Een Bevriezings methode voor het bereiden van Chitosan-poly (vinyl alcohol) hydrogels zonder dwars verbindingsmiddelen en Diflunisale vrijgave studies
14 januari 2020
De vriesontdooi methode wordt gebruikt voor de productie van Chitosan-poly (vinyl alcohol) hydrogels zonder dwars verbindingsmiddelen. Voor deze methode is het belangrijk om de Vries condities (temperatuur, aantal cycli) en polymeer verhouding te overwegen, wat de eigenschappen en toepassingen van de verkregen hydrogels kan beïnvloeden.
Dit protocol is belangrijk omdat onze vriesdooimethode een geschikt proces is om biocompatibele hydrogels voor te bereiden voor gebruik in biomedische, farmaceutische of cosmetische toepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het geen gebruik maakt van chemische crosslinking middelen die een aangeboren afwijking kan veroorzaken. Ook de bevriezing voorwaarde gebruikt in deze methode controle van de uiteindelijke eigenschap van hydrogels zoals graden.
Deze methode kan worden toegepast op hydrogels met andere toepassingen. Dit doet worden gebruikt om watervervuiling te behandelen. Het zou inderdaad kunnen worden gebruikt voor de productie van polymeerkralen die worden gebruikt als watercontainer voor een nieuwe cultuur.
Het is belangrijk om de polymeeroplossing die het meet volledig te homogeniseren. Anders zullen de hydrogels kraakpunten presenteren. Ook moet je voorzichtig zijn met de vriestijden in elke cyclus.
Om te beginnen met deze procedure oplossen 0,2 gram chitosan en 10 milliliter 0,1 molair azijnzuur bij kamertemperatuur en onderhouden continu mechanisch roeren 's nachts om een 2% chitosan oplossing voor te bereiden. Los de volgende dag een gram PVA en 10 milliliter gedestilleerd water op en roer een uur lang op 80 graden Celsius. Gebruik een magnetische roerder om een gelijke hoeveelheid van beide oplossingen te mengen bij kamertemperatuur totdat ze homogeen zijn.
Giet de mengsels op petrischaaltjes. Laat de monsters bij atmosferische druk gedurende twee uur ontgassen. Bevries de hydrogels bij min vier graden Celsius, min 20 graden Celsius, of min 80 graden Celsius gedurende 20 uur en vier cycli.
Vries een andere hydrogel op min 80 graden Celsius voor 20 uur met behulp van vijf of zes bevriezing cycli. Na de derde vriescyclus, was de hydrogels met gedeïeënseerd water. Aan het einde van de laatste vriescyclus bevriezen droog de hydrogels op min 50 graden Celsius voor 48 uur en roer voor verdere karakterisering.
Wanneer u klaar bent om FT-IR-karakterisering uit te voeren, plaatst u een klein stukje hydrogel in de FT-IR-spectrofotometer in de ATR-modus. Neem de FT-IR spectro van 4000 naar 600 golflengten. Ten eerste, uitgesneden schijven van de hydrogel die 13 millimeter in diameter en 10 millimeter hoog.
Weeg ze. Incubeer de schijven in 50 milliliter gedeïsized water op 25 graden Celsius tijdens het schudden. Verwijder elke 30 minuten het monster uit het medium.
Dep het monster om overtollig water te elimineren en te wegen. Bereken vervolgens de zwellingsgraad en voer elektronische microscopie en porieasymmetrie uit zoals beschreven in het tekstprotocol. Bereid voor het laden vier liter Diflunisale oplossing voor op 15 milligram per liter en roer 's nachts.
Bevestig de concentratie van de oplossing met UV-Vis Spectroscopie. Dan zwellen 400 milligram gevriesdroogde hydrogel monsters en zes milliliter gedestilleerd water voor 24 uur. Voor het laden, vul een kolf met 50 milliliter diflunisale oplossing en handhaven op 25 graden Celsius met constante roeren.
Dompel elke opgezwover hydrogel onder in de kolf. Neem vervolgens 2 milliliter aliquots van de resterende Diflunisale oplossing op verschillende tijdstippen om het plateaugebied van de curve te bepalen. Na 24 uur, vervang de oplossing met een verse.
Meet de absorptie van elke aliquot op 252 nanometer en bepaal de concentratie diflunisale aanwezig in de oplossing met behulp van de kalibratiecurve van Diflunisal. Bepaal de hoeveelheid Diflunisal die in de hydrogel wordt bewaard en de inkapselingsefficiëntie zoals beschreven in het tekstprotocol. Bevries vervolgens de geladen hydrogels bij min 80 graden Celsius en verlyfiphilize ze bij min 50 graden Celsius.
Voor het vrijkomen van geneesmiddelen, dompel 300 milligram gevriesdroogde Diflunisal-loaded hydrogels en 50 milliliter fosfaatbuffer bij pH 7.4 en bij 25 graden Van Celsius onder. Blijf constant roeren. Trek twee milliliter aliquots op verschillende tijdstippen en vervang met vers medium om een constant volume te houden.
Bepaal de Diflunisal vrijgegeven spectrofotometrisch op 252 nanometer volgens een kalibratiecurve. Leid hierna het overheersende mechanisme voor het vrijkomen van geneesmiddelen af in de hydrogels zoals beschreven in het tekstprotocol. Hier worden CSPVA hydrogels bereid zonder crosslinking middelen met behulp van een vries-ontdooien methode.
De FT-IR spectro toont zeven karakteristieke signalen van beide polymeren. Alle CSPVA hydrogels vertonen een zeer poreus oppervlak en onderscheidende veranderingen worden waargenomen volgens de voorbereidingsomstandigheden. Hydrogels bereid op min vier graden Celsius presenteren de grootste poriën.
De hydrogels bereid bij min 80 graden Celsius lijken een meer poreus netwerk te hebben en het aantal vriescycli lijkt meer gedefinieerde en cirkelvormige poriën te bevorderen. Hydrogels bereid met zes vriescycli bij min 80 graden Celsius vertonen echter minder doorlaatbaarheid dan die bereid met vier vriescycli bij min 80 graden Celsius waarschijnlijk als gevolg van hun hoge tortuositeit, wat werd weerspiegeld in het lagere totale inbraakvolume. Bij zwelling gedrag hydrogels snel absorberen grote hoeveelheden water, met behoud van tien keer hun gewicht voor de eerste vijf uur en tot 15 keer hun gewicht na 20 uur.
Bij het observeren van het effect van de temperatuur wordt gezien dat de hydrogel bereid met vier vriescycli bij min 80 graden Celsius toont minder zwelling capaciteit in de eerste vijf uur. Het aantal bevriezingscycli wordt op geen enkel moment gezien om verschillen te creëren. De bevrijdende kinetiek van Diflunisal van hydrogels wordt gehandhaafd ongeveer 30 uren in alle gevallen met hydrogel die met vier bevriezende cycli bij min 80 graden van Celsius wordt voorbereid, die het hoogste bedrag vrijgeven.
Er is geen verschil in de afgifte tussen de hydrogel bereid met vier vriescycli bij min 80 graden Celsius en de hydrogel bereid met zes vriescycli bij min 80 graden Celsius. Het belangrijkste om te onthouden bij een poging deze procedure zijn de vrieskou. U moet beginnen met bijna drie vriescycli om een voltooide, gevormde hydrogels te verkrijgen.
Deze methode kan worden gecombineerd met celcultuur om in-vitro biocompatibiliteit te evalueren. Het kan ook worden gecombineerd met afbraakstudies. Na de ontwikkeling van deze procedures realiseerden we ons dat we de mogelijkheid konden onderzoeken om andere polymeren in het mengsel of zelfs natuurlijke verbindingen zoals aloë vera te integreren.
Hierdoor kunnen we nieuwe eigenschappen in deze materialen opnemen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
De vries-dooi-methode is een belangrijk proces voor het produceren van biocompatibele chitosan-poly(vinylalcohol)-hydrogels zonder chemische crosslinking-middelen. Deze methode is cruciaal voor het beheersen van de eigenschappen en toepassingen van de hydrogels, waardoor ze geschikt zijn voor diverse biomedische, farmaceutische en cosmetische toepassingen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Biomaterialen
- Hydrogels
- Biomedische toepassingen
Achtergrond
- De vries-dooi-methode voorkomt het gebruik van schadelijke chemische crosslinking-middelen.
- Het is belangrijk om de vriescondities te optimaliseren om de gewenste hydrogeleigenschappen te bereiken.
- Deze methode kan worden aangepast voor diverse toepassingen, waaronder waterzuivering.
- Geproduceerde hydrogels kunnen worden ingezet in uiteenlopende vakgebieden, zoals de farmaceutische industrie en cosmetica.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een methode voor het creëren van biocompatibele hydrogels.
- Het onderzoeken van de effecten van vriescondities op de eigenschappen van hydrogels.
- Het onderzoeken van potentiële toepassingen van de hydrogels in verschillende industrieën.
Gebruikte methoden
- Bevries-dooi-cycli voor het creëren van hydrogels.
- Aanpassen van polymeerverhoudingen om de kenmerken van de hydrogel te wijzigen.
- Evalueren van de biocompatibiliteit van de geproduceerde hydrogels.
- Testen van de hydrogels voor diverse toepassingen, waaronder de behandeling van watervervuiling.
Belangrijkste resultaten
- De geproduceerde hydrogels waren biocompatibel en geschikt voor biomedische toepassingen.
- De vriescondities beïnvloedden de eigenschappen van de hydrogels aanzienlijk.
- De methode bleek veelzijdig voor andere toepassingen, zoals waterzuivering.
- Hydrogels kunnen worden gebruikt voor het maken van polymere kralen voor nieuwe culturesystemen.
Conclusies
- De vries-dooi-methode is effectief voor het produceren van chitosan-poly(vinylalcohol) hydrogels.
- Deze aanpak elimineert de noodzaak van chemische crosslinking-reagentia, wat de veiligheid verhoogt.
- Verder onderzoek kan de toepassingen van deze hydrogels in diverse vakgebieden uitbreiden.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
De vries-dooi-methode maakt de productie van biocompatibele chitosan-poly(vinylalcohol) hydrogels mogelijk zonder toxische crosslinking-middelen, wat veiligheidsproblemen bij de ontwikkeling van farmaceutische materialen aanpakt. Door de vriestemperatuur en het aantal cycli te beheersen, kunnen onderzoekers de porositeit, het zwelvermogen en de afgifteprofielen van het geneesmiddel van de hydrogel afstemmen voor voorspelbare prestaties in systemen voor medicijnafgifte. Deze benadering ondersteunt screening in de vroege fase van formulering door een instelbaar, reproduceerbaar platform te bieden voor de evaluatie van polymeergebaseerde dragers.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt mechanistische risicoreductie van hydrogel-gebaseerde afgiftesystemen mogelijk door het effect van vriescondities op materiaaleigenschappen te isoleren.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerd, reagensvrij proces voor het genereren van consistente hydrogel-batches voor preliminaire beoordelingen van biocompatibiliteit en geneesmiddellading.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert hydrogelen met kwantificeerbare zwelling en drug-release-kinetiek, geschikt voor high-throughput evaluatie van de inkapselingsefficiëntie van diflunisal.
- Operationele waarde: Ondersteunt de reproduceerbaarheid van de assay door gecontroleerde vries-dooi-parameters die de variabiliteit tussen batches in poriestructuur en zwellingsgedrag minimaliseren.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Demonstreert een aanhoudende afgifte van diflunisal over 30 uur via diffusie-gemedieerde mechanismen, wat voorspellende modellering van de in vivo prestaties ondersteunt.
- Operationele waarde: Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling mogelijk door vriescondities te correleren met drugrelease-profielen en de integriteit van de hydrogel.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode past binnen het continuüm van de vroege ontdekkingsfase, waarbij de formulering van de hydrogel bijdraagt aan de identificatie van lead-verbindingen en de preklinische evaluatie van geneesmiddelafgiftesystemen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing over hoe materiaaleigenschappen de kinetiek van geneesmiddelvrijgave en de biobeschikbaarheid beïnvloeden.
- Screening: Levert reproduceerbare hydrogelplatforms met meetbare zwelling en vrijgaveoutputs voor de screening van samenstellingen van verbindingen.
- Analytics: Levert kwantitatieve gegevens over het zwellingspercentage en de geneesmiddelvrijgave die vergelijkingen tussen verschillende formulatievariabelen mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Verbindt het ontwerp van hydrogels met preklinische continuïteit via aangetoonde retentie- en vrijgaveprofielen van geneesmiddelen.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare, niet-toxische productiemethode voor hydrogels die toepasbaar is op meerdere geneesmiddelkandidaten en polymeersystemen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen in het afgiftegedrag van geneesmiddelen via mechanistische modellering (Korsmeyer-Peppas, Higuchi) en vermindering van ambiguïteit in de formulering.
- Operationele waarde: Standaardisatie en schaalbaarheid via gedefinieerde vriescondities en het aantal cycli, wat batchconsistentie waarborgt.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen door vroege beoordeling van de laadcapaciteit van geneesmiddelen en de afgiftekinetiek mogelijk te maken zonder cytotoxische crosslinking-middelen.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van hydrogelformuleringen op basis van instelbare zwelling- en afgifteprofielen die zijn afgestemd op de therapeutische vereisten.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in de bereiding van polymeeroplossingen en homogenisatie om scheurpunten in hydrogels te voorkomen.
- Afhankelijk van nauwkeurige temperatuurbeheersing (-4°C, -20°C, -80°C) en timing (20 uur per cyclus) voor reproduceerbare resultaten.
- Maakt standaardisatie van vries-dooi-cycli (4–6) en post-processing stappen (wassen, vriesdrogen) tussen teams noodzakelijk.
- Overwegingen voor aanpassing omvatten het bijstellen van polymeerverhoudingen en vriesparameters voor verschillende drugmoleculen of biomedische toepassingen.
- Praktische beperkingen omvatten de noodzaak van verlengde verwerkingstijd (meerdere cycli van 20 uur) en zorgvuldige hantering tijdens het vriesdrogen om de integriteit van de hydrogel te behouden.
