Summary
الأنظمة حركة ايبوبروفين مغلفة في شبكة البوليمر nanosponges-β سيكلودكسترين يتم التحقيق باستخدام تدور الصدى (PGSE) NMR تقنية نابض الميدان-الانحدار. ويرد التوليف، وتنقية والتحميل المخدرات، وتنفيذ تسلسل نبض الرنين المغناطيسي النووي وتحليل البيانات للعمل على تشريد مربع متوسط من المخدرات في عدة مرات المراقبة في التفاصيل.
Abstract
قاد الكيميائية عبر ربط β-سيكلودكسترين (β-CD) مع dianhydride ethylenediaminetetraacetic (EDTA) لالبوليمرات تشعبت يشار إلى nanosponges سيكلودكسترين (CDNSEDTA). ووصف اثنان من الاستعدادات المختلفة مع 4: 1 و 1: 8 CD-EDTA النسب المولية. تم الاتصال البوليمرات عبر ربط المقابلة مع 0.27 M محلول مائي من ملح الصوديوم إيبوبروفين (IP) مما يؤدي إلى المخدرات تحميل الهلاميات المائية متجانسة، عديم اللون.
تميزت أنظمة التي كتبها عالية الدقة زاوية السحر الغزل (HR-MAS) مطيافية الرنين النووي المغناطيسي. تم استخدام نابض المجال التدرج تدور الصدى (PGSE) مطيافية الرنين النووي المغناطيسي لتحديد تشريد يعني مربع (MSD) للملكية الفكرية داخل هلام البوليمر في أوقات المراقبة المختلفة ر د. كما تمت معالجة البيانات من أجل دراسة الاعتماد وقت MSD: MSD = و (ر د). المنهجية المقترحة هي مفيدة لتوصيف الأنظمة نشر المختلفة التي،من حيث المبدأ، المذاب قد تواجه داخل هيدروجيل، وهي نشر الطبيعي أو الشاذ. وهنا ذكرت البروتوكولات الكاملة بما في ذلك إعداد البوليمر وتنقية، وحصولهم الهلاميات المائية محملة بالمخدرات، وإعداد العينات NMR، وقياس MSD التي كتبها HR-MAS مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ومعالجة البيانات النهائية لتحقيق الاعتماد وقت MSD ومناقشتها . تمثل تجارب عرضوا قضية نموذجية وتناقش البيانات من حيث النهج المبتكر على توصيف خصائص النقل للضيف مغلفة ضمن مجموعة البوليمرية من التطبيق المحتمل لتسليم المخدرات.
Introduction
هناك اهتمام متزايد في تصميم وصياغة الأنظمة البوليمرية قادرة على entrapping، عن طريق التفاعلات غير التساهمية، جزيئات صغيرة مع النشاط الكيميائي الحيوي المحتملين. ومن المتوقع أن تجد تطبيقات في نقل نشاطا من حيث المبدأ على الهدف انتقائية والافراج على عمل مؤثرات الخارجية، مثل تغيرات درجة الحموضة، ودرجة الحرارة، الخ وفي هذا السياق مثل هذه المواد، تحولت الهلاميات المائية إلى أن تكون المواد تنوعا وقوية لالنانوي في ضوء الإفراج تسيطر المخدرات 1. تشكيل الهلاميات المائية البوليمرية يمكن أن يتحقق عن طريق الربط بين سلاسل الجزيئات التي كتبها i) المادية، والتفاعلات غير التساهمية مثل السندات الهيدروجين، والثاني) التساهمية عبر ربط السلاسل مما يؤدي إلى شبكة ثلاثية الأبعاد قادرة على الانتفاخ في وجود محلول مائي أو ج) مزيج من اثنين من الطرق المذكورة أعلاه 2-4.
وهناك فئة متعددة الاستعمالات خاصة من ثلاثة سنتات،nsional، والبوليمرات swellable لتغليف الأنواع العضوية وغير العضوية ويمكن الحصول بدءا من الطبيعي β-سيكلودكسترين (β-CD) عن طريق التكثيف مع مناسبة والمشتقات تفعيلها من حمض tetracarboxylic 5-8 مما أدى إلى nanosponges سيكلودكسترين (شبكات تقديم المحتوى). التوليف، وتوصيف وتطبيق شبكات تقديم المحتوى هو موضوع البحث الموحد من مجموعتنا. وتشير النتائج السنوات القليلة الماضية "أن شبكات تقديم المحتوى إظهار الخصائص المثيرة للاهتمام من تورم، وامتصاص / إدراج المواد الكيميائية، والإفراج عن جزيئات الدواء الصغيرة، مع تطبيقات في الإفراج رقابة من المكونات النشطة الدوائية 9-11 والكيمياء البيئية 12-14.
وبالنظر إلى هذه الأماكن، واثنين من المسائل الرئيسية التي يتعين معالجتها القلق تحميل الفعال للمركب نشط في هلام البوليمر وتحسين فهم المواد المذابة التنقل في المصفوفات هلام 15 16،17. نابض تدور الصدى (PGSE) مطيافية الرنين النووي المغناطيسي الانحدار الميدان هو طريقة الهيكلي راسخة تستخدم على نطاق واسع لدراسة نشر متعدية من جزيئات صغيرة في المذيبات 18 أو نشر الذاتي من السوائل النقية. جعلت التطورات الأخيرة في عالية الدقة زاوية السحر الغزل (HR-MAS) التكنولوجيا NMR من الممكن جمع البيانات الرنين المغناطيسي عالية الدقة من الجزيئات المحمولة في تعليق غير متجانسة 19، والمواد الهلامية والبوليمرات swellable 20،21. والواقع أن الإعداد التجريبية الجمع بين HR-MAS مطيافية الرنين النووي المغناطيسي وتسلسل نبض PGSE يوفر فرصة فريدة لرصد جزيئات المذاب في بيئة الجزيئية المضيف. وبالتالي يمكن الحصول على بيانات هامة حول خصائص النقل للجزيء المخدرات شرك داخل مصفوفة هلام. وبالتالي يمكن للبيانات التجريبية جودة عالية يكون obtaiنيد السماح لتصميم أكثر عقلانية من أنظمة المضيف ضيفا ذات البنية النانومترية.
في هذا العمل ونحن تصف بروتوكولات مفصلة للخطوات التالية: أ) تجميع وتنقية اثنين من صياغة مختلفة من شبكات تقديم المحتوى عبر ربط مع البوليمرات EDTA (الشكل 1)، ويشار إلى CDNSEDTA، وتتميز CD مختلفة / عبر الرحى رابط نسبة: 1: 4 (CDNSEDTA 1: 4) و 1: 8 (CDNSEDTA 1: 8). ب) إعداد الهلاميات المائية محملة المخدرات على حد سواء CDNSEDTA 1: 4 و CDNSEDTA 1: 8. في هذه الخطوة كنا، كما جزيء نموذج المخدرات، وشعبية غير الستيرويدية المضادة للالتهابات ملح الصوديوم إيبوبروفين (IP)؛ ج) تحقيق شامل لخصائص النقل للملكية الفكرية داخل CDNSEDTA الهلاميات المائية عبر PGSE-HRMAS مطيافية الرنين النووي المغناطيسي. وتستند هذه الطريقة التي نقترحها هنا على قياس تشريد يعني مربع (MSD) من المخدرات مغلفة ضمن هيدروجيل تليها تحليل الاعتماد وقت MSD.
نحن ثإيش التأكيد على أن المنهجية المذكورة أعلاه - والتي تركز على الاعتماد وقت MDS الدواء في المصفوفة - توفر مجموعة واسعة من المعلومات مقارنة منهجية موحدة على أساس تحديد معامل انتشار الدواء فقط. نحن في الآونة الأخيرة أظهرت 21 أن هذا النهج يسمح للتمييز الأنظمة نشر العادية والشاذة التي تعيشها الملكية الفكرية محصورة في الهلاميات المائية شبكات تقديم المحتوى.
وبالتالي فإننا نعتقد أن وصف خطوة بخطوة من التوليف البوليمر / تنقية، تشكيل الهلاميات المائية محملة بالمخدرات، HR-MAS NMR توصيف ومعالجة البيانات من البيانات MDS، هو مجموعة أدوات قوية للعلماء المهتمين في وصف الأنظمة ذات البنية النانومترية ل الحبس والإفراج عن جزيئات صغيرة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. توليف CDNSEDTA البوليمرات
- الجاف β-سيكلودكسترين (β-CD) في الفرن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 4 ساعات قبل الاستعمال. الجافة 500 مل من ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) و 100 مل من ثلاثي الإيثيلامين (إت 3 N) على المناخل الجزيئية (4 أ) لمدة 24 ساعة قبل استخدامها في البروتوكول.
- إدخال 25 مل من DMSO إلى 50 قارورة مل الرقبة جولة واحدة القاع. تحت التحريك المغناطيسي، إضافة 5.675 غرام من β-CD (5 ملمول). من أجل الحد من تشكيل كتل، إضافة مسحوق β-CD في أجزاء صغيرة لDMSO.
- بعد حوالي 30 دقيقة، إضافة 6ML من إت 3 N في حل متجانس باستخدام 10 مل تخرج ماصة. حافظ على الخليط مع التحريك لمدة 15 دقيقة في RT. يغرق القارورة في حمام مائي عند RT.
ملاحظة: التفاعل بين β-CD وEDTA هو طارد للحرارة. لذلك، تغرق القارورة في حمام مائي تفضل تبادل الحرارة وتجنب ارتفاع درجة حرارة خليط التفاعل. - إضافة 5.124 غ (20 مليمول، وإعداد CDNSEDTA 1: 4) أو 10.248 غ (40 مليمول، وإعداد CDNSEDTA 1: 8) من EDTA-dianhydride مع التحريك الشديد.
- بعد 3 ساعات، وإزالة المواد الصلبة (CDNSEDTA 1: 4 أو CDNSEDTA 1: 8) من القارورة باستخدام ملعقة وسحقها بشكل صارخ مع هاون ومدقة.
- غسل المواد الصلبة على الورق مرشح مع الأسيتون في RT (100 مل × 5 مرات)، مع حمض الهيدروكلوريك 0.1 M (200 مل × 5 مرات)، والماء منزوع الأيونات (200 مل × 3 مرات).
- وأخيرا، الجافة جميع المواد الصلبة في الهواء في RT لمدة 48 ساعة، تخمدها ناعما في هاون ومدقة وثم يبقيه تحت فراغ (<15 م بار) لمدة 2 ساعة على 45 درجة مئوية.
الشكل 1: التمثيل التخطيطي من البوليمرات CDNSEDTA الطريق الاصطناعية تخطيطي. اليسار: التركيب الجزيئي للمونومر β-سيكلودكسترين (β-CD) وعبر ربط وكيل EDTA-dianhydride. على السهم ظروف التفاعل الشاملة. حق: رسم من البوليمر عبر ربط الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. القياسات NMR HR-MAS
- إعداد نموذج HR-MAS NMR
- إعداد محلول 0.27 M من ملح الصوديوم إيبوبروفين (IP) في المياه بالديوتيريوم (99.8٪).
- إضافة 20 ملغ من CDNSEDTA 1: 4 و 2 ملغ من كربونات الصوديوم اللامائية (نا 2 CO 3) إلى 150 ميكرولتر من الحل أعد عند نقطة 2.1.1) في قارورة زجاجية 2 مل. خلط محتويات القارورة مع ملعقة صغيرة من أجل التجانس ذلك. الانتظار 2 ساعة قبل استخدام هلام تشكلت مع هذا الإجراء. كرر هذه النقطة لCDNSEDTA 1: البوليمر 8.
- إدراج هلام في 5MM NMR الدوار مناسبة للتجارب HR-MAS NMR باستخدام ملعقة صغيرة. المبلغ الإجمالي للهلام لاستخدام يعتمد على حجم الداخلي للدوار (أوصت 12 ميكرولتر).
- HR-MAS 1 تجارب H NMR
- تعيين المعلمات فعال التالية: دوار سرعة الغزل من 4 كيلو هيرتز في وحدة التحكم بالهواء المضغوط MAS، درجة حرارة العينة في 305 K في وحدة درجة الحرارة المتغيرة.
- الحصول على 1 H HR-MAS NMR الأطياف من ايبوبروفين في CDNSEDTA (1: 4) وCDNSEDTA (1: 8) أنظمة البوليمر باستخدام سلسلة نبضة واحدة التقليدية على صدى البروتون.
- إنشاء مجموعة جديدة من البيانات. انقر فوق علامة التبويب "AcquPars". حدد PULPROG: ZG.
- حدد عدد المسحات (NS = 4) وتأخير الوقت بينهما (D1 = 5 ثانية). ضبط العرض الطيفي (SW = 8 جزء في المليون)، المجال الزمني (TD = 16K) وكسب المتلقي (RG = 32 ).
- اكتب "زج" على وحدة التحكم، وسوف يكون هناك تحريض تسوس مجانا (ااا) على الشاشة. لمعالجة بيانات النقر على علامة التبويب "ProcPars". تعيين حجم الطيفي (SI = 32K)، وظيفة نافذة الضرب الأسي (WDW = EM) وتوسيع خط (LB = 1).اكتب "قدم" لتنفيذ التحول فورييه. تخلص الطيف باستخدام علامة التبويب المرحلة التي تظهر على الشاشة. الحصول على دقة عالية الطيف حل جيد.
الشكل 2: ثنائي القطب أزواج نبض طولية إدي التأخير الحالي (BPPLED) نبض تسلسل تمثيل تخطيطي للتسلسل نبض استخدامها لإجراء التجارب PFGSE. دورة مرحلة ل90 ° البقول هي: P1: (0) 16، P2: (0022) 4، P3: 4 (0) (2) (4) 1 4 (3) 4، P4: (0202 2020 1313 3131 )، P5: 4 (0) (2) (4) 1 4 (3) (4). النبضات 180 درجة و+ X. (معدلة من ref.18) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
- HR-MAS 1 ملاحظة: يتم إجراء التجارب PGSE باستخدام تسلسل نبض BPPLED 18 التي أعلن عنها في الشكل 2. هذا هو زائف تجربة ثنائية الأبعاد مع منحدر التدرج يتزايد خطيا من 2٪ إلى 100٪ في البعد غير مباشر. والموهن كثافة إشارة اعتمادا على الوقت نشر Δ وδ نبض التدرج. مطلوب الاستفادة المثلى من هذه المعلمات قبل تشغيل بشكل صحيح تجربة PGSE. ويتم الاستفادة المثلى عن طريق تشغيل بعض القياسات 1D التي يتم الاحتفاظ Δ مستمر، في حين δ متنوع.
- المعلمات الأمثل
- إنشاء مجموعة جديدة من البيانات - عدد تجربة 1. انقر على علامة التبويب "AcquPars". حدد PULPROG: ledbpgp2s1d تسلسل نبض 1D لتعظيم الاستفادة نشرها.
- حدد عدد المسحات (NS = 16) وتأخير الوقت بينهما (D1 = 10 ثانية). تعيين عرض الطيفي (SW = 8 جزء في المليون)، تيكان المجال الزمني (TD = 16K) وكسب المتلقي (RG = 32).
- تعيين Δ (D20 في تسلسل) يساوي قيمة ثابتة وδ (P30) إلى قيمة المحاكمة. بدء قيمة Δ = 50 ميللي ثانية، δ = 3 مللي ثانية (الحد الأقصى المسموح به لقيمة الصكوك عالية الدقة).
- قراءة قيمة التردد الطيفي (SFO1) من التجربة 1 H والآن استخدام هذه القيمة. تعيين قوة التدرج GPZ6 إلى 2٪. كرر الخطوة 2.2.2.3. استخدام هذا الطيف كمرجع لالأمثل.
- في نفس مجموعة البيانات إنشاء عدد تجربة 2. مراقبة جميع المعلمات التجريبية. زيادة قوة التدرج GPZ6 إلى 95٪. كرر الخطوة 2.2.2.3. قارن هذا الطيف مع الطيف إشارة باستخدام رمز العرض المزدوج ومراقبة التغير في كثافة الإشارة.
ملاحظة: يجب أن يكون لطيف مخفف جيدا حوالي 5٪ كثافة إشارة المتبقية بالمقارنة مع الطيف المرجعي. في حالة فقدان كثافة إشارة، والحد من قيمة δ والدقةحامضة القسم 2.3.1 الإجراء من وجهة 2.3.1.3 حتى يتم العثور على القيمة المناسبة لδ. - كرر الإجراء المعلمات الأمثل في القسم 2.3.1 لجميع القيم خمسة Δ.
ملاحظة: اختيار خمسة قيمة Δ = 50، 80، 110، 140 و 170 ميللي ثانية والأمثل للδ الموافق 3، 2.7، 2.4، 2.1، 1.8 مللي ثانية (للملكية الفكرية في CDNSEDTA 1: 8)، وδ إلى 2.7، 2.4 ، 2، 1.7، 1.4 (للملكية الفكرية في في CDNSEDTA 1: 4).
- الاستحواذ على مجموعة البيانات إنتشار 2D
- في مجموعة البيانات نفسها إنشاء التجربة رقم 3، وسوف يتم تحميل جميع المعلمات التجريبية 1D. اكتب "جمعية الإمارات للغوص". حدد PULPROG: ledbpgp2s تسلسل نبض 2D و تغيير parmode إلى 2D.
- تعيين FnMODE = QF. تعيين TD المجال الزمني في البعد F2 يساوي 32، وعدد من الخطوات المتدرجة. يتم تعيين كافة المعلمات الأخرى بشكل صحيح. اكتب "DOSY" وسيتم إنشاء منحدر التدرج وتخزينها في ملف. الحادييتم إعطاء كمعلمات الإدخال - الفن والقيم النهائية من الطريق المنحدر (95 2). بدء اكتساب الآن.
- المعلمات الأمثل
- معالجة المعلومات
- اكتب "xf2" لتنفيذ التحول فورييه في البعد F2. اكتب "ABS2" لإجراء تصحيح خط الأساس في البعد F2. نوع "setdiffparm" لاستدعاء المعلمات التجريبية (Δ، δ، وقائمة متدرجة) للخطوة معالجة القادمة.
- انقر على "T1 / T2 حدة الاسترخاء" في علامة التبويب تحليل وتحديد القمم التي سيتم تركيبها باستخدام الطيف الأول من التجربة 2D. تحديد نطاقات الذروة وتنفيذ المناسب. يتم الحصول على شدة إشارة في كل خطوة التدرج تطبيقها.
ملاحظة: شدة إشارة الأول (ف، ر د)، لكل قيمة Δ، ويعتمد على المتغيرات التجريبية: تطبيق نبض يودع التدرج (ز)، والوقت متغير (δ)، ونسبة magnetogyric (γ) ف = (γgδ) وفقا ل وFOالنماذج التالية المعادلة:
مع الجزيئي MSD = ض 2. - تصدير شدة إشارة في جدول بيانات وإجراء تناسب خطية من البيانات للحصول على قيمة ض 2 لكل احظ وقت نشر ر د.
ملاحظة: ويرتبط قيمة MSD إلى وقت رصد ر د فقا لما يلي:
- نفذ مؤامرة سجل-سجل ض 2 مقابل ر د لكل قيمة ر د التجريبية. قيمة الأس α هو المنحدر من الانحدار الخطي. مناقشة أكثر شاملة للجوانب المادية من المعادلات المذكورة أعلاه يمكن العثور عليها في المرجع. 21 وفي المراجع فيها.
ملاحظة: اعتمادا على قيمة α الأس، يتم تعريف النظام نشرها على النحو التالي: أ) الخواص نشر غير المقيد للα = 1، ب) subdiffusiv الشاذةالنظام الإلكتروني ل0 <α <1، ج) النظام superdiffusive الشاذة لα> 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
نحن أول تطبيق هذه المنهجية على جزيء المخدرات IP المذاب في محلول مائي من أجل التحقق من صحة هذا النهج. وصف كامل للنتائج تمثيلية يمكن العثور عليها في المرجع. 21. وبدلا من ذلك، سوف نركز هنا على الجوانب المنهجية والنهج المكسرات والبراغي لجمع البيانات وتحليل البيانات. ويوضح الشكل 3، على نطاق وشبه لوغاريتمي، إشارة التجريبية تطبيع يضمحل أنا (ف، ر د) / I (0 ر د) بوصفها وظيفة من ف 2 (وفقا للمادة 2.4). في الجدول 1 يتم الإبلاغ عن قيم MSD المرصودة لكل Δ وقت نشرها. المؤامرة سجل-سجل ض 2 مقابل ر د (الشكل 3) يعطي خط مع R 2 = 0.999 (وفقا للمادة 2.4). وα التحجيم الأس = 1 يتم الحصول عليها عن IP حل في D 2 O الحل، مما يدل على أن الحركة جاوس في حل السائلفي 0.27 تركيز M. فقط في هذه الحالة معامل الانتشار الذاتي يمكن وفقا لذلك تحسب على النحو D = 4.1 * 10 -10 م 2 ثانية - 1 ومستقلة عن Δ الوقت المراقبة.
الجدول 1: التجريبية MSD وΔ القيم MSD (م 2) قياس في عدة Δ (مللي ثانية) للملكية الفكرية في D 2 O حل، IP في شبكات تقديم المحتوى (1: 4) والملكية الفكرية في شبكات تقديم المحتوى (1: 8) الهلاميات المائية. (معدلة من المرجع 21).
الشكل (3):.. مؤامرة من الاعتماد NMR الإشارة تسوس وMSD الوقت أ) إشارة تطبيع NMR الاضمحلال الأول (ف، ر د) وظيفة من ف 2 للملكية الفكرية في D 2 O حل ب) تسجيل-سجل مؤامرة من MSD مقابل نشر وقت ر د للالملكية الفكرية في D 2 O الحل. (معدلة من المرجع 21) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وقد استخدم الإجراء التجريبي لدراسة اقتراح نشر جزيء المخدرات IP مغلفة في CDNSEDTA 1: 4 و CDNSEDTA 1: 8 الهلاميات المائية الشكل 4 يظهر إشارة التجريبية تطبيع يضمحل أنا (ف، ر د) / I (0 ر د ) وظيفة من ف 2. استخدام جزء خطية من تسوس لصالح الخطي ثم حساب القيم MSD للشبكات تقديم المحتوى 1: 4 وشبكات تقديم المحتوى 1: 8 عينات (الجدول 1) من المنحدر من نوبة الخطي. المؤامرة سجل-سجل MSD مقابل ر د (الشكل 5) يعطي علاقة خطية مع R 2 = 0.981 للملكية الفكرية في CDNSEDTA (1: 4)، وα التحجيم الأس = 0.64 مما يدل على أن الحركة شبه ناشر من الدكتور ميكروغرام في هلام البوليمر. عن طريق إجراء مماثل، نظام الحركة للملكية الفكرية في CDNSEDTA (1: 8) تم تحديد البوليمر. أعطى تناسب خطية من البيانات وα التحجيم الأس = 1.06 مع R 2 = 0.972. شبكة البوليمر تفرض الحركة superdiffusive قليلا إلى جزيئات الدواء الصغيرة. وهكذا فإن المنهجية المقترحة يتيح الوصول إلى الأس α من المعادلة ذكرت في النقطة 2.4.5 من قبل تجهيز خطوتين من البيانات. قيمة α هو اصف النظام ناشر لاحظ لإعطاء مصفوفة وانتقادات الجزيء.
الشكل 4: قطعة من NMR الإشارة تسوس تطبيع NMR إشارة الاضمحلال الأول (ف، ر د) وظيفة من ف 2 للملكية الفكرية في CDNSEDTA 1: 4 (أ) و CDNSEDTA 1: 8 (ب). (معدلة من المرجع 21)نحيف "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5: الاعتماد وقت MDS تسجيل-تسجيل قطعة MSD مقابل وقت نشر ر د للملكية الفكرية مغلفة في CDNSEDTA 1: 4 (أ) و CDNSEDTA 1: 8 (ب). (معدلة من المرجع 21) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
نقدم منهجية تجريبية لتحديد نظام نشر جزيء صغير المخدرات مغلفة داخل صيغتين تمثيلية من الهلاميات المائية CDNSEDTA. HR-MAS PGSE NMR يسمح بتحديد تشريد مربع متوسط من جزيئات صغيرة في وقت نشر معين (في حدود أجزاء قليلة من الثانية الى المركز الثاني)، مسافات مراقبة ثم في جداول ميكرون. في نطاق احظ (50-170 ميللي ثانية) لوحظ نوع واحد فقط من الحركة لكل نظام دراستها. وينبغي التأكيد عليه، مع ذلك، أنه في أوقات الملاحظة أطول الانتقال بين أنظمة نشر مختلفة يمكن ملاحظتها 22. وهكذا، ويشار إلى أن النتائج المعلنة هنا إلى المدى الزمني تمليه الأجهزة المتوفرة للتجارب ومع الأجهزة المتوفرة لدينا.
لكل خطوة من هذا العمل - التوليف البوليمر، هيدروجيل تحميل وجمع البيانات HR-ماس الرنين المغناطيسي النووي وتجهيز، ونحن نذكرها هنا ثلاث مشاكل رئيسية لد الحل المناسب.
طهارة
تنقية المواد وفقا للإجراءات المبينة في النقطة 1.6 تسمح بالقضاء على DMSO، إت 3 N ومن EDTA المتفاعل الواردة في نهاية المطاف إلى ناتج التفاعل. على وجه الخصوص، والغسيل مع 0.1 M حمض الهيدروكلوريك محلول مائي يؤدي إلى إزالة كاملة من إت 3 ن. غسل المواد مع الأسيتون فقط ليست فعالة لهذا الغرض. في الواقع، إت 3 N هو في جزء منه بوصفها إت 3 NH + في نهاية التفاعل مع أيونات مكافحة COO- التي تقدمها EDTA عبر ربط.
إعداد العينات NMR
ملء الدوار يعتبر خطوة هامة لإعداد العينات (انظر 2.1.3). وجود فقاعات الهواء يجب تجنبه. إذا فقاعات موجودة، تم الكشف عن الغزل غير صحيح عموما (على سبيل المثال، الحد الأقصى لمعدل الغزل لم تصل، لا يبدأ الغزل على الإطلاق، وليس UNIFمعدل الغزل مكتب إدارة السجلات). في حالة الغزل غير موحدة أو الفشل في بدء الغزل الدوار، استخراج العينة وتكرار الدوار ملء بعناية أكبر.
تحليل البيانات NMR
في نقطة 2.4.2 هو موضح كيفية الحصول على قيم MSD من منحنيات شدة الاضمحلال. في كثير من الأحيان لا يبدو النقاط التجريبية لمتابعة اتجاه خطي تماما مقابل ف 2. في مثل هذه الحالة، استخدم فقط الخطية جزء من مجموعة البيانات وتشغيل الانحدار الخطي.
ويمكن تلخيص النتائج المتحصل عليها كما يلي:
D 2 O الحل
في هذه الحالة بسيطة، وMSD يظهر الاعتماد الخطي على Δ وقت نشر وجزيء IP الخضوع لنشر غير المقيد في الحل. ويشار إلى هذه الحالة عموما كما نشر "طبيعية". معامل الانتشار الذاتي يمكن تقدير مباشرة من قياس واحد في أي تي المراقبةIME ر د. في النهج العام، يمكن أن تؤخذ قياس الانتشارية في الخواص، المذيبات الجزيئي كمرجع للتحقيق في تأثير السقالة على خصائص النقل الضيف مغلفة.
CDNSEDTA 1: 4 البوليمر
انحباس الملكية الفكرية في هيدروجيل البوليمر يؤثر على خصائص نقل المخدرات مقارنة مع المحلول المائي. تم الكشف عن حركة subdiffusive مع α = 0.64. وأعاقت حركة متعدية للجزيئات الدواء من خلال وجود nanopores من مختلف الأحجام نشأت أثناء عملية عبر ربط.
CDNSEDTA (1: 8) البوليمر
في هذه الحالة يتم تحديد قيمة α = 1.06 غير متوقع، مما يشير إلى نظام الحركة superdiffusive قليلا. وفقا لذلك، لوحظ حدوث تأثير تسارع على جزيئات MSD (الجدول 1). هذا التأثير يمكن أن يعزى إلى الجهد الكهربائي السلبية للب البوليمريةackbone الناتجة عن مجموعات الكربوكسيل المشحونة سلبا في بعض أجزاء من البوليمر شبكات تقديم المحتوى. التفاعل الكهربائي مع الجزيئات المشحونة سلبا IP يوفر القوة الدافعة للمكون superdiffusive من الحركة.
منهجية وصف المعلومات المقدمة هنا في نظام نشر من قبل المخدرات من ذوي الخبرة في بيئة الجزيئية المختلفة المقابلة لالهلاميات المائية اثنين صياغة من خلال قيمة الأس α نوقشت أعلاه. هذا النهج هو قابليتها للتطبيق ويمكن اقتراح بثقة كما تحقق أداة من خصائص النقل للدواء مغلفة، مع اهتمام سقوط التدريجي لتصميم نظم الإفراج تسيطر تسليم المخدرات. ومع ذلك، ينبغي أن يوضع في الاعتبار أن النتائج المقدمة هنا تعاني من قيود الأجهزة من الأجهزة المستخدمة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لبعض العوامل المحددة لمدى انطباق العام لهذه الوسيلة ستكون الهيبوسلفاتthesized: إعداد المواد الهلامية محملة الدواء مع الأدوية محبة للدهون و / أو غير مشحونة، وإمكانية التصاق قوي من المخدرات إلى العمود الفقري البوليمر، مما يؤدي إلى إشارات الرنين المغناطيسي النووي التي لم تحل بعد وصعوبة في السيطرة على درجة الحموضة. وأخيرا، تجدر الإشارة إلى أن البيانات نشر NMR تمتد على دوام MS-الحجم، في حين الكلاسيكية في التجارب المختبرية الافراج عن المخدرات تعتمد على أطول بكثير النوافذ الوقت. هذا هو كائن نقطة مفتوحة للبحث والنقاش. كمساهمة الممكنة لمعالجة هذه المسألة، قمنا بفحص مؤخرا البيانات انتشار المخدرات نموذج في مكتبة الهلاميات المائية القائمة على الكربوهيدرات واشتقاق نموذج رياضي يربط بين القياسات في المستوى الجزيئي مع البيانات الحركية 23. مجموعات كبيرة من البيانات نشر ومكتبات أوسع من السقالات هي قيد التحقيق لصقل والتحقق من صحة النموذج.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| HR-MAS probe | BRUKER | N/A | Probe for NMR measurements on semi-solid samples |
| NMR Spectrometer | BRUKER | DRX 500 | FT NMR spectrometer for liquid ans semi-solis state |
| β-cyclodextrin (β-CD) | Alfa-Aesar | J63161 | Reagent |
| Ethylenediaminetetracetic (EDTA) dianhydride | Sigma-Aldrich | 332046 | Reagent |
| Dimethylsulfoxide (DMSO) | Alfa-Aesar | D0798 | Solvent |
| Triethylamine | Sigma-Aldrich | 471283 | Base (reagent) |
| Ibuprofen (IP) sadium salt | Sigma-Aldrich | I1892 | Antinflammatory drug |
| Excel 2010 | Microsoft | N/A | speadsheet for data analysis |
| Origin 8 SR0 | OriginLab Co. | speadsheet for data analysis |
References
- Sharpe, L. A., Daily, A. M., Horava, S. D., Peppas, N. A. Therapeutic applications of hydrogels in oral drug delivery. Expert Opin. Drug Deliv. 11, 901-915 (2014).
- Hennik, W. E., van Nostrum, C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv. Drug Deliv. Rev. 54, 13-36 (2002).
- Yu, L., Ding, J. D. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chem. Soc. Rev. 37, 1473-1481 (2008).
- Ma, M., Kuang, Y., Gao, Y., Zhang, Y., Gao, P., Xu, B. Aromatic-Aromatic Interactions Induce the Self-Assembly of Pentapeptidic Derivatives in Water To Form Nanofibers and Supramolecular Hydrogels. J. Am. Chem. Soc. 132, 2719-2728 (2010).
- Trotta, F., Tumiatti, W. Patent WO. , 03/085002 (2003).
- Trotta, F., Tumiatti, W., Cavalli, R., Zerbinati, O., Roggero, C. M., Vallero, R. Ultrasound-assisted synthesis of cyclodextrinbased nanosponges. Patent WO. , 06/002814 (2006).
- Trotta, F., Cavalli, R. Characterization and applications of new hyper-cross-linked cyclodextrins. Compos. Interface. 16, 39-48 (2009).
- Cavalli, R., Trotta, F., Tumiatti, W. Cyclodextrin-based nanosponges for drug delivery. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 56, 209-213 (2006).
- Trotta, F., et al. Cyclodextrin-based nanosponges as a vehicle for antitumoral drugs. Patent WO. , 09/003656 (2009).
- Vyas, A., Shailendra, S., Swarnlata, S. Cyclodextrin based novel drug delivery systems. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 62, 23-42 (2008).
- Swaminathan, S., Vavia, P. R., Trotta, F., Torne, S.
- Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J., Gericke, G., Sithole, S. P. Cyclodextrin nanosponges in the removal of organic matter to produce water for power generation. Water SA. 34, 657-660 (2008).
- Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J., Nxumalo, E. N. Monofunctionalized cyclodextrin polymers for the removal of organic pollutants from water. Environ.Chem. Lett. 5, 79-84 (2007).
- Mhlanga, S. D., Mamba, B. B., Krause, R. W., Malefetse, T. J. Removal of organic contaminants from water using nanosponge cyclodextrin polyurethanes. J. Chem. Technol. Biot. 82, 382-388 (2007).
- Lehmann, S., Seiffert, S., Richtering, W. Spatially Resolved Tracer Diffusion in Complex Responsive Hydrogels. J. Am. Chem. Soc. 134, 15963-15969 (2012).
- Ferrer, G. G., Pradas, M. M., Ribelles, J. L. G., Colomer, F. R., Castilla-Cortazar, I., Vidaurre, A. Influence of the nature of the porous confining network on the sorption, diffusion and mechanical properties of hydrogel IPNs. Eur. Polym. J. 46, 774-782 (2010).
- Santoro, M., Marchetti, P., Rossi, F., Perale, G., Castiglione, F., Mele, A., Masi, M. Smart approach to evaluate drug diffusivity in injectable agar-carbomer hydrogels for drug delivery. J. Phys. Chem B. 115, 2503-2510 (2011).
- Johnson, C. S. Diffusion ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy: principles and applications. Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectroscopy. 34, 203-256 (1999).
- Viel, S., Ziarelli, F., Caldarelli, S. Enhanced diffusion-edited NMR spectroscopy of mixtures using chromatographic stationary phases. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 9696-9698 (2003).
- Alam, T. M., Hibbs, R. M. Characterization of heterogeneous solvent diffusion environments in anion exchange membranes. Macromolecules. 47, 1073-1084 (2014).
- Ferro, M., Castiglione, F., Punta, C., Melone, L., Panzeri, W., Rossi, B., Trotta, F., Mele, A. Anomalous diffusion of Ibuprofen in cyclodextrin nanosponges hydrogels: an HR-MAS NMR study. Beilstein J. Org. Chem. 10, 2715-2723 (2014).
- Wolf, G., Kleinpeter, E. Pulsed Field Gradient NMR Study of Anomalous Diffusion in a Lecithin-Based Microemulsion. Langmuir. 21, 6742-6752 (2005).
- Rossi, F., Castiglione, F., Ferro, M., Marchini, P., Mauri, E., Moioli, M., Mele, A., Masi, M. Drug-Polymer interactions in hydrogel-based drug-delivery systems: an experimental and theoretical study. Chem. Phys. Chem. , (2015).
