שיטת ההקפאה משמשת להפקת הידרוג’לים chitosan-פולי (ויניל אלכוהול) ללא סוכנים מקושרים. עבור שיטה זו, חשוב לשקול את תנאי ההקפאה (טמפרטורה, מספר מחזורים) ויחס פולימרי, אשר יכול להשפיע על המאפיינים והיישומים של הידרוג’לים שהתקבלו.
Chitosan-פולי (אלכוהול ויניל) יכול להיות מיוצר על ידי שיטה להקפיא הקפאת מבלי להשתמש בסוכני החוצה רעילים המקשרים. היישומים של מערכות אלה מוגבלים על ידי המאפיינים שלהם (כגון, הגמישות, יכולת הנפיחות, העמסת הסמים ויכולת שחרור הסמים), אשר תלויים בתנאי ההקפאה ובסוג וביחס של פולימרים. פרוטוקול זה מתאר כיצד להכין הידרוג מ chitosan ו פולי (אלכוהול ויניל) ב 50/50 w/w% של הרכב פולימרי ושונות את טמפרטורת ההקפאה (-4 ° c,-20 ° c,-80 ° c) ו להקפיא מחזורי ההקפאה (4, 5, 6 מחזורי הקפאה). מחשב הידרוגרפי, מיקרוגרף של SEM ו-FT, התקבלו. כמו כן, קיבולת הנפיחות והטעינה וההפצה של הסמים והשחרור של diflunisal העריכו. תוצאות מיקרוגרפים מתוך SEM ומראים שגודל הנקבוביות פוחת, בעוד העליות גדלות בטמפרטורות נמוכות יותר. אחוז הנפיחות היה גבוה יותר בטמפרטורת ההקפאה הקטנה. ההפצה של diflunisal מן ההידרולים נחקרה. כל הרשתות לשמור על שחרור התרופה עבור 30 h והוא כבר נצפתה כי מנגנון דיפוזיה פשוטה מווסת את השחרור diflunisal על פי המודלים של קורסמיייר-Peppas ו הידגוצ’י.
לאחרונה, הידרוג’לים משכו עניין רב בתחום ביו-רפואי משום שהם רשתות תלת ממדיות עם תכולת מים גבוהה והם רכים וגמישים, כך שהם יכולים לחקות רקמות טבעיות בקלות1. כמו כן, הם אינם מתמוססים במדיום מימית בטמפרטורה פיסיולוגית ו-pH אך מציגים נפיחות גדולה2. הידרולים יכולים לשמש כהנדסת רקמות פיגומים, מוצרי היגיינה, עדשות מגע, ותחבושות הפצע; כי הם יכולים ללכוד ולשחרר תרכובות פעילות ותרופות, הם משמשים כמערכות משלוח הסמים3. בהתאם ליישומם, ניתן ליצור הידרוג’לים מפולימרים טבעיים או סינתטיים, או שילוב של שניהם, על מנת להשיג את המאפיינים הטובים ביותר4.
המאפיינים של הידרוג’לים הם תוצאה של גורמים פיזיים וכימיים רבים. במישור הפיזי, המבנה שלהם מורפולוגיה תלוי הפורנות שלהם, גודל נקבובית והפצת נקבובית5. ברמה הכימית והמולקולרית, הסוג הפולימרי, התוכן של קבוצת ההידרופיפילית בשרשרת הפולימר, סוג נקודת הקישור החוצה, וצפיפות הקישור החוצה הם הגורמים הקובעים את קיבולת הנפיחות ואת התכונות המכאניות6,7.
בהתאם לסוג הסוכן המקשר ששימש ליצירת הרשת, ההידרוג מסווגים כהידרוג’לים כימיים או הידרוג’לים פיזיים. הידרוג’לים כימיים מחוברים באמצעות אינטראקציות מקושרות בין הרשתות שלהם, אשר נוצרות באמצעות קרינת UV ו גמא או באמצעות סוכן מעבר קישור7,8. הידרו-ג’ל כימי בדרך כלל חזקים ועמידים אבל, בדרך כלל, הסוכן crosslinking מקשר רעיל לתאים ההסרה שלה קשה, כך יישום שלה מוגבל. מצד שני, הידרו-ג’ל פיזי היוצר על-ידי החיבור של רשתות הפולימר באמצעות אינטראקציות לא-קוולנטי, הימנעות מהשימוש בסוכנים מרובי קישורים4,9. האינטראקציות המרכזיות שאינן מקודקות ברשת הן אינטראקציות הידרופוביות, כוחות אלקטרוסטטית, גבולות משלימים ומימן7.
פולי (ויניל אלכוהול) (pva, איור 1א) הוא פולימר סינתטי ומסיסים במים עם ביצועים מכניים מעולה ביולוגי שיכול מ crosslink סוכן-הידרוטים חינם באמצעות שיטה הקפאה-להפשיר10,11. פולימר זה יש את היכולת ליצור אזורים מרוכזים של איגרות חוב מימן בין-OH קבוצות של שרשראות שלהם (אזורים גבישי) כאשר הם מקפיאים12. אלה אזורים גבישי לפעול כנקודות המקשר ברשת, והם מקודמים על ידי שני אירועים: התקרבות של שרשראות פולימר כאשר מי הקריסטל מתרחב ואת PVA שינויים השינויים מתוך איזוטקטיקה כדי synדיוטקטיק PVA במהלך הקפאת13. בגלל הקפאת הייבוש, גבישי המים הם סובלימציה, השארת חללים ריקים כי הם נקבוביות ההידרוג’ל14. כדי להשיג הידרוג’לים עם תכונות טובות יותר, PVA יכול להיות בשילוב בקלות עם פולימרים אחרים.
במובן זה, chitosan מהווה אופציה כפי שהוא ביופולימרים היחיד ממקורות טבעיים עם חיובים חיוביים. הוא מתקבל על ידי הדרחון של כיטין והוא מורכב מצירופים אקראיים של β-1, 4 מקושרים D-גלוקוסמילין (deacetylated unit) ו-N-מרחקסיל-D-גלוקוסמיטין (acetylated unit)15,16 (איור 1ב). Chitosan הוא מתכלה על ידי אנזימים אנושיים וזה ביולוגי תואם. כמו כן, על ידי הטבע המלא שלה, זה יכול לתקשר עם המטען השלילי של משטח התא, ומאפיין זה היה קשור לפעילות מיקרוביאלית שלה17. פולימר זה קל לתהליך; עם זאת, תכונות מכניות שלהם אינם מספיקים וחומרים מסוימים נוספו מתחמי טופס עם מאפיינים טובים יותר.
בהתחשב מאפיינים ספציפיים של chitosan ו-pva, ייצור מוצלח של הידרוג כבר הגיע על ידי ההקפאה הקפאת שיטה2,18 כדי למנוע את השימוש של סוכנים מרובי הקישור רעילים. ב-chitosan-PVA הידרוג, האזורים הגבישי של PVA הם גם הקימו, ו chitosan שרשראות הם שחדרו ויוצרים קשרים מימן פשוט עם-NH2 קבוצות ו-OH קבוצות ב pva. Chitosan-PVA האחרון הידרוג’ל הוא יציב מכנית, עם שיעור גבוה של נפיחות ורעילות נמוכה, עם אפקט אנטיבקטריאלי18. עם זאת, בהתאם לתנאי ההקפאה המשמשים בהכנה (טמפרטורה, זמן ומספר מחזורים), המאפיינים הסופיים עשויים להשתנות. מחקרים מסוימים מדווחים כי הגדלת מספר מחזורי ההקפאה מפחיתה את רמת הנפיחות ומגדילה את כוח מתיחה19,20. כדי לחזק את הרשת, סוכנים אחרים כגון קרינת גמא וקרינה UV שימשו בנוסף לאחר ההכנה הקפאת ההקפאה21,22,23. הידרוג’לים עם פרופורציה chitosan גבוהה יותר יש רשת נקבובי יותר קיבולת נפיחות גבוהה אבל פחות כוח ויציבות תרמית. בהקשר זה, חשוב לשקול את תנאי ההכנה כדי לקבל הידרוג’לים מתאימים עבור יישום היעד שלהם.
מטרת העבודה הזאת היא להציג בפרוטרוט כיצד תנאי ההקפאה (טמפרטורת ההקפאה ומספר המחזורים) משפיעים על המאפיינים הסופיים של הידרו-מדעי הפועל-PVA. מאפיינים מורפולוגיים וכושר הנפיחות הוערכו לשימוש בספקטרום של FT-IR, ויכולת העמסה ושחרור של סמים. בלימודי השחרור, diflunisal (איור 1ג) שימש כתרופה למודל, בשל גודלו המתאים למבנה ההידרוג’ל.
שיטת ההקפאה היא תהליך מתאים להכנת הידרו-ג’לים ביולוגיים המתמקדים ביישומים ביו-רפואיים, פרמצבטיקה או קוסמטיקה34,35,36. היתרון החשוב ביותר של שיטה זו, לעומת שיטות ידועות אחרות כדי להכין הידרוג’לים, הוא כי השימוש החיצוני הסוכן הקישור הוא נמנע, א…
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים לג לוצאגה על התמיכה במידות הפורבמטריה. מחברים גם תודות Ministerio דה אקונוניה התחרות אבא של ספרד לתמיכה כספית (פרויקט MAT2014-59116-C2-2-R) ו PIUNA (ref. 2018-15). המחברים גם רוצה להכיר ד ר אמיר אלדונאדו מתוך מתחת לבית המלון לתמיכה והערות מועיל ד ר SE Burruel-Ibarra מ DIPM-אוניסון עבור תמונות SEM ו-Rubio פרמה y Asociados S. A. de C. עבור תמיכה כספית. לי מרטיז-ברברוסה מעוניין להודות לקונצ (מקסיקו) פרויקטים מס ‘ 104931 ו-No 256753, מלבד התמיכה הפיננסית של Red Temtica דה Nanociencias y Nanotecloía del קונמה דה Redes מטטיאס דל CONACyT. . וגם פרויקט USO316001081 MD פיגרואה-פיאנו מעוניין להכיר בconacyt לקבלת תמיכה כספית (מלגה 373321).
Materials: | |||
Chitosan medium molecular weight | Sigma-Aldrich | 448877 | Mw determined by capillary viscometry (637,000 Da) and deacetylation degree of 70% |
Diflunisal (2'-4'-difluoro-4-hydroxy-3-biphenyl-carboxylicacid) | Merck | ||
Glacial acetic acid | Sigma-Aldrich | 1005706 | |
Poly(vinyl alcohol) | Sigma-Aldrich | 341584 | Mw 89,000-98,000, 99+% hydrolyzed |
Equipment: | |||
Cressington Sputter Coater 108 auto | TED PELLA INC | ||
Cryodos Lyophilizator | Telstar | ||
Falcon tubes | Thermo Fisher Company | ||
FT-IR spectroscopy | Nicolet iS50 | in ATR mode | |
Lyophilizator | LABCONCO | ||
Micromeritics Autopore IV 9500 | Micromeritics | ||
Scanning electron microscope | Pemtron SS-300LV | ||
UV-visible spectrophotometer | Agilent 8453 |