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.