DE69817595T2

DE69817595T2 - Natürliches insekten- und arthropodenvertreibungsmittel

Info

Publication number: DE69817595T2
Application number: DE69817595T
Authority: DE
Inventors: William G. Reifenrath
Original assignee: REIFENRAHT WILLIAM G; Reifenraht William G Richmond
Current assignee: REIFENRAHT WILLIAM G; Reifenraht William G Richmond
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: US6444216B2; US20020009475A1; US20030104023A1; EP1018873B1; US6953814B2; CA2295988C; ATE247901T1; CA2295988A1; EP1018873A1; US20050267210A1; AU8380598A; US6306415B1; AU746766B2; EP1018873A4; WO1999000014A1; DE69817595D1

Description

I. Hintergrund der Erfindung
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der früheren U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 60/051,320, eingereicht am 30. Juni 1997.
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Insekten- und Arthropodenabwehrmittel und spezieller Moskito-, Fliegen-, Zecken- und Milbenabwehrmittel unter Verwendung biologisch basierter Verbindungen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist N,N-Diethyl-m-toluamid (DEET) der Wirkstoff der meisten kommerziellen topischen Insektenabwehrmittel (siehe Tabelle 1, unten), und das gegenwärtige Insektenabwehrmittel der US-Armee (EDTIAR) enthält DEET als seinen Wirkstoff. Die hauptsächlichen kommerziellen Marken Off!® "Deep Woods Off!® und Cutter® sind alles auf DEET basierende Produkte und umfassen 85% des Insektenabwehrmittelverkaufs (Consumer Reports Buying Guide, 1994 Special Year-End Issue). Tests von Verbraucherberichten zeigten, dass Produkte mit der höchsten Konzentration an DEET am längsten gegen Moskitos anhielten, aber warnten, dass eine übermäßige Verwendung von DEET ein Risiko aufwerfen kann, insbesondere für Kinder. Andere Nachteile in Verbindung mit DEET schließen ein: es ist eine synthetische Chemikalie mit einem beschränkten Wirkungsspektrum und einem wahrnehmbar unerfreulichen Geruch; DEET ist ein starker Weichmacher und wird viele Kunststoffe und bemalte Oberflächen auflösen oder beschädigen; DEET erweicht die inneren Bestandteile, die normalerweise in topischen Formulierungen verwendet werden, um die Zeit der Wirksamkeit zu verlängern. Dies führt zu DEET-Formulierungen mit einer niedrigen Akzeptanz beim Verbraucher.
Tabelle 1. Kommerzielle topische Insektenabwehrmittel
In den letzten Jahren ist ein urheberrechtlich geschütztes Badeöl (Skin-So-Soft®, Avon Products, Inc., New York) als ein topisches Insektenabwehrmittel verwendet worden. Zwei seiner Bestandteile (Diisopropyladipat und Benzophenon) wirken abwehrend gegen Aedes aegypti (King, W. V. 1954. "Chemicals evaluated as insecticides and repellents at Orlando, Fla." U.S. Dept. of Agriculture, Agriculture Handbook Nr. 69: 1–397). Aber es wurde berichtet, dass das Badeöl weniger wirksam und weniger anhaltend ist als DEET (Rutledge et al., 1982, „Repellent activity of a proprietary bath oil (Skin-So-Soft)", Mosquito News: 42: 557–559).
Bemühungen zur Entwicklung eines natürlichen Insektenabwehrmittels begründeten Untersuchungen von Ölen von Citronella, Terpentin, Pennyroyal, Zedernholz, Eukalyptus und Wintergrün, aber diese sind relativ unwirksam (Handbook of Nonprescription Drugs, 1993, 10. Edition, American Pharmaceutical Assn., Washington, DC). Teste von Verbraucherberichten zeigten, dass "natürliche Produkte" und Produkte ohne DEET, einschließlich Skin-So-Soft®, wenig oder keinen Schutz gegen Moskitos ermöglichten (Consumer Reports Buying Guide, 1994 Special Year-End Issue). Insektenabwehrmittel für eine nicht rezeptpflichtige orale Verwendung sind nicht im Allgemeinen als sicher und wirksam anerkannt (Federal Register, 1985, 50: 25170).
Franz Bencsits beschreibt im US Patent Nr. 5,594,029 die "Verwendung von ersten Läufen von Kokosnussfettsäuren als Insektenabwehrmittel". Obwohl Bencsits nicht speziell beschreibt, was "erste Läufe" von Kokosnussfettsäuren sind, beschreibt er, dass eine Kombination der "ersten Läufe" mit "... einem anderen Wirkstoff, einem Öl oder Fett ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Rapssamenöl, Sonnenblumenöl, Erdnussöl/butter, ..." usw. ein Insektenabwehrmittel bereitstellt. Weil der Begriff "erste Läufe" kein Fachbegriff ist und von einem durchschnittlichen sachkundigen Fachmann des Fachgebiets nicht verstanden wird, ist es unmöglich, genau zu wissen, welche Substanz Bencsits untersuchte. Der durchschnittlich sachkundige Fachmann im Fachgebiet der Formulierung von Insektenabwehrmitteln weiß nicht, was "erste Läufe" sind oder wie sie zu erhalten sind. Viele Experten verstehen diesen Begriff auch nicht und waren sogar trotz Nachforschungen nicht in der Lage seine Bedeutung zu entdecken. Weiterhin scheinen die beschränkte Anzahl von Tests und Kontrollen und der Mangel an Aufmerksamkeit für Fettsäuren als potenzielle Hautreizstoffe Bencsits Erfindung auf nicht tierische Flächen zu beschränken.
Bencsits lehrt die Verwendung von bis zu 15% Kaliumhydroxid (KOH) in seinen Formulierungen. KOH ionisiert Fettsäuren, wobei diese in nicht flüchtige Salze verwandelt werden. Bencsits lehrt somit von der Verwendbarkeit von flüchtigen Verbindungen weg.
Bernard Crammer et al. beschreiben im U.S. Patent Nr. 5,064,859 ein Verfahren zum Abtöten von Läusen und Läuseeiern, die menschliche Haut und Haare befallen haben, mit einem C₈ bis C₁₂-Alkylrest. Das Patent erwähnt keine Abwehr von lebenden herannahenden Insekten.
Stephen Herman beschreibt im U.S. Patent Nr. 5,093,326 eine Zusammensetzung, umfassend ein ozonisiertes Derivat von ungesättigtem Kohlenwasserstoff zum Abwehren von Insekten von einer Oberfläche. Die Ausführung scheint nicht mit DEET zu konkurrieren.
US-A-3,668,226 betrifft eine immerwährende Insektenabwehr-Zusammensetzung, umfassend ein Vorläufermolekül, welches einen Anteil mit Haut-haftenden Eigenschaften verbunden mit einem Anteil mit Insektenabwehreigenschaften einschließt.
US-A-5,589,181 beschreibt ein Insektenabwehrmittel, enthaltend mindestens eine Fettsäure.
Es besteht klar ein Bedarf für ein lang anhaltendes wirksames Insektenabwehrmittel, welches angenehm zu verwenden ist und welches Kunststoffbehälter oder den Text, der auf den Behältern abgedruckt ist, nicht beschädigt.
II. Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Insekten- und Arthropodenabwehrmittel bereitzustellen, welches sicher, langanhaltend, wirksam und angenehm ist. Es ist eine weitere Aufgabe der erfindungsgemäßen Formulierung, die Beschädigung von Kunststoffbehältern und den Text, der auf die Behälter gedruckt ist, was mit gegenwärtig wirksamen Insektenabwehrformulierungen verbunden ist, zu vermeiden.
Das vorliegende erfindungsgemäße Insekten- und Arthropodenabwehrmittel umfasst eine Kombination von zwei oder mehr homologen flüchtigen Abwehrmolekülen, ähnlich oder gleich mit denjenigen, die normalerweise auf menschlicher Haut gefunden werden, worin mindestens eines der Moleküle einen Dampfdruck zwischen etwa 0,1 mm Hg (1 mm Hg = 1,333 mbar) und etwa 10 mm Hg bei 125° C und mindestens ein anderes Molekül einen Dampfdruck zwischen etwa 5 mm Hg und etwa 100 mg Hg bei 125°C besitzt.
III. Zusammenfassende Beschreibung der Zeichnungen
1: veranschaulicht die Verdampfungsrate solch eines hypothetischen langanhaltenden Abwehrmittels mit einer relativ konstanten Verdampfungsrate, die ausreichend über der MEER liegt, um eine wirksame Abwehr beizubehalten.
2: zeigt eine schematische Darstellung eines Hautpenetrations/-Verdampfungslaborapparats.
3: zeigt die Abwehrwirkung von Homologen, enthaltend 8 bis 11 Kohlenstoffatome aufgetragen auf Gase, im Vergleich zu DEET als Prozentangabe.
4: zeigt die Abwehrwirkung von Homologen, enthaltend 8 bis 10 Kohlenstoffatome, aufgetragen auf Haut, im Vergleich mit DEET als Prozentangabe. Die Abwehrwirkung sank mit ansteigenden Anzahlen der Kohlenstoffatome dramatisch.
5: zeigt ein Diagramm der Abwehrwirkung als Prozentangabe, zwei Stunden nach dem Auftrag auf die Haut. 4-Methyloctansäure (4MOCTAN) und Nonansäure (C9) besaßen die höchste Abwehrwirkung.
6: zeigt ein Diagramm, das die Abwehrwirkung als Prozentangabe von 0,3 und 0,6 mg/cm²4MOCTAN und 0,3 mg/cm² DEET über einen Zeitraum von 4 Stunden vergleicht. Wenn in Betracht gezogen wird, dass etwa 50% des 4MOCTAN beim pH der Haut ionisiert, ist die Abwehrwirkung von 4MOCTAN nahezu gleich mit der von DEET.
7a: zeigt ein Diagramm der Abwehrwirkung als Prozentangabe gegen die Zeit für jedes der drei Moleküle Octansäure C8, Nonansäure C9 und Decansäure C10, im Vergleich mit DEET.
7b: zeigt ein Diagramm der Abwehrwirkung als Prozentangabe gegenüber der Zeit für ein 1 : 1 : 1 Gemisch von Octansäure (C8), Nonansäure (C9) und Decansäure (C10), jede mit einer topischen Dosierung von 0,2 mg/cm², und 0,3 mg/cm² DEET. Die C8C9C10-Kombination ergab 8 Stunden nach Auftrag eine Abwehrwirkung, die vergleichbar von der DEET nach 4 Stunden war.
8: zeigt eine schematische Darstellung eines modifizierten Feinsod-Spielman-Olfaktometers.
9: zeigt ein Histogramm von Olfaktometer-Bewertungen, welche die Attraktivität von weiblichen Testobjekten misst. Eine höhere Zahl bezeichnet eine größere Attraktivität.
10: zeigt ein Histogramm von Olfaktometer-Bewertungen, welche die Attraktivität von männlichen Testobjekten misst. Eine höhere Zahl bezeichnet eine größere Attraktivität.
11: zeigt ein Diagramm von Olfaktometer-Bewertungen von weiblichen Testobjekten, welche die Attraktivität messen, gegenüber dem Alter.
12: zeigt ein Diagramm von Olfaktometer-Bewertungen von männlichen Testobjekten, welche die Attraktivität messen, gegenüber dem Alter.
13: zeigt die Veränderung in der Verdampfungsrate von DEET gegenüber der Zeit und von einem Gemisch aus gleichen Konzentrationen von C₈, C₉ und C₁₀; die gerade Linie stellt die minimale wirksame Verdunstungsrate für DEET dar.
14: zeigt einen Vergleich der Abwehrwirkung von formuliertem C8C9C10 gegenüber Skintastic gegen Aedes aegypti Moskitos.
IV. Genaue Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Formulierung zur Anwendung auf die Haut, welche ein natürliches angenehmes Gefühl besitzt, welche aus Fettsäuren oder anderen organischen molekularen Spezies hergestellt ist, die normalerweise auf der Haut vieler Menschen gefunden werden, und welche ungefähr so wirksam wie DEET ist, sowohl im Hinblick auf die Abwehrwirkung als auch auf die Wirkungsdauer. Die aktiven Abwehrmoleküle besitzen eine polare Gruppe, die an eine nicht polare Gruppe angeheftet ist, umfassend zwischen etwa drei und etwa zwölf Kohlenstoffatome. Die nicht polare Gruppe kann eine verzweigte Kohlenstoffkette eine nicht verzweigte Kohlenstoffkette umfassen. Die polare Gruppe kann Carboxyl, Alkohol, Keton, Lacton oder andere polare Gruppen umfassen. Eine wirksame Formulierung oder Zusammensetzung von Abwehrmolekülen umfasst Moleküle mit mindestens zwei verschiedenen Flüchtigkeiten. Um solch ein Gemisch zu erreichen, können homologe Moleküle mit verschieden langen unverzweigten Kohlenstoffketten verwendet werden, weil kürzere unverzweigte Kohlenstoffketten flüchtiger sind als längere unverzweigte Kohlenstoffketten. Ein anderes Verfahren zum Erreichen eines Gemischs von Flüchtigkeiten ist es, homologe Moleküle mit einer verzweigten nicht polaren Kette mit Molekülen mit verschiedenen (oder keinen) Verzweigungsanordnungen derselben Kohlenstoffanzahl zu mischen. Es wird für durchschnittlich ausgebildete Chemiker offensichtlich sein, dass ein Gemisch, das verschiedene andere Kombinationen von Homologen und Isomeren eines aktiven Abwehrmoleküls umfasst, eine Kombination von Flüchtigkeiten ergeben wird.
Die erfindungsgemäße Formulierung umfasst eine Kombination von zwei oder mehreren homologen flüchtigen Abwehrmolekülen, ähnlich oder identisch mit denjenigen, die normalerweise auf menschlicher Haut gefunden werden, worin mindestens eines der Moleküle einen Dampfdruck zwischen 0,1 mm Hg und 10 mm Hg bei 125°C und mindestens ein anderes Molekül einen Dampfdruck zwischen 5 mm Hg und 100 mm Hg bei 125° C besitzt. Bevorzugt sind die Moleküle freie Fettsäurekohlenstoffketten mit zwischen 3 und 12 Kohlenstoffatomen und einer polaren Gruppe an einem Ende.
Bevorzugt werden die Abwehrmoleküle in einem dermatologisch akzeptablen Träger gemischt. Der Träger erlaubt es, dass die Formulierung auf eine wirksame Konzentration an Abwehrmolekülen eingestellt wird. Der Träger kann weiterhin ein wasserabweisendes Verhalten bereitstellen, Hautreizungen verhindern und/oder die Haut beruhigen und konditionieren. Zum Beispiel kann der Träger Silikon, Petrolatum, Lanolin oder viele von mehreren anderen gut bekannten Trägerbestandteilen enthalten.
Insektenabwehrmittel bilden eine ungewöhnliche Verbindungsklasse, wobei eine Verdampfung des Wirkstoffs von der Hautoberfläche für die Wirksamkeit notwendig ist. Eine Verdampfungsrate, die größer ist als die minimale wirksame Verdampfungsrate (MEER), ergibt einen signifikanten und unerwünschten Verlustmodus. Eine Penetration in und durch die Haut ist ebenso ein unerwünschter Verlustmodus der Verbindung von der Hautoberfläche. In der Vergangenheit versuchten Forscher, diese Eigenschaften auszugleichen durch Auffinden eines einzelnen Wirkstoffs mit dem richtigen Gleichgewicht der stofflichen Eigenschaften. Alternativ war der Wirkstoff mit polymeren und inerten Bestandteilen formuliert, die zu dem Wirkstoff zugegeben waren, mit der Absicht, die Persistenz des Wirkstoffs auf der Hautoberfläche zu modifizieren. Die Zugabe inerter Bestandteile zu dem Wirkstoff beschränkt die Zahl der Moleküle des Wirkstoffs auf der Oberfläche des abwehrenden Films. Da ein Molekül auf der Oberfläche sein muss, um zu verdampfen, wird die Verdampfungsrate verringert. Dies bringt die negative Konsequenz mit sich, dass die Konzentration des Wirkstoffs verdünnt wird, welche auf die Haut aufgetragen werden kann, was wiederum die Gesamtwirksamkeit einer Formulierung, die inerte Bestandteile enthält, verringert. In einer anderen Alternative war der Wirkstoff in Mikrokapseln enthalten, um die Verlustraten von der Hautoberfläche zu kontrollieren. Ein anderes Verfahren zur Begrenzung der Verdampfungsrate des Wirkstoffs war es, ein Vorläufermolekül zu synthetisieren, welches langsam auf der Hautoberfläche zerfällt, um den Wirkstoff freizusetzen.
Wünschenswerte Eigenschaften eines topischen Insektenabwehrmittels schließen eine geringe Toxizität, einen Widerstand gegenüber Verlust durch Wasserimmersion oder Schwitzen, geringe oder keinen Geruch oder zumindest einen angenehmen Geruch, ein einfaches Auftragen und eine schnelle Bildung eines trockenen, nicht klebenden Oberflächenfilms ein. Versuche, die Eigenschaften von DEET durch Polymer- oder Mikrokapselbildung zu verbessern, scheiterten durch die weichmachenden Eigenschaften von DEET, welche zu einer sehr klebrigen Hautoberfläche führen.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein neues Verfahren zur Entwicklung eines optimalen topischen Abwehrmittels, zuerst durch Derivatisieren der Wirkstoffe von Chemikalien, die bereits natürlich auf der Haut gefunden werden, und zweitens durch Verwendung von Homologen der Wirkstoffe, um die Verdampfungsrate zu optimieren. Da die Homologen auch eine abwehrende Wirkung besitzen, im Gegensatz zu inerten Bestandteilen, welche dies nicht tun, wird die Menge an wirksamem Abwehrmittel auf der Hautoberfläche maximiert.
Wenn die Insektenabwehr-Zusammensetzung formuliert wird, ist es wichtig, ein Volumen von Abwehrmolekülen mit relativ hohen Flüchtigkeiten mit einem Volumen von Abwehrmolekülen mit einer geringeren Flüchtigkeit, welche länger auf der Haut verbleiben werden, zu kombinieren. Ein Weg, dieses Gemisch an Flüchtigkeiten zu erreichen ist es, organische Moleküle mit unverzweigten Ketten von verschiedenen Kettenlängen zu mischen, das bedeutet kürzere Kohlenstoffketten, welche flüchtiger sind, mit längeren Kohlenstoffketten zu mischen. Bevorzugt besitzen die kürzeren Ketten zwischen 6 und 8 Kohlenstoffatome pro Molekül. Bevorzugt besitzen die längeren Ketten zwischen 9 und 12 Kohlenstoffatome pro Molekül.
Eine breite Vielzahl von Verbindungen besitzt eine Insektenabwehr- und/oder Moskitoabwehrwirkung, wie durch die Vielzahl von chemischen Strukturen ausgedrückt wird, über die durch die USDA („Chemicals Evaluated as Insecticides and Repellents at Orlando, Fla.", erstellt von W. V. King, US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Agriculture Handbook Nr. 69) berichtet wird, dass sie eine Abwehrwirkung enthalten. Eine Aktivität wird in Alkoholen, Amiden, Estern, Ketonen, Säuren, Lactonen, Lactamen usw. gefunden, und Stellungsisomere von DEET oder die Diastereoisomere von Ethylhexandiol, beides gut untersuchte Abwehrmittel, besitzen eine ähnliche Abwehrwirkung. Die Wirkung scheint von den stofflichen Eigenschaften dieser Verbindungen abzuhängen. Eine Eigenschaft, welche wichtig ist, ist die Oberflächenaktivität, da die meisten, wenn nicht alle Abwehrmittel sowohl polare als auch nicht polare Regionen in deren Struktur enthalten. Eine zweite Eigenschaft ist die Flüchtigkeit. Da die sensorischen Rezeptoren von Moskitos für Moskitoabwehrmittel wie etwa DEET auf den Antennen der Moskitos angeordnet sind, hängt die Wirksamkeit einer Abwehrverbindung von seiner Flüchtigkeit von der Hautoberfläche ab. Es ist für die Abwehrverbindung wünschenswert, die Antennen des Moskitos zu erreichen, bevor der Moskito auf der Haut landet. Wenn die Antennen von Moskitos entfernt werden, werden sie von DEET nicht abgewehrt. Viele Jahre der Beobachtung des Moskitoverhaltens ergaben, dass das Beißen auftritt, kurz nachdem die Moskitos beginnen, auf der mit Abwehrmittel behandelten Haut zu landen.
Deswegen ist die Verdampfungsrate von Abwehrmitteln von der Hautfläche ein extrem wichtiger Faktor bei der Fähigkeit von Abwehrmitteln, die Haut von Bissen zu schützen. Eine gewisse minimale Konzentration an Abwehrmittel wird im Luftraum direkt oberhalb der Hautfläche benötigt, um die Insekten abzuwehren, und diese Konzentration ist ein Maß für die Wirksamkeit des Abwehrmittels. Um diese Konzentration aufrechtzuerhalten, muss jedes Abwehrmittel eine minimale wirksame Verdampfungsrate (MEER, „minimal effective evaporation rate") von der Hautfläche besitzen. Die MEER wird sich als eine Funktion der Feldbedingungen verändern. Zum Beispiel wird eine höhere MEER erforderlich sein, wenn die Begierde oder die Tendenz eines Moskitos zum Beißen ansteigt. Ein anderer wichtiger Faktor, der die MEER beeinflusst, ist die Konzentration an Moskitos. In einer Umgebung mit einer geringen Konzentration an Moskitos, wobei diese Moskitos nicht hungrig waren, konnte die MEER zum Beispiel so gering wie 2 oder häufiger 5 oder 6 sein. In einer Umgebung mit einer hohen Konzentration an hungrigen Moskitos kann die MEER so hoch wie 12 oder sogar 15 sein. In vielen Umgebungen ist eine MEER von etwa 9 oder 10 erforderlich, wie in 1 angegeben.
Die Verdampfungsrate der reinen Flüssigkeit einer Verbindung von der Fläche wird eine Funktion ihres Dampfdrucks (VP) und Molekulargewichts (M) sein, wie durch die Gleichung (1) gegeben, wobei feine Konstante ist (W. F. Spencer und W. J. Farmer, "Assessment of the Vapor Behavior of Toxic Organic Chemicals", in Dynamics, Exposure and Hazard Assessment of Toxic Chemicals, R. Haque, Editor, Ann Arbor (1980), Seiten 143–161). Verdampfungsrate (Flüssigkeitsmenge) = f(VP)(M)0,5 (1)
Wenn ein Abwehrmittel in kleinen Dosen auf die Hautfläche aufgetragen wird, wird die Verdampfungsrate durch viele Faktoren bestimmt, einschließlich der Rate der Hautabsorption. Die Verdampfungsrate wird mit der Zeit (t) abnehmen, im Verhältnis zu der Menge der Chemikalie, die auf der Hautoberfläche verbleibt, und kann durch die Gleichung (2) angenähert werden, wobei A die Verdampfungsrate bei t = 0 und e und k Konstanten sind. Verdampfungsrate (Hautfläche) = Ae–kt (2)
Zu einem bestimmten Zeitpunkt (t_d) nach der topischen Applikation wird die Verdampfungsrate eines Abwehrmittels von der Haut weniger als die MEER und es wird ein Beißen auftreten. Der Zeitpunkt td stellt die wirksame Dauer des Abwehrschutzes dar. Ein lang anhaltendes Abwehrmittel für die Haut wird eine relativ konstante Verdampfungsrate besitzen (ein geringer Wert von "k" in der Gleichung 2), welche ausreichend oberhalb der MEER liegt. 1 i veranschaulicht die Verdampfungsrate solch eines hypothetischen Abwehrmittels. Das Insektenabwehrmittel DEET war das Ergebnis einer intensiven Suche durch die USDA, um solch eine Verbindung zu finden. Unglücklicherweise variiert die Abwehrwirkung von DEET dennoch in seiner Verdampfungsrate, welche in einem Laborinstrument wie etwa dem "Hautpenetrations/Verdampfungsapparat", gezeigt in 2, und in echten Feldbedingungen verschieden sein kann. Gemessen mit dem in 2 gezeigten Apparat ist die Verdampfungsrate von DEET unmittelbar nach dem Auftragen viel höher als die MEER; die Rate sinkt danach schnell ab. Unter Laborbedingungen stellt DEET nur 5 bis 7 Stunden einen Schutz bereit, und viel weniger als der unter sommerlichen Feldbedingungen.
Es sind viele Versuche unternommen worden, um DEET mit inerten Bestandteilen zu formulieren, um seine anfänglich übermäßige Verdampfungs rate zu verringern und um das Zeitintervall auszudehnen, indem die Verdampfungsrate oberhalb der MEER liegt. Aber DEET erweicht oder löst viele dieser Materialien teilweise auf, was sie unwirksam macht, oder erzeugt eine klebrige Formulierung, die für eine Verwendung auf der Haut nicht akzeptabel ist. Dieser Versuch leidet auch unter der Tatsache, dass nur eine bestimmte Gesamtmenge einer Abwehrmittelformulierung auf die Hautoberfläche aufgetragen werden kann, und dass die Zugabe inerter Bestandteile zu der Formulierung die Menge an Wirkstoff verringert, welcher aufgetragen werden kann. Im Allgemeinen muss das Verhältnis (Gewicht) von zugegebenem inerten Bestandteil zu DEET mindestens 3–4 sein, ehe der Zusatz anfängt, die Verdampfungsrate von DEET wesentlich zu beeinflussen ("Evaporation and Skin Penetration Characteristics of Mosquito Repellent Formulations", W. G. Reifenrath, G. S. Hawkins und M. S. Kurtz, J. Am. Mosq. Control Assn., 5: 45-51, 1989).
Natürlich vorkommende Fettsäuren enthalten sowohl polare (Carbonsäuregruppe) als auch nicht polare (Alkylkette) Regionen in deren Struktur, und die Homologen mit geringerem Molekulargewicht sind ausreichend flüchtig, um von der Hautoberfläche zu verdampfen. Individuell besitzen diese Verbindungen eine Abwehrwirkung. Eine Anzahl dieser Verbindungen wurde auf nicht absorptive Gase aufgetragen, die zwischen den menschlichen Unterarm und das Olfaktometer, das Moskitos enthielt, montiert wurde. Diese Tests wurden unmittelbar nach dem Auftragen durchgeführt, um Verluste durch Verdampfung zu minimieren (ausführlich in "Beispiel 2" unten beschrieben). Weil die Hautabsorption und der Verdampfungsverlust minimiert wird, kann dieser Test als ein Maß der Wirksamkeit der Verbindungen betrachtet werden. Homologe, enthaltend 8 bis 11 Kohlenstoffatome, besaßen eine ähnliche Wirksamkeit (Abwehrwirkung als Prozentangabe), welche größer war als die von DEET (3). Homologe mit sechs Kohlenstoffen und Homologe mit zwölf Kohlenstoffen besaßen eine Wirksamkeit, die gleich oder geringer als DEET war. Diese Ergebnisse lenkten die Aufmerksamkeit auf Carbonsäuren, enthaltend sechs bis zwölf Kohlenstoffatome. Wenn die Abwehrwirkung dieser Verbindungen innerhalb dieses Bereichs unmittelbar nach dem Auftragen auf die Haut bestimmt wurde (beschrieben in Beispiel 2, unten), besaßen nur die gesättigten Derivate Octansäure (C8) und 4-Methyloctansäure (4MOCTAN) eine Abwehrwirkung, vergleichbar mit DEET, und die ungesättigten Derivate 2-Octensäure (2OCTEN) und 3-Methyl-2-octensäure (3M2OCTEN) waren weniger abwehrend (4). Die Abwehrwirkung in Prozent sank dramatisch mit steigenden Zahlen der Kohlenstoffatome im Molekül (4). Zwei Stunden nach dem Auftrag auf die Haut besaßen 4-Methyloctansäure (4MOCTAN) und Nonansäure (C9) die höchste Abwehrwirkung (5). Die Nonasäure war bevorzugt gesättigt. 4MOCTAN besaß das beste Gesamtverhalten zu den Zeitpunkten null und zwei Stunden. Es sollte zu den 4 und 5 bemerkt werden, dass die Carbonsäuren auf der Haut bei einem pH existieren, welcher 50% der Moleküle ionisiert (pH = pKa der Säuren). Da die ionisierten Spezies nicht flüchtig sind, beträgt die tatsächlich verfügbare Dosis ungefähr 50% derer von DEET. Wenn dieser Faktor in Betracht gezogen wird, ist die Abwehrwirkung von 4MOCTAN bei 0,6 mg/cm² nahezu gleich mit der von DEET über einen 4-stündigen Zeitraum (6). Aber 4MOCTAN ist thermisch instabil und ist im Allgemeinen nicht kommerziell erhältlich.
Eher als eine zeitaufwendige Suche für eine einzelne Carbonsäure mit optimalen Abwehreigenschaften und Akzeptanz des Verwenders (viele kurzkettige Fettsäuren besitzen sehr starke unangenehme Gerüche) durchzuführen, wurde ein Gemisch von abwehrenden Fettsäuren untersucht, umfassend einen Flüchtigkeitsbereich. Theoretisch "konkurrieren" Moleküle in einem Gemisch miteinander, um den Verdampfungsverlust von der Hautfläche, und die anfängliche Verdampfungsrate jedes Bestandteils wird geringer sein als die einer gleichen Dosis des reinen Bestandteils. Anfänglich wird von jedem Bestandteil erwartet, ungefähr die gleiche prozentuale Reduktion in der Verdampfungsrate zu durchlaufen, wenn die Bestandteile in gleichen Mengen vorliegen. Der Bestandteil mit dem höchsten Dampfdruck wird die größte Reduktion in der Masse der Bestandteile besitzen, welche in den Luftraum über der Haut eintritt. Zu späteren Zeitpunkten wird die Verdampfungsrate jedes Bestandteils höher sein als die einer gleichen Dosis des reinen Bestandteils. Wiederum wird der Bestandteil mit dem höchsten Dampfdruck die größte Zunahme in der Masse der Bestandteile besitzen, welche in den Luftraum über der Haut eintritt. Das Mischen von weniger flüchtigen, aber noch immer aktiven längeren Ketten mit den flüchtigeren kürzeren Ketten ergibt eine konstante Verdampfung von wirksamen Abwehrmolekülen von der Oberfläche des Films des erfindungsgemäßen Insekten- und Arthropodenabwehrmittels, nachdem es auf die Haut, Haare oder Bekleidung des Verwenders aufgetragen wurde. Das Nettoergebnis des Gemischs wird die Verringerung in der anfänglichen übermäßigen Verdampfung des flüchtigsten Abwehrbestandteils sein und zu späteren Zeitpunkten eine höhere Gesamtrate der Verdampfung von Abwehrmittelmolekülen in den Luftraum über der Haut. Solch ein Ergebnis wird zu einer Zusammensetzung mit einer erweiterten Schutzdauer führen. Speziell fanden wir, dass ein 1 : 1 : 1-Gemisch von Octansäure (C8), Nonansäure (C9) und Decansäure (C10), jede mit einer topischen Dosis von 0,2 mg/cm², eine Abwehrwirkung bei 8 Stunden nach dem Auftragen ergab, die vergleichbar war mit der von DEET nach 4 Stunden. 7A zeigt die Abwehrwirkung in Prozent jedes Bestandteils selbst und 7B zeigt die Abwehrwirkung in Prozent des erfindungsgemäßen Abwehrmittels, das zwei oder mehr Moleküle mit verschiedenen Flüchtigkeiten kombiniert. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Gemischs ist die Fähigkeit, das Verhältnis der Bestandteile leicht zu verändern, um es den Bedingungen anzupassen. Wenn die Begierde der Moskitos oder der Beißdruck sehr hoch ist (zum Beispiel in den Florida Everglades), kann das Gemisch sofort versagen, weil die anfängliche Verdampfungsrate die MEER nicht übersteigt. In diesem Fall kann der Anteil von C8, des flüchtigsten Bestandteils, erhöht werden, um eine effektive Abwehr bereitzustellen, obwohl etwas Verlust bei der Dauer erwartet werden würde.
Die relativen Konzentrationen von Molekülen mit mehr und weniger Flüchtigkeit, die einer bestimmten Formulierung verwendet werden, können in Abhängigkeit von den Bedürfnissen des Verwenders stark variieren. Wo es leicht ist, das Abwehrmittel wieder aufzutragen, wird ein höherer Prozentanteil der kürzeren, flüchtigeren Bestandteile verwendet; wo es wichtig ist, einen lang anhaltenden Schutz zu haben, wird ein hoher Prozentanteil des längeren, weniger flüchtigen Moleküls verwendet.
Wie oben dargelegt, besitzen die kürzeren Ketten bevorzugt zwischen 6 und 8 Kohlenstoffatome pro Molekül und die längeren Ketten bevorzugt zwischen 8 und 12 Kohlenstoffatome pro Molekül.
Der kürzerkettige Bestandteil kann zum Beispiel zwischen 1% und 99% der Wirkstoffe variieren. Mehr bevorzugt variiert er zwischen 10% und 90% der Wirkstoffe. Alternativ variiert er zwischen 40 und 60% der Wirkstoffe. Der längerkettige Bestandteil kann auch zwischen 1% und 99% der Wirkstoffe variieren. Mehr bevorzugt variiert er zwischen 10% und 90% der Wirkstoffe. Alternativ variiert er zwischen 40% und 60% der Wirkstoffe.
Für viele Anwendungen ist es am meisten erstrebenswert, drei oder mehr Flüchtigkeitsbereiche in den Wirkstoffen vorliegen zu haben. Ein Beispiel wäre ein Gemisch, in dem relativ kurze, mittlere und lange Ketten vorliegen würden. Die Prozentanteile, mit denen diese Bestandteile für eine bestimmte Anwendung gemischt werden, werden einem Durchschnittsfachmann schnell ersichtlich werden. Wenn mehr als unverzweigte Kettengrößen im Abwehrmittel gemischt werden, besitzt der kürzerkettige Bestandteil bevorzugt zwischen 6 und 8 Kohlenstoffatome pro Molekül, der mittlere Kettenbestandteil besitzt zwischen 8 und 9 Kohlenstoffen pro Molekül und der relativ längerkettige Bestandteil besitzt zwischen 9 und 12 Kohlenstoffen pro Molekül.
Der Bestandteil mit hoher Flüchtigkeit kann zwischen 1% und 99% des Wirkstoffs variieren. Mehr bevorzugt variiert er zwischen 10% und 70% der Wirkstoffe. Alternativ variiert er zwischen 20% und 50% der Wirkstoffe. Die Komponente mit mittlerer Flüchtigkeit kann zwischen 1% und 99% der Wirkstoffe variieren. Mehr bevorzugt variiert sie zwischen 10% und 70% der Wirkstoffe. Alternativ variiert sie zwischen 20% und 50% der Wirkstoffe. Der Bestandteil mit der geringsten Flüchtigkeit kann zwischen 1% und 99% der Wirkstoffe variieren. Mehr bevorzugt variiert er zwischen 10% und 70% der Wirkstoffe. Alternativ variiert er zwischen 20% und 50% der Wirkstoffe.
Unter Molekülen mit unverzweigten Kohlenstoffketten besitzen diejenigen Moleküle mit kürzeren Ketten höhere Flüchtigkeiten als längere Ketten. Zusätzliche Modifikationen in der Flüchtigkeit der Bestandteile der Verbindungen werden durch Modifizierung der Verzweigung der Ketten erzeugt. Im Allgemeinen erhöht eine Verzweigung an einer Kette die Flüchtigkeit.
Das erfindungsgemäße Abwehrmittel umfasst eine neue Kombination von organischen Molekülen mit verschiedenen Verdampfungsraten, wobei der Dampfdruck mit der Verdampfungsrate in Verbindung steht. Somit umfasst eine Formulierung des erfindungsgemäßen Abwehrmittels ein Gemisch aus drei geradkettigen Moleküle, wie etwa Octansäure, Nonansäure und Decansäure. Eine andere Formulierung umfasst ein Gemisch von beispielsweise geradkettigem C-10 (Decansäure), kombiniert mit verzweigten Molekülen mit zehn Kohlenstoffen, wie etwa 4-Methylnonansäure. Jede Kombination von organischen Molekülen mit den passenden Flüchtigkeiten, um eine sofortige und lang anhaltende Wirksamkeit auszugleichen, kann verwendet werden, um das erfindungsgemäße Abwehrmittel zu formulieren. Geradkettige und verzweigtkettige organische Moleküle werden kombiniert, um dieses Gleichgewicht zu erreichen, ebenso wie Kombinationen von geradkettigen Längen oder verzweigtkettigen Molekülen mit den gleichen oder verschiedenen Zahlen an Kohlenstoffen. Die Wahl, welche organischen Moleküle in dem erfindungsgemäßen Abwehrmittel verwendet werden, wird bestimmt durch Faktoren wie etwa kommerzielle Erhältlichkeit, Kosten, Abwehrfähigkeit, Verdampfungsrate, Geruch und Stabilität.
Überblick über die Literatur im allgemeinen Gebiet der Erfindung:
Es gibt reichlich Anhaltspunkte dafür, dass menschliche Haut sowohl für Moskitos anziehende als auch abwehrende Verbindungen ausströmt. Es ist wahrscheinlich keine einzelne Verbindung für die Anziehung von Moskitos verantwortlich; das gleiche kann für die Abstoßung Moskitos gesagt werden. Die Wechselwirkung dieser Verbindungen ist wahrscheinlich von Bedeutung in der allgemeinen Antwort des Moskitos. Brown (Brown A. W. A., H. P. Roessler, E. Y. Lipsitz und A. G. Carmichael. "Factors in the attractiveness of bodies for mosquitoes". The Canadian Entomologist 96: 102–103, 1964) zählt eine Anzahl von Faktoren auf, die in die Anziehung der Moskitos vom Menschen involviert sind (in der Reihenfolge der Bedeutung): Feuchtigkeit, Übertragungswärme, Kohlendioxid, Bewegung, Kontur oder Anstieg in schwarz-weißen Grenzflächen und Reflexionsvermögen. Der Einfluss von Kohlendioxid als ein "Aktivierungsmittel" für Moskitos ist seit langem bekannt gewesen (Rudolphs, W. „Chemotropism of mosquitoes". New Jersey Agricultural Experiment Station Bulletin Nr. 367, 1922). Aber Acree und Mitarbeiter (Acree, F., R. B. Turner, H. K. Gouck, M. Beroza und N. Smith. „L-Lactic Acid: A mosquito attractant isolated from humans". Science, 161: 3846-7, 1968) haben gezeigt, dass Kohlendioxid nur in gereinigter Luft Moskitos nicht anzieht. Thiel und Laarman fanden, dass Luft, die den Arm überstreicht, anziehend war, sogar, wenn Kohlendioxid und Feuchtigkeit entfernt worden waren; sie schlussfolgerten, dass die Anwesenheit von anderen Lockstoffen oder Gerüchen für die Anziehung verantwortlich war (Van Thiel, P. H. und J. J. Laarman. „What are the reactions by which the female Anopheles find ist blood supplies?" Acta Leidensia 24: 180–187, 1954). Snow (Snow, W. F. "The effect of a reduction in expired carbon dioxide on the attractiveness of human subjects to mosquitoes", Bull. Ent. Res. 69: 43–48, 1970) untersuchte die Moskitoanziehung auf normale Objekte und auf Objekte, welche einen Atemapparat trugen, um das meiste des ausgeatmeten Kohlendioxids zu entfernen. Es wurden weniger Moskitos von den Objekten mit reduzierter Kohlendioxidabgabe angezogen. Aber wenn die Moskitos in einer geringen Reichweite des Wirts waren, hatte die experimentelle Behandlung keinen Effekt auf das Verhältnis, mit dem die Moskitos zu fressen versuchten. Snow schlussfolgerte aus dieser Untersuchung, dass Kohlendioxid, das von der Lunge stammt, wichtiger sein kann als ein weitreichender Lockstoff. Berichte von Rahm (Rahm, U. Zum Problem der Attraktion von Stechmücken durch den Menschen, Acta Trop., 13: 319–344, 1956) und Brouwer (Brouwer, R. „The attraction of carbon dioxide excreted by the skin of the arm of malaria mosquitoes", Trop Geogr. Med. 12: 62–66, 1960) zeigten, dass die Kohlendioxidabgabe von der Haut bei der Stimulation von Moskitos unbedeutend war. Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen schlossen Khan et al. (Khan, A. A., H. I. Maibach, W. G. Strauss und W. R. Fenley. „Quantitation of effect of several stimuli on the approach of Aedes aegypti", J. Econ. Entomology 59: 690–694, 1966), dass Wärme und Kohlendioxid für das Annähern der Moskitos an den Wirt in unmittelbarer Nähe wichtig ist, und dass der Geruch wichtiger bei einer größeren Distanz. Carlson et al. (Carlson, D. A., C. E. Schreck und R. J. Brenner, "Carbon dioxide released form human skin: effect of temperature and insect repellents"; Journal of Medical Entomology 29: 165–170, 1992) haben die Menge an Kohlenstoff gemessen, welche bei 1,0–1,8 ml/h unter Laborbedingungen von der Hand abgegeben wurde. Die Autoren schlussfolgerten, dass diese Menge an Kohlendioxid im Vergleich mit Umgebungsspiegeln unbedeutend ist und es unwahrscheinlich war, dass sie selbst für die Moskitos anziehend war.
1958 berichteten Brouwer (Brouwer, R., Acad. Proefschr. Leiden, 110p, 1958) über gleichbleibende Unterschiede bei der Anziehung der Anopheles stephensi von Menschen, welche unabhängig waren von Feuchtigkeit, Wärme und Kohlendioxid. Er schlussfolgerte, dass die Unterschiede vom Schwitzen oder Körpergeruch herrührten. Schreck (Schreck, C. E. und J. James, "Broth culture of bacteria that attract female mosquitoes", Mosquito New 28: 33–38, 1968) berichtete, dass ein Polyethylenhandschuh, der für 1 Stunde getragen war, für Moskitos über einen Zeitraum von 3 Stunden nach der Entfernung von der Hand anziehend blieb. Thompson und Brown demonstrierten, dass die Anziehung von Schweiß durch die Freisetzung von flüchtigen Säuren verringert wurde (Thompson, R. P. und A. W. A. Brown; "The attractiveness of human sweat to mosquitoes and the role of carbon dioxide"; Mosquito News 15: 80-84, 1955).
Gilbert et al. untersuchten 50 Männer und 50 Frauen, um deren Anziehung auf Aedes aegypti Moskitos zu bestimmen (Gilbert, I. H., G. K. Gouck und N. Smith; "Attractiveness of men and women to Aedes aegypti und relative protection time obtained with DEET"; The Florida Entomologist 49: 53–66, 1966). Die 50 weiblichen Versuchspersonen waren im Durchschnitt weniger anziehend als die 50 Männer. Aber es gab eine beträchtliche Überschneidung in den Bereichen der Anziehung, und viele der Frauen waren anziehender als einige der Männer. Aber nur zwei der am meisten anziehenden 10 Versuchspersonen waren Frauen, und alle der am wenigsten anziehenden 10 waren Frauen. Eine mögliche Beziehung zwischen Anziehung und Unterschieden bei der Hautlipidzusammensetzung wurde nicht untersucht. Roessler mutmaßte, dass Veränderungen bei der Anziehung von Frauen mit dem Menstruationszyklus durch Veränderungen in der Östrogenverdunstung von der Haut verursacht wurden (Roessler, P.; "The attractiveness of steroids and amino acids to female Aedes aegypti"; Proceedings of the Fiftieth Annual Meeting, New Jersey Mosquito Extermination Association and Nineteenth Annual Meeting, American Mosquito Control Association, Atlantic City, March 1963, Seiten 250–255).
In einem Bericht von 1968 fanden Acree et al. eine Beziehung zwischen der Anziehung von Individuen auf Moskitos und der Menge an Milchsäure, die in Acetonwäschen der Hände vorlag. Anziehendes Material wurde zuerst durch Kondensation eines Stickstoffstroms über der Haut erhalten. Aber die Menge an erhaltenem Material war zu klein für analytische Verfahren, die zu dieser Zeit erhältlich waren. Diese Arbeiter nahmen zur Kenntnis, dass die Attraktivität von Milchsäure ohne die Anwesenheit von Kohlendioxid nicht deutlich sichtbar war.
Price et al. untersuchten die Anziehung von Moskitos auf menschliche Ausströmungen in einem Dualport-Olfaktometer (Price, G. D., N. Smith und D. A. Carlson; "The attraction of female mosquitoes (Anopheles quadrimaculatus SAY) to stored human emanation in conjunction with adjusted levels of relative humidity, temperature, and carbon dioxide"; J. Chemical Ecology 5: 383–395, 1979). Moskitos (weibliche Anopheles quadrimaculatus SAY) wurden bevorzugt von der "Ausströmung" Luft angezogen, sogar wenn überschüssiges Kohlendioxid oder Wasser zu der Kontrollluft ohne Ausströmungen zugegeben wurde.
1961 berichteten Brown und Carmichael, dass eine Lysin-freie Base ein Moskitoanziehungsmittel ist (Brown, A. W. A. und A. G. Carmichael; "Lysine as a mosquito attractant"; Nature 169: 508–509, 1961). Es war bekannt, dass Lysin in menschlichem Schweiß vorhanden ist (Hier, S. W., T. Cornbleet und 0. Bergeim; J. Biol. Chem. 166: 327, 1946). Obwohl andere Aminosäuren für Moskitos attraktive Eigenschaften besaßen, waren sie erheblich weniger anziehend als Lysin. Später wurde gefunden, dass die Attraktivität von Lysin proportional zur Anwesenheit von Kohlendioxid ist (Lipsitz, E. Y. und A. W. A. Brown; "Studies on the responses of the female Aedes mosquito: IX The mode of attractiveness of lysine and other amino acids"; Bull. Entomo. Res. 54, 675–687, 1964).
Strauss et al. begutachteten ins Krankenhaus eingewiesene Patienten mit verschiedenen Erkrankungen, und die verschiedene Medikamente einnahmen hinsichtlich deren Attraktivität für Moskitos durch ein Moskito-Prüfverfahren. Es war kein Arzneimittel, kein Vitamin oder keine Erkrankung mit Reizlosigkeit verbunden, mit der möglichen Aussnahme von unbehandeltem Myxödem (Strauss, W. G., H. I. Maibach und A. A. Kahn; "Drugs and disease as mosquito repellents in man"; Am. J. Trop. Med. Hyg. 17: 461–464, 1968).
Außer den oben erwähnten Verbindungen haben die USDA-Forscher 1-Octen-3-ol als einen Moskitolockstoff untersucht (Kline, D. L., D. A. Dame und M. V. Meisch; "Evaluation of 1-octen-3-ol and carbon dioxide as attractants for mosquitoes associated with irrigated rice fields in Arkansas"; J. Am. Mosq. Control Assoc. 7: 165–9, 1991). Israelische Forscher fanden, dass, obwohl Schafe für Culex pipiens L. und Aedes caspius (Pallas) attraktiv waren, wenige Culex pipiens und keine Aedes caspius gierig fraßen. Die Forscher wiesen darauf hin, dass Schafe außer dem mechanischen Schutz, der durch die Wolle geleistet wird, ein nahe agierendes Abwehrmittel besitzen können, welches verhindert, dass die Moskitos beißen. Das Abwehrmittel wurde nicht identifiziert.
Maibach und Mitarbeiter berichten über die Beobachtung, dass die Anziehung von menschlichem Schweiß signifikant anstieg, wenn Lipide entfernt wurden (Maibach, H. I., A. A. Khan, W. G. Strauss und W. A. Skinner; "Human skin in relationship to mosquito attraction and repulsion"; Connecticut Medicine, 33: 23–28, 19691. Schreck und Mitarbeiter isolierten ein Material aus Glaskügelchen, das zuvor von Menschen angefasst wurde (Schreck, C. E., N. Smith, D. A. Carlson, G. D. Price, D. Haile und D. R. Godwin; "A material isolated from human hands that attracts female mosquitoes"; Journal of Chemical Ecology, 8: 429–438, 1981). Es wurde gefunden, dass dieser Rückstand für weibliche Aedes aegypti und Anopheles quadrimaculatus Say Moskitos attraktiv war. Dieser Rückstand wurde als flüchtig charakterisiert und war bei gekühlter Lagerung für bis zu 60 Tage stabil. Der Rückstand wurde nicht gereinigt oder chemisch analysiert. Skinner et al. erhielten menschliche Hautoberflächenlipide aus Etherwäschen von Ellenbogen von einer Anzahl von Freiwilligen (Skinner, W. A., H. C. Tong, H. I. Maibach und D. Skidmore; "Human skin-surface lipid fatty acids – mosquito repellents"; Experientia 26: 728–730, 1970). Es wurde gefunden, dass dieses Gemisch auf Aedes aegypti Moskitos abwehrend wirkte. Es wurden Vakuumdestillation, Gaschromatographie und Dünnschichtchromatographie verwendet, um Bestandteile aus dem Gemisch zu isolieren. Die organische Fraktion der Fette enthielt nur schwach abwehrende ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wobei die Hauptabwehrwirkung in den polareren Fraktionen vorhanden war. Es wurde gefunden, dass geradkettige Carbonsäuren von C-5 bis C-13 abwehrende Wirkung in Olfaktometertests besaßen; höhere Homologe von C-14 bis C-18 besaßen eine geringe Abwehrwirkung. Es wurde auch gefunden, dass geradkettige ungesättigte Carbonsäuren von C-9 bis C-24 eine Abwehrwirkung besaßen. Skinner schlussfolgerte, dass ungesättigte Fettsäuren die Abwehrwirkung der Fraktion der freien Fettsäuren der Hautoberflächenlipide erklären, basierend auf zwei Ergebnissen: 1) es wurden keine gesättigten Fettsäuren unter C₁₃ nachgewiesen, und höhere Homologe besaßen in Olfaktometertests eine geringe Abwehrwirkung, 2) es wurden ungesättigte Fettsäuren nachgewiesen, beginnend mit C₁₄ und diese besaßen in Olfaktometertests eine Abwehrwirkung. Skinner schlug dann vor, dass die Anziehung der Moskitos von Tieren durch Steigerung der Menge an ungesättigten Fettsäuren, die auf der Hautfläche vorhanden ist, verringert werden kann. Zu diesem Zweck wurde im Jahr 1970 am Letterman Army Forschungsinstitut 2-Decensäure an Freiwilligen hinsichtlich einer Moskitoabwehrwirkung getestet (Kurtz, A. P.; "More Effective Topical Repellents Against Malaria-Bearing Mosquitoes: Revies of Volunteer Tests of Mosquito repellent Formulations Oktober 1969 bis September 1971", Bericht Nr. 13 (Zwischenbericht), Letterman Army Institute of Research, Presidio of San Francisco, CA 94129, 1. Mai 1973). Die Verbindung wurde mit einer Dosis von 0,5 mg/cm² auf den Unterarm aufgetragen und mit DEET in dergleichen Dosis verglichen. Die Applikationsstellen wurden mit Aedes aegypti Moskitos konfrontiert. Obwohl 2-Decensäure eine Abwehraktivität zeigte, war die durchschnittliche Dauer des Schutzes geringer als die von DEET, und der Bereich der Schutzzeit war größer als der von DEET (Tabelle 2). Skinner berichtete auch von der Bewertung einer Anzahl von ungesättigten Fettsäuren auf der Haut von Menschen (Tabelle 3). Aber keine stellte eine längere Schutzdauer als DEET bereit. Es sollte bemerkt werden, dass diese Untersuchungsfolge auf Fettsäuren basierte, die von Hautflächenreinigungstüchern und nicht vom chemischen Dampf der Haut gewonnen wurden, der für das Wirtsuchverhalten verantwortlich ist. Die Bedeutung der flüchtigen Verbindungen wurde deshalb unterschätzt.
Tabelle 2.
Tabelle 3. Schutzzeit von ungesättigten Carbonsäuren (0,31 mg/cm², Referenz Skinner, W. A., "Attractiveness and Repellency of Man to Mosquito Bites", DTIC Report Nr. AD693891, Oktober 1969)
Im Jahr 1954 wurde über eine Anzahl geradkettiger Carbonsäuren berichtet, dass sie eine Abwehrwirkung besitzen (King, W. V., "Chemicals evaluated as insecticides and repellents at Orlando, Fla.", Agriculture Handbook Nr.69; Entomology Research Branch, Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture, Washington, D. C., 1954, S. 185). Aber keine stellte eine Schutzdauer bereit, die mit der von DEET gleich war (Tabelle 4). Quintana und Mitarbeiter erkannten die Unzulänglichkeiten dieser Verbindungen und versuchten, deren Schutzdauer durch die Herstellung von Carbonsäureestern zu verbessern, die entworfen wurden, um an das Stratum corneum anzuhaften und den Wirkstoff (freie Säure) durch Hydrolyse des Esters langsam freizusetzen (Quintana, R. P., Lasslo, A., Garson, L. R., "Chemical Studies in Connection with Potential Systemic Insect-Repellents and Prophylactic Agents Deposited in the Skin"; Bericht Nr. 4, Forschungsvertrag Nr. DA-49-193-MD-2636, U.S. Army Medical Research and Development Command, Office of the Surgeon General, Washington, D. C. 20315). Aber diese Verbindungen ergaben kein Abwehrmittel mit einer verlängerten Dauer des Schutzes gegenüber DEET.
Tabelle 4.
In einem späteren Bericht analysierten Skinner et al. Aceton-extrahierte Lipide von der Haut unter Verwendung einer Gaschromatographie-Massenspektroskopie (Skinner, W. A., H. C. Tong, H. Johnson, R. M. Parkhurst, D. Thomas, T. Spencer, W. Akers, D. Skidmore und N. Maibach; "Influence of human skin surface lipids on protection time of topica) mosquito repellent"; J. Pharm. Sci., 66: 1764–1766, 1977). Es wurde eine mehrfache Regressionsanalyse verwendet, um die Attraktivität und die Abwehrschutzzeit auf die Mengen an gesättigten und ungesättigten Fettsäuren zu beziehen. Die Trockenschutzzeit oder die Dauer des Schutzes des Insektenabwehrmittels N,N-Diethyl-3-benzamid (DEET) korrelierte positiv mit den gesättigten Fettsäuren C-11, C-13, C-15 und C-18 und den ungesättigten Fettsäuren C-14, C-15, C-16 und C-17; die Trockenschutzzeit korrelierte negativ mit den gesättigten C-7, C-12 und C-16 Fettsäuren. Die Fettsäuren können die Schutzzeit von DEET durch einen physischen Mechanismus beeinflussen; das bedeutet, sie können die Verdampfung und Penetration von DEET durch deren filmbildende Wirkung verändern. In der Tat korrelierte die Abwehrschutzzeit von DEET positiv mit dem Gesamtgewicht der Lipide, die auf der Haut gefunden wurden. Es wurde gefunden, dass die Attraktivität, wie durch die durchschnittliche Anzahl von Aedes aegypti Moskitos gemessen, welche die Teststelle des Freiwilligen in einer Minute untersuchten, positiv mit einer ungesättigten C-15 Fettsäure und einer gesättigten C-14 Fettsäure korreliert; es wurde gefunden, dass die Attraktivität negativ mit der flüchtigeren gesättigten C-11 Fettsäure korreliert. Die Autoren indizierten, dass die präzise Identifizierung von Fettsäurebestandteilen, welche die Attraktivität beeinflussen, eine weitere Untersuchung erfordern würden.
Es gibt umfangreiche Hinweise, dass menschliche Haut sowohl für Moskitos anziehende als auch abwehrende Verbindungen ausströmt. Aber Hautausdünstungen sind wenig charakterisiert worden und wichtige flüchtige Bestandteile wurden in den Analyseverfahren verloren (Bowen, M. F., "The sensory physiology of host-seeking behavior in mosquitoes". Annu. Rev. Entomol., 36: 139–158, 1991). Wahrscheinlich ist nicht eine einzelne Verbindungen für die Anziehung der Moskitos verantwortlich, dasselbe kann für die Abstoßung der Moskitos gesagt werden. Obwohl bestimmte Fettsäuren gefunden wurden, die Moskitos abstoßen, ist niemals ein praktisches Insektenabwehrmittel aus diesen Verbindungen entwickelt worden, weil nicht verstanden wurde, dass optimale Verdampfungsraten aus der Haut nicht erreicht wurden. Wir haben ein lang anhaltendes Abwehrmittel entwickelt, basierend auf einer Kombination von Fettsäuren, jede mit der geeigneten Flüchtigkeit.
Beispiele des erfindungsgemäßen Insekten- und Arthropodenabwehrmittels
Beispiel 1: Identifizierung von natürlichen, Insekten abwehrenden Verbindungen auf der menschlichen Haut
Olfaktometer: Ein Fiensod- und Spielman-Olfaktometer, wie durch Bowen und Davies modifiziert, maß die Wirts-orientierte Flugreaktion von weiblichen Moskitos gegenüber flüchtigen Ausdünstungen des Wirts (Feinsod, F. M. und A. Spielman; "An olfactometer for measuring host-seeking behavior of female Aedes aegypti (Diptera: Culicidae)"; M. Med. Entomol., 15: 282–285, 1979). Das Olfaktometer (ungefähr 38 cm hoch) bestand aus einer oberen und unteren abgeschirmten Kammer mit einem Verschluss zwischen den Kammern (8). Ein oberhalb der oberen Kammer angeordneter Ventilator zog Luft durch den Apparat mit ungefähr 0,2 m/s. Eine Temperatur- und Feuchtigkeits-kontrollierte Kammer (5' breit × 6' lang mal 8' hoch), wurde konstruiert, um das Testobjekt und das Olfaktometer unterzubringen.
Aufzucht der Moskitos: Eine zweite Umweltkammer, gehalten bei 27°C und 80% Feuchtigkeit, wurde der Aufzucht von Aedes aegypti Moskitos gewidmet. Es wurden durchschnittliche Ladungen von Eiern (American Biological Supply, Gainesville, FL) verwendet, um eine kontinuierliche Versorgung von adulten, 5 bis 10 Tage alten Moskitos aufrecht zu erhalten.
Untersuchungen zur Anziehung der Moskitos von humanen Versuchspersonen: Eine Gruppe von 30 Freiwilligen, bestehend aus 14 weiblichen und 16 männlichen, und im Altersbereich von 24 bis 68 Jahren, wurde aus der umgebenden Zivilbevölkerung ausgewählt. Die Individuen wurden auf deren Fähigkeit untersucht, Aedes aegypti Moskitos anzuziehen, die im Olfaktometer enthalten waren. Die Tests wurden bei einer Temperatur von 27°C und 50% relativer Feuchtigkeit durchgeführt. Für jedes Experiment wurden 15 gierige adulte weibliche Aedes aegypti Moskitos (5 bis 10 Tage nach dem Schlüpfen) in der oberen Kammer platziert. Ein kleiner Ventilator wurde am oberen Ende der oberen Kammer angeordnet, um einen Luftstrom von der unteren Kammer zu der oberen Kammer zu verursachen. Ein Test begann, wenn der Verschluss zwischen der oberen und der unteren Kammer geöffnet war, in Abwesenheit eines menschlichen Wirts. Die Anzahl der Moskitos, die innerhalb eines 3-minütigen Zeitraums in die untere Kammer eintrat, wurde registriert. Dann platzierte der Freiwillige seinen oder ihren Arm unter die untere Kammer, und die Anzahl der Moskitos, die von der oberen Kammer zur unteren Kammer flogen, wurde für die Zeitintervalle 0 bis 1, 1 bis 3, 3 bis 5 und 5 bis 7 Minuten registriert. Dieses Experiment wurde zweimal während einer Testperiode wiederholt, um drei Wiederholungsversuche zu erhalten. Es wurden zwei zusätzliche Testperioden in Zeitintervallen von mindestens 1 Woche durchgeführt, um mindestens 8 bis 9 Wiederholungsversuche für jede der 24 Versuchspersonen zu erhalten. Von den verbleibenden sechs Versuchspersonen wurden drei bei zwei separaten Gelegenheiten für insgesamt sechs Wiederholungsversuche pro Versuchsperson getestet; drei wurden bei einer Gelegenheit für insgesamt drei Wiederholungsversuche pro Versuchsperson getestet. Insgesamt wurden 254 Tests durchgeführt.
Die Olfaktometer-Bewertungen wurden für jeden Versuch berechnet, durch Dividieren der Anzahl von Moskitos, welche während der Intervalle 0 bis 1, 1 bis 3, 3 bis 5 und 5 bis 7 Minuten in die untere Kammer des Olfaktometers gelangten, durch die Anzahl der Moskitos, die am Ende des 3-minütigen Kontrollzeitraums in der oberen Kammer des Olfaktometers verblieben. Die so erhaltenen Zahlenbrüche wurden gegen die Zeit aufgetragen. Es wurde eine Gleichung an die Daten angepasst, und die Fläche unter der Kurve (Olfaktometer-Bewertung) wurde berechnet. Eine Fläche von 0 (0 Moskitos gelangen in die untere Kammer × 7 Minuten) würde anzeigen, dass die Versuchsperson komplett unattraktiv für Moskitos war. Eine Fläche von 7 würde eine maximale Attraktivität anzeigen.
Es wurden humane Versuchspersonen aus einer Gruppe von 30 männlichen und weiblichen Versuchspersonen identifiziert, deren Unterarme ständig am wenigsten attraktiv waren für Aedes aegypti Moskitos, die in einem Olfaktometer enthalten waren (Tabelle 5). Es wurden auch Versuchspersonen identifiziert, die ständig am meisten attraktiv für Moskitos waren (Tabelle 5). Alle der 4 am wenigsten attraktiven Versuchspersonen waren weiblich und 10 der 12 am wenigsten attraktiven Versuchspersonen waren weiblich. Alle der 5 am meisten attraktiven Versuchspersonen waren männlich und 10 der 12 am meisten attraktiven Versuchspersonen waren männlich. Frauen waren im Allgemeinen signifikant wenig attraktiv für die Moskitos als die Männer (ANOVA, F = 49,33, P = 0,0000). Die Histogramme der Olfaktometer-Antwort für alle Versuche mit weiblichen Versuchspersonen ist in 9 dargestellt. Die entsprechenden Daten für Männer sind in 10 dargestellt.
Die Olfaktometer-Antwort korrelierte nicht signifikant (P > 0,05) mit dem Alter der männlichen oder weiblichen Versuchspersonen (11 und 12).
Tabelle 5. Olfaktometer-Antwort von 30 menschlichen Versuchspersonen für Moskitos.
Beispiel 2: Untersuchung von Verbindungen für eine Moskitoabwehr auf Gaze oder Polyesterfolie
Testverbindungen wurden in Aceton oder Ethanol mit einer Konzentration von 150 mg/5 cm³ gelöst. Ethanollösungen von Carbonsäuren wurden unmittelbar vor der Verwendung hergestellt. 500 Mikroliter dieser Lösungen wurden auf eine kreisförmige Fläche mit 50 cm² einer einzelnen Schicht Baumwollgaze (Curity Curad gauze, Futuro Inc., Milford, OH) oder auf eine nicht gewebte Polyesterfolie (Reemay 2250, Reemay/Tycon, Inc.) aufgetragen. Die resultierende Dosis betrug 0,3 mg/cm². Behandelte Gaze oder Folie wurde in einer Werkbank für 3 Minuten getrocknet, ehe sie in eine zylindrische Schale aus rostfreiem Stahl (9 cm Durchmesser und 3 cm in der Höhe) platziert wurde, deren Boden aus einem Sieb aus rostfreiem Stahl bestand. Die Schale wurde am Boden des Olfaktometers angebracht (8), sodass Luft durch den Filter aus rostfreiem Stahl der Schale floss, durch die behandelte Gaze oder die Folie, und durch das Olfaktometer. Der Unterarm eines Freiwilligen wurde unter die Tasse platziert, sodass die in die Schale und den Olfaktometer gezogene Luft mit den menschlichen Hautausdünstungen beladen wurde. Die Versuche wurden durchgeführt, wie es in dem vorhergehenden Paragraph "Untersuchungen zur Anziehung der Moskitos von humanen Versuchspersonen" beschrieben wurde. Die Abwehrwirkung als Prozentangabe wurde aus der Moskitofraktion bestimmt, welche während eines 7-minütige Zeitraums in die untere Kammer gelangten.
Dieser Versuch ist eine ungefähre Messung der intrinsischen Abwehrwirkung einer Verbindung. Eine gute Abwehr in diesem Versuch ist eine notwendige, aber nicht ausreichende Bedingung für eine gute Abwehr auf der Haut. Moskitoabwehrmittel müssen einen Dampf über der Hautfläche erzeugen, um das Wirtsuchverhalten des Insekts zu verwirren. Aber die Verdampfung darf nicht so groß sein, dass die Abwehrwirkung schnell verschwindet. Da die Verdunstung von der Haut unterschiedlich sein wird von einer unbelebten Oberfläche, sind Hautversuche notwendig, um zu bestätigen, dass eine Verbindung ein praktisches Abwehrmittel sein wird.
Ergebnisse der Abwehrwirkung als Prozentangabe für verschiedene Verbindungen sind in Tabelle 6 enthalten. Drei der getesteten Verbindungen (3M2OCTEN, 3M2PENTEN und Valerolactam) wurden nur auf der Haut von Frauen gefunden (Zeng, X. Leyden, J. J. Spielman, A. I. und Preti, G., 1996, "Analysis of characteristik human female axillary odors: qualitative comparison to males"; J. Chem. Ecol. 22: 237–257). 3M2OCTEN zeigte die größte Abwehrwirkung (95%), die 3M2PENTEN-Abwehrwirkung (65%) war ähnlich mit der von DEET (74%) und Valerolactam besaß im Wesentlichen keine Abwehrwirkung (20%).
Tabelle 6.
Die Octansäurederivate besaßen alle eine gute Abwehrwirkung, im Bereich von 87 bis 97% Abwehrwirkung. Die Pentansäurederivate waren im Allgemeinen weniger abwehrend (43 bis 65%); aber 2-Pentensäure besaß 100% Abwehrwirkung. Nonansäure (C₉ geradkettig), Decansäure (C₁₀ geradkettig) und Undecansäure (C₁₁ geradkettig) besaßen eine gute Abwehrwirkung (93 bis 100%). Laurinsäure (C₁₂-geradkettig) besaß eine geringe Abwehrwirkung (69%), ähnlich wie DEET. Über eine Moskitoabwehrwirkung der Octansäurederivate 3M2OCTEN, 2OCTEN, 4MOCTAN und der Pentansäurederivate 3M2PENTEN, 2PENTEN und 3MPENTAN wurde zuvor noch nicht berichtet. Es wurde über eine Abwehrwirkung für die geradkettigen gesättigten Carbonsäuren und bestimmte ungesättigte Carbonsäuren berichtet (siehe Tabellen 2, 3 und 4). Einige der gesättigten Carbonsäuren wurden auch als Moskitolockstoffe untersucht (Knols, B. G. J., 1996, "Odour-mediated host-seeking behavior of the afro-tropical malaria vector Anopheles Gambiae Giles"; Dissertation. ISBN: 90-5485-487-1; Wageningen Agricultural University; The Netherlands; S. 213). Diese Ergebnisse waren aber nicht überzeugend.
Es ist bekannt, dass außer den Carbonsäuren Alkane, Alkene, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Säuren und Lactone auf der Hautoberfläche existieren (Zeng, X., Leyden, J. J., Lawley, H. J., Kiyohito, S., Isao, N., und Preti, G. 1991, "Analysis of characteristic odors from human male axillae", Journal of Chemical Ecology, 17: 1469–14921 oder von der Hautoberfläche abdampfen (Goetz, N., Kaba, G. Good, D. Hussler, G. und Bore, P., 1988, "Detection and identification of volatile compounds evolved from human hair and scalp using headspace gas chromatography", Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 39: 1–13). Es ist bekannt, dass eine Abwehrwirkung in Alkoholen, Aldehyden, Ketonen, Säuren (King, W. V., "Chemicals evaluated as insecticides and repellents at Orlando, FLA.", U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Agriculture Handbook Nr. 69) und Lactonen (Weeks, M. H. und DeSena, B. J. "Topical Hazard Evaluation Program of Candidate Insect Repellent AI3-36030 delta-Dodecalactone", U.S. Army Environmental Hygiene Agency, Aberdeen Proving Ground, MD, Defense Technical Information Report Nr. ADA 040974, März 1976 bis April 1977) existiert.
Beispiel 3: Untersuchung von Verbindungen für eine Moskitoabwehr auf der Haut
Testverbindungen wurden in Aceton oder Ethanol mit einer Konzentration von 300 mg/5 cm³ gelöst. Die Ethanollösungen der Carbonsäuren wurden unmittelbar vor der Verwendung hergestellt. Dreihundertundfünfzig Mikroliter dieser Lösungen wurden auf eine rechtwinklige Fläche von 70 cm² auf dem Unterarm aufgetragen. Die resultierende Dosis betrug 0,3 mg/cm². Die mit Abwehrmittel behandelte Fläche wurde vor dem Versuch für 5 Minuten getrocknet. Die behandelte Hautfläche wurde unter dem Olfaktometer platziert und Versuche wurden durchgeführt, wie es in dem vorhergehenden Paragraph "Untersuchungen zur Anziehung der Moskitos von humanen Versuchspersonen" beschrieben wurde. Die Abwehrwirkung in Prozent wurde aus der Fraktion der Moskitos bestimmt, die über einen 7-minütigen Zeitraum in die untere Kammer gelangten.
Eine Anzahl von Verbindungen wurde zuvor auf deren Fähigkeit untersucht, nach einer topischen Applikation als Moskitoabwehrmittel zu wirken (Tabelle 7). Einige der flüchtigeren Säuren (Octansäure und 4MOCTAN) besaßen kurz nach der Applikation (0 Stunden) eine mittlere Abwehrwirkung (87 bis 93%), welche konkurrenzfähig war mit der von DEET (95%). 2 Stunden nach dem Auftragen blieb die DEET-Abwehrwirkung hoch (89%), während die höchste Abwehrwirkung für Carbonsäuren (66 bis 73% mittlere Abwehrwirkung) in drei der Säuren mit 9 Kohlenstoffen (3M2OCTEN, 4MOCTAN und Nonansäure) gefunden wurde. Die Pentansäurederivate wurden nicht untersucht, weil zwei der Derivate eine geringe Abwehrwirkung bei den Gaze/Polyesterfolien-Versuchen (Tabelle 6) besaßen, und weil diese Derivate erheblich flüchtiger waren als DEET (Tabelle 7). Die Verbindung 2-Ethyl-1,3-hexandiol, einst ein kommerzielles Insektenabwehrmittel, ist zweimal so flüchtig wie DEET und schützt gegen Moskitos für 3 bis 4 Stunden im Vergleich mit 5 bis 6 Stunden von DEET (Hill, J. A., Robinson, P. B., McVey, D. L., Akers, W. A. und Reifenrath, W. G., 1979; "Evaluation of mosquito repellents on the hairless dog"; Mosquito News (Journal of the American Mosquito Control Association), 39: 307–310). Deswegen wurde nicht erwartet, dass die Pentansäurederivate mit Flüchtigkeiten, die 17 bis 30 mal so groß waren wie die von DEET, eine lang anhaltende Abwehrwirkung bereitstellen; diese Verbindungen sind zu flüchtig und dienen als eine untere Grenze des Dampfdrucks für ein praktisches Abwehrmittel für Carbonsäuren. Decan-, Undecan- und Dodecansäuren waren weniger flüchtig als DEET und besaßen eine geringere Abwehrwirkung bei 0 Stunden als DEET (Tabelle 7). Dodecansäure zeigte keine Abwehrwirkung auf der Haut (Tabelle 7), trotzdem sie nach der Applikation auf Gaze/Polyesterfolie (Tabelle 6) 93% Abwehrwirkung zeigte. Diese Verbindung war wahrscheinlich nicht ausreichend flüchtig von der Haut, und stellte eine untere Grenze des Dampfdrucks für ein praktisches Abwehrmittel für Carbonsäuren dar.
Tabelle 7.
Beispiel 4: Design einer lang anhaltenden Abwehrmittelformulierung
Octansäure, die Fettsäure mit acht Kohlenstoffen, besaß die höchste Flüchtigkeit von allen auf der Haut getesteten Carbonsäuren (Tabelle 7) und stellte die beste anfängliche Abwehrwirkung (0 h) bereit. Aber die Abwehrwirkung von Octansäure nahm schnell auf nur 36% nach 2 Stunden ab, und spiegelte den exponentiellen Verlust oder den Verdampfungsverlust der ersten Ordnung der Verbindung von der Hautfläche wieder. Die exponentielle Veränderung in der Verdampfungsrate von DEET von der Oberfläche von herausgeschnittener Schweinehaut ist in 13 dargestellt. Die Veränderung in der Verdampfungsrate beispielsweise von Octansäure von der Hautoberfläche wäre sogar noch größer, weil es flüchtiger ist als DEET. Ein Abwehrmittel ist nur wirksam während die Verdampfungsrate größer ist als seine MEER (minimale wirksame Verdampfungsrate). Für DEET liegt dies zwischen etwa 10 und 15 μg/cm² Stunde, wie durch die gerade Linie in 13 gezeigt wird. Es wäre ein unpraktischer großer Anstieg in der anfänglichen Dosis oder dem Applikationsniveau erforderlich, um die Schutzzeit eines Moleküls mit einer hohen Verdampfungsrate auszudehnen. 13 zeigt auch die Veränderung in der Verdampfungsrate des neuen erfindungsgemäßen Abwehrmittels, formuliert mit gleichen Teilen an Octan-, Nonan- und Decansäure. Im Gegensatz zu DEET flacht die Veränderung in der Verdampfungsrate des erfindungsgemäßen Abwehrmittels oberhalb der MEER ab.
Decansäure, die Fettsäure mit zehn Kohlenstoffen, besaß die geringste Flüchtigkeit von allen Carbonsäuren, welche mindestens 50% Schutz bei 0 Stunden bereitstellten. Im Gegensatz zur Octansäure blieb seine Schutzwirkung relativ konstant (Tabelle 7) und spiegelte seinen konstanten Verdampfungsverlust oder Verdampfungsverlust der O-ten Ordnung von der Hautoberfläche wieder (13). Wegen der geringen Flüchtigkeit der Verbindung ist es nicht möglich, seine Verdampfungsrate von der Hautoberfläche nur durch Steigern der Dosis signifikant zu steigern. Solch eine Verbindung kann eine lange Schutzdauer bereitstellen, wenn seine Verdampfungsrate gerade oberhalb der MEER ist oder kann sofort versagen, wenn seine Verdampfungsrate gerade unterhalb der MEER ist. Testergebnisse für Decensäure, einer Verbindung von ähnlicher Flüchtigkeit, sind beispielhaft (Tabelle 2). Bei zwei der Versuchspersonen versagte das Abwehrmittel sofort, während es für andere Versuchspersonen bis zu 12 Stunden Schutz ergab.
Die Ergebnisse für die Nonansäure mit neun Kohlenstoffen (Tabelle 7) sind in der Mitte zwischen den Extremen von Octansäure und Decansäure. Es ist weniger abwehrend als Octansäure bei 0 Stunden, aber seine Abwehrwirkung klingt nicht so schnell ab. Eine Steigerung der Dosis von verwandten Säuren mit neun Kohlenstoffen (3MOCTEN und 4MOCTAN) ergab keinen signifikanten Anstieg in der Abwehrwirkung, welcher mit dem von DEET bei 4 Stunden konkurrierend war (Tabelle 7).
Es war bekannt, dass ein Gemisch aus zwei Abwehrmitteln deren anfängliche Verdampfungsrate absenken würde und höhere Spiegel der Verdampfung bei längeren Zeitpunkten bereitstellen würde (Reifenrath et al., 1989, "Evaporation and skin penetration characteristics of mosquito repellent formulations", Journal of the American Mosquito Control Association, 5: 45-51). Basierend auf dieser Voraussetzung würden Abwehrmittel, hergestellt aus einem Gemisch von den Acht-, Neun- und Zehn-Carbonsäuren einen langanhaltenden Schutz bereitstellen. Testergebnisse (Tabelle 8) für dieses Gemisch ergaben einen Schutz bei 8 Stunden, der mit dem von DEET bei 4 Stunden äquivalent war.
Tabelle B. Vergleich der Abwehrwirkung (% Abwehrwirkung gegen Aedes aegypti) von N,N-Diethyl-m-toluamid (DEET, 0,3 mg/cm², N = 3) und einem Gemisch aus n-Octan-, n-Nonan- und n-Decansäuren (C8C9C10, jeweils 0,2 mg/cm², N = 3) auf der Haut.
Beispiel 5: Mildernden Additive für Formulierungen
Die Applikation von Octansäure in voller Stärke auf intakte oder abgeschürfte Kaninchenhaut für 24 Stunden unter Okklusion erzeugte mittlere bis schwere Reizungen; Nonansäure in voller Stärke erzeugte eine mittlere Reizung; Decansäure in voller Stärke erzeugte eine mittlere bis schwere Reizung (Moreno, O. M., "Reports to Research Institute für Fragrance Materials", 2. August 1976, 22. August 19771. Wenn sie mit 1% in Petrolatum auf der Haut von menschlichen Versuchspersonen getestet wurden, erzeugten Octan- und Decansäuren keine Reizung oder Sensibilisierungsreaktionen. Wenn sie mit 12% in Petrolatum auf der Haut von menschlichen Versuchspersonen getestet wurden, erzeugten Nonansäure keine Reizung oder Sensiblisierungsreaktionen. Es wurde nach wiederholten Applikationen von 0,5 M Lösungen von Octan-, Nonan- und Decansäuren in Propanollösungen (7,2% w/v, 7,9% w/v bzw. 8,6% w/v) unter okklusiven Bedingungen auf der Haut von Männern ein Erythem beobachtet (Stillman, M. A., Maibach, H. I. und Shalta, A. R., "Relative irritancy of free fatty acids of different chain length". Contact Dermatitis 1: 65–69, 1975).
Es wurden Lösungen hergestellt, enthaltend 5% Octansäure, 5% Nonansäure und 5% Decansäure (C8C9C10) in Ethanol und ein flüchtiges Silikonfluid (Dow Corning 345 Fluid, als CTFA bezeichnetes Cyclomethicon). Es wurde auch ein wässriges Gel hergestellt, enthaltend 5% von jeder Säure. Deren Hautreizungswirkung wurde mit der eines kommerziellen Insektenabwehrmittels (Cremeformulierung mit 10% DEET, Skintastic, S. C. Johnson, Racine WHEREIN) auf den Unterarmen einer männlichen Versuchsperson verglichen. C8C9C10 in Alkohol und Silikonlösungen wurden mit einem Volumen von 0,5 ml auf Gazetupfer aufgetragen, welche auf getrennten 1 Inch × 1 Inch großen Flächen der Haut platziert wurden; die C8C9C10/Gel- und DEET/Creme-Formulierungen wurden in einer Menge von 0,5 g auf separate Stellen aufgetragen. Alle Stellen wurden mit einem halb verschließenden Klebeband (Transpore, 3M, Minneapolis, MN) bedeckt. Vier Stunden nach den Applikationen wurden die Stellen freigelegt und mit Wasser gewaschen. Mit der C8C9C10/Silikon-Formulierung wurde kein Erythem beobachtet, und mit der DEET-Cremeformulierung wurde ein leichtes Erythem beobachtet; zu späteren Zeitpunkten (24, 48, 72 Stunden nach dem Auftragen) wurde für diese zwei Formulierungen kein Erythem beobachtet. Im Gegensatz dazu verursachte die C8C9C10/wässrige Gelformulierung nach der Applikation ein brennendes Gefühl, und diese Formulierung ergab zusammen mit der C8C9C10/Alkoholformulierung nach 4, 24, 48 und 72 Stunden ein manchmal schweres Erythem.
Eine primäre dermale Reizungsstudie der C8C9C10/Silikonformulierung und der kommerziellen DEET-Cremeformulierung wurde mit sechs Kaninchen durchgeführt, gemäß den EPA, FIFRA Subdivision F-Richtlinien. Das Protokoll war ähnlich mit dem für die menschliche Exposition beschriebenen, außer dass die Applikationsstellen für 4 Stunden total mit einem Gummidamm abgedeckt wurden. In diesen Tests wurden beide Formulierungen als leicht reizend bewertet.
Octan-, Nonan- und Decansäure besitzen klar das Potenzial, Hautreizungen zu verursachen, und das Ausmaß der Hautreizung wird eine Funktion der Formulierung sein. Alkohol- und wässrige Gelformulierungen, enthaltend 5% jeder Säure, scheinen für eine Verwendung als ein Insekten- und Arthropodenabwehrmittel für Menschen nicht akzeptabel zu sein; es wurde aber gefunden, dass die Silikonformulierung akzeptabel ist.
Außer, dass sie die Wirkung der Verringerung einer Hautreizung besitzen, ist von wasserunlöslichen Silikon-haltigen Zusätzen bekannt, dass sie einer topischen Formulierung eine wasserabweisende Eigenschaft vermitteln (Dow Corning Literaturcode 2223926, Dow Corning Corporation, Midland, MI).
Flüchtige Silikonfluide sind kommerziell erhältlich. Zum Beispiel verwendet Dow Corning die kommerziellen Bezeichnungen 244, 245, 246, 344 und 345, welches Gemische aus Polydimethylcyclosiloxanen (Cyclomethioconen) sind, und aus Tetrameren (z. B. Cyclotetrasiloxan, Octamethylcyclotetrasiloxan), Pentameren (z. B. Cyclopentasiloxan, Decamethylcyclopentasiloxan) und Hexameren (z. B. Cyclohexasiloxan, Dodecamethylcyclohexasiloxan) zusammengesetzt sind.
Die Flüchtigkeit des Vehikels kann ebenso wie die Flüchtigkeit der Wirkstoffe wichtig sein. Die Cyclomethicone sind flüchtiger als typische Abwehrmittelmoleküle, und sind etwas weniger flüchtig als Wasser. Die Cyclomethicone besitzen eine lange Geschichte der Verwendung in kosmetischen Präparationen. Als Vehikel erlauben sie eine gute Ausbreitung von Wirkstoffen auf der Haut und werden schließlich verdampfen. Sie sind unlöslich in Wasser, sodass eine Resistenz gegenüber dem Abwaschen der Wirkstoffe durch Wasser vermittelt wird. Die Cyclomethicone können zur Erleichterung des Auftragens auf die Haut in Gele umgewandelt werden. Das Gelieren einer Formulierung von Octan-, Nonan- und Decansäuren (jeweils 5% in 344-Fluid) störte nicht die Abwehrwirkung gegen Moskitos in Tests, die wie in Beispiel 3 durchgeführt wurden.
Dimethicon (Hexamethyldisiloxan) besitzt ähnliche stoffliche Eigenschaften wie die Cyclomethicone und wird ebenso ausgiebig in Kosmetika verwendet. Eine Vielzahl von Polydimethylsiloxanen mit höherem Molekulargewicht als die Cyclomethicone oder als Dimethicon erfreuen sich einer breiten Verwendung in Kosmetika; aber aufgrund des höheren Molekulargewichts sind sie weniger flüchtig. Sie stellen alternative Träger für die Cyclomethicone dar, oder es können Gemische der zwei verwendet werden.
Eine breite Vielfalt von Derivaten der obigen Verbindungen werden durch Einbringen von verschiedenen funktionellen Gruppen erhalten, durch Copolymerisierung oder durch Vernetzung, und viele davon können verwendet werden, um nützliche Formulierungen des erfindungsgemäßen Insekten- und Arthropodenabwehrmittels herzustellen.
Gemische von verschiedenen Silikonfluiden, entweder mit anderen Silikonfluiden oder mit nicht Silikon enthaltenden Substanzen werden in einer Vielzahl von kosmetischen Präparationen verwendet, um spezielle Eigenschaften zu vermitteln, wasserabweisende Eigenschaft und Hautschutz einzuschließen.
Um sicherzustellen, dass die Zugabe von Silikonfluid zu den Wirkstoffen die Moskitoabwehrwirkung nicht stört, wurde ein Vergleich der C8C9C10/Silikonformulierung mit einer kommerziellen Insektenabwehrmittelformulierung durchgeführt. Eine kommerzielle Formulierung von DEET (Skintastic, S. C. Johnson, Racine) wurde auf eine Fläche von 100 cm² auf den Unterarm eines Freiwilligen (Versuchsperson 02) aufgetragen, um eine Dosis von 0,3 mg/cm² DEET zu ergeben. Eine Formulierung von C8C9C10 (5% Octan-, 5% Nonan-, 5% Decansäure in flüchtigem Silikonfluid Dow Corning 345) wurde auf 100 cm² des anderen Arms der Versuchsperson aufgetragen, um eine Dosis von 0,3 mg/cm² Gesamtsäuren zu ergeben. Die Applikationsstellen wurden nach einer, zwei und vier Stunden nach der Behandlung unter das Olfaktometer platziert. Nicht behandelte Flächen an jedem Arm wurden bei der Vollendung der Tests der behandelten Flächen unter das Olfaktometer platziert, um die Gier der Moskitos zu überprüfen. Die Versuche wurden an vier separaten Versuchstagen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 14 gezeigt. Die erfinderische C8C9C10/Silikonformulierung besaß eine Abwehrwirkung gleich der kommerziellen Formulierung zu den 1, 2 und 4 Stunden Zeitpunkten (ANOVA, „Tukey Studentized Range Method", P = 0,05). Interessanterweise erzeugte C8C9C10/Silikon mit 0,3 mg/cm² Gesamtwirkstoffe eine Abwehrwirkung (90 ± 13% bei 1 Stunde, 81 ± 14% bei 2 Stunden und 74 ± 22% bei 4 Stunden), gleich der von nicht formuliertem C8C9C10, aufgetragen mit 0,6 mg/cm² Gesamtwirkstoffe (Tabelle 8).
Somit stellt die Erfindung eine neue Formulierung zur Verwendung auf menschlicher Haut bereit, um Insekten und Arthropoden abzuwehren. Die Formulierung basiert auf Chemikalien, die normalerweise auf menschlicher Haut gefunden werden, und besitzt so ein natürliches Gefühl. Sie kombiniert Carbonketten mit Insektenabwehrwirkung bei verschiedenen Dampfdrücken, um eine Beständigkeit über die Zeit auf der Haut und eine Flüchtigkeit für die Effektivität in dem Luftvolumen, das die Haut umgibt, zu erreichen.
Beispiel 6: Tierärztliche Verwendungen
Es ist bekannt, dass die Tierproduktivität als ein Ergebnis von beißenden Insekten und Arthropoden verringert wird. Zum Beispiel verringern Stallfliegen die Milchproduktion um 5 bis 10%. Während die Verwendung von Pestiziden manchmal eine kurzzeitige Lösung für dieses Problem bereitstellen kann, können die ökonomischen Langzeitkonsequenzen der Schäden für nicht angestrebte Spezies, Umweltverschmutzung und Kontamination der Nahrungskette schlimm sein. Die C8C9C10/Silikonformulierung stellt ein nicht letales und nicht toxisches Verfahren zum Schutz von Tieren ebenso wie von Menschen vor plagenden und Krankheiten übertragenden Insekten bereit. Diese Formulierung ist geeignet für eine Verwendung in Standardhandsprays und würde eine wasserabweisende Eigenschaft vermitteln.
Insbesondere wurde eine Formulierung von C8C9C10 (5% Octan-, 5% Nonan-, 5% Decansäuren) in Dow Corning 345 Fluid auf Membranen aufgetragen, die exponiert wurden für ungefähr 50 wilde Stomoxys calcitrans (beißende Stallfliege), die in Plastikröhren von 8,5 cm Höhe und 5 cm Durchmesser enthalten waren. Die Membranen wurden über warmes defibriniertes Schafblut montiert. Unbehandelte Membranen dienten als Kontrollen. Die Fliegen wurden für 15 bis 20 Minuten beobachtet, anästhesiert, auf einem Kühltisch platziert und danach sortiert, ob sie Blut gesaugt hatten oder nicht. Keine Fliegen saugten Blut, als die frisch behandelte Membran getestet wurde und die meisten Fliegen wurden außer Gefecht gesetzt; ungefähr 90% der Fliegen, die der Kontrollmembran ausgesetzt waren, saugten (Tabelle 9). Eine Membran, die 3 Stunden vor der Herausforderung der Stallfliegen mit der Abwehrmittelformulierung behandelt wurde, schützte ebenso davor, dass eine Fliege saugte; ungefähr 50% der Fliegen, die der Kontrollmembran ausgesetzt waren, saugten (Tabelle 9).
Tabelle 9.
Es wurde gezeigt, dass das erfindungsgemäße Insekten- und Arthropodenabwehrmittel, formuliert in einem flüchtigen Silikonfluid, Stallfliegen abwehrte und außer Gefecht setzte. Dieses Ergebnis demonstrierte, dass die Abwehrwirkung nicht auf Moskitos beschränkt war, sondern sich auf andere beißende Fliegen, Insekten oder Arthropoden erstreckte, was die Nützlichkeit des neuen Insekten- und Arthropodenabwehrmittels zum Schutz von Haustieren und Vieh ebenso wie von Menschen demonstriert.
Zusammenfassend beschreibt die vorliegende Erfindung ein neues Insekten- und Arthropodenabwehrmittel, das einen lang anhaltenden Schutz gegen Moskitos bereitstellt und das stabil, kommerziell erhältlich, ökonomisch, konkurrenzfähig, sicher (von der FDA als GRAS benannt) ist.

Claims

Insektenabwehr-Zusammensetzung, umfassend (a) einen dermatologisch akzeptablen Träger, und (b) Wirkstoffe, umfassend ein Gemisch aus Fettsäuren, wobei jede der Fettsäuren eine gerade Kohlenstoffkette von 6 bis 12 Kohlenstoffatomen Länge besitzt, worin das Gemisch der Fettsäuren einschließt: (i) ein erstes Fettsäuremolekül mit einer geraden Kohlenstoffkette von 6 bis 8 Kohlenstoffatomen Länge und einer Carbonsäuregruppe, und (ii) ein zweites Fettsäuremolekül mit einer geraden Kohlenstoffkette von 8 bis 12 Kohlenstoffatomen Länge und einer Carbonsäuregruppe.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Gemisch eine Hautverdampfungsrate besitzt, welche mindestens gleich ist wie eine minimale wirksame Verdampfungsrate.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der dermatologisch akzeptable Träger ein Silizium enthaltendes Fluid umfasst.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gemisch eine Hautflächenverdampfungsrate beibehält, welche für mindestens zwei Stunden mindestens gleich ist wie eine minimale wirksame Verdampfungsrate.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gemisch eine Hautflächenverdampfungsrate beibehält, welche für mindestens fünf Stunden mindestens gleich ist wie eine minimale wirksame Verdampfungsrate.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gemisch eine Hautflächenverdampfungsrate beibehält, welche für mindestens acht Stunden mindestens gleich ist wie eine minimale wirksame Verdampfungsrate.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das zweite Fettsäuremolekül eine gerade Kohlenstoffkette von 8 bis 9 Kohlenstoffen Länge besitzt, und worin die Insektenabwehr-Zusammensetzung (iii) ein drittes Fettsäuremolekül mit einer geraden Kohlenstoffkette von 9 bis 12 Kohlenstoffatomen Länge und einer Carbonsäuregruppe umfasst, und worin das erste Fettsäuremolekül, das zweite Fettsäuremolekül und das dritte Fettsäuremolekül jeweils unterschiedlich sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, worin das erste Fettsäuremolekül Octansäure, das zweite Fettsäuremolekül Nonansäure und das dritte Fettsäuremolekül Decansäure ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, worin das erste, zweite und dritte Fettsäuremoleküle in den Wirkstoffen in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 1 : 1 vorliegen.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Insektenabwehr-Zusammensetzung wasserabweisend ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin die Wirkstoffe in der Insektenabwehr-Zusammensetzung aus dem ersten Fettsäuremolekül, dem zweiten Fettsäuremolekül und dem dritten Fettsäuremolekül bestehen.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin das erste Fettsäuremolekül, das zweite Fettsäuremolekül und das dritte Fettsäuremolekül jeweils von zwanzig bis fünfzig Prozent der Wirkstoffe umfassen.
Verfahren zum Abwehren von Fliegen von einem Menschen oder einem Tier, wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen der Insektenabwehr-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf den Menschen oder das Tier, um Fliegen zu vertreiben.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die Fliegen beißende Stallfliegen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, weiter umfassend: Abwehren der Fliegen von dem Mensch oder Tier nach dem Aufbringen der Insektenabwehr-Zusammensetzung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin das Tier ein Tier eines Viehbestands ist.