PREPARAZIONE E CARATTERIZZAZIONE CHIMICO-FISICA DI MISCELE COSTITUITE DA SALI DI BENZALCONIO ED ACIDI GRASSI AD ATTIVITA’ ANTIBATTERICA

The main objective of my experimental thesis project is the identification and characterization of a binary mixture consisting of Benzalkonium Chloride (BAC) and fatty acid with antibacterial activity and melting temperature compatible with that of the body for a possible modified release application at contact with the skin. In particular, this mixture could then be applied in the pharmaceutical field, being of fundamental importance since it would prevent the spread of bacterial infections. In the present preliminary work we have taken care of tracing a sort of phase diagram for each system examined and to characterize it from the chemical-physical point of view. To do this, numerous binary systems have been prepared based on benzalkonium chloride salt and fatty acids (Capric, Lauric and Miristico), varying the acid ratio: active ingredient in the preparation of the salt and varying the acid: salt ratio in mixtures with different composition by weight, in order to identify the mixture that had the best desired characteristics, above all, as regards stability and melting point. For the characterization of the raw materials, salts and mixtures that have been prepared starting from the above compounds, multiple analytical techniques were used such as Differential Scanning Calorimetry, Infrared Spectroscopy, Thermogravimetric Analysis and X-Ray Diffractometry. The results obtained from the various analyzes carried out have shown that the mixtures consisting of the salt based on Benzalkonium Chloride and myristic acid with a 1: 1 ratio are the most interesting for the purposes set; in particular, the mixture with the most promising characteristics for the realization of pharmaceutical systems is the binary system consisting of 5% of BAC-C14 salt (1: 1) and 95% of myristic acid, which showed a single melting peak at a temperature lower than that of pure fatty acid (54.4 ° C) and slightly higher than that of Benzalkonium (34 ° C): by slightly raising the melting temperature of the active ingredient, it makes it easier to handle. The most interesting reason, however, is that since Benzalkonium Chloride is toxic if used at high concentrations, with this mixture it is possible to use a much lower quantity, thus limiting the multiple side effects, and with an antibacterial effect compensated with respect to the lower quantity of API thanks to in the presence of fatty acid. To confirm the results obtained, the most promising mixture was also analyzed with Optical Thermomicroscopy and Scanning Electron Microscopy, both for the characterization of the internal morphology and of the transition temperatures. For comparison, other less promising samples were also analyzed with these techniques.

L’obbiettivo principale del mio progetto di tesi sperimentale è l’identificazione e la caratterizzazione di una miscela binaria costituita da Benzalconio Cloruro (BAC) e acido grasso con attività antibatterica e temperatura di fusione compatibile con quella corporea per una possibile applicazione a rilascio modificato a contatto con la pelle. In particolare, questa miscela potrebbe poi essere applicata in ambito farmaceutico, essendo di fondamentale importanza dal momento che impedirebbe il propagarsi delle infezioni batteriche. Nel presente lavoro preliminare ci si è occupati di tracciare una sorta di diagramma di fase per ogni sistema preso in esame e di caratterizzarlo dal punto di vista chimico-fisico. Per fare ciò, sono stati preparati numerosi sistemi binari a base di sale di Benzalconio Cloruro e acidi grassi (Caprico, Laurico e Miristico), variando il rapporto acido:principio attivo nella preparazione del sale e variando il rapporto acido:sale in miscele a diversa composizione in peso, al fine di individuare la miscela che avesse le caratteristiche migliori desiderate, soprattutto, per quanto riguarda stabilità e punto di fusione. Per la caratterizzazione delle materie prime, dei sali e delle miscele che sono stati preparati partendo dai composti sopra riportati, sono state utilizzate molteplici tecniche analitiche come la Calorimetria Differenziale a Scansione, la Spettroscopia Infrarossa, l’Analisi Termogravimetrica e la Diffrattometria a Raggi X. I risultati ottenuti dalle diverse analisi effettuate hanno mostrato che le miscele costituite dal sale a base di Benzalconio Cloruro e acido Miristico con un rapporto 1:1 sono quelle più interessanti per gli scopi che ci si era prefissi; in particolare, la miscela avente le caratteristiche più promettenti per la realizzazione di sistemi farmaceutici è il sistema binario costituito dal 5% di sale BAC-C14 (1:1) e dal 95% di acido Miristico, che ha mostrato un unico picco di fusione a temperatura inferiore a quella dell’acido grasso puro (54,4°C) e di poco superiore a quella del Benzalconio (34°C): innalzando leggermente la temperatura di fusione del principio attivo, fa sì che esso risulti più maneggevole. Il motivo più interessante, però, è che essendo il Benzalconio Cloruro tossico se utilizzato a elevate concentrazioni, con tale miscela è possibile utilizzarne una quantità nettamente inferiore, limitando quindi i molteplici effetti collaterali, e con effetto antibatterico compensato rispetto alla minore quantità di API grazie alla presenza dell’acido grasso. Per confermare i risultati ottenuti, la miscela più promettente è stata analizzata anche con Termomicroscopia ottica e Microscopia Elettronica a Scansione, sia per la caratterizzazione della morfologia interna sia delle temperature di transizione. Per confronto anche altri campioni meno promettenti sono stati analizzati con tali tecniche.