Cyclodextrins and cyclodextrin mixtures can be used in stick deodorants because they are capable of complexing the molecules responsible for the bad odor of sweat, thanks to their ability to include guest molecules within their cavity. Their limitation lies in the fact that the formation of the inclusion complex can only occur when the guest, necessarily hydrophobic, is compatible in terms of size and polarity, thus excluding the possibility of encapsulating hydrophilic compounds or larger molecules. These bad odors develop mainly from human perspiration as a result of microbial interaction with the secretions of sweat glands that produce pungent-smelling molecules. Cyclodextrin can be used individually or as a mixture of cyclodextrins, provided that the cyclodextrin is capable of preventing or eliminating the bad odors associated with perspiration. Current approaches involve only individual materials known to be present in human underarm secretions, as 3-mercapto-1-hexanol, testosterone, trans-2-nonenal or simple mixtures of acids such as acid 3-methyl-2-hexenoic and 3-hydroxy-3-methylhexanoic acid as bad odor standards based exclusively on analytical investigations of human sweat samples. It is from this perspective that this thesis presents a new class of nanotechnological materials, nanosponge obtained from a large number of cyclodextrins bonded to form a cross-linked matrix. Here, the presence of the lipophilic cavity of the individual cyclodextrin monomer can accommodate modest-sized nonpolar guests, while the porosities and channels created by the cross-linking, being hydrophilic, can retain larger, polar, and possibly even ionic guests through complexation. Another peculiar characteristic is their ability to form suspensions of particles in water with nanometer-scale dimensions. In this thesis, nanosponges based on β-CD and γ-CD synthesized with the cross-linkers pyromellitic dianhydride PMDA and carbonyldiimidazole CDI will be used to form the following nanosponges: β-CD/CDI 1:2, β-CD/CDI 1:4, β-CD/CDI 1:8, β-CD/PMDA 1:2, β-CD/PMDA 1:4, β-CD/PMDA 1:8, γ-CD/PMDA 1:2.5, γ-CD/PMDA 1:4 e γ-CD/PMDA 1:8. The aim of the thesis is to see which category of nanosponges presents the best performance for the adsorption of the molecules examined, namely testosterone and trans-2-nonenal. The tests carried out for this purpose consist of adsorption tests to measure, through the use of HPLC, the quantity of analyte in the supernatant at different adsorption times and to see how much analyte is adsorbed with continuous addition of the latter. From the results obtained, the best nanosponge in terms of testosterone adsorption performance is the γ-CD/PMDA 1:8 for which the following were determined: the inclusion constant, using the Higuchi-Connors method; the thermodynamic constants of the inclusion reaction; finally, the mathematical model of adsorption, Langmuir and Freundlich. The last two tests consist of the adsorption at different times of trans-2-nonenal by the γ-CD/PMDA 1:8 nanosponge and an olfactory test to confirm the adsorption results obtained.
Ciclodestrine e miscele di ciclodestrine possono essere usate nei deodoranti stick, perché sono in grado di complessare le molecole responsabili del cattivo odore del sudore, grazie all’abilità di poter includere all’interno della loro cavità delle molecole di guest, la loro limitazione risiede proprio nel fatto che la formazione del complesso di inclusione può avvenire soltanto quando il guest, necessariamente idrofobo, sia compatibile in termini di dimensioni e polarità, escludendo quindi la possibilità di incapsularvi composti idrofili o molecole di dimensioni maggiori. Questi cattivi odori si sviluppano principalmente dalla sudorazione umana come risultato dell'interazione microbica con le secrezioni delle ghiandole sudoripare che producono molecole dall’odore pungente. La ciclodestrina può essere utilizzata singolarmente o come una miscela di ciclodestrine, a condizione che la ciclodestrina sia in grado di prevenire o eliminare i cattivi odori associati alla sudorazione. Gli approcci attuali coinvolgono solo singoli materiali noti per essere presenti nelle secrezioni ascellari umane, come il 3-mercapto-esan-1-olo, il testosterone, la trans-2-nonenale o semplici miscele di acidi come l’acido 3-metil-2-esenoico e l’acido 3-idrossi-3-metil-esenico come standard di cattivo odore che si basano esclusivamente su indagini analitiche dei campioni di sudore umano. È in quest’ottica che tale lavoro di tesi presenta una nuova classe di materiali nanotecnologici, le nanospugne ottenute a partire da un gran numero di ciclodestrine bloccate a formare una matrice reticolata, dove la presenza della cavità lipofila del singolo monomero ciclodestrinico riesce ad accomodare guest apolari di modeste dimensioni, mentre le porosità ed i canali nati proprio a causa dell’avvenuta reticolazione, idrofili, possono trattenere, mediante complessazione, guest dalle dimensioni maggiori, polari ed eventualmente anche ionici; altra loro peculiare caratteristica è quella di poter formare, in acqua, delle sospensioni di particelle con dimensioni nell’ordine dei nanometri. In tesi verranno usate le nanospugne a base di β-CD e γ-CD sintetizzate con i reticolanti anidride piromellitica PMDA e carbonildiimidazolo CDI, per formare le seguenti nanospugne: β-CD/CDI 1:2, β-CD/CDI 1:4, β-CD/CDI 1:8, β-CD/PMDA 1:2, β-CD/PMDA 1:4, β-CD/PMDA 1:8, γ-CD/PMDA 1:2.5, γ-CD/PMDA 1:4 e γ-CD/PMDA 1:8. Lo scopo della tesi consiste nel vedere quale categoria di nanospugne presenti la miglior prestazione per l’adsorbimento delle molecole prese in esame, ovvero il testosterone e la trans-2-nonenale. Le prove eseguite per tale scopo consistono in prove di adsorbimento per misurare, tramite uso dell’HPLC, la quantità di analita nel surnatante a tempi diversi di adsorbimento e per vedere quanto analita viene adsorbito sotto continua aggiunta di quest’ultimo. Dai risultati ottenuti la miglior nanospugna in termini di prestazioni di adsorbimento del testosterone è la γ-CD/PMDA 1:8 per la quale sono state determinate: la costante d’inclusione, tramite il metodo di Higuchi-Connors; le costanti termodinamiche della reazione d’inclusione; infine, il modello matematico di adsorbimento, Langmuir e Freundlich. Le ultime due prove consistono nell’adsorbimento a tempi diversi della trans-2-nonenale da parte della nanospugna γ-CD/PMDA 1:8 e di una prova olfattiva a confermare i risultati di adsorbimento ottenuti.
Nanospugne a base di ciclodestrine per l'assorbimento di odori corporei
CAMPONI, GABRIELE
2023/2024
Abstract
Ciclodestrine e miscele di ciclodestrine possono essere usate nei deodoranti stick, perché sono in grado di complessare le molecole responsabili del cattivo odore del sudore, grazie all’abilità di poter includere all’interno della loro cavità delle molecole di guest, la loro limitazione risiede proprio nel fatto che la formazione del complesso di inclusione può avvenire soltanto quando il guest, necessariamente idrofobo, sia compatibile in termini di dimensioni e polarità, escludendo quindi la possibilità di incapsularvi composti idrofili o molecole di dimensioni maggiori. Questi cattivi odori si sviluppano principalmente dalla sudorazione umana come risultato dell'interazione microbica con le secrezioni delle ghiandole sudoripare che producono molecole dall’odore pungente. La ciclodestrina può essere utilizzata singolarmente o come una miscela di ciclodestrine, a condizione che la ciclodestrina sia in grado di prevenire o eliminare i cattivi odori associati alla sudorazione. Gli approcci attuali coinvolgono solo singoli materiali noti per essere presenti nelle secrezioni ascellari umane, come il 3-mercapto-esan-1-olo, il testosterone, la trans-2-nonenale o semplici miscele di acidi come l’acido 3-metil-2-esenoico e l’acido 3-idrossi-3-metil-esenico come standard di cattivo odore che si basano esclusivamente su indagini analitiche dei campioni di sudore umano. È in quest’ottica che tale lavoro di tesi presenta una nuova classe di materiali nanotecnologici, le nanospugne ottenute a partire da un gran numero di ciclodestrine bloccate a formare una matrice reticolata, dove la presenza della cavità lipofila del singolo monomero ciclodestrinico riesce ad accomodare guest apolari di modeste dimensioni, mentre le porosità ed i canali nati proprio a causa dell’avvenuta reticolazione, idrofili, possono trattenere, mediante complessazione, guest dalle dimensioni maggiori, polari ed eventualmente anche ionici; altra loro peculiare caratteristica è quella di poter formare, in acqua, delle sospensioni di particelle con dimensioni nell’ordine dei nanometri. In tesi verranno usate le nanospugne a base di β-CD e γ-CD sintetizzate con i reticolanti anidride piromellitica PMDA e carbonildiimidazolo CDI, per formare le seguenti nanospugne: β-CD/CDI 1:2, β-CD/CDI 1:4, β-CD/CDI 1:8, β-CD/PMDA 1:2, β-CD/PMDA 1:4, β-CD/PMDA 1:8, γ-CD/PMDA 1:2.5, γ-CD/PMDA 1:4 e γ-CD/PMDA 1:8. Lo scopo della tesi consiste nel vedere quale categoria di nanospugne presenti la miglior prestazione per l’adsorbimento delle molecole prese in esame, ovvero il testosterone e la trans-2-nonenale. Le prove eseguite per tale scopo consistono in prove di adsorbimento per misurare, tramite uso dell’HPLC, la quantità di analita nel surnatante a tempi diversi di adsorbimento e per vedere quanto analita viene adsorbito sotto continua aggiunta di quest’ultimo. Dai risultati ottenuti la miglior nanospugna in termini di prestazioni di adsorbimento del testosterone è la γ-CD/PMDA 1:8 per la quale sono state determinate: la costante d’inclusione, tramite il metodo di Higuchi-Connors; le costanti termodinamiche della reazione d’inclusione; infine, il modello matematico di adsorbimento, Langmuir e Freundlich. Le ultime due prove consistono nell’adsorbimento a tempi diversi della trans-2-nonenale da parte della nanospugna γ-CD/PMDA 1:8 e di una prova olfattiva a confermare i risultati di adsorbimento ottenuti.| File | Dimensione | Formato | |
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