Name: Autor im Rampenlicht: Entwicklung und Charakterisierung umweltfreundlicher Lignin-basierter Mikropartikel für eine verbesserte Abgabe von Bioflavonoiden
Uploaded: 2024-03-01T14:05:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Development and Characterization of Eco-Friendly Lignin-Based Microparticles for Enhanced Delivery of Bioflavonoids at JoVE.com

Diese Studie wurde vom Bulgarischen Wissenschaftsfonds unter der Vertragsnummer KΠ-06 H59/3 und vom Wissenschaftlichen Projekt Nr. 07/2023 FVM der Universität Trakia unterstützt.

1. Synthese von Lignin-Mikropartikeln
<ol><li>Bereiten Sie eine wässrige Lösung mit 50 mg/ml Alkali-Lignin vor, indem Sie 2,5 g Alkali-Lignin in 50 ml Reinstwasser auf einem Magnetrührer auflösen.</li>
	<li>Bereiten Sie eine 1%ige Tween 80-Lösung vor, indem Sie 1 mL Tween 80 in 100 mL Reinstwasser auflösen.</li>
	<li>Bereiten Sie eine 2 M Lösung von HNO3 vor, indem Sie 6,65 mL 67 % HNO3 (Dichte = 1,413 g/ml) mit Reinstwasser auf ein Endvolumen von 50 mL verdünnen.</li>
	<l...

Lignin-Mikro-/Submikron-Partikelsynthese zur Freisetzung von Bioflavonoiden

<ol>
	<li>Yu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+nanoparticles+with+high+phenolic+content+as+efficient+antioxidant+and+sun-blocker+for+food+and+cosmetics.">Lignin nanoparticles with high phenolic content as efficient antioxidant and sun-blocker for food and cosmetics.</a> ACS Sustainable Chem. Eng. 11 (10), 4082-4092 (2023).</li><li>Boarino, A., Klok, H. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opportunities+and+challenges+for+lignin+valorization+in+food+packaging,+antimicrobial,+and+agricultural+applications.">Opportunities and challenges for lignin valorization in food packaging, antimicrobial, and agricultural applications.</a> Biomacromolecules. 24 (3), 1065-1077 (2023).</li><li>Aadil, K., Barapatre, A., Jha, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+Acacia+lignin-gelatin+film+for+its+possible+application+in+food+packaging.">Synthesis and characterization of Acacia lignin-gelatin film for its possible application in food packaging.</a> Bioresour. Bioprocess. 3 (27), 1-11 (2016).</li><li>Sharma, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Valorization+of+lignin+into+nanoparticles+and+nanogel:+characterization+and+application.">Valorization of lignin into nanoparticles and nanogel: characterization and application.</a> Bioresour. Technol. Reports. 18, 101041 (2022).</li><li>Zadeh, E. M., O'Keefe, S. F., Kim, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilization+of+lignin+in+biopolymeric+packaging+films.">Utilization of lignin in biopolymeric packaging films.</a> ACS Omega. 3 (7), 7388-7398 (2018).</li><li>Beaucamp, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+for+energy+applications+-+state+of+the+art,+life+cycle,+technoeconomic+analysis+and+future+trends+(Critical+Review).">Lignin for energy applications - state of the art, life cycle, technoeconomic analysis and future trends (Critical Review).</a> Green Chem. 24, 8193-8226 (2022).</li><li>Antunes, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+sugarcane+to+skin:+Lignin+as+a+multifunctional+ingredient+for+cosmetic+application.">From sugarcane to skin: Lignin as a multifunctional ingredient for cosmetic application.</a> Int J Biol Macromol. 234, 123592 (2023).</li><li>Garg, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+lignin+nanoparticles+for+cancer+drug+delivery:+An+update.">Applications of lignin nanoparticles for cancer drug delivery: An update.</a> Materials Letters. 311, 131573 (2022).</li><li>Anushikha, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+as+a+UV+blocking,+antioxidant,+and+antimicrobial+agent+for+food+packaging+applications.">Lignin as a UV blocking, antioxidant, and antimicrobial agent for food packaging applications.</a> Biomass Conv. Bioref. , 1-14 (2023).</li><li>Freitas, F. M. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=synthesis+of+lignin+nano-+and+micro-particles:+Physicochemical+characterization,+bioactive+properties+and+cytotoxicity+assessment.">synthesis of lignin nano- and micro-particles: Physicochemical characterization, bioactive properties and cytotoxicity assessment.</a> Int J Biol Macromol. 163, 1798-1809 (2020).</li><li>Rismawati, R., Nurdin, I. A., Pradiptha, M. N., Maulidiyah, A., Mubarakati, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterization+of+lignin+nanoparticles+from+rice+straw+after+biosynthesis+using+Lactobacillus+bulgaricus.">Preparation and characterization of lignin nanoparticles from rice straw after biosynthesis using Lactobacillus bulgaricus.</a> Journal of Physics: Conference Series. 9th International Seminar on New Paradigm and Innovation of Natural Sciences and its Application. 1524, 012070 (2020).</li><li>Worku, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+lignin+nanoparticles+from+Oxytenanthera+abyssinica+by+nanoprecipitation+method+followed+by+ultrasonication+for+the+nanocomposite+application.">Synthesis of lignin nanoparticles from Oxytenanthera abyssinica by nanoprecipitation method followed by ultrasonication for the nanocomposite application.</a> Journal of King Saud University - Science. 35 (7), 102793 (2023).</li><li>Gala Morena, A., Tzanov, T. z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antibacterial+lignin-based+nanoparticles+and+their+use+in+composite+materials.">Antibacterial lignin-based nanoparticles and their use in composite materials.</a> Nanoscale Adv. 4, 4447-4469 (2022).</li><li>Ivanova, D., Nikolova, G., Karamalakova, Y., Marutsova, V., Yaneva, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water-soluble+alkali+lignin+as+a+natural+radical+scavenger+and+anticancer+alternative.">Water-soluble alkali lignin as a natural radical scavenger and anticancer alternative.</a> Int J Mol Sci. 24 (16), 12705 (2023).</li><li>Ivanova, D., Toneva, M., Simeonov, E., Antov, G., Yaneva, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Newly+synthesized+lignin+microparticles+as+bioinspired+oral+drug-delivery+vehicles:+Flavonoid-carrier+potential+and+in+vitro+radical-scavenging+activity.">Newly synthesized lignin microparticles as bioinspired oral drug-delivery vehicles: Flavonoid-carrier potential and in vitro radical-scavenging activity.</a> Pharmaceutics. 15 (4), 1067 (2023).</li><li>Yaneva, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antimicrobial+potential+of+conjugated+lignin/morin/chitosan+combinations+as+a+function+of+system+complexity.">Antimicrobial potential of conjugated lignin/morin/chitosan combinations as a function of system complexity.</a> Antibiotics. 11, 650 (2022).</li><li>Handral, H. K., Wyrobnik, T. A., Lam, A. T. -. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+trends+in+biodegradable+microcarriers+for+therapeutic+applications.">Emerging trends in biodegradable microcarriers for therapeutic applications.</a> Polymers. 15 (6), 1487 (2023).</li><li>Figueiredo, P., Lintinen, K., Hirvonen, J. T., Kostiainen, M. A., Santos, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+and+chemical+modifications+of+lignin:+Towards+lignin-based+nanomaterials+for+biomedical+applications.">Properties and chemical modifications of lignin: Towards lignin-based nanomaterials for biomedical applications.</a> Prog. Mater. Sci. 93, 233-269 (2018).</li><li>Tang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin-based+nanoparticles:+a+review+on+their+preparations+and+applications.">Lignin-based nanoparticles: a review on their preparations and applications.</a> Polymers. 12 (11), 2471 (2020).</li><li>Zhao, W., Simmons, B., Singh, S., Ragauskas, A., Cheng, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+lignin+association+to+nano-/micro-particle+preparation:+extracting+higher+value+of+lignin.">From lignin association to nano-/micro-particle preparation: extracting higher value of lignin.</a> Green Chemistry. 18 (21), 5693-5700 (2016).</li><li>Stewart, H., Golding, M., Matia-Merino, L., Archer, R., Davies, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manufacture+of+lignin+microparticles+by+anti-solvent+precipitation:+Effect+of+preparation+temperature+and+presence+of+sodium+dodecyl+sulfate.">Manufacture of lignin microparticles by anti-solvent precipitation: Effect of preparation temperature and presence of sodium dodecyl sulfate.</a> Food Res Int. 66, 93-99 (2014).</li><li>Beisl, S., Friedl, A., Miltner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+from+micro-+to+nanosize:+Applications.">Lignin from micro- to nanosize: Applications.</a> Int. J. Mol. Sci. 18, 2367 (2017).</li><li>Mishra, P. K., Ekielski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+to+synthesize+lignin+nanoparticles.">A simple method to synthesize lignin nanoparticles.</a> Colloids Interfaces. 3, 52 (2019).</li><li>Qian, Y., Deng, Y., Qiu, X., Li, H., Yang, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+uniform+colloidal+spheres+from+lignin,+a+renewable+resource+recovered+from+pulping+spent+liquor.">Formation of uniform colloidal spheres from lignin, a renewable resource recovered from pulping spent liquor.</a> Green Chem. 16, 2156-2163 (2014).</li><li>Tardy, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lignin+nano-+and+microparticles+as+template+for+nanostructured+materials:+formation+of+hollow+metal-phenolic+capsules.">Lignin nano- and microparticles as template for nanostructured materials: formation of hollow metal-phenolic capsules.</a> Green Chem. 20, 1335-1344 (2018).</li><li>Silva, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paraquat-loaded+alginate/chitosan+nanoparticles:+preparation,+characterization+and+soil+sorption+studies.">Paraquat-loaded alginate/chitosan nanoparticles: preparation, characterization and soil sorption studies.</a> J Haz Mat. 190 (1-3), 366-374 (2011).</li><li>Georgieva, N., Yaneva, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+evaluation+of+natural+and+acid-modified+layered+mineral+materials+as+rimifon-carriers+using+UV/VIS,+FTIR,+and+equilibrium+sorption+study.">Comparative evaluation of natural and acid-modified layered mineral materials as rimifon-carriers using UV/VIS, FTIR, and equilibrium sorption study.</a> Cogent Chem. 1 (1), 1-16 (2015).</li><li>Zhang, P., Chen, D., Li, L., Sun, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+reversal+nano-systems+for+tumor+therapy.">Charge reversal nano-systems for tumor therapy.</a> J Nanobiotechnol. 20, 31 (2022).</li><li>Yaneva, Z. L., Georgieva, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removal+of+diazo+dye+from+the+aqueous+phase+by+biosorption+onto+ball-milled+maize+cob+(BMMC)+biomass+of+Zea+mays.">Removal of diazo dye from the aqueous phase by biosorption onto ball-milled maize cob (BMMC) biomass of Zea mays.</a> Maced. J. Chem. Chem. Eng. 32 (1), 133-149 (2013).</li><li>Zatorska, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug-loading+capacity+of+polylactide-based+micro-+and+nanoparticles+-+Experimental+and+molecular+modeling+study.">Drug-loading capacity of polylactide-based micro- and nanoparticles - Experimental and molecular modeling study.</a> Int J Pharmaceutics. 591, 120031 (2020).</li><li>Yaneva, Z., Georgieva, N., Grumezescu, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+5+-+Physicochemical+and+morphological+characterization+of+pharmaceutical+nanocarriers+and+mathematical+modeling+of+drug+encapsulation/release+mass+transfer+processes.">Chapter 5 - Physicochemical and morphological characterization of pharmaceutical nanocarriers and mathematical modeling of drug encapsulation/release mass transfer processes.</a> Nanoscale Fabrication, Optimization, Scale-Up and Biological Aspects of Pharmaceutical Nanotechnology. , 173-218 (2018).</li><li>Yaneva, Z., Georgieva, N., Staleva, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+d,l-&#945;-tocopherol+acetate/zeolite+carrier+system:+equilibrium+study.">Development of d,l-&#945;-tocopherol acetate/zeolite carrier system: equilibrium study.</a> Monatshefte fur Chemie Chemical Monthly. 147 (7), 1167-1175 (2016).</li><li>Yaneva, Z., Georgieva, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+on+the+physical+chemistry,+equilibrium,+and+kinetic+mechanism+of+Azure+A+biosorption+by+Zea+mays+biomass.">Study on the physical chemistry, equilibrium, and kinetic mechanism of Azure A biosorption by Zea mays biomass.</a> Journal of Dispersion Science and Technology. 35 (2), 193-204 (2014).</li></ol>

Zu den wichtigsten kritischen Fragen moderner Synthesemethoden für das Design von Wirkstoffträgerformulierungen auf der Basis von Biopolymeren gehört die Verwendung gefährlicher organischer Reagenzien - flüchtiger und brennbarer Lösungsmittel wie Tetrahydrofuran, Aceton, Methanol und sogar DMSO in hohen Konzentrationen -, was ihre Anwendbarkeit in der Biomedizin, pharmazeutischen Industrie und Lebensmitteltechnologie aufgrund der Manifestation möglicher toxischer Wirkungen einschränkt20<su...

Heutzutage hat die Neigung zu Biopolymeren wie Cellulose, Chitosan, Kollagen, Dextran, Gelatine und Lignin als Vorläufer für das Design von Mikro-/Submikron-Trägern mit anpassbarer Größe, physikalisch-chemischen Eigenschaften und Biofunktionalitäten in der biomedizinischen, pharmazeutischen und lebensmitteltechnischen Industrie aufgrund ihrer Anwendbarkeit im Tissue Engineering, 3D-Bioprinting und in vitro zugenommen Krankheitsmodellierungsplattformen, Verpackungsindustrie, Emulsionszubereitung und Nährstoffabgabeunter anderem 1,2,3.
Neuartige Studien beleuchten die Aspekte von ligninbasierten Hydrogelen sowie Mikro- und Nanoformulierungen4 als vorteilhafte Vehikel für Lebensmittelverpackungsmaterialien5, Energiespeicherung6, Kosmetika7, Wärme-/Lichtstabilisatoren, verstärkte Materialien und Wirkstoffträgermatrizen8 für die Abgabe hydrophober Moleküle, Verbesserung von UV-Barrieren9, als Verstärkungsmittel in Nanokompositen und als Alternative zu anorganischen Nanopartikeln aufgrund einiger aktueller Sicherheitsprobleme 10,11,12. Der Grund für diese Tendenz ist die Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit und Nicht-Toxizität des natürlichen Hetero-Biopolymers sowie seine nachgewiesenen Bioaktivitäten in Bezug auf Lignin-antioxidatives Potenzial und Radikalfänger, antiproliferative und antimikrobielle Aktivitäten 13,14,15,16,17.
In der wissenschaftlichen Literatur werden verschiedene Methoden zur Synthese (Selbstorganisation, Anti-Lösungsmittelfällung, Säurefällung und Lösungsmittelverschiebung)18 und zur Charakterisierung von Lignin-basierten mikro-/nanoskaligen Formulierungen berichtet, einschließlich der Anwendung teurer oder schädlicher Lösungsmittel wie Tetrahydrofuran (THF), Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylformamid (DMF) und Aceton sowie komplizierter, indirekter und langwieriger Prozesse, bei denen viele Geräte und giftige Substanzen verwendetwerden 12,19,20.
Um die letztgenannten Nachteile zu überwinden, stellen die folgenden Protokolle neuartige Methoden für die Synthese von Lignin-basierten Mikro-/Submikron-Partikeln unter Verwendung billiger und umweltfreundlicher Lösungsmittel vor: Einfache, unkomplizierte, schnelle und empfindliche Prozesse, die wenig Ausrüstung, ungiftige Substanzen und einfache Methoden zu ihrer Charakterisierung und zur Bestimmung der Verkapselungskapazität für schwer wasserlösliche bioaktive Verbindungen und des In-vitro-Freisetzungspotenzials der Ligninmatrizen erfordern. Die vorgestellten Produktionsmethoden im Labormaßstab sind vorteilhaft für die Herstellung von funktionellen Ligninträgern mit einstellbaren Größen, hoher Verkapselungskapazität und nachhaltigem In-vitro-Freisetzungsverhalten unter Verwendung einfacher Charakterisierungsverfahren und umweltfreundlicher Chemikalien, die in verschiedenen Bereichen der biomedizinischen Wissenschaften und Lebensmitteltechnologie Anwendung finden können. Zwei Flavonoide wurden als Zielmoleküle in die Ligninpartikel eingekapselt: Morin in die Mikropartikel und Quercetin in die Submikronpartikel. Der Unterschied in den Strukturen beider Flavonoide ist nur die Position der zweiten -OH-Gruppe im B-aromatischen Ring: Die -OH-Gruppe befindet sich auf der 2'-Position in Morin und auf der 3'-Position in Quercetin, somit sind beide organischen Verbindungen Positionsisomere. Letzteres setzt ein ähnliches Verhalten beider bioaktiver Naturstoffe bei den Prozessen der Verkapselung und/oder Freisetzung voraus.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>automatic-cell counter</td>
			<td>EVE, NanoEnTek</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Citric acid</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>251275</td>
			<td>&#160;ACS reagent, &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>digital water bath</td>
			<td>Memmert</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf tubes, 1.5-2 mL</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>34852-M</td>
			<td>absolute, suitable for HPLC, &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folin&#8211;Ciocalteu&#8217;s phenol reagent</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F9252</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;freeze dryer</td>
			<td>Biobase</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gallic acid</td>
			<td>Sigma-</td>
			<td>BCBW7577</td>
			<td>monohydrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>258148</td>
			<td>ACS reagent, 37%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HNO3</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>438073</td>
			<td>&#160;ACS reagent, 70%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lignin, alkali</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>370959</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>morin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>PHL82601</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S9888</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2CO3</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>223530</td>
			<td>powder, &#8805;99.5%, ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaOH</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>655104</td>
			<td>reagent grade, 97%, powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>orbital shaker</td>
			<td>IKA</td>
			<td>KS 130 basic</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH-meter</td>
			<td>Consort</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>phosphate-buffered saline (PBS)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>RNBH7571</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quercetin hydrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>STBG3815V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>statistical software for Excel</td>
			<td>Microsoft Corporation</td>
			<td></td>
			<td>XLSTAT&#160; Version 2022.4.5.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 80</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P8074</td>
			<td>BioXtra, viscous liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultracentrifuge</td>
			<td>Hermle</td>
			<td>Z 326 K</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water system</td>
			<td>Adrona</td>
			<td>INTEGRITY+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultrasound homogenizer</td>
			<td>Bandelin Sonopuls</td>
			<td>HD 2070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV/Vis spectrophotometer</td>
			<td>Hach-Lange</td>
			<td>DR 5000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

green synthesis, characterization, encapsulation, and measurement of the release potential of novel alkali lignin micro-/submicron particles

Die Anwendbarkeit der Biopolymer-Mikro-/Nanotechnologie in der Human-, Veterinär-, Pharma- und Lebensmitteltechnik wächst aufgrund des großen Potenzials von biopolymerbasierten Partikeln als effektive Trägersysteme rasant. Die Verwendung von Lignin als basische Heteropolymer-Biomatrix für das Design innovativer Mikro-/Submikron-Formulierungen ermöglicht die Erzielung einer erhöhten Biokompatibilität und bietet verschiedene aktive funktionelle Gruppen, die Möglichkeiten zur Anpassung der physikalisch-chemischen Eigenschaften und Bioaktivitäten der Formulierungen für verschiedene Anwendungen bieten. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, eine einfache und umweltfreundliche Methodik für die Synthese von Ligninpartikeln mit Mikro- und Submikrongröße zu entwickeln; ihre physikalisch-chemischen, spektralen und strukturellen Eigenschaften zu bewerten; und ihre Fähigkeit zur Verkapselung biologisch aktiver Moleküle und ihr Potenzial für die In-vitro-Freisetzung von Bioflavonoiden in simulierten gastrointestinalen Medien zu untersuchen. Die vorgestellten Methoden verwenden billige und umweltfreundliche Lösungsmittel; Einfache, unkomplizierte, schnelle und empfindliche Prozesse, die wenig Ausrüstung, ungiftige Substanzen und einfache Methoden für ihre Charakterisierung, die Bestimmung des Verkapselungsvermögens gegenüber den schwer wasserlöslichen bioaktiven Verbindungen Morin und Quercetin und das In-vitro-Freisetzungspotenzial der Ligninmatrizen erfordern.

Nowadays inclination towards biopolymers such as cellulose, chitosan, collagen, dextran, gelatin, and lignin as precursors for the design of micro-/submicron carriers with customizable size, physicochemical properties, and biofunctionalities has increased in the biomedical, pharmaceutical, and food technology industries due to their applicability in tissue engineering, 3D bioprinting, in vitro disease modeling platforms, packaging industry, emulsion preparation, and nutrient delivery among others1,2,3.
Novel studies highlight the aspects of lignin-based hydrogels as well as micro- and nano- formulations4 as advantageous vehicles used for food packaging materials5, energy storage6, cosmetics7, thermal/light stabilizers, reinforced materials, and drug-carrier matrices8 for the delivery of hydrophobic molecules, improvement of UV barriers9, as reinforcing agents in nanocomposites, and as an alternative to inorganic nanoparticles due to some recent safety issues10,11,12. The reason behind this tendency is the biocompatibility, biodegradability, and non-toxicity of the natural hetero biopolymer, as well as its proven bioactivities of lignin-antioxidant potential and radical scavenging, anti-proliferative, and antimicrobial activities13,14,15,16,17.
Scientific literature reports various methods for synthesis (self-assembly, anti-solvent precipitation, acid precipitation, and solvent shifting)18 and characterization of lignin-based micro-/nano- scaled formulations, including the application of expensive or harmful solvents such as tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), N,N-dimethylformamide (DMF), and acetone, and complicated, indirect, and tedious processes that use a lot of equipment and toxic substances12,19,20.
To overcome the latter disadvantages, the following protocols present novel methodologies for the synthesis of lignin-based micro-/submicron particles using cheap and green solvents; easy, straightforward, quick, and sensitive processes requiring little equipment, non-toxic substances, and simple methods for their characterization and the determination of encapsulation capacity towards poorly water-soluble bioactive compounds and in vitro release potential of the lignin matrices. The presented lab-scale production methods are advantageous for the manufacture of functional lignin carriers with tunable sizes, high encapsulation capacity, and sustainable in vitro release behavior utilizing simple characterization procedures and eco-friendly chemicals that can find application in various areas of biomedical sciences and food technology. Two flavonoids were applied as target molecules encapsulated into the lignin particles: morin-into the microparticles, and quercetin-into the submicron particles. The difference in the structures of both flavonoids Is only the position of the second -OH group in the B-aromatic ring: the -OH group is on the 2&#39; position in morin and on the 3&#39; position in quercetin, thus both organic compounds are positional isomers. The latter fact presumes similar behavior of both bioactive natural compounds in the processes of encapsulation and/or release.

Autor im Rampenlicht: Entwicklung und Charakterisierung umweltfreundlicher Lignin-basierter Mikropartikel für eine verbesserte Abgabe von Bioflavonoiden

Grüne Synthese, Charakterisierung, Verkapselung und Messung des Freisetzungspotenzials neuartiger Alkali-Lignin-Mikro-/Submikron-Partikel

The objective of this research was to create a straightforward and environmentally friendly process to produce small lignin particles. The study aimed to analyze their physical, chemical, and structural properties, as well as investigate their ability to encapsulate and release bioflavonoids in stimulated gastrointestinal environments. Our method synthesizes lignin based particles using cheap and green solvents.The process is easy, quick, and requires minimal equipment and non-toxic substances. It also has simple methods for characterization, encapsulation, capacity determination, and in-vitro release potential of poorly water soluble bioactive compounds. The innovative biopolymer microparticles are suitable for oral administration due to the lower risk of gastric irritation.The submicron particles, due to the small size and significant release potential, could be applied as injectable formulations.

Es wurde eine Anti-Lösungsmittel-Fällungstechnik zur Herstellung von Alkali-Lignin-Mikro-/Submikron-Partikeln durchgeführt. Eine wässrige Lösung aus verdünnter anorganischer Säure-Salpetersäure/organischer Säure-Zitronensäure wurde in eine wässrige Alkali-Lignin-Lösung dispergiert, die mit einem umweltfreundlichen Tensid/Ethanol angereichert war, was zu einer allmählichen Ausfällung des gelösten Biopolymers führte und nach der Beschallung schließlich eine Suspension aus kompakten Mikro-/Submikron-Partike...

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Wir beschreiben neuartige, einfache Methoden der Synthese und Charakterisierung von biokompatiblen Lignin-Mikro- und Submikron-Partikeln. Diese Formulierungen bieten einen einfachen Ansatz für die Nutzung des Heteropolymers sowie eine Alternative für das rationale Design multifunktionaler Trägermatrizen mit potenzieller Anwendbarkeit in der Biomedizin, Pharmatechnik und Lebensmittelindustrie.

The applicability of biopolymer micro-/nano- technology in human, veterinary medicine, pharmaceutical, and food technology is rapidly growing due to the ...

Ziel dieser Forschung war es, ein einfaches und umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung kleiner Ligninpartikel zu schaffen. Ziel der Studie war es, ihre physikalischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften zu analysieren sowie ihre Fähigkeit zu untersuchen, Bioflavonoide in stimulierten Magen-Darm-Umgebungen einzukapseln und freizusetzen. Unsere Methode synthetisiert Partikel auf Ligninbasis unter Verwendung billiger und umweltfreundlicher Lösungsmittel.Der Prozess ist einfach, schnell und erfordert nur minimale Ausrüstung und ungiftige Substanzen. Es verfügt auch über einfache Methoden zur Charakterisierung, Verkapselung, Kapazitätsbestimmung und In-vitro-Freisetzungspotenzial von schwer wasserlöslichen bioaktiven Verbindungen. Die innovativen Biopolymer-Mikropartikel eignen sich aufgrund des geringeren Risikos einer Magenreizung für die orale Verabreichung.Die Submikron-Partikel könnten aufgrund der geringen Größe und des signifikanten Freisetzungspotenzials als injizierbare Formulierungen eingesetzt werden.

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Research

JoVE Journal

Chemistry

Green Synthesis, Characterization, Encapsulation, and Measurement of the Release Potential of Novel Alkali Lignin Micro-/Submicron Particles

The applicability of biopolymer micro-/nano- technology in human, veterinary medicine, pharmaceutical, and food technology is rapidly growing due to the great potential of biopolymer-based particles as effective carrier systems. The use of lignin as a basic heteropolymer biomatrix for the design of innovative micro-/submicron formulations allows the achievement of increased biocompatibility and offers various active functional groups presenting opportunities for customization of the physicochemical properties and bioactivities of the formulations for diverse applications. The aim of the present study was to develop a simple and ecofriendly methodology for the synthesis of lignin particles with micro- and submicron size; to evaluate their physicochemical, spectral, and structural characteristics; and to examine their capacity for encapsulation of biologically active molecules and potential for in vitro release of bioflavonoids in simulated gastrointestinal media. The presented methodologies apply cheap and green solvents; easy, straightforward, quick, and sensitive processes requiring little equipment, non-toxic substances, and simple methods for their characterization, the determination of encapsulation capacity towards the poorly water-soluble bioactive compounds morin and quercetin, and the in vitro release potential of the lignin matrices.

We describe novel, simple methodologies of synthesis and characterization of biocompatible lignin micro- and submicron particles. These formulations provide a facile approach for the utilization of the heteropolymer, as well as an alternative for the rational design of multifunctional carrier matrices with potential applicability in biomedicine, pharmaceutical technology, and the food industry.