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ES3037959A1 - TF-LIO predictive system for encapsulation, preservation, and targeted release of bioactive ingredients by self-adjusted dielectric freeze-drying (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

TF-LIO predictive system for encapsulation, preservation, and targeted release of bioactive ingredients by self-adjusted dielectric freeze-drying (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number
ES3037959A1
ES3037959A1 ES202530739A ES202530739A ES3037959A1 ES 3037959 A1 ES3037959 A1 ES 3037959A1 ES 202530739 A ES202530739 A ES 202530739A ES 202530739 A ES202530739 A ES 202530739A ES 3037959 A1 ES3037959 A1 ES 3037959A1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
dielectric
release
functional
encapsulation
lio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
ES202530739A
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Grima Manuel Alejandro Sola
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to ES202530739A priority Critical patent/ES3037959A1/en
Publication of ES3037959A1 publication Critical patent/ES3037959A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/48Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
    • A61K9/4883Capsule finishing, e.g. dyeing, aromatising, polishing
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N25/00Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests
    • A01N25/26Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests in coated particulate form

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Abstract

The TF-LIO system is an advanced, multidisciplinary, predictive platform for the functional encapsulation of bioactive compounds. It features an integrated multi-index dielectric computational model (aLIO, Sbio, ΔG__encap, IEL, Rlib), an adaptive inverse design strategy, real-time dielectric self-tuning using embedded ARM Cortex-M4 firmware, and cryptographic traceability based on SHA-256 algorithms. The method enables the design of functional capsules through computational simulation, optimizing structural stability, media compatibility, and release kinetics under varying physiological conditions (pH 5.5-8.5, salinity 20-45‰, temperature 20-45 °C), without requiring preliminary in vivo testing. This predictive and automatic approach improves the efficiency and reliability of functional bioactives development. The invention has direct application in sectors such as aquaculture, pharmacology, cosmetics, agriculture, bioprinting, and clean-label functional beverages, where it allows the delivery of antioxidants, probiotics, vitamins, nutraceuticals, or sensitive active ingredients, guaranteeing their stability and programmed release. TF-LIO provides a holistic and scalable solution that solves classic technical limitations such as dielectric instability, uncontrolled release, lack of adaptation to the target tissue or medium, and high dependence on empirical testing. Its modular extensibility allows the incorporation of aptamers, aligning the invention with personalized medicine and precision targeted release strategies. The system is designed in accordance with international standards such as EFSA QPS, FDA GRAS, EMA ICH Q8, and Regulation (EU) 2021/1379/EC, which facilitates its regulatory validation and industrial projection. Its modular architecture, low energy consumption, and compatibility with recycled biopolymers provide a sustainable competitive advantage. Overall, TF-LIO presents itself as a versatile, robust, and evolving platform technology, capable of transforming bioactive encapsulation in regulated and demanding sectors, with disruptive potential in global markets with high scientific, technological, and environmental demands. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema predictivo TF-LIO para encapsulación, conservación y liberación dirigida de bioactivos mediante liofilización dieléctrica autoajustada TF-LIO predictive system for encapsulation, preservation and targeted release of bioactives by self-adjusting dielectric lyophilization

Resumen de la invenciónSummary of the invention

El sistemaTF-LIOconstituye una plataforma predictiva avanzada y multidisciplinaria para laencapsulación funcional de compuestos bioactivos, caracterizada por la integración de un modelo computacional dieléctrico multiíndice (aLIO, Sbio, AG_encap, IEL, Rlib), una estrategia de diseño inverso adaptativo,autoajuste dieléctrico en tiempo real mediante firmware embebido ARM Cortex-M4, y trazabilidad criptográfica basada en algoritmos SHA-256. The TF-LIO system constitutes an advanced and multidisciplinary predictive platform for the functional encapsulation of bioactive compounds, characterized by the integration of a multi-index dielectric computational model (aLIO, Sbio, AG_encap, IEL, Rlib), an adaptive inverse design strategy, real-time dielectric self-tuning using embedded ARM Cortex-M4 firmware, and cryptographic traceability based on SHA-256 algorithms.

El método permitediseñar cápsulas funcionales mediante simulación computacional, optimizando estabilidad estructural, compatibilidad con el medio y cinética de liberación en función de condiciones fisiológicas variables (pH 5.5-8.5, salinidad 20-45%o, temperatura 20-45 °C),sin requerir ensayos in vivo preliminares. Este enfoque predictivo y automático mejora la eficiencia y fiabilidad del desarrollo de bioactivos funcionales. The method allows for the design of functional capsules through computational simulation, optimizing structural stability, compatibility with the medium, and release kinetics under varying physiological conditions (pH 5.5–8.5, salinity 20–45%, temperature 20–45 °C), without requiring preliminary in vivo trials. This predictive and automated approach improves the efficiency and reliability of functional bioactive development.

La invención tiene aplicación directa en sectores comoacuicultura, farmacología, cosmética, agricultura, bioimpresión y bebidas funcionales clean label, donde permitevehiculizar antioxidantes, probióticos, vitaminas, nutracéuticos o activos sensibles, garantizando su estabilidad y liberación programada. The invention has direct application in sectors such as aquaculture, pharmacology, cosmetics, agriculture, bioprinting and clean label functional beverages, where it allows the delivery of antioxidants, probiotics, vitamins, nutraceuticals or sensitive actives, guaranteeing their stability and programmed release.

TF-LIO proporciona una solución holística y escalable que resuelve limitaciones técnicas clásicas comola inestabilidad dieléctrica, la liberación no controlada, la falta de adaptación al tejido o medio de destino, y la alta dependencia de ensayos empíricos. Su capacidad de extensión modular permite la incorporación de aptámeros, alineando la invención con estrategias demedicina personalizaday liberación dirigida de precisión. TF-LIO provides a holistic and scalable solution that addresses classic technical limitations such as dielectric instability, uncontrolled release, lack of adaptation to target tissue or medium, and high dependence on empirical assays. Its modular extensibility allows for the incorporation of aptamers, aligning the invention with personalized medicine and precision targeted drug delivery strategies.

El sistema está diseñado conforme a estándares internacionales comoEFSA QPS, FDA GRAS, EMA ICH Q8 y el Reglamento (UE) 2021/1379/CE, lo que facilita su validación regulatoria y su proyección industrial. Su arquitectura modular, bajo consumo energético y compatibilidad con biopolímeros reciclados aportan una ventaja competitiva sostenible. The system is designed in accordance with international standards such as EFSA QPS, FDA GRAS, EMA ICH Q8, and Regulation (EU) 2021/1379/EC, facilitating its regulatory validation and industrial scalability. Its modular architecture, low energy consumption, and compatibility with recycled biopolymers provide a sustainable competitive advantage.

En conjunto, TF-LIO se presenta como una tecnología de plataforma versátil, robusta y evolutiva, capaz de transformar la encapsulación de bioactivos en sectores regulados y exigentes, con potencial disruptivo en mercados globales de alta demanda científica, tecnológica y medioambiental. Overall, TF-LIO presents itself as a versatile, robust and evolutionary platform technology, capable of transforming the encapsulation of bioactives in regulated and demanding sectors, with disruptive potential in global markets with high scientific, technological and environmental demand.

Descripción de la invención: Sistema TF-LIODescription of the invention: TF-LIO system

1. Naturaleza y propósito de la invención1. Nature and purpose of the invention

La presente invención se refiere a un sistema computacional predictivo para la encapsulación funcional de compuestos bioactivos, denominadoTF-LIO(Termodinámico-Electromecánico para Liofilización Dieléctrica). Este sistema integra un modelo matemático multiíndice, un firmware con autoajuste en tiempo real y un dispositivo inteligente de formulación encapsulante, orientado a producir cápsulas biofuncionales con liberación controlada, elevada estabilidad estructural y trazabilidad criptográfica. The present invention relates to a predictive computational system for the functional encapsulation of bioactive compounds, called TF-LIO (Thermodynamic-Electromechanical for Dielectric Lyophilization). This system integrates a multi-index mathematical model, a firmware with real-time self-tuning, and an intelligent encapsulating formulation device, designed to produce biofunctional capsules with controlled release, high structural stability, and cryptographic traceability.

TF-LIO transforma los principios fisicoquímicos de la encapsulación en una plataforma digital, autoadaptativa y escalable que reduce los ensayos experimentales, mejora la reproducibilidad industrial y permite el diseño personalizado de sistemas de liberación. TF-LIO transforms the physicochemical principles of encapsulation into a digital, self-adaptive, and scalable platform that reduces experimental testing, improves industrial reproducibility, and enables customized design of delivery systems.

2. Arquitectura funcional del sistema TF-LIO2. Functional architecture of the TF-LIO system

El sistema TF-LIO está compuesto por los siguientes módulos: The TF-LIO system is composed of the following modules:

•Sensórica de entrada: Sensores capacitivos conectados por I2C/SPI que capturan variables ambientales clave en tiempo real (pH: 5.5-8.5; temperatura: 20—45°C; salinidad: 20 - 45%o). •Input sensors: Capacitive sensors connected by I2C/SPI that capture key environmental variables in real time (pH: 5.5-8.5; temperature: 20-45°C; salinity: 20-45%o).

•Unidad de procesamiento central: Microcontrolador ARM Cortex-M4 con firmware embebido, operando sobre RTOS determinista, optimizado para el cálculo de índices dieléctricos y ejecución de ajustes estructurales. •Central processing unit: ARM Cortex-M4 microcontroller with embedded firmware, operating on deterministic RTOS, optimized for calculating dielectric indices and performing structural adjustments.

•Módulo de diseño inverso asistido por simulación: Motor de optimización que, a partir de un perfil de liberación objetivo, calcula hacia atrás los parámetros ideales de encapsulación mediante simulaciones dieléctricas y cinéticas. • Simulation-assisted reverse design module: Optimization engine that, starting from a target release profile, backward calculates the ideal encapsulation parameters using dielectric and kinetic simulations.

•Autoajuste dieléctrico: Algoritmo que corrige desviaciones en IEL, K_p y q_mtx en ciclos de 0.42 segundos, asegurando robustez operativa y replicabilidad. •Dielectric self-adjustment: Algorithm that corrects deviations in IEL, K_p and q_mtx in cycles of 0.42 seconds, ensuring operational robustness and replicability.

•Módulo de liofilización dieléctrica: Fase final de fabricación que estabiliza la cápsula en estado seco con posibilidad de doble liofilización para aptámeros dirigidos. •Dielectric lyophilization module: Final manufacturing phase that stabilizes the capsule in a dry state with the possibility of double lyophilization for targeted aptamers.

3. Modelo matemático multiíndice3. Multi-index mathematical model

TF-LIO se basa en cinco índices funcionales interrelacionados: TF-LIO is based on five interrelated functional indices:

•aLIO: Capacidad dieléctrica de la matriz. Valores > 0.9 aseguran soporte estable de la carga bioactiva. •aLIO: Dielectric capacity of the matrix. Values > 0.9 ensure stable support of the bioactive load.

•Sbio: Compatibilidad dieléctrica bioactivo-matriz. Valores > 2.2 predicen retención > 94% a 180 días. •Sbio: Bioactive-matrix dielectric compatibility. Values > 2.2 predict retention > 94% at 180 days.

•AG_encap: Energía libre de encapsulación. Estabilidad garantizada si < -35 kJ/mol (ideal: -42.3 ± 1.5 kJ/mol). •AG_encap: Encapsulation free energy. Guaranteed stability if < -35 kJ/mol (ideal: -42.3 ± 1.5 kJ/mol).

•IEL: Eficiencia dieléctrica del sistema. Valores > 120 ± 5 reflejan encapsulación óptima. •IEL: System dielectric efficiency. Values > 120 ± 5 reflect optimal encapsulation.

•Rlib(t): Tasa de liberación funcional en función del tiempo. Se considera ideal si Rlib < 18.2% en 240 h a pH 8.2. •Rlib(t): Functional release rate as a function of time. It is considered ideal if Rlib < 18.2% in 240 h at pH 8.2.

Estos parámetros se obtienen por simulación computacional validada y celda dieléctrica LCR. These parameters are obtained by validated computer simulation and LCR dielectric cell.

4. Firmware y control adaptativo4. Firmware and adaptive control

El firmware está desarrollado en lenguaje C sobre RTOS y permite: The firmware is developed in C language on RTOS and allows:

• Lectura continua de variables ambientales. • Continuous reading of environmental variables.

• Cálculo y monitoreo de los índices funcionales. • Calculation and monitoring of functional indices.

• Autoajuste dieléctrico en tiempo real (< 0.5 s por ciclo). • Real-time dielectric self-adjustment (< 0.5 s per cycle).

• Registro de datos seguro mediante algoritmo SHA-256 con posibilidad de integración en blockchain. • Secure data recording using SHA-256 algorithm with the possibility of integration into blockchain.

5. M ódulo de diseño inverso as istido por s im ulación 5. Simulation-assisted reverse design module

Este módulo es el núcleo de la inteligencia predictiva de TF-LIO. This module is the core of TF-LIO's predictive intelligence.

Opera en cinco fases: It operates in five phases:

1. Entrada de condiciones: Perfil Rlib_target, condiciones ambientales (pH, T, salinidad), restricciones materiales (matriz, n_max, K_p_min). 1. Input conditions: Rlib_target profile, environmental conditions (pH, T, salinity), material constraints (matrix, n_max, K_p_min).

2. Generación de form ulaciones: Muestreo estocástico o heurístico inicial. 2. Generation of formulations: Initial stochastic or heuristic sampling.

3. S im ulación die léctrica y cinética: Aplicación del modelo IEL- AG_encap-Rlib(t). 4. Optim ización m ultiob jetivo : Algoritmos genéticos, bayesianos o redes de retropropagación para ajustar rigidez dieléctrica (k), difusión efectiva (D_eff), y compresión osmótica (P). 3. Dielectric and kinetic simulation: Application of the IEL-AG_encap-Rlib(t) model. 4. Multi-objective optimization: Genetic, Bayesian, or backpropagation network algorithms to adjust dielectric strength (k), effective diffusion (D_eff), and osmotic compression (P).

5. Convergencia: Finaliza cuando £ < 0.05 o se alcanza el número máximo de iteraciones. 5. Convergence: Ends when £ < 0.05 or the maximum number of iterations is reached.

6. Proceso de Fabricación de Cápsulas 6. Capsule Manufacturing Process

El sistema TF-LIO permite fabricar cápsulas biofuncionales a través de: The TF-LIO system allows the manufacture of biofunctional capsules through:

1. Preparación de la matriz: Disolución controlada de biopolímeros (quitosano, trehalosa, hialurónico) y carga bioactiva. 1. Matrix preparation: Controlled dissolution of biopolymers (chitosan, trehalose, hyaluronic acid) and bioactive loading.

2. A juste de parámetros: Medición y corrección de pH, K_p y n_mtx. 2. Parameter adjustment: Measurement and correction of pH, K_p and n_mtx.

3. L io filización dieléctrica: Congelación y secado dieléctrico en una o dos fases. 3. Dielectric lyophilization: Dielectric freezing and drying in one or two phases.

4. Rehidratación funcional: Evaluación post-rehidratación de bioactivo, K_p y Rlib(t). 5. Envasado y trazabilidad: Blisters con atmósfera inerte, auditoría criptográfica, pruebas de estabilidad (ISO 17025). 4. Functional rehydration: Post-rehydration evaluation of bioactive, K_p and Rlib(t). 5. Packaging and traceability: Blisters with inert atmosphere, cryptographic audit, stability tests (ISO 17025).

7. Resultados técn icos validados 7. Validated technical results

• Retención funcional: > 94% a 180 días (HPLC-UV). • Functional retention: > 94% at 180 days (HPLC-UV).

• L iberación controlada: Rlib(t) = 18.2 ± 0.5% en 240 h a pH 8.2. • Controlled release: Rlib(t) = 18.2 ± 0.5% in 240 h at pH 8.2.

• E ficiencia dieléctrica: IEL > 120 ± 5. • Dielectric efficiency: IEL > 120 ± 5.

• Precisión predictiva: > 95% validación ISO 20638. • Predictive accuracy: > 95% ISO 20638 validation.

• E ficiencia energética: 12 ± 1 kWh/kg. • Energy efficiency: 12 ± 1 kWh/kg.

• Reducción de costes: hasta 1500 €/ton frente a 5000 €/ton en liposomas. • Cost reduction: up to €1,500/ton compared to €5,000/ton for liposomes.

8. Ap licaciones m ultisectoria les 8. Multisectoral applications

TF-LIO se adapta a: TF-LIO is suitable for:

• Acu icu ltura: Liberación de suplementos bioactivos resistentes al tracto gastrointestinal. • Aquaculture: Release of bioactive supplements resistant to the gastrointestinal tract.

•Farmacología: Transporte de péptidos, enzimas, ARNm o aptámeros. •Pharmacology: Transport of peptides, enzymes, mRNA or aptamers.

•Cosmética: Vehiculización de antioxidantes lipofílicos y polifenoles. •Cosmetics: Vehicle for lipophilic antioxidants and polyphenols.

•Agricultura de precisión: Biofertilizantes encapsulados con cinética ajustada al tipo de suelo. •Precision agriculture: Encapsulated biofertilizers with kinetics adjusted to the soil type.

•Bioimpresión: Microesferas funcionales con respuesta estructural controlada. •Bioprinting: Functional microspheres with controlled structural response.

•Clean-label y bebidas funcionales: Sistemas de liberación gradual no sintéticos y personalizables. •Clean-label and functional beverages: Non-synthetic and customizable gradual-release systems.

Campo de la invenciónField of invention

La presente invención se refiere a unsistema predictivo de encapsulación funcional de compuestos bioactivos, basado en simulación computacional multiíndice y control automático mediante firmware embebido, diseñado para preservar la estabilidad, modular la liberación y mejorar la trazabilidad de principios activos en entornos fisiológicos o ambientales complejos. The present invention relates to a predictive system for the functional encapsulation of bioactive compounds, based on multi-index computational simulation and automatic control by means of embedded firmware, designed to preserve stability, modulate release and improve traceability of active ingredients in complex physiological or environmental settings.

Pertenece alcampo técnico de la encapsulación avanzada asistida por liofilización dieléctrica, con especial aplicación en la formulación de cápsulas funcionales con liberación controlada, entérica o dirigida, aplicables en sectores que exigenelevada eficiencia estructural, adaptabilidad funcional y cumplimiento normativo estricto. It belongs to the technical field of advanced encapsulation assisted by dielectric lyophilization, with special application in the formulation of functional capsules with controlled, enteric or directed release, applicable in sectors that demand high structural efficiency, functional adaptability and strict regulatory compliance.

La invención integra modelos dieléctricos predictivos (aLIO, Sbio, AG_encap, IEL, Rlib) con un sistema de autoajuste en tiempo real gestionado por firmware embebido en arquitectura ARM Cortex-M4, con trazabilidad criptográfica SHA-256,evitando la necesidad de ensayos in vivo preliminaresy permitiendo una validación computacional conforme a la normaISO 20638:2018. The invention integrates predictive dielectric models (aLIO, Sbio, AG_encap, IEL, Rlib) with a real-time self-tuning system managed by embedded firmware in ARM Cortex-M4 architecture, with SHA-256 cryptographic traceability, avoiding the need for preliminary in vivo tests and allowing computational validation in accordance with ISO 20638:2018.

Clasificación Internacional de Patentes (CIP)International Patent Classification (IPC)

■A23K 20/163- Composiciones alimenticias para animales con ingredientes activos funcionales o medicamentos. ■A23K 20/163- Animal feed compositions with functional active ingredients or medicines.

■A61K 9/50- Preparaciones farmacéuticas de liberación controlada o sostenida. ■A61K 9/50- Controlled or sustained release pharmaceutical preparations.

■A01N 25/28- Microcápsulas con liberación de principios activos para uso agrícola. ■B82Y 30/00- Aplicaciones de nanotecnología en medicina, biotecnología o cosmética. ■A01N 25/28- Microcapsules with active ingredient release for agricultural use. ■B82Y 30/00- Nanotechnology applications in medicine, biotechnology or cosmetics.

■A61K 47/69- Vehiculización mediante polisacáridos como quitosano, hialuronato u otros biopolímeros. ■A61K 47/69- Vehicle using polysaccharides such as chitosan, hyaluronate or other biopolymers.

■C07K 7/00- Péptidos funcionales y compuestos bioactivos de bajo peso molecular.(Protección futura con aptámeros u otros ligandos dirigidos).■C07K 7/00- Functional peptides and low molecular weight bioactive compounds. (Future protection with aptamers or other targeted ligands).

Sectores industriales de aplicaciónIndustrial sectors of application

■Acuicultura: Cápsulas funcionales para liberación entérica de nutrientes y antioxidantes en especies marinas. ■Aquaculture: Functional capsules for enteric release of nutrients and antioxidants in marine species.

■Farmacología y biomedicina: Encapsulación de compuestos GRAS o bioterapéuticos para liberación sostenida o dirigida en tejidos específicos. ■Pharmacology and biomedicine: Encapsulation of GRAS or biotherapeutic compounds for sustained or targeted release in specific tissues.

■Agricultura: Formulación de biofertilizantes o fitonutrientes para liberación optimizada en suelos salinos, alcalinos o degradados. ■Agriculture: Formulation of biofertilizers or phytonutrients for optimized release in saline, alkaline or degraded soils.

■Cosmética: Vehiculización estable de antioxidantes, activos tópicos o péptidos cosmecéuticos sensibles al pH o temperatura. ■Cosmetics: Stable vehicle for antioxidants, topical actives or cosmeceutical peptides sensitive to pH or temperature.

■Bioimpresión y biotecnología: Nanocápsulas funcionales para cultivos celulares, injertos, matrices de biofabricación o medicina personalizada. ■Bioprinting and biotechnology: Functional nanocapsules for cell cultures, grafts, biofabrication matrices or personalized medicine.

■Bebidas funcionales clean label: Vehiculización de compuestos naturales sensibles (e.g., vitamina C, flavonoides, probióticos) con liberación controlada en el tracto gastrointestinal, sin aditivos sintéticos. ■Clean label functional beverages: Vehicle for sensitive natural compounds (e.g., vitamin C, flavonoids, probiotics) with controlled release in the gastrointestinal tract, without synthetic additives.

La invención se adapta a rangos de operación fisiológica (pH 5.5-8.5; salinidad 20-45 %o; temperatura 20-45 °C), y está preparada para escalado industrial conforme a normativas internacionales:EFSA (QPS), FDA (GRAS), EMA (ICH Q8), y Reglamento (UE) 2021/1379. Su diseño modular, capacidad predictiva y bajo impacto ambiental la posicionan como una tecnología de encapsulación versátil, escalable y altamente innovadora. The invention is adapted to physiological operating ranges (pH 5.5-8.5; salinity 20-45%; temperature 20-45°C), and is ready for industrial scaling in accordance with international regulations: EFSA (QPS), FDA (GRAS), EMA (ICH Q8), and Regulation (EU) 2021/1379. Its modular design, predictive capacity, and low environmental impact position it as a versatile, scalable, and highly innovative encapsulation technology.

Problemas técnicos que resuelve la invenciónTechnical problems solved by the invention

La presente invención resuelve una serie de problemas técnicos persistentes en los sistemas de encapsulación convencionales utilizados en biotecnología, ingeniería de materiales, química aplicada, tecnologías farmacéuticas, ciencia de alimentos y liberación dirigida de compuestos bioactivos. El sistemaTF-LIOintroduce un enfoque integrado y predictivo que supera limitaciones estructurales, cinéticas, computacionales y regulatorias, mediante un modelo dieléctrico multiíndice, diseño inverso desde condiciones objetivo, y firmware embebido con autoajuste activo. The present invention solves a number of persistent technical problems in conventional encapsulation systems used in biotechnology, materials engineering, applied chemistry, pharmaceutical technologies, food science, and targeted release of bioactive compounds. The TF-LIO system introduces an integrated and predictive approach that overcomes structural, kinetic, computational, and regulatory limitations through a multi-index dielectric model, reverse design from target conditions, and embedded firmware with active self-tuning.

1. Inestabilidad dieléctrica de la matriz encapsulante1. Dielectric instability of the encapsulating matrix

•Problema técnico: Las matrices encapsulantes actuales no permiten controlar sus propiedades dieléctricas ante variaciones ambientales como pH, temperatura, salinidad o presión, lo que conlleva degradación estructural, fuga del compuesto activo y pérdida funcional. •Technical problem: Current encapsulating matrices do not allow control of their dielectric properties in the face of environmental variations such as pH, temperature, salinity or pressure, which leads to structural degradation, leakage of the active compound and loss of functionality.

•Solución que aporta TF-LIO: Implementación de un modelo computacional dieléctrico multiíndice (Sbio, IEL, AG_encap) que evalúa en tiempo real las condiciones físicas de la cápsula. El sistema, gobernado por firmware ARM, activa ajustes automáticos sobre parámetros críticos como la viscosidad efectiva (nmtx), la conductividad dieléctrica (Kp) y la temperatura de transición vítrea (Tg). •Solution provided by TF-LIO: Implementation of a multi-index dielectric computational model (Sbio, IEL, AG_encap) that evaluates the physical conditions of the capsule in real time. The system, governed by ARM firmware, activates automatic adjustments to critical parameters such as effective viscosity (nmtx), dielectric conductivity (Kp), and glass transition temperature (Tg).

•Efecto técnico obtenido: Estabilidad funcional del compuesto activo igual o superior al94% durante 180 días, con pérdidas inferiores al 6% en condiciones de estrés térmico y salino. Supera en más de 5 veces la estabilidad promedio de formulaciones convencionales. •Technical effect obtained: Functional stability of the active compound equal to or greater than 94% for 180 days, with losses of less than 6% under thermal and saline stress conditions. It exceeds the average stability of conventional formulations by more than 5 times.

2. Liberación no controlada del compuesto activo2. Uncontrolled release of the active compound

•Problema técnico: Los sistemas tradicionales de encapsulación presentan perfiles de liberación erráticos, excesivamente rápidos o no adaptables al entorno de aplicación, lo que compromete la eficacia terapéutica, funcional o agronómica. •Technical problem: Traditional encapsulation systems have erratic, excessively fast or non-adaptable release profiles to the application environment, which compromises therapeutic, functional or agronomic efficacy.

•Solución que aporta TF-LIO: El modelo dieléctrico multiíndice regula la función Rlib(t), modelando la cinética de liberación mediante el equilibrio dinámico entre AG_encap e IEL. El sistema permite programar el perfil deseado desde la fase de diseño, y validarlo por simulación conforme a la norma iS o 20638:2018. •Solution provided by TF-LIO: The multi-index dielectric model regulates the Rlib(t) function, modeling the release kinetics through the dynamic equilibrium between AG_encap and IEL. The system allows programming the desired profile from the design phase and validating it through simulation according to the iS 20638:2018 standard.

•Efecto técnico obtenido: Liberación progresiva y controlada del18.2 ± 0.5% en 240 horas, con secuencias programables delatencia, activación y saturación, ajustables a múltiples condiciones fisicoquímicas. •Technical effect obtained: Progressive and controlled release of 18.2 ± 0.5% in 240 hours, with programmable sequences of latency, activation and saturation, adjustable to multiple physicochemical conditions.

3. Ausencia de autoajuste computacional3. Lack of computational self-adjustment

•Problema técnico: Las tecnologías actuales carecen de mecanismos de control autónomo que ajusten el proceso de encapsulación frente a fluctuaciones externas o desviaciones funcionales durante la fabricación o almacenamiento. •Technical problem: Current technologies lack autonomous control mechanisms that adjust the encapsulation process in response to external fluctuations or functional deviations during manufacturing or storage.

•Solución que aporta TF-LIO: El firmware embebido ejecuta un bucle determinista de control y recalibración automática de parámetros dieléctricos. Ante desviaciones del índice IEL, se activa una secuencia de hasta tres ciclos de autoajuste. •Solution provided by TF-LIO: The embedded firmware executes a deterministic control loop and automatic recalibration of dielectric parameters. In the event of deviations from the IEL index, a sequence of up to three self-adjustment cycles is activated.

•Efecto técnico obtenido: Respuesta adaptativa con latencia inferior a0.5 segundos por ciclo, manteniendo el IEL dentro del intervalo objetivo(>120 ± 5)y asegurando la calidad estructural sin intervención manual. •Technical effect obtained: Adaptive response with latency less than 0.5 seconds per cycle, maintaining the IEL within the target range (>120 ± 5) and ensuring structural quality without manual intervention.

4. Dependencia de ensayos empíricos en fases tempranas4. Dependence on empirical trials in early phases

•Problema técnico: La validación de cápsulas funcionales suele requerir extensos ensayos in vivo o in vitro, costosos y éticamente problemáticos, lo que retrasa la innovación y eleva el riesgo técnico y económico. •Technical problem: Validation of functional capsules often requires extensive in vivo or in vitro trials, which are costly and ethically problematic, delaying innovation and increasing technical and economic risk.

•Solución que aporta TF-LIO: El modelo predictivo computacional permite diseñar cápsulas partiendo directamente de condiciones fisiológicas o ambientales de destino, evitando validaciones empíricas preliminares. Las simulaciones ofrecen una concordancia >95% frente a datos teóricos. •Solution provided by TF-LIO: The computational predictive model allows capsules to be designed directly from the target physiological or environmental conditions, avoiding preliminary empirical validations. The simulations offer >95% agreement with theoretical data.

•Efecto técnico obtenido: Reducción drástica de ensayosin vivo/in vitroen etapas iniciales, aceleración del desarrollo técnico-regulatorio, y mejora de la sostenibilidad del proceso. •Technical effect obtained: Drastic reduction of in vivo/in vitro tests in initial stages, acceleration of technical-regulatory development, and improvement of the sustainability of the process.

5. Falta de adaptación específica al entorno de aplicación5. Lack of specific adaptation to the application environment

•Problema técnico: Las cápsulas convencionales no se formulan para adaptarse a entornos específicos como mucosas gástricas, piel, branquias, suelos salinos o medios de cultivo celular, lo que genera incompatibilidad fisicoquímica, liberación ineficaz y pérdida de funcionalidad. •Technical problem: Conventional capsules are not formulated to adapt to specific environments such as gastric mucosa, skin, gills, saline soils or cell culture media, resulting in physicochemical incompatibility, ineffective release and loss of functionality.

•Solución que aporta TF-LIO: Se integra un módulo de diseño inverso, que parte de los valores objetivo de pH, T, potencial zeta (Z) y salinidad para generar una formulación encapsulante con índices optimizados (Sbio, AG_encap, IEL) para el entorno previsto. •Solution provided by TF-LIO: A reverse design module is integrated, which starts from the target values of pH, T, zeta potential (Z) and salinity to generate an encapsulating formulation with optimized indices (Sbio, AG_encap, IEL) for the intended environment.

•Efecto técnico obtenido: Formulación de cápsulasadaptadas de forma precisa al tejido o entorno destino, con liberación funcional eficaz, sin necesidad de reformulaciones posteriores. Aplicable a sectores exigentes como medicina personalizada, cultivo celular o nutrición de precisión. •Technical effect achieved: Capsule formulation precisely adapted to the target tissue or environment, with effective functional release, without the need for subsequent reformulations. Applicable to demanding sectors such as personalized medicine, cell culture, or precision nutrition.

Informe de estado de la técnica y análisis comparativo del sistema TF-LIOState-of-the-art report and comparative analysis of the TF-LIO system

1. Introducción1. Introduction

La encapsulación de bioactivos sensibles es un desafío crítico en industrias como la acuicultura, farmacología, agricultura, cosmética y bioingeniería. Estos compuestos, susceptibles a la degradación por factores ambientales como pH (5.5-8.5), salinidad (20-45), y temperatura (20-45°C), requieren sistemas de encapsulación que garanticen estabilidad y liberación controlada. Las tecnologías actuales presentan limitaciones significativas, incluyendo alta degradación (>30% en 90 días), falta de modelos predictivos robustos para la tasa de liberación(Rlib(t)),dependencia de ensayosin vivocostosos y ausencia de diseño inverso desde condiciones fisiológicas. El sistema TF-LIO (Termodinámico-Electromecánico para Liofilización Dieléctrica) aborda estas deficiencias mediante un modelo multiíndice predictivo, autoajuste dieléctrico en tiempo real, implementación en firmware ARM con trazabilidad criptográfica, y una retención funcional superior al 94% a 180 días, aplicable a una amplia gama de bioactivos. The encapsulation of sensitive bioactives is a critical challenge in industries such as aquaculture, pharmaceuticals, agriculture, cosmetics, and bioengineering. These compounds, susceptible to degradation by environmental factors such as pH (5.5–8.5), salinity (20–45), and temperature (20–45°C), require encapsulation systems that guarantee stability and controlled release. Current technologies have significant limitations, including high degradation (>30% in 90 days), a lack of robust predictive models for the release rate (Rlib(t)), dependence on costly in vivo assays, and the absence of reverse design from physiological conditions. The TF-LIO (Thermodynamic-Electromechanical for Dielectric Lyophilization) system addresses these shortcomings with a predictive multi-index model, real-time dielectric self-adjustment, implementation in ARM firmware with cryptographic traceability, and functional retention exceeding 94% at 180 days, applicable to a wide range of bioactives.

Este capítulo analiza el estado de la técnica relevante, comparando el sistema TF-LIO con tecnologías previas para destacar su novedad, actividad inventiva y aplicabilidad industrial, en cumplimiento con los Artículos 4 y 19 de la Ley 24/2015. El análisis se centra en la encapsulación de bioactivos en general, con la vitamina C como un ejemplo representativo de aplicación. This chapter analyzes the relevant state of the art, comparing the TF-LIO system with previous technologies to highlight its novelty, inventive step and industrial applicability, in compliance with Articles 4 and 19 of Law 24/2015. The analysis focuses on the encapsulation of bioactives in general, with vitamin C as a representative application example.

2. Estado de la técnica relevante2. Relevant state of the art

El estado de la técnica en encapsulación de bioactivos incluye varias patentes y tecnologías que abordan aspectos de la encapsulación, pero no logran la integración, predictibilidad y estabilidad que ofrece TF-LIO. A continuación, se describen las referencias clave identificadas: The state of the art in bioactive encapsulation includes several patents and technologies that address aspects of encapsulation, but none achieve the integration, predictability, and stability offered by TF-LIO. The key references identified are described below:

•WO2018011197A1 (2018): Describe una tecnología de encapsulación basada en alginato para bioactivos. Presenta una alta tasa de liberación (>95% en 2 horas a pH 8.2) y una pérdida de estabilidad significativa (>30% en 90 días). No incorpora un modelo predictivo multiíndice, autoajuste dieléctrico ni trazabilidad criptográfica, limitando su control sobre la liberación y estabilidad en entornos extremos. •WO2018011197A1 (2018): Describes an alginate-based encapsulation technology for bioactives. It features a high release rate (>95% in 2 hours at pH 8.2) and significant stability loss (>30% in 90 days). It does not incorporate a multi-index predictive model, dielectric self-tuning, or cryptographic traceability, limiting its control over release and stability in extreme environments.

•US20160206025A1 (2016): Se centra en la encapsulación de bioactivos, pero carece de un modelo predictivo integrado que considere factores termodinámicos y dieléctricos. Su tasa de liberación es rápida (>90% en 3 horas), y no ofrece diseño inverso ni control en tiempo real, reduciendo su precisión y adaptabilidad. •US20160206025A1 (2016): Focuses on the encapsulation of bioactives, but lacks an integrated predictive model that considers thermodynamic and dielectric factors. Its release rate is rapid (>90% in 3 hours), and it does not offer reverse design or real-time control, reducing its accuracy and adaptability.

•WO2020034760A1 (2020): Menciona modelos predictivos para encapsulación, pero no incluye control dieléctrico ni autoajuste en tiempo real. Su liberación es menos controlada (80% en 5 horas), y no aborda el diseño inverso ni la trazabilidad criptográfica, limitando su aplicabilidad en entornos regulados. •WO2020034760A1 (2020): Mentions predictive models for encapsulation, but does not include dielectric control or real-time self-tuning. Its release is less controlled (80% in 5 hours), and it does not address reverse design or cryptographic traceability, limiting its applicability in regulated environments.

•CN105124882A (2015): Describe una encapsulación dieléctrica parcial, pero sin autoajuste dinámico ni diseño inverso. Su falta de un sistema predictivo integrado limita la optimización en condiciones variables. •CN105124882A (2015): Describes a partial dielectric encapsulation, but without dynamic self-tuning or reverse design. Its lack of an integrated predictive system limits optimization under variable conditions.

•KR101587564B1 (2016): Aborda la degradación iónica en encapsulación, pero no incorpora diseño inverso ni autoajuste dieléctrico. Su enfoque es limitado y no permite la predictibilidad ni la adaptabilidad del sistema TF-LIO. •KR101587564B1 (2016): Addresses ionic degradation in encapsulation, but does not incorporate reverse design or dielectric self-tuning. Its approach is limited and does not allow for predictability or adaptability of the TF-LIO system.

Ninguna de estas referencias combina un modelo multiíndice predictivo, autoajuste dieléctrico, diseño inverso desde condiciones fisiológicas, ni trazabilidad criptográfica, lo que constituye una brecha tecnológica que TF-LIO llena de manera innovadora. None of these references combine a predictive multi-index model, dielectric self-tuning, reverse design from physiological conditions, or cryptographic traceability, which constitutes a technological gap that TF-LIO fills in an innovative way.

3. Análisis comparativo3. Comparative analysis

El sistema TF-LIO se distingue por superar las limitaciones del estado de la técnica, ofreciendo mejoras significativas en estabilidad, predictibilidad, control de liberación y eficiencia económica para una amplia gama de bioactivos. La Tabla 1 proporciona una comparación directa de parámetros clave, utilizando métricas generales aplicables a bioactivos sensibles: The TF-LIO system stands out by overcoming the limitations of the prior art, offering significant improvements in stability, predictability, release control, and cost-effectiveness for a wide range of bioactives. Table 1 provides a direct comparison of key parameters, using general metrics applicable to sensitive bioactives:

3.1. Comparación con WO2018011197A13.1. Comparison with WO2018011197A1

WO2018011197A1 muestra una liberación no controlada (>95% en 2 horas) y una estabilidad limitada (pérdida >30% en 90 días) para bioactivos encapsulados. En contraste, TF-LIO logra una liberación controlada (18.2% en 240 horas) y una retención del 94% a 180 días, gracias a su modelo multiíndice (Sbio, IEL, AGencap, Rlib(t)) y autoajuste dieléctrico. La ausencia de firmware y trazabilidad criptográfica en WO2018011197A1 limita su capacidad para optimizar dinámicamente la encapsulación. WO2018011197A1 exhibits uncontrolled release (>95% in 2 hours) and limited stability (loss >30% in 90 days) for encapsulated bioactives. In contrast, TF-LIO achieves controlled release (18.2% in 240 hours) and 94% retention at 180 days, thanks to its multi-index model (Sbio, IEL, AGencap, Rlib(t)) and dielectric self-tuning. The lack of firmware and cryptographic traceability in WO2018011197A1 limits its ability to dynamically optimize encapsulation.

3.2. Comparación con US20160206025A1 y WO2020034760A13.2. Comparison with US20160206025A1 and WO2020034760A1

US20160206025A1 carece de un modelo predictivo multiíndice, resultando en una liberación rápida (>90% en 3 horas) y baja estabilidad (20 días a 40°C). WO2020034760A1, aunque menciona modelos predictivos, no incluye control dieléctrico, mostrando una liberación del 80% en 5 horas y estabilidad limitada (60 días). TFLIO, con su autoajuste en tiempo real y diseño inverso, supera estas limitaciones, ofreciendo una liberación precisa y estabilidad prolongada para diversos bioactivos. US20160206025A1 lacks a multi-index predictive model, resulting in rapid release (>90% in 3 hours) and low stability (20 days at 40°C). WO2020034760A1, while mentioning predictive models, does not include dielectric control, showing 80% release in 5 hours and limited stability (60 days). TFLIO, with its real-time self-tuning and reverse design, overcomes these limitations, offering precise release and extended stability for various bioactives.

3.3. Comparación con CN105124882A y KR101587564B13.3. Comparison with CN105124882A and KR101587564B1

CN105124882A implementa encapsulación dieléctrica parcial, pero sin autoajuste ni diseño inverso, lo que restringe su adaptabilidad. CN105124882A implements partial dielectric encapsulation, but without self-adjustment or reverse design, which restricts its adaptability.

KR101587564B1 aborda degradación iónica, pero no permite diseño desde condiciones fisiológicas ni control dinámico. TF-LIO integra estas capacidades, logrando una solución más robusta y versátil aplicable a múltiples bioactivos. KR101587564B1 addresses ionic degradation, but does not allow for design based on physiological conditions or dynamic control. TF-LIO integrates these capabilities, achieving a more robust and versatile solution applicable to multiple bioactives.

4. Características únicas de TF-LIO4. Unique features of TF-LIO

El sistema TF-LIO introduce innovaciones no presentes en el estado de la técnica, aplicables a una amplia gama de bioactivos sensibles: The TF-LIO system introduces innovations not present in the state of the art, applicable to a wide range of sensitive bioactives:

•Autoajuste Dieléctrico en Tiempo Real: El firmware ARM ajusta dinámicamente parámetros como conductividad dieléctrica (Kp: 2.2-2.5 S/m), viscosidad efectiva (nmtx: 0.8- 1.2 Pas), y temperatura de transición vitrea (Tg: 69-75°C), basándose en umbrales de IEL (>120 ± 5), optimizando la encapsulación en 0.42 segundos por ciclo. •Real-Time Dielectric Auto-Adjustment: The ARM firmware dynamically adjusts parameters such as dielectric conductivity (Kp: 2.2-2.5 S/m), effective viscosity (nmtx: 0.8-1.2 Pas), and glass transition temperature (Tg: 69-75°C), based on IEL thresholds (>120 ± 5), optimizing encapsulation in 0.42 seconds per cycle.

•Modelo Multiíndice Integrado: La interrelación de Sbio (compatibilidad, >2.2), AGencap (estabilidad termodinámica, <-42.3 ± 1.5 kJ/mol), IEL (eficiencia dieléctrica), y Rlib(t) (tasa de liberación, 18.2% en 240 h) permite un diseño predictivo integral. •Integrated Multi-Index Model: The interrelationship of Sbio (compatibility, >2.2), AGencap (thermodynamic stability, <-42.3 ± 1.5 kJ/mol), IEL (dielectric efficiency), and Rlib(t) (release rate, 18.2% in 240 h) allows for a comprehensive predictive design.

•Diseño Inverso desde Condiciones Fisiológicas: Permite formular cápsulas desde requisitos específicos (pH 5.5-8.5, salinidad 20-45, T 20-45°C), eliminando ensayos in vivo iniciales, con una correlación >95% en simulaciones (ISO 20638:2018). •Reverse Design from Physiological Conditions: Allows formulation of capsules from specific requirements (pH 5.5-8.5, salinity 20-45, T 20-45°C), eliminating initial in vivo tests, with a correlation >95% in simulations (ISO 20638:2018).

•Trazabilidad Criptográfica: La integración de SHA256 asegura la integridad y verificación de datos, un diferenciador clave en industrias reguladas. •Cryptographic Traceability: The integration of SHA256 ensures data integrity and verification, a key differentiator in regulated industries.

•Eficiencia Cuantitativa: Retención >94% a 180 días, costo de 1500 €/tonelada (vs. •Quantitative Efficiency: Retention >94% at 180 days, cost of €1500/ton (vs.

5000 €/tonelada liposomal), y eficiencia energética de 12 ± 1 kWh/kg. 5000 €/ton liposomal), and energy efficiency of 12 ± 1 kWh/kg.

5. Conclusión5. Conclusion

El análisis del estado de la técnica demuestra que el sistema TF-LIO es novedoso y presenta actividad inventiva al superar las limitaciones de las tecnologías existentes para la encapsulación de bioactivos sensibles. Ninguna referencia combina un modelo multiindice, autoajuste dieléctrico, diseño inverso, ni trazabilidad criptográfica, lo que posiciona a TF-LIO como una solución técnica superior. Su capacidad para lograr una retención funcional del 94% a 180 dias, una liberación controlada del 18.2% en 240 horas, y un costo de producción significativamente menor (1500 €/tonelada vs. 5000 €/tonelada liposomal) evidencia su ventaja competitiva. The prior art analysis demonstrates that the TF-LIO system is novel and exhibits inventive activity by overcoming the limitations of existing technologies for encapsulating sensitive bioactives. No other reference combines a multi-index model, dielectric self-tuning, reverse design, and cryptographic traceability, positioning TF-LIO as a superior technical solution. Its ability to achieve 94% functional retention at 180 days, 18.2% controlled release in 240 hours, and a significantly lower production cost (€1,500/ton vs. €5,000/ton for liposomal encapsulation) highlights its competitive advantage.

Además, su cumplimiento con normativas internacionales (Reglamento UE 2021/1379, EFSA QPS, FDA GRAS, EMA ICH Q8) y su aplicabilidad en sectores como acuicultura, farmacología, agricultura, cosmética y bioingenieria refuerzan su potencial industrial. Por lo tanto, TF-LIO cumple con los requisitos de patentabilidad y representa un avance significativo en la encapsulación de bioactivos sensibles. Furthermore, its compliance with international regulations (EU Regulation 2021/1379, EFSA QPS, FDA GRAS, EMA ICH Q8) and its applicability in sectors such as aquaculture, pharmaceuticals, agriculture, cosmetics, and bioengineering reinforce its industrial potential. Therefore, TF-LIO meets patentability requirements and represents a significant advancement in the encapsulation of sensitive bioactives.

Claims (18)

REIVINDICACIONES 1. Método predictivo de encapsulación funcional de com puestos b ioactivos, caracterizado por integrar un modelo computacional dieléctrico multiíndice y un enfoque de diseño inverso, que comprende:1. Predictive method for functional encapsulation of bioactive compounds, characterized by integrating a multi-index dielectric computational model and a reverse design approach, comprising: • el cálculo de un conjunto de índices funcionales interrelacionados, seleccionados entre:• the calculation of a set of interrelated functional indices, selected from: oíndice de capacidad dieléctrica de la matriz (aLIO > 0.9),dielectric capacity index of the matrix (aLIO > 0.9), oíndice de compatibilidad dieléctrica del bioactivo (Sbio > 2.2),Dielectric compatibility index of the bioactive (Sbio > 2.2), oenergía libre de encapsulación (AG_encap < -35 kJ/mol),encapsulation free energy (AG_encap < -35 kJ/mol), oíndice de eficiencia dieléctrica (IEL > 120 ± 5),dielectric efficiency index (IEL > 120 ± 5), oy tasa de liberación funcional (Rlib(t) < 18.2 % en 240 h a pH 8.2);functional release rate (Rlib(t) < 18.2% in 240 h at pH 8.2); • la simulación numérica del comportamiento estructural y cinético de la cápsula bajo condiciones fisiológicas o ambientales específicas, incluyendo:• Numerical simulation of the structural and kinetic behavior of the capsule under specific physiological or environmental conditions, including: opH entre 5.5 y 8.5,opH between 5.5 and 8.5, osalinidad entre 20 y 45 %o,osalination between 20 and 45% otemperatura entre 20 °C y 45 °C,or temperature between 20 °C and 45 °C, oy potencial zeta (Z) de -15 ± 5 mV;oy zeta potential (Z) of -15 ± 5 mV; • la generación automatizada de una formulación encapsulante optimizada, con:• the automated generation of an optimized encapsulating formulation, with: oviscosidad efectiva (nmtx) entre 0.8 y 1.2 Pas,effective oviscosity (nmtx) between 0.8 and 1.2 PaS, oy conductividad dieléctrica (Kp) entre 2.2 y 2.5 S/m;oy dielectric conductivity (Kp) between 2.2 and 2.5 S/m; • la ejecución del proceso mediante firmware embebido en arquitectura ARM Cortex-M4, con trazabilidad criptográfica mediante algoritmo SHA-256 y capacidad de autoajuste dieléctrico en tiempo real;• the execution of the process using firmware embedded in ARM Cortex-M4 architecture, with cryptographic traceability using the SHA-256 algorithm and real-time dielectric self-adjustment capability; • y un proceso deliofilización dieléctricapara estabilizar la matriz y el bioactivo, con posibilidad dedoble liofilizaciónpara incorporación de aptámeros dirigidos.• and a dielectric freeze-drying process to stabilize the matrix and the bioactive, with the possibility of double freeze-drying for incorporation of targeted aptamers. Todos los parámetros dieléctricos se definen conforme a mediciones por celda LCR y simulaciones computacionales validadas.All dielectric parameters are defined according to LCR cell measurements and validated computer simulations. 2. Método según la reivindicación 1, aplicable a entornos fisiológicos seleccionados entre:2. Method according to claim 1, applicable to physiological environments selected from: mucosa gástrica, piel, branquias, suelos salinos o cultivos celulares, adaptando dinámicamente los parámetros de pH, salinidad y temperatura al medio de destino.gastric mucosa, skin, gills, saline soils or cell cultures, dynamically adapting the pH, salinity and temperature parameters to the target medium. 3.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que se emplea ácido ascórbico como compuesto modelo, obteniendo una tasa de liberaciónRlib(t) < 18.2 % en 240 hy una retención funcional> 94 % a 180 días.3. Method according to any of claims 1 or 2, wherein ascorbic acid is used as a model compound, obtaining a release rate Rlib(t) < 18.2% at 240 days and a functional retention > 94% at 180 days. 4.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el perfil de liberación se programa en tres fases secuenciales:latencia inicial, activación controlada y saturación terminal, reguladas por la función dieléctricaRlib(t), con una tasa máxima de liberación (Rmax) comprendida entre4 y 6 mg/h.4. Method according to any of claims 1 to 3, wherein the release profile is programmed in three sequential phases: initial latency, controlled activation and terminal saturation, regulated by the dielectric function Rlib(t), with a maximum release rate (Rmax) between 4 and 6 mg/h. 5.Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el firmware ejecuta un bucle de autoajuste dieléctrico en tiempo real, con:5. Method according to any of the preceding claims, wherein the firmware executes a real-time dielectric self-tuning loop, with: • una latencia de respuesta inferior a0.5 segundos por ciclo,• a response latency of less than 0.5 seconds per cycle, • un máximo detres ciclos de ajusteante desviaciones superiores a±5 unidades en el índice IEL,• a maximum of three adjustment cycles for deviations greater than ±5 units in the IEL index, • y, en caso de persistencia de la desviación tras el tercer ciclo, el sistema activa un protocolo de contingencia que incluye:• and, if the deviation persists after the third cycle, the system activates a contingency protocol that includes: o interrupción del proceso,or interruption of the process, o registro criptográfico del evento,or cryptographic record of the event, o y emisión de alerta operativamediante interfaz gráficaor and issuance of operational alerts via graphical interface ocomunicación remota.remote communication. 6.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los índices funcionales (Sbio, ΔG_encap, IEL) se utilizan como predictores de estabilidad estructural, cinética de liberación y eficiencia encapsulante, con validación mediante simulación conforme a la normaISO 20638:2018.6. Method according to any of claims 1 to 5, wherein the functional indices (Sbio, ΔG_encap, IEL) are used as predictors of structural stability, release kinetics and encapsulating efficiency, with validation by simulation in accordance with ISO 20638:2018. 7.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, aplicable a formulaciones destinadas a:7. Method according to any of claims 1 to 6, applicable to formulations intended for: •acuicultura, con mejora del índice de crecimiento específico (SGR > 2.45 %/día) y reducción de mortalidad post-hipóxica (< 12 %);•aquaculture, with improvement of the specific growth rate (SGR > 2.45%/day) and reduction of post-hypoxic mortality (< 12%); •farmacología, incluyendo compuestos GRAS-compliant;•pharmacology, including GRAS-compliant compounds; •agricultura, mediante biofertilizantes funcionales;•agriculture, through functional biofertilizers; •cosmética, con antioxidantes tópicos;•cosmetics, with topical antioxidants; •bioimpresión y bebidas funcionales tipo clean-label.• Bioprinting and clean-label functional beverages. 8.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se sustituye la realización de ensayos in vivo por simulaciones dieléctricas validadas con una precisión igual o superior al 95%, conforme a la normaISO 20638:2018.8. Method according to any of claims 1 to 7, wherein the performance of in vivo tests is replaced by dielectric simulations validated with an accuracy equal to or greater than 95%, in accordance with ISO 20638:2018. 9.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se empleanbiopolímeros recicladosen la formulación encapsulante, seleccionados entre:9. Method according to any of claims 1 to 8, wherein recycled biopolymers are used in the encapsulating formulation, selected from: •quitosano (45 % p/p),•chitosan (45% w/w), •trehalosa (25 %),•trehalose (25%), • yácido hialurónico (5 %), conforme a la norma medioambientalISO 14040:2006.• hyaluronic acid (5%), in accordance with the environmental standard ISO 14040:2006. 10. D ispositivo in te ligente de encapsulación funcional, caracterizado por incorporar:10. Intelligent functional encapsulation device, characterized by incorporating: • un microcontrolador ARM Cortex-M4 con firmware embebido• an ARM Cortex-M4 microcontroller with embedded firmware capaz de ejecutar simulaciones dieléctricas en tiempo real;capable of running real-time dielectric simulations; • trazabilidad criptográfica mediante algoritmo SHA-256;• Cryptographic traceability using the SHA-256 algorithm; • sensores capacitivos conectados mediante interfaz I2C/SPI;• capacitive sensors connected via I2C/SPI interface; • una celda dieléctrica equipada con medidor LCR para análisis de parámetros dieléctricos (nmtx, Kp, Tg, IEL);• a dielectric cell equipped with an LCR meter for analysis of dielectric parameters (nmtx, Kp, Tg, IEL); • y capacidad de control adaptativo de la formulación encapsulante mediante bucles de autoajuste computacional.• and adaptive control capability of the encapsulating formulation through computational self-tuning loops. 11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado por incorporar trazabilidad criptográfica mediante algoritmo SHA-256, con capacidad de auditoría y almacenamiento seguro de datos dieléctricos.11. Device according to claim 10, characterized by incorporating cryptographic traceability using the SHA-256 algorithm, with auditing capability and secure storage of dielectric data. 12. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11, en el que el firmware permite comunicación bidireccional cifrada mediante protocolos industriales actualizados (por ejemplo, TLS 1.3 o AES-256), implementados en stack integrado.12. Device according to claim 10 or 11, wherein the firmware enables encrypted bidirectional communication using updated industry protocols (e.g., TLS 1.3 or AES-256), implemented in an integrated stack. 13. Com posición encapsulante obtenida mediante el método según cualquiera de las re ivindicaciones 1 a 9, que comprende:13. Encapsulating composition obtained by the method according to any of claims 1 to 9, comprising: • quitosano (45 % p/p),• chitosan (45% w/w), • trehalosa (25 %),• trehalose (25%), • ácido hialurón ico (5 %),• hyaluronic acid (5%), • y un bioactivo seleccionado entre vitaminas, polifenoles, péptidos, enzimas, aptámeros o ARNm.• and a bioactive ingredient selected from vitamins, polyphenols, peptides, enzymes, aptamers or mRNA. 14. Uso de la composición según la reivindicación 13 para la formulación de bebidas funcionales tipo clean-label, con liberación entérica controlada del bioactivo.14. Use of the composition according to claim 13 for the formulation of clean-label functional beverages, with controlled enteric release of the bioactive. 15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por estar adaptado pa ra o p e ra r en co n d ic io n e s e x te n d id a s de pH co m p re n d id o en tre 2.0 y 10.0 y temperatura entre 5 °C y 80 °C, mediante ajuste de la formulación encapsulante y recalibración dieléctrica del modelo computacional, con validación estructural y cinética mediante simulación numérica conforme a la norma ISO 20638:2018.15. Method according to any of claims 1 to 14, characterized by being adapted to operate under extended pH conditions between 2.0 and 10.0 and temperature between 5 °C and 80 °C, by adjusting the encapsulating formulation and recalibrating the computational model dielectric, with structural and kinetic validation by numerical simulation in accordance with ISO 20638:2018. 16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que el firmware del sistema incorpora algoritmos de autoaprendizaje que estiman dinámicamente los parámetros osmóticos ($_osm), de compresión (P) y de rigidez dieléctrica (k), en función de las condiciones de operación y del historial de uso, permitiendo la recalibración adaptativa del modelo de liberación.16. Method according to any of claims 1 to 15, wherein the system firmware incorporates self-learning algorithms that dynamically estimate the osmotic parameters ($_osm), compression (P) and dielectric strength (k), based on operating conditions and usage history, allowing adaptive recalibration of the release model. 17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que la formulación encapsulante se configura mediante perfiles preestablecidos para matrices poliméricas seleccionadas entre alginato, PLGA o celulosa, en función de la aplicación deseada, con ajuste de la viscosidad efectiva (qmtx) y del índice de liberación (Rlib) según el entorno de destino.17. Method according to any of claims 1 to 16, wherein the encapsulating formulation is configured by pre-established profiles for polymer matrices selected from alginate, PLGA or cellulose, depending on the desired application, with adjustment of the effective viscosity (qmtx) and the release index (Rlib) according to the target environment. 18. Algoritmo computacional de diseño inverso para la configuración de sistemas de liberación inteligente, caracterizado por recibir como entrada un perfil de liberación deseado (Rlib_target), condiciones ambientales previstas (pH, temperatura, humedad) y restricciones materiales (tipo de matriz, viscosidad, carga útil), y generar como salida una formulación encapsulante optimizada y un conjunto de parámetros dieléctricos y osmóticos(k,$_osm, P) que satisfacen dicho perfil mediante simulación iterativa y ajuste multiobjetivo.18. Computational algorithm for reverse design for the configuration of intelligent release systems, characterized by receiving as input a desired release profile (Rlib_target), expected environmental conditions (pH, temperature, humidity) and material constraints (matrix type, viscosity, payload), and generating as output an optimized encapsulant formulation and a set of dielectric and osmotic parameters (k, $_osm, P) that satisfy said profile through iterative simulation and multi-objective adjustment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010061288A2 (en) * 2008-11-30 2010-06-03 University Of Witwatersrand, Johannesburg Polymeric pharmaceutical dosage form

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Title
SALAHSHOORI I. ET AL. "Simulation-based approaches for drug delivery systems: Navigating advancements, opportunities, and challenges". Journal of Molecular Liquids. 2023-12-27, ELSEVIER, AMSTERDAM NL, 27/12/2023, Vol. 395, ISSN 0167-7322, ISSN 1873-3166, (DOI: 10.1016/j.molliq.2023.123888) [en línea] [recuperado el 17/09/2025] *

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