sol de dióxido de titanio, y adicionar polvo de óxido de zinc al sol de dióxido de titanio. El método de preparación allí descrito es diferente al que se reclama en la presente invención además de la desventaja que tiene que el tiempo de obtención es muy largo. La solicitud internacional WO 2010/150036 describe un material nanoestructurado que comprende silica-titania que esta funcionalizada y parcialmente hidroxilada que tiene un rango de composiciones Ti:S¡ de 100:0 a 0:100 nanopartículas entre 1 nm a 30 nm de platino (II) coordinado que fueron dispersados en la superficie y unidos en la red del material.

La solicitud internacional WO 2011/045623 describe un bactericida o agente antimicótico que comprende titania, silica nanoestructurada o mezclas de óxidos de titan ia-si lica con plata y un grupo funcional.

La solicitud internacional WO 2011/045627 describe la síntesis de materiales inorgánicos nanoestructurados con una fórmula general MaLbBcO ₂ (b+c)(OH)x(PO4)y(SO4) _z en donde M es silicio, titanio o una mezcla de ambos, y L es iridio y B es platino, B+L<M, en donde b+c=1 y b es diferente de c. El tamaño de partícula de la matriz nanoestructurada, acidez, tamaño medio de poro de la matriz y el tamaño de partícula de platino, iridio o platino- iridio puede ser controlado desde la síntesis. Dichos materiales nanoestructurados pueden ser utilizados como viricida; sin embargo, el documento sugiere que el producto contiene ácido.

La publicación internacional No. WO 2020//202048 se refiere a técnicas y principios utilizados en nanotecnología para la manipulación de materia a nivel atómico y molecular para varios propósitos tal como industrial o farmacéutico, y más particularmente, se refiere a varios usos del compuesto nanoparticulado de dióxido de titanio funcionalizado con grupos orgánicos, radicales inorgánicos y extractos de fruta y/o herbales adsorbidos en su superficie y poros como se describe en la patente MX 339086.

En el artículo titulado “Titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles ¡n sunscreens: focus on their safety and effectiveness”, Nanotechnology, Science and Applications, Dove Press Journal, 12 de Ocrubre de 2011 , de Threes G. Smijs y Stanislav Pavel, se concluye que dado el crecimiento comercial e interés científico en el uso de T¡O ₂ y ZnO nanonizados, en protectores solares se realza la efectividad y seguridad de formulaciones protectoras solares de nanopartículas. También señala que T¡O ₂ en forma anatasa exhibe la más alta actividad fotocatalítica cuando se compara con el TiO ₂ en forma de rutilo y nanopartículas de ZnO así como que los recubrimientos de nanopartículas reducen los efectos tóxicos, especialmente cuando se utilizan recubrimientos en base de sílice. En dicho artículo los dos nanomateriales se sintetizaron de manera independiente y son usados para protección solar.

En “Application of nanomaterials in treatment, anti-infection and detection of coronaviruses”, Nanomedicine, Future Science Group, de Ghazal Nikaeen, et al., se describen recientes estudios sobre la efectividad de nanopartículas como herramienta para diagnóstico o antiviral contra coronavirus. Se señala que hasta ahora, el oro, la plata, sulfuro de plata, óxido de titanio, circonio, grafeno y algunos compuestos biopoliméricos han sido los materiales más aplicables en la batalla contra coronavirus. Sin embargo, el método de síntesis de estos es diferente al de la presente invención e incluso en dicho artículo se recomienda investigación adicional hacia la administración de nanopartículas contra los virus.

En “Analysis of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles in cosmetics”, Journal of Food and Drug Analysis, 23(2015), 587-594, de Pei-Jia Lu, et at., se describen diferentes métodos para la detección y caracterización de nanopartículas de TiO ₂ y ZnO en formulaciones de protectores solares; sin embargo, el artículo es carente de obtener un nanosistema como el de la presente invención.

“Comparative absorption, distribution, and excretion of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles after repeated oral administration”, Particle and Fibre Toxicology, 2013, de Wan-Seob Cho, et al., se refiere a la evaluación en cuanto a patrones de absorción, distribución y excreción de nanopartículas de T¡O ₂ y ZnO seguida de su administración oral. Sin embargo, no se describe como se sintetizó el material, además de que las áreas superficiales son pequeñas cuando se comparan con las de los nanomateriales de la presente invención. Lo único que podría ser parecido con la presente invención es la morfología, ya que son estructuras esféricas para el T¡O ₂ y morfología hexagonal para el ZnO. El documento “Synthesis and antibacterial activity of TiO2/ZnO nanocomposites prepared via nonhydrolytic route”, Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 48, 2, 2013, 154-161 , de A. Stoyanova, et al., describe la síntesis de polvos de TiO ₂ /ZnO y sus propiedades bactericidas. Los nanocom pósitos de TiO ₂ /ZnO fueron sintetizados mediante reacción no hidrolítica entre cloruro de titanio (IV) y sales de zinc (II) en un medio de alcohol bencílico. La estructura y morfología de las partículas resultantes fueron caracterizadas por análisis XRD, IR y SEM. El efecto antibacterial de los compositos obtenidos fueron examinados en bacteria E. coli (ATCC 25922) con una densidad de célula inicial de aproximadamente 10 ⁵ unidades formadoras de colonia por mi. Se encontró que los polvos de composite de TiO ₂ /ZnO sintetizados fueron altamente efectivos contra E. coli, especialmente en presencia de luz UV. La conclusión a la que se llegó fue que en base al estudio realizado los nanocompositos de TiO ₂ /ZnO sintetizados por el método no hidrolítico pueden ser buenos agentes inorgánicos antimicrobianos. Sin embargo, las variantes con las que se realizó el estudio son diferentes a las de la presente invención además de la inclusión de un extracto natural y que la ruta de síntesis es muy larga siendo esto una desventaja respecto a la presente invención.

El documento “Antimicrobial activity of Titanium dioxide and Zinc oxide nanoparticles supported in 4A zeolite and evaluation the morphological characteristic”, Scientific Reports (2019) 9:17439, de Mayram Azizi-Lalabadi, et al., describe la preparación de nanomateriales TiO ₂ y ZnO sobre una zeolita. Al respecto, la depositación que se está haciendo es sobre la zeolita, la cual por si sola tiene un área superficial grande.

En “Lemon-Fruit-Based Green Synthesis of Zinc Oxide Nanoparticles and Titanium Dioxide Nanoparticles against Soft Rot Bacterial Pathogen Dickeya dadantii”, Biomolecules 2019, 9, 863, de Afsana Hossain, et al., se divulga que nanopartículas de ZnO y TiO ₂ fueron mezclados en forma simple al mezclar la solución de ZnO o TiO ₂ con extracto de fruto de limón a temperatura ambiente, la cual mostró su actividad antibacterial contra Dickeya dadantii, que provoca la enfermedad del tallo de camote y putrefacción de raíz que ocurre en la mayoría de las áreas de plantación de camote en China. El método de obtención del extracto es similar al utilizado en la patente mexicana No. 339086. Además la sinterización de las nanopartículas se lleva a cabo mediante el uso del extracto del limón, careciendo de datos de las áreas superficiales obtenidas.

El documento “On the use of nanotechnology-based strategies for association of complex matrices from plant extracts”, Revista Brasileira de Farmacognosia 25 (2015) 426-436, de Giovanni Konat Zorzi, et al., es una revisión bibliográfica del uso de la nanotecnología, habla de las dos principales razones de realizar la extracción de plantas herbales y frutales, las cuales son, mejorar la estabilidad y mejorar la solubilidad.

En la Tesis Doctoral de Carlos Martín Shiva Ramayoni (Estudio de la actividad antimicrobiana de extractos naturales y ácidos orgánicos. Posible alternativa a los antibióticos promotores de crecimiento. Department de Sanitat i d’ Anatomía Animals. Facultat de Veterinarária. Universitat Autónoma de Barcelona) se describen los diferentes métodos de extracción de plantas, incluyendo los aceites esenciales, su localización, función, extracción y aislamiento, factores de variabilidad de los mismos tal como quimiotipos, influencia del ciclo vegetativo, influencia de factores extrínsecos e influencia del proceso de obtención, el control de calidad de los mismo, su toxicidad y empleo.

En base a los resultados presentados en la presente solicitud, es comprensible para un diestro en la materia en forma clara, las novedosas ventajas que se obtienen al utilizar el nanosistema con composito, por ejemplo, sin ser limitativo, un óxido mixto a saber TiO ₂ /ZnO con extractos naturales encapsulados, siendo una de ellas la ruta de síntesis corta, otra es la mezcla de dos óxidos, haciendo un óxido mixto como un nanocomposito, lo que mejora el área superficial del nanomaterial (74 m ² /g a 200m ² /g) y esto permite una mayor depositación de los extractos naturales en la superficie y poros del nanomaterial, por lo que el nanomaterial tendrá mayor capacidad de liberar gradualmente las moléculas de los extractos naturales, otra más el proceso de extracción de los extractos naturales, ya que en la presente se lleva a cabo mediante sonicación asistida por ultrasonido por un tiempo muy corto de aproximadamente 30 minutos. Además, la presente invención cubre la necesidad de tener una formulación biocida (i.e., viricida, antifúngica, bactericida, plaguicida, desinfectante, sanitizante, contra todo tipo de microorganismos unicelulares, y germicida, etc.), con un elevado grado de eficacia, efectividad y amplio espectro, como se demuestra en la descripción detallada de la invención.

Por lo anterior, entre algunos de los problemas que la presente invención resuelve es el obtener un nanosistema de amplio espectro con el elevado grado de eficacia y efectividad, en donde el proceso de extracción de los extractos naturales implica una sonicación que reducirá el tiempo de obtención de los mismos y el área superficial del composito es mejorada.

Debe de señalarse que la presente invención no podría caer en la técnica previa debido a que este tipo de tecnología al igual que muchas otras, depende de los avances del conocimiento que resulta de las investigaciones sobre cada composición en particular, la actividad biológica de los extractos utilizados combinados con los tipos de portadores, la sinergia entre los mismos y la caracterización fisicoquímica del sistema nanoestructurado que los contiene.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En una primera modalidad la presente invención se refiere a nanosistemas que comprenden un nanocomposito mesoporoso y extractos naturales y opcionalmente se pueden adicionar terpeneoides, sesquiterpenoides, diterpenoides, sesterpenoides, triterpenoides, carotenoides, resinoides, ácidos y polisacáridos complementarios, vitaminas y otros compuestos orgánicos, depositados y/o adsorbidos en la superficie de dicho material mesoporoso, en donde el nanocomposito comprende dióxido de titanio (T¡O ₂ )-MO en donde M es un metal de transición, por ejemplo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre, zinc, plata, platino, oro, y los extractos naturales que pueden estar en una concentración de 10 mg a 100mg, son aceites esenciales y/o compuestos bioactivos obtenidos de cascaras y semillas de frutos.

Los aceites esenciales pueden ser seleccionados de anaetol, anisaldehido, bomeol, carvacrol, D-carvona, l-carbona citral citronelal, geraniol, D-limoneno, linalol, mentol, pineno, terpineol timol, vainillina, alfa-ocimeno, borneol, Y- cadineno, caryofileno, citronellal, P-cimeno, decal, aldehido, decilico, farnesol, farnesal, fechona, geraniol, acetato de geranillo, germacreno, limoneno, metil, heptenona, mirceno, nerolinol, nerol, ocimeno, terpineno, a-pineno, [3- felandreno, [3-mirceno, y-terpinoleno, octanal, decanal, octanol, isocitroneleno, canfeno, trans-p-mentano, p-menta-1 (7), 8-dieno, dihidromircenol, trans- dihidrocarvona, alfa-pineno, beta-pineno, estragol, longifoleno, L-alfa-terpinol y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Los ácidos complementarios pueden ser seleccionados de ácido láctico, ácido palmítico, ácido fórmico, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido úrico, ácido ascórbico, ácido málico, ácido acético y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Los polisacáridos complementarios pueden ser seleccionados de glucosa, ribosa, desoxiribosa, mañosa, fructosa, galactosa, gliceraldehído, eritrosa, fucosa y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Las vitaminas pueden ser seleccionadas de vitamina A, tiamina B1 , rivoflamina B2, niacinamida B3, pirodoxina B6, cobalamina B12, vitamina D, vitamina C, vitamina E, ácido fólico (vitamina B9), ácido pantoténico (vitamina B5 o W) y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Otros compuestos orgánicos pueden ser seleccionados de bioflanoides, glicerina, pectinas y aminoácidos y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

En una segunda modalidad, la presente invención también se refiere a formulaciones biocidas (i.e., viricida, antifúngica, bactericida, plaguicida, desinfectante, sanitizante, contra todo tipo de microorganismos unicelulares, y germicida, etc.), que contiene el nanosistema. En una tercera modalidad, la invención se refiere a un nanosistema de titanio (TiO ₂ ) combinado con extractos naturales para utilizarse en la industria agrícola, veterinaria, farmacéutica, acuicultura, cosmética, medicina, limpieza, sanitización, desinfección.

En una cuarta modalidad, la invención se refiere a un proceso para la obtención de nanosistemas que comprenden un soporte de material mesoporoso formado a partir de un nanocomposito y extractos naturales depositados y/o adsorbidos en la superficie de dicho material mesoporoso que comprende los siguientes pasos: a) obtener extractos naturales al secar, moler y tamizar cascaras y semillas de frutos y posteriormente realizar una extracción etanólica empleando extracción asistida por ultrasonido (sonicación) (EAU); b) preparar el nanocomposito u óxidos mixtos, por ejemplo de T¡O ₂ -ZnO por el método sol-gel, al mezclar butóxido de titanio (IV), polietilenglicol (PEG) y etanol para obtener una solución; c) calentar la solución entre 60 a 120°C bajo reflujo; d) agregar agua destilada conteniendo el apropiado promedio de Zn(NO ₃ ).6H ₂ O (nitrato de zinc hexahidrtado) en la preparación de cada una de las series TiO ₂ a esos porcentajes, TiO ₂ y mg para la obtención de los materiales con 1.0, 3.0, 5.0 y 10.0 % en peso; e) adicionar a la solución de la respectiva sal metálica obtenida, unas gotas de HNO3 (ácido nítrico), hasta obtener un pH de aproximadamente 3 en la solución; f) agregar a la solución, por goteo, butóxido-etanol (con una relación molar de 8:1 butanol/agua); g) mezclar la solución bajo agitación magnética hasta formar un gel; h) enfriar la solución a aproximadamente 0°C y dejar que se madure a una temperatura de aproximadamente 4°C, para después secar el gel del paso g) a una temperatura de aproximadamente 100°C; y i) moler el sólido obtenido del paso h) para después ser calcinado entre 400 y 600°C en una atmósfera de aire, para volver a ser molido.

En una quinta modalidad, la invención se refiere al método de la cuarta modalidad en donde previo a la funcionalización del nanocomposito se pueden opcionalmente adicionar terpeneoides, sesquiterpenoides, diterpenoides, sesterpenoides, triterpenoides, carotenoides, resinoides, ácidos y polisacáridos complementarios, vitaminas y otros compuestos orgánicos.

En una sexta modalidad, la invención se refiere a la obtención de un nanosistema de dióxido de titanio (TiO ₂ ) y uno o más extractos naturales utilizando el método de la cuarta modalidad aquí descrita que comprende sustituir el nanocomposito de T¡O ₂ -ZnO por TiO ₂ .

En una séptima modalidad, la invención se propone obtener mediante el proceso de la cuarta y sexta modalidad nanoparticulas en forma de “nanogotas” o “nanoesferas” para diseñar un sustrato mesoporoso con un grado de área superficial óptima de dichas nanoparticulas para de esta manera obtener un nanocomposito con capacidad de adsorber y encapsular aceites esenciales en el interior de sus poros para obtener una eficacia y efectividad mayor del nanosistema al ser aplicado.

Los nanosistemas pueden ser formulados para aplicación por aspersión/rociado, tópica u oral o aplicado por inyección combinado con un fármaco. Aunque a partir de la presente descripción un diestro en preparación de formulaciones podría formular los nanosistemas en otras formas posibles solos o en combinación con fármacos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 ¡lustra las isotermas de adsorción-desorción para los óxidos mixtos de T¡O ₂ -ZnO (a: 1.0 % en peso de Zn, b: 3.0 % en peso de Zn, c: 5.0 % en peso de Zn, d: 10.0 % en peso de Zn).

La figura 2 muestra los difractogramas de rayos X para los óxidos mixtos de T¡O ₂ -ZnO (a: TiO ₂ , b:1 .0 % de Zn, c: 3.0 % de Znc, d: 5.0 % de Zn, y e: 10.0 % en peso de Zn).

La figura 3 muestra los espectros Raman de T¡O ₂ -ZnO (a: TiO ₂ , b:1.0 % en peso de Zn, c: 3.0 % en peso de Zn, d: 5.0 % en peso de Zn y e: 10.0 % en peso de Zn). La figura 4 muestra espectros de UV-Vis de los semiconductores de TiO ₂ -ZnO (a: TiO ₂ , b: 1 .0 % de Zn, c: 3.0 % de Zn, d: 5.0 % de Zn y e: 10.0 % en peso de Zn).

Las figuras 5a-5d muestra una microscopía Electrónica de Barrido de T¡O ₂ - ZnO a: 1 .0 % de Zn, b: 3.0% de Zn, c: 5.0% de Zn y d: 10.0% de Zn).

Las figuras 6a-6d muestra Microscopías electrónicas de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés) de T¡O ₂ -ZnO a: 1.0% de Zn, b: 3.0% de Zn, c: 5.0% de Zn, d: 10.0% de Zn.

Las figuras 7a-7c ¡lustran la evaluación de 7 cepas ATCC de referencia y 2 de control: a) en medio gelosa nutritiva sin extracto; b) gelosa nutritiva con el extracto vegetal al 100%, c) gelosa nutritiva con el extracto vegetal al 50%.

La figura 8 es una microfotografía utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En la presente invención se describen formas de realización de la invención que de ninguna manera deberán de ser interpretadas como limitantes, sino más bien deberán de ser interpretadas como ilustrativas, que ejemplifican los principios de las mismas. Cualquiera de los títulos de sección usados en la presente tiene propósitos organizativos solamente y no deben ser interpretados como limitantes del tema descrito.

Los compositos u óxidos mixtos se han convertido en biomateriales cada vez más interesantes en los últimos años. Los cuales constituyen una nueva perspectiva en los sistemas de administración de fármacos y en las formulaciones de nanoportadores debido a sus propiedades beneficiosas, que incluyen biocompatibilidad, biodegradabilidad y baja toxicidad. La potencialidad de las modificaciones químicas de un biomaterial (óxido mixto), así como su uso complementario con otros nanomateriales, atrae aún más a la comunidad científica, ofreciendo propiedades mejoradas y combinadas en los materiales finales. Por consiguiente, la presente invención desarrolla nanosistemas a base de un nanomaterial de TiO ₂ y/o preferentemente de un nanocomposito de T¡O ₂ -MO (M= Meta les de transición) mesoporoso utilizado como una matriz para la encapsulación y transporte de varios compuestos valiosos. En la presente invención se describe como ejemplo el uso de un nanocomposito u óxidos mixtos a base de T¡O ₂ -ZnO para la producción de nanosistemas, sin ser limitante de la invención, centrándose en la encapsulación de productos naturales para la encapsulación preferentemente de extractos naturales como aceites esenciales y/o compuestos bioactivos.

Además de los aceites esenciales, se pueden adicionar al nanosistema en forma opcional terpeneoides, sesquiterpenoides, diterpenoides, sesterpenoides, triterpenoides, carotenoides, resinoides, ácidos y polisacáridos complementarios, vitaminas y otros compuestos orgánicos.

Los aceites esenciales pueden ser seleccionados de anaetol, anisaldehido, bomeol, carvacrol, D-carvona, l-carbona citral citronelal, geraniol, D-limoneno, linalol, mentol, pineno, terpineol timol, vainillina, alfa-ocimeno, borneol, Y- cadineno, caryofileno, citronellal, P-cimeno, decal, aldehido, decílico, farnesol, farnesal, fechona, geraniol, acetato de geranillo, germacreno, limoneno, metil, heptenona, mirceno, nerolinol, nerol, ocimeno, terpineno, a-pineno, [3- felandreno, [3-mirceno, y-terpinoleno, octanal, decanal, octanol, isocitroneleno, canfeno, trans-p-mentano, p-menta-1 (7), 8-dieno, dihidromircenol, trans- dihidrocarvona, alfa-pineno, beta-pineno, estragol, longifoleno, L-alfa-terpinol y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Los ácidos complementarios pueden ser seleccionados de ácido láctico, ácido palmítico, ácido fórmico, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido úrico, ácido ascórbico, ácido málico, ácido acético y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Los polisacáridos complementarios pueden ser seleccionados de glucosa, ribosa, desoxiribosa, mañosa, fructosa, galactosa, gliceraldehído, eritrosa, fucosa y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos. Las vitaminas pueden ser seleccionadas de vitamina A, tiamina B1 , rivoflamina B2, niacinamida B3, pirodoxina B6, cobalamina B12, vitamina D, vitamina C, vitamina E, ácido fólico (vitamina B9), ácido pantoténico (vitamina B5 o W) y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Otros compuestos orgánicos pueden ser seleccionados de bioflanoides, glicerina, pectinas y aminoácidos y pueden ser utilizados en forma individual o en dos o más de ellos o en combinación de los mismos.

Mediante el proceso de la presente invención se obtienen nanoestructuras mesoporosas, tal como nanoesferas mesoporosas que tienen una alta superficie, baja densidad y buena permeabilidad superficial debido a que es un tipo de material “core-shell” con una especial estructura, la cavidad interior puede acomodar una gran cantidad de moléculas huésped, es decir que puede alcanzar una alta capacidad de carga de sustancias naturales o sintéticas, y la capa porosa se puede utilizar como canal para la liberación de sustancias naturales o sintéticas, es decir que tienen un rendimiento de liberación lento al ajustar el grosor de la carcasa, el tamaño de los poros, la morfología de dichos poros y modificación de su superficie.

DEFINICIONES

A menos que se especifique de alguna otra manera, en la presente un “nanosistema” se entenderá como aquel que comprende o está formado por uno o más principios activos (sustancia(s) o molécula(s) activa(s)) y un sistema transportador que puede dirigir la liberación de la sustancia a un lugar u objetivo en una dosis menor y más efectiva.

En la presente invención la palabra “frutos” se deberá de entender como el ovario de cualquier especie de planta del reino vegetal, desarrollado después de la fecundación de los óvulos, los cuales formarán la semilla, no importando el tipo de fruto, por ejemplo fruto seco o fruto carnoso. Además del ovario, pueden integrar el fruto algunas partes anexas como el receptáculo, cáliz, corola, brácteas, ejes de la inflorescencia, etc. “Aceites esenciales” en la presente invención se entenderá como las fracciones líquidas volátiles y que son mezclas complejas de hasta más de 100 componentes, tales como compuestos alifáticos de bajo peso molecular (alcanos, alcoholes, aldehidos, cetonas, ásteres y ácidos), monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos, sesterpenos, triterpenos, carotenoides, resinoides fenilpropanos, anaetol, anisaldehido, bomeol, carvacrol, D-carvona, l-carbona citral citronelal, geraniol, D- limoneno, linalol, mentol, pineno, terpineol timol, vainillina, alfa-ocimeno, borneol, Y- Cadineno, caryofileno, citronellal, P- cimeno, decal, aldehido, decílico, farnesol, farnesal, fechona, geraniol, acetato de geranillo, germacreno, D, limoneno, metil, heptenona, mirceno, nerolinol, nerol, ocimeno, terpineno, a-pineno, [3-felandreno, [3-mirceno, y-terpinoleno, octanal, decanal, octanol, isocitroneleno, canfeno, trans-p-mentano, p-menta- 1 (7), 8-dieno, dihidromircenol, trans-dihidrocarvona, alfa-pineno, beta-pineno, estragol, longifoleno, L-alfa-terpinol. No obstante, la expresión “aceites esenciales” podría entenderse también de acuerdo al contexto que se describa, como lo establecido por la Organización Internacional de Normalización (ISO, por sus siglas en inglés) que los define como el producto obtenido a partir de una materia prima natural de origen vegetal, por destilación con vapor de agua, por procesos mecánicos del epicarpio de los frutos cítricos, o por destilación seca, después de la separación de la fase acuosa, si la hubiera, mediante procesos físicos.

Estos aceites esenciales se pueden aislar de las diferentes partes de la planta, por ejemplo de las flores de Arnica montana, Lavandula sp., Chamaemelum nobile, Tanacetum cinerariifolium, Thymus sp., Syzygium aromaticum, Rosa sp., Geranium sp., Jasminum sp., Ca nanga odorata, citrus aurantium var. Amara, Lavandula sp., Plumería rubra, Borago officinalis, Erodium cicutarium, Gnaphalium sp., Heterotheca inuloides Cass., Lepidium virginicum L, Matricaria recutita L, Mirablis jalapa L, Tagetes lucida Cav.; de la raíz de Angelica archangelica, Asarum europaeum, Crocus sativus, Acorus calamus, Curcuma longa, Alpinia galanga, Zingiber officinale, Santalum album, Sassafras albidium, Valeriana officinalis, Chrysopogon zizanioides, Glycyrrhiza glabra L, Cinnamoum verum, Agave spp.', las hojas de Artemisia absinthium, Ocimum basilicum, Agathosma bet ulina, Aloysia citrodora, Eucalyptus sp., Mentha spicata, Cymbopogon, citratus, Origanum majorana, Mentha sp., Pogostemon cablin, Chenopodium ambrosioides, Salvia rosmarinus, Salvia officinalis, Melissa officinalis, Cinnamomum verum, Moringa oleífera, Organum vulgare L, Plantago major L, Taraxacum officinale W. ; el pericarpio del fruto de Citrus bergamia, Citrus x limón, Citrus reticulata, Citrus x sinensis, Citrus x aurantium, Citrus x latifolia, Citrus x paradisi, Agave spp.,Juglans regia L, Púnica granatum de las semillas de Pimpinella anisum, Elettaria cardamomum, Morinda citrifolia, Anethum graveolens, Foeniculum vulgare, Cuminum cyminum, Salvia officinalis, Salvia hispánica, Capsicum annauum, Rosa rubiginosa, vitis vinifera, Cocos nucífera, Argemone mexicana L, Avena sativa', de los frutos de Carum carvi, Coriandrum sativum, Laurus nobilis, Myristica fragans, Petroselinum crispum, Piper nigrum, Morinda citrifolia; en los tallos o ramas de Cinnamomum verum, Cedrus sp., Pinus sp., Eucalyptus sp., Abies sp., Cupressus sp., Agave spp., Aloe barbadenesis Mili.

La expresión “biocida” en un sentido amplio se entenderá como una sustancia química o de origen natural destinado a destruir, contrarrestar, neutralizar, impedir acción o ejercer un control de otro tipo sobre cualquier organismo considerado como dañino tanto al reino animal como al reino vegetal. Lo anterior, incluye viricidas, antifúngicos, bactericidas, plaguicidas, desinfectantes, sanitizantes, contra todo tipo de microorganismos unicelulares, y germicida, etc.

No obstante, la expresión “biocida” podría entenderse también de acuerdo al contexto que se describa, como lo establecido en el anexo V del Reglamento relativo a biocidas de la AGENCIA EUROPEA DE QUÍMICOS (ECHEA, por sus siglas en inglés), el cual está disponible en el sitio: https://echa.europa.eu/es/regulations/biocidal-products-regu lation/product- types.

En la presente el término “nanomaterial” corresponderá a la definición adoptada por la Comisión Europea que establece que un nanomaterial se entenderá como un material natural, secundario o fabricado que contenga partículas, sueltas o formando un agregado o aglomerado y en el que, el 50% o más de las partículas en la granulometría numérica presente una o más dimensiones externas en el intervalo de tamaños comprendido entre 1 nm y 100 nm.

“Germicida” se entenderá como aquel que destruye gérmenes dañinos tanto para el reino animal como al reino vegetal.

La expresión “nanocomposito” se refiere a un sistema unidimensional, bidimensional, tridimensional y materiales amorfos, obtenido a partir de uno o dos componentes o materiales de escala nanométrica, a menos de que se interprete de otra manera de acuerdo al contexto en que se mencione.

Por “metales de transición” se entenderá como los clasificados en la Tabla periódica que no sean considerados como metales tóxicos a los mamíferos y vegetales, por ejemplo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, cobre, zinc, plata, platino, oro.

“Metales tóxicos” son aquellos cuya concentración en el ambiente pueden causar daños tanto en el reino animal como vegetal.

Síntesis de Materiales

Los óxidos mixtos tipo nanocompositos de T¡O ₂ -ZnO, fueron preparadas por el método sol-gel, usando butóxido de titanio (IV) (Aldrich 97%) y sus respectivas sales como precursores: Se mezclaron en un matraz de 3 bocas, (30 a 50 mi) (6-11-2020) de butóxido de titanio(IV), 4 g de polietilenglicol (PEG) y (40 a 60 mi) (6-11-2020) de etanol (Aldrich 99.4 %), la solución fue calentada a (60 a 120 °C) bajo reflujo y en un embudo de separación se agregan 18 mi de agua destilada conteniendo el apropiado promedio de Zn(NO ₃ ).6H ₂ O en la preparación de los materiales con 1.0, 3.0, 5.0 y 10.0 % en peso, a la solución de la respectiva sal metálica, se le adicionaron unas gotas de HNO ₃ (1 molar) hasta obtener un pH=3 en la solución. Finalmente ésta se agregó gota a gota a la solución butóxido-etanol (con una relación molar de 8:1 butanol/agua), la solución fue mezclada bajo agitación magnética para formar el gel. Después, la solución se llevó a 0°C. La solución paso al proceso de maduración a 4 °C. Después el gel fue secado entre 90 a 120°C y el sólido fue molido a un polvo fino en un mortero de agata. El xerogel obtenido fue calcinado entre 400 y 600°C en una atmósfera de aire, con una rampa de calentamiento de aproximadamente 2°C/min; finalmente el producto fue molido otra vez. Como referencia la muestra de T¡O ₂ puro fue preparada en la misma manera descrita pero no se le agrego ninguna sal.

Funcionalización

Para la funcionalización del óxido mixto, se colocó material en un tubo de ensayo en un homo de microondas y se agregaron en un rango de entre 10 mi a 50 ml del extracto en un reactor a presión y temperatura de entre 60 a 90°C por 10 min, terminado este tiempo se quita el sobrenadante y se pone a secar la muestra y se llevó al ultrasonicador por una hora y después a una centrífuga por 10 minutos a 6000 rpm en donde se eliminó el sobrenadante y las NPs adquirieron un color naranja a rojo. El material se secó por 1 día a una temperatura de entre 60 a 90°C para evitar que los compuestos bioactivos deseados se volaticen.

Obtención del extracto

Material como cascaras y semillas de frutos se secaron y fueron molidas y tamizadas con una malla de 500 p. A esta materia seca se les realizó una extracción etanólica empleando extracción asistida por ultrasonido (EAU) (sonicación). Se preparó una dispersión con relación 1 :7.5 de muestra y solvente (etOH al 95 %) a un volumen de 150 mi. Las condiciones de sonicado fueron entre 40 y 60% amplificaciones, 0.6 s de ciclo por 10 a 30 min. Posterior a la EAU los extractos fueron filtrados a vacío empleando membranas de 20 p. Posteriormente los extractos se concentraron en un rotoevaporador. Los restos de solvente fueron eliminados en una campana bajo recirculación de aire a temperatura ambiente y con agitación magnética. Finalmente, los extractos fueron almacenados a temperatura ambiente para su posterior uso en la formulación de las emulsiones. Determinación de áreas superficiales y distribución de tamaños de poros sólidos.

Fisisorción de Nitrógeno

Las áreas específicas de las muestras fueron calcinadas a 500°C, las cuales están reportadas en la tabla 1 . Los resultados mostraron que el área específica calculada por el método BET de los semiconductores TiO ₂ -ZnO fue más grande que el obtenido con TiO ₂ . Se observa una disminución de las áreas conforme se incrementa el contenido de Zn ²⁺ , de 159 a 85 m ² /g para los sólidos de TiO ₂ -ZnO del 1 al 10 %, esto se puede observar en las isotermas de adsorción-desorción (figura 1 ), ya que las que presentan mayor volumen es el material TiO ₂ -ZnO al 1 % en peso de Zn, también se puede observar la tendencia que tienen los materiales conforme se va aumentando el contenido de Zn.

Las isotermas de los materiales (a-b) de la figura 1 , incluido el T¡O ₂ puro, se identificaron como tipo IV, características típicas de los materiales mesoporosos. Además, las muestras exhibieron tres tipos de histéresis diferentes: tipo H1 para 3%, tipo H2 para TiO ₂ puro, (1 %) y 5%, y tipo H3 para los tratamientos (10%) y (T¡O ₂ ). El bucle de histéresis asociado con las isotermas se atribuye a la condensación capilar del gas N ₂ que se produce en los poros, lo que también confirma la presencia de una estructura mesoporosa. El cambio del bucle de histéresis podría deberse a la existencia de poros más pequeños o más grandes en las muestras, cuando se sintetizó metal con soporte de T¡O ₂ (Cu, Co, Ni, Cr, Pd, Zn y Sn).

Tabla 1.

La estructura cristalina del TiO ₂ puro y los óxidos mixtos se determinó mediante análisis de difracción de rayos X (XRD) (ver figura 2). Los difractogramas de los materiales muestran la fase anatasa del T¡O ₂ correspondiente a picos a 20 = 25,3°, 37,9°, 47,8°, 54,5°, 55°, 62,5°, 69°, 70°, 75° y 82°, con un índice de Miller respectivo de (101), (103), (200), (105), (211 ), (204), (116), (220), (215) y (303 ) planos (JCPDS 21 -1272). Además, los picos de difracción característicos de las estructuras de ZnO alrededor de 20 = 31 ,7°, 34,5°, 36,3°, 47,5°, 56° y 62,7°, no se observan por lo que estos resultados sugieren que algunos cationes de Zn ²⁺ fueron incorporados dentro de la red del dióxido de titanio (o titania) como una evidencia esta el incremento en el parámetro de celda con respecto al contenido de Zn (Tabla 1 ). Sin embargo, debido a la alta área específica mostrada en los óxidos mixtos, es altamente probable que el ZnO se encuentre tan dispersado formando conglomerados en la superficie del dióxido de titanio o (titania) y no es detectable por XRD.

Espectroscopia RAMAN

En la figura 3 se muestran los espectros Raman de las muestras T¡O ₂ -ZnO. Todos los picos Raman son característicos de la fase anatasa. Las bandas a 145 cm' ¹ , 395 cm' ¹ , 513 cm' ¹ and 640 cm' ¹ están relacionadas a los nanocristales de TiO ₂ , los cuales fueron identificados previamente. La intensidad de los picos disminuye cuando se incrementa el contenido de Zn ²⁺ , indicando una importante disminución en la cristalinidad de los óxidos mixtos. Estos resultados son consistentes con los obtenidos por XRD, donde el tamaño de cristal más pequeño corresponde con el contenido de Zn ²⁺ más alto.

Espectroscopia UV-Vis por reflactancia difusa Los espectros de UV-Vis fueron realizados para investigar el efecto del ZnO en las propiedades fotofísicas de los semiconductores de T¡O ₂ -ZnO. La figura 4 muestra los espectros de UV-Vis por reflactancia difusa de los materiales. Todas las muestras exhiben una absorción óptica por debajo de los 400 nm, los cuales pueden ser atribuidos a la transición electrónica Ti-O de los nanocristales de T¡O ₂ . Los resultados muestran un pequeño cambio en la región roja (3.12-3.03 eV) para las muestras de T¡O ₂ -ZnO en comparación con la referencia de la fase anatasa del semiconductor T¡O ₂ (3.2 eV). Así, el efecto del ZnO dentro de la red del T¡O ₂ solamente ejerce pequeñas variaciones en la banda prohibida de energía.

Para las evaluaciones del extracto funcionalizado con T¡O ₂ -ZnO, se emplearon siete cepas de referencia (6 bacterias y 1 levadura) conforme la American Type Culture Collection (ATCC), y dos cepas bacterianas control (ver tabla 2):

Tabla 2

Las nueve cepas se inocularon en los tres diferentes medios a una concentración del 0.5 del nefelómetro de McFarland. Después de 48 h de incubación a 37°C, no se observó crecimiento de ninguna de las cepas en ambas concentraciones 9:1 y 9.5:5; en contraste si se observó el crecimiento de todas las cepas en GN (medio de cultivo sin extracto) (Figura 1 ).

En las figuras 5a a 5d se puede apreciar la distribución y la forma en la cual se aglomeran las nanopartículas de TiO ₂ -ZnO (a): 1.0 % de Zn, (b): 3.0% de Zn, (c): 5.0% de Zn y (d): 10.0% de Zn).

En las figuras 6a-6d que corresponden a una microscopía electrónica de transmisión (TEM), se aprecia a detalle la morfología, tamaño (20 nm) y cristalización del nanosistema obtenido mediante el método de la presente invención.

En las Figuras 7a-c se muestra la Evaluación de 7 cepas ATCC de referencia y 2 de control: 7a) medio de gelosa nutritiva sin extracto; 7b) gelosa nutritiva con el extracto vegetal al 100%, 7c) gelosa nutritiva con el extracto vegetal al 50%. En cada placa: A1-D1 Aeromonas hydrophyla ATCC 12600, A2-D2 Escherichia coli ATCC 8739, A3-D3 Enterococcus fecalis ATCC 10541 , A4-D4 Staphylococcus aureus ATCC 12600, A5-D5 Candida albicans ATCC 90028, A6-D6 Listeria monocytogenes ATCC 19115, E1-F2 Escherichia coli ATCC 25922 (cepa control), E3-F4 Staphylococcus aureus ATCC 25923 (cepa control), E5-F6 Salmonella enterica subsp. enterica serovar Paratyphi AATCC 9150.

Por tanto, las muestras 9:1 y 9.5:5 si inhiben el crecimiento de las cepas Aeromonas hydrophyla ATCC12600, Escherichia coli ATCC 8739, Enterococcus tecalis ATCC 10541 , Staphylococcus aureus ATCC 12600, Candida albicans ATCC 90028 y Listeria monocytogenes ATCC 19115 y Salmonella enterica subsp. enterica serovar Paratyphi AATCC 9150.

La figura 8 es una microfotografía que muestran las variaciones en tamaño y la forma “nanoesférica o en “nanogota” de las nanopartículas del nanosistema, por lo cual los tamaños de partícula allí mostrados no son totalmente representativos del tamaño real debido a que solo fue un intento de obtener el tamaño de las partículas del nanosistema además de que un diestro en la técnica debe de entender que la determinación del tamaño de las partículas es más fiable a través de la caracterización de TEM (como en las figuras 5a a 6d) que en el estudio de SEM.

EJEMPLOS Y RESULTADOS

PRUEBAS DE EFECTIVIDAD BIOLOGICA (EB) EN CULTIVOS AGRICOLAS DE ACUERDO CON LA NORMA Oficial Mexicana NOM-032-FITO-1995

Hongos (fungi spp.)

Bacterias

Virus

PRUEBAS DE EFECTIVIDAD BIOLOGICA (EB) EN ESPECIES ANIMALES (PECUARIA, ZOOTECNIA, VETERINARIA)

Hongos (fungi spp.)

Bacterias

PRUEBAS DE EFECTIVIDAD BIOLOGICA (EB) EN ESPECIES ACUATICAS

Control de bacteria Pez Neón (ornato)

Control de bacteria

VIRUS

A partir de lo anterior se entiende que, a menos que se indique de otra manera, todas las cifras que expresan cantidades de ingredientes, condiciones de reacción y así sucesivamente usadas en la especificación y reivindicaciones deben entenderse que son aproximadas, por lo tanto, ellas pueden vahar dependiendo de las propiedades deseadas que se busca obtener con la presente invención.

Además, es claro que otras modalidades de la invención serán evidentes para una persona con conocimientos en la materia a partir de la especificación y práctica de la invención descrita en la presente. Por lo tanto, se pretende que la especificación y los ejemplos sean considerados únicamente como ejemplos ilustrativos. BIBLIOGRAFÍA

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