Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

طريقه تجميد الذوبان لتحضير شيسان-بولي (الكحول الفينيل) المواد الهلامية دون الربط بين العوامل ودراسات الإفراج عن ديرسب

Published: January 14, 2020 doi: 10.3791/59636
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Polymers and Materials Research, University of Sonora, 2Department of Chemistry, Faculty of Sciences, University of Navarra

Summary

يتم استخدام طريقه تجميد-الذوبان لإنتاج تشيسان بولي (الكحول الفينيل) المواد الهلامية المائية دون العوامل المتقاطعة. لهذا الأسلوب ، من المهم النظر في ظروف التجميد (درجه الحرارة ، وعدد من دورات) ونسبه البوليمر ، والتي يمكن ان تؤثر علي خصائص وتطبيقات الهلام المائي التي تم الحصول عليها.

Abstract

تشيسان-بولي (الكحول الفينيل) يمكن ان تنتج المواد الهلامية المائية من خلال طريقه تجميد الذوبان دون استخدام عوامل الربط السامة. وتقتصر تطبيقات هذه النظم علي خصائصها (مثل المساميه ، والمرونة ، والقدرة علي التورم ، وتحميل المخدرات ، والقدرة علي الإفراج عن المخدرات) ، التي تعتمد علي شروط التجميد ونوع ونسبه البوليمرات. يصف هذا البروتوكول كيفيه اعداد الهلام المائي من الشيتوزان وبولي (الكحول الفينيل) في 50/50 w/w ٪ من تكوين البوليمر ومتفاوتة درجه حرارة التجمد (-4 درجه مئوية ،-20 درجه مئوية ،-80 درجه مئوية) وتجميد الذوبان دورات (4 ، 5 ، 6 دورات تجميد). وتم الحصول علي أطياف الاشعه تحت الحمراء ، وبيانات الرسم المجهري وقياس الجرعات من الهلام المائي. أيضا ، تم تقييم قدره التورم والمخدرات التحميل والإفراج عن ديرسب. تظهر النتائج من الرسوم البيانية المجهرية SEM وقياس الحرارة ان حجم المسام ينخفض ، في حين ان المساميه يزيد في درجات الحرارة المنخفضة. وكانت نسبه التورم اعلي عند درجه حرارة التجمد الصغرى. وقد تم دراسة الإفراج عن ديرسب يسال من الهلام المائي. جميع الشبكات الحفاظ علي الإفراج عن المخدرات لمده 30 ساعة ، وقد لوحظ ان اليه نشر بسيطه تنظم الإفراج عن diرسب يسال وفقا لنماذج كورسميير-بيبباس وهيجغوتشي.

Introduction

في الاونه الاخيره ، وقد اجتذبت المواد الهلامية اهتماما كبيرا في مجال الطب الحيوي لأنها شبكات ثلاثية الابعاد مع محتوي المياه العالية ولينه ومرنه ، حتى يتمكنوا من تقليد الانسجه الطبيعية بسهوله1. أيضا ، فانها لا تذوب في الوسط المائي في درجه الحرارة الفسيولوجية والحموضة ولكن تقديم تورم كبير2. يمكن للهيدروجيل ان يكون بمثابه السقالات الهندسية للانسجه ، ومنتجات النظافة ، والعدسات اللاصقة ، وضمادات الجروح. لأنها يمكن ان فخ والإفراج عن المركبات النشطة والمخدرات, يتم استخدامها كنظم تسليم المخدرات3. اعتمادا علي تطبيقها ، يمكن اجراء الهلام المائي من البوليمرات الطبيعية أو الاصطناعية ، أو مزيج من كليهما ، من أجل الحصول علي أفضل الخصائص4.

خصائص المواد الهلامية المائية هي نتيجة للعديد من العوامل الفيزيائية والكيميائية. علي المستوي المادي ، وهيكلها والمورفولوجية تعتمد علي المساميه ، وحجم المسام وتوزيع المسام5. علي المستوي الكيميائي والجزيئي ، ونوع البوليمر ، ومحتوي المجموعة ماء في سلسله البوليمر ، ونوع نقطه تشابك ، والكثافة عبر ربط هي العوامل التي تحدد قدره التورم والخواص الميكانيكية6،7.

ووفقا لنوع عامل الربط العابر المستخدم لتشكيل الشبكة ، تصنف المواد الهلامية المائية علي انها هيدروجيل كيميائي أو هيدروهلامي فيزيائي. وتنضم المواد الهلامية الكيميائية من خلال التفاعلات المتبادلة بين سلاسلها ، والتي تتشكل من خلال الاشعه فوق البنفسجية وأشعه جاما أو باستخدام عامل تشابك7،8. المواد الهلامية الكيميائية عاده ما تكون قويه ومقاومه ولكن ، عموما ، عامل الربط هو سام للخلايا وأزاله من الصعب ، لذلك تطبيقه محدود. [ان ث ون هند], طبيعيه هيدروهلام شكل بالتوصيل من البوليمر سلاسل من خلال تفاعلات [نون-زسلس], يتفادى الاستعمال من [كروينكويد] عاملات4,9. التفاعلات غير المتبادلة الرئيسية في الشبكة هي التفاعلات مسعور ، وقوات الكهرباء ، والتكميلية وحدود الهيدروجين7.

بولي (الكحول الفينيل) (فا ، الشكل 1ا) هو البوليمر الاصطناعية والقابلة للذوبان في الماء مع الأداء الميكانيكي ممتازة والتوافق الحيوي التي يمكن من تشعبي وكيل خاليه من الهيدروجيل من خلال طريقه تجميد الذوبان10،11. هذا البوليمر لديه القدرة علي تشكيل مناطق مركزه من الروابط الهيدروجين بين-OH مجموعات من سلاسل الخاصة بهم (المناطق البلورية) عندما يتم تجميد12. هذه المناطق البلورية بمثابه النقاط المتقاطعة في الشبكة ، ويتم الترويج لها من قبل اثنين من الاحداث: تقترب من سلاسل البوليمر عندما تتوسع المياه البلورية والتغييرات المطابقة بولي من النظائر إلى التوليف التوافقي خلال تجميد13. بسبب تجميد التجفيف ، يتم التسامي بلورات المياه ، وترك المساحات الفارغة التي هي المسام في هيدروجيل14. للحصول علي الهيدروجيل مع خصائص أفضل ، يمكن بسهوله الجمع بين بولي مع البوليمرات الأخرى.

وبهذا المعني ، تشكل الشيسان خيارا لأنها البوليمر الوحيدة من المصادر الطبيعية ذات الرسوم الايجابيه. يتم الحصول عليه من قبل deاسيتيل من كيتين وهو يتالف من مجموعات عشوائية من β-1 ، 4 مرتبطة د-الجلوكوزامين (وحده دياسياتيد) و N-اسيتيل-د-الجلوكوزامين (وحده اسيتيل)15،16 (الشكل 1ب). Chitosan هو القابلة للتحلل من قبل الانزيمات البشرية وانها متوافقة بيولوجيا. أيضا ، من خلال طبيعته الموجبة ، يمكن ان تتفاعل مع الشحنة السالبة لسطح الخلية ، وقد ارتبطت هذه الخاصية مع نشاطها المضاد للميكروبات17. هذا البوليمر من السهل لمعالجه; ومع ذلك ، خصائصها الميكانيكية ليست كافيه وتمت أضافه بعض المواد لتشكيل المجمعات مع خصائص أفضل.

النظر إلى الخصائص المحددة للشيسان وبولي ، فقد تم التوصل إلى التصنيع الناجح للهيدروجيل بواسطة طريقه التجميد-الذوبان2،18 لتجنب استخدام العوامل المتداخلة السامة. في تشيسان بولي الهلام المائي ، يتم أيضا تشكيل المناطق البلورية من بولي ، وسلاسل الشيتوزان متداخلة وتشكل روابط الهيدروجين بسيطه مع-NH2 مجموعات و-OH المجموعات في بولي. النهائي تشيسان-بولي هيدروجيل مستقر ميكانيكيا ، مع معدلات عاليه من التورم والسمية المنخفضة ، ومع تاثير مضاد للبكتيريا18. ومع ذلك ، تبعا لظروف التجميد المستخدمة في الاعداد (درجه الحرارة والوقت وعدد الدورات) ، قد تتغير الخصائص النهائية. وتفيد بعض الدراسات ان زيادة عدد دورات التجميد يقلل من درجه التورم ويزيد من قوه الشد19,20. ومن أجل تعزيز الشبكة ، استخدمت عوامل أخرى مثل أشعه غاما والاشعه فوق البنفسجية والعوارض الكيميائية بالاضافه إلى ذلك بعد التحضير للتجميد المذاب21،22،23. الهلام المائي مع نسبه الشيتوزان اعلي لديها شبكه أكثر مساميه وقدره تورم عاليه ولكن اقل قوه والاستقرار الحراري. وفي هذا السياق ، من المهم النظر في تهيئه الظروف الملائمة للحصول علي الهلام المائي المناسب لتطبيقها المستهدف.

والغرض من هذا العمل هو تقديم بالتفصيل كيف ان ظروف التجميد (درجه الحرارة من تجميد وعدد من الدورات) تؤثر علي الخصائص النهائية للهيدروجيل CS-بولي. وجري تقييم أطياف الاشعه تحت الحمراء ، والخصائص المورفولوجية والمساميه ، وقدره التورم ، فضلا عن القدرة علي تحميل المخدرات والإفراج عنها. وفي الدراسات الخاصة بالإصدار ، استخدم ديرسب (الشكل 1ج) كدواء نموذجي ، بسبب حجمه المناسب للهيكل الهيدروجيل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. اعداد الهلام المائي تشيسان بولي

  1. اعداد 2 ٪ (ث/ث) الشيتوزان و 10 ٪ (ث/ث) الحلول بولي. تذوب 0.2 غرام من الشيتوزان في 10 مل من 0.1 M CH3الحل cooh (تصفيتها سابقا) في درجه حرارة الغرفة والحفاظ علي الاستمرار الميكانيكية التحريك بين عشيه وضحيها. تذوب 1 غرام من بولي في 10 مل من الماء المقطر ويحرك في 80 درجه مئوية لمده 1 ساعة.
  2. تخلط كلا الحلول 1:1 باستخدام التحريك المغناطيسي حتى تكون متجانسة في درجه حرارة الغرفة ، وتصب الخلائط علي اطباق بيتري. ترك عينات ل 2 ح في الضغط الجوي لأزاله الغاز.
  3. تجميد الهلام المائي في-4 درجه مئوية ،-20 درجه مئوية أو-80 درجه مئوية لمده 20 ساعة و 4 دورات (عينات CP4 ، CP4 و CP4-80 ، علي التوالي). تجميد هيدروجيل آخر في-80 درجه مئوية لمده 20 ساعة باستخدام 5 أو 6 دورات تجميد (عينات CP5-80 و CP6). بعد دوره التجميد الثالثة ، اغسل الهلام المائي بالماء منزوع الأيونات. في النهاية ، تجميد--تجفيف الهيدروجيل في-46 درجه مئوية ل 48 h ومخزن لمزيد من التوصيف (منهجيه مقتبسه من2).

2-توصيف الاشعه تحت الحمراء

  1. ضع قطعه صغيره (1 مم × 2 مم) من هيدروجيل في مطياف FT-IR في وضع ATR. خذ أطياف FT-IR من 4000 إلى 600 سم-1 (2 سم-1 من القرار ومتوسط المسح 32).

3. تضخم المقايسات

  1. قطع الاقراص (13 ملم في القطر و 10 ملم في الارتفاع) من هيدروجيل وتزن لهم. احتضان الاقراص في 50 مل من الماء منزوع الأيونات مع اهتزاز في 25 درجه مئوية. كرر ثلاث مرات.
  2. كل 30 دقيقه أزاله العينة من المتوسطة ، نشافه للقضاء علي فائض المياه ، وتزن. احسب درجه التورم باستخدام المعادلة 1 واحسب حاله التورم Equation 1 المتوازنة ، عند 24 ساعة باستخدام المعادلة 2.
    Equation 2)
    حيث Equation 3 هو وزن هيدروجيل الجافة وهو Equation 4 وزن هيدروجيل الرطب.
    Equation 5

4. المجهر الكتروني

  1. تغطيه قطعه صغيره من هيدروجيل مع طبقه ذهبيه رقيقه (30 ق و 10 مللي أمبير) في المغطي الشوكي.
  2. وضع العينة في مجهر الكترون المسح الضوئي (SEM). تحليل العينات تحت فراغ في 20 kV واتخاذ الصور مع 500x و 1500x التكبير.

5. القياس البؤري

  1. وضع أقراص 15 ملم في قطر وزنها حول 0.26 g في مقياس الاختراق (مقياس اختراق الصلبة ، وجود كميه كبيره من 0.3660 mL و 5.7831 mL من حجم الجذعية). تحليل مساميه وحجم المسام بواسطة الزئبق التسلل القياس (الجرعة).
  2. اجراء التجربة في وضع التباطؤ (التسلل-البثق). قياس حجم التسلل الإجمالي (mL/g) ، وإجمالي مساحة المسام (م2/ز) ، وقطر المسام (μm) ، المساميه (٪) ، نفاذيه (mdarcyي) والتورتوعه. كرر مرتين.

6-تحميل المخدرات وإطلاقها

  1. قبل التحميل ، واعداد 4 لتر من 15 ملغ/لتر حل ديرسب وأثاره بين عشيه وضحيها. تاكيد تركيز الحل عن طريق الاشعه فوق البنفسجية-فيس الطيفي (التركيز الاولي). في الواقع ، تنتفخ 400 ملغ من التجميد المجفف عينات من هيدروجيل في 6 مل من الماء المقطر لمده 24 ساعة.
  2. للتحميل ، وملء قارورة مع 50 مل من محلول ديرسب والحفاظ علي 25 درجه مئوية مع التحريك المستمر. غمرت كل هيدروجيل تضخم في قارورة.
    1. تاخذ الارصفه من الحل المتبقي ديرسب (2 مل) في أوقات مختلفه من أجل تحديد منطقه الهضبة من المنحني ، علي سبيل المثال: 3 ، 6 ، 24 ، 27 ، 30 و 48 h. بعد 24 ح استبدال الحل مع واحده جديده.
  3. قياس الامتصاص في 252 نانومتر من كل aliquot ، وتحديد تركيز diفاشل الموجودة في الحل ، وذلك باستخدام منحني المعايرة من diرسب يسال. حساب كميه ديفوليسال المحتفظ بها في هيدروجيل في 24 و 48 h ، والفرق من التركيزات الاوليه والنهائية ، مع الأخذ بعين الاعتبار حجم الكلي (56 mL).
    1. تحديد كفاءه التغليف (EE) باستخدام المعادلة 3.
      Equation 6
    2. تجميد الهلام المائي تحميلها في-80 درجه مئوية وتجفيفها بالتجميد في-50 درجه مئوية.
  4. للإفراج عن المخدرات, دمج 300 ملغ من تجميد المجففة ديرسب المحملة هيدروجيل في 50 mL من العازلة الفوسفات (pH 7.4) في 25 ° c. الحفاظ علي التحريك المستمر. سحب الارصفه من 2 مل في أوقات مختلفه واستبدال مع المتوسطة الطازجة للحفاظ علي حجم ثابت.
    1. حاسم الإفراج عن فوتومتر في 252 نانومتر ، وفقا لمنحني المعايرة.
  5. نستنتج اليه الإفراج عن المخدرات السائدة في الهيدروجيل ضبط بيانات الإفراج عن المخدرات المقابلة لأول 60 ٪ ، إلى نموذج كورسميير-بيبباس (المعادلة 4) ، للحصول علي الحركية (k) والانتشار (n) الثوابت. تشير القيم n إلى اليه الإفراج عن المخدرات24,25. بعد ذلك, [ن] قيم [كلوس ين ] 0.5 متصلة إلى [فيكيان] انتشار, في الوقت نفسه قيم من 0.5-1.0 لنقل شاذة, حيث يكون تضمنت انتشار واسترخاء سلاسل, وأخيرا, قيم من 1.0 يرتبط إلى حاله [ايي] نقل.
    Equation 7
    1. لتاكيد النتائج ، استخدم النماذج الرياضية Higuchi والترتيب الأول والصفر (المعادلات من 5 إلى 7) وحدد التناسب الأفضل.
    2. Equation 8
      Equation 9
      Equation 10
      حيث t يمثل وقت الإصدار ، Mt كميه المخدرات التي يتم تسليمها في وقت معين ، و M-الكمية الاجماليه للدواء المسلم في نهاية العملية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

اعداد الهلام المائي
وقد تم الحصول علي الهلام المائي chitosan-بولي في-4 درجه مئوية ،-20 درجه مئوية و-80 درجه مئوية مع 4 دورات تجميد و-80 درجه مئوية مع 5 و 6 دورات تجميد بواسطة المبلغ عنها سابقا تجميد الذوبان الطريقة2. وكانت جميع الهلام المائي متجانسة وشبه شفافة ومرنه ومقاومه ضد التلاعب.

توصيف الاشعه تحت الحمراء
وتظهر أطياف FT-IR في الشكل 2. تم الكشف عن الخصائص السبعة إشارات الشيتوزان وبولي البوليمرات: في 3286 cm-1 وضع الاهتزاز تمتد من بولي الهيدروكسيل المجموعة (-OH) وفي 2918 سم-1 وتمتد وضع الاهتزاز من CH مجموعه26،27. تم العثور علي إشارات من مجموعات اميد ، ممثل بنيه الشيتوزان ، في 1652 سم-1 إلى وضع الاهتزاز تمتد من C = O (اميد 1) ، في 1560 سم-1 إلى وضع الاهتزاز البقع من N-H (اميد الثاني) و 1325 سم-1 إلى اهتزاز اميد الثالث28،29،30. إشارات أخرى ، في 1418سم-1 إلى وضع الاهتزاز فلوكشن من c-H وفي 1086سم-1 إلى وضع الاهتزاز تمتد من المجموعات c-O ، كلا من بولي ، تم الكشف عن27،31،32.

المجهر الكتروني
وأظهرت جميع الهلام المائي CS-بولي سطح مساميه للغاية (الشكل 3، من اليسار إلى اليمين) ولوحظت تغييرات مميزه وفقا لظروف الاعداد. الهلاميات المائية التي أعدت عند-4 درجه مئوية (CP4) قدمت المسام أكبر من الهلام المائي التي أعدت في-80 درجه مئوية (CP4-80). وعلاوة علي ذلك ، يبدو ان لهذه الاخيره شبكه أكثر مساميه. قد يكون هذا التاثير يرجع إلى حقيقة انه في درجه حرارة اقل ، كان تشكيل الكريستال المياه أسرع والعديد من البلورات الصغيرة ظهرت وتم رفعه خلال عمليه تجميد التجفيف ، وترك المسام الفارغة14،33. وفي الوقت نفسه ، يبدو ان تاثير عدد دورات التجميد لتعزيز المسام الأكثر تحديدا والدائرية في الهلام المائي CP6 (الشكل 3، من الأعلى إلى الأسفل).

قياس الجرعات
عينات CP4-4 ، CP4-80 و CP6 قدمت تغييرات أكثر وضوحا ؛ ومن أجل تكمله المعلومات المتعلقة بالمورفولوجية ، تم تحليلها بواسطةالجدول 1. وأظهرت المقارنة بين الهلام المائي CP4 و CP4 (الشكل 3ا) انه في درجه حرارة اقل من التجمد ، طورت الهلام المائي شبكه أكثر مساميه ، والتي عرضت حجما كبيرا من التسلل الإجمالي وارتفاعا في إجمالي مساحة المسام. ومع ذلك ، أظهرت CP6-80 هيدروهلامي اقل نفاذيه من CP4 (الشكل 3ب) ، ربما بسبب الارتفاع الشديد ، والذي انعكس أيضا في انخفاض حجم التسلل الإجمالي. ويعرض الشكل 3 احجام المسام المختلفة لهذه الهلام المائي. وتميزت اثنين من احجام المسام ، واحده بين 0.3-5.0 μm وغيرها بين 5.0-30 μm. في الهلام المائي CP4-80 و CP6 ، كانت الشبكة المساميه تحتوي علي عدد أكبر من المسامات الصغيرة من تلك الكبيرة ، بالمقارنة مع هيدروجيل CP4. وكانت هذه النتائج مماثله لتلك التي لاحظتها الرسوم البيانية SEM واقترح انه في درجه حرارة اقل التفاعلات أكبر بين سلاسل بولي كانت المفضلة وشكلت المزيد من المناطق البلورية. في مثل هذه الطريقة ، تم تحفيز تشكيل المناطق البلورية بواسطة سلاسل بولي ، في درجه حرارة منخفضه.

تضخم المقايسات
ويمكن رؤية السلوك التورم من الهلام المائي CS-بولي في الشكل 4. وسرعان ما استوعبت كميات كبيره من المياه ؛ لأول 5 ساعات الاحتفاظ بها 10x وزنهم ، وبعد 20 ساعة الاحتفاظ بها تصل إلى 15x وزنهم (نقطه التوازن). ومع ذلك ، فيما يتعلق بالهلام المائي أعدت في نفس العدد من دورات التجميد ، وأظهرت CP4-80 هيدروجيل اقل قدره التورم في الساعات الخمس الاولي نتيجة لدرجه الحرارة التي تم استخدامها لاعداده (-80 درجه مئوية). في حاله الهلام المائي المعد في عدد مختلف من دورات التجميد (CP4-80 ، CP5 و CP6) لم يتم العثور علي اي اختلافات في اي وقت. علي الأرجح ، وانخفاض القدرة علي التورم لوحظ في الهلام المائي أعدت في-80 درجه مئوية كان سببها حجم المسام الصغيرة للشبكة هيدروجيل.

تحميل وإطلاق المخدرات
لتقييم قدره الهلام المائي CS-بال كما نظم إيصال المخدرات, تم تحميل المخدرات المضادة للالتهابات ديرسب في الشبكة وأفرج عنه في وقت لاحق. وكانت كفاءه التغليف (EE) في جميع هذه النظم حوالي 70 ٪ ؛ ومع ذلك ، قدم CP4-80 هيدروجيل أكثر قليلا EE في 73 ٪ (الجدول 2). وفي الوقت نفسه ، تم الحفاظ علي الحركية الإفراج عن diرسب يسال من الهلام المائي CS-بال لحوالي 30 ساعة في جميع الحالات. الهيدروجين CP4-80 الإفراج عن أكبر كميه من ديرسب (الشكل 5). وهذا قد يكون بسبب حقيقة هذا هيدروجيل أظهرت هيكل أكثر مساميه بالمقارنة مع النوعين الآخرين من هيدروجيل. هذه الميزة سمحت لجزيء صغير من المخدرات للدخول بسهوله في شبكه هيدروجيل ، ثم ، ليتم الإفراج عنهم. بين CP4 و CP6-80 ولوحظت الاختلافات الهيدروهلاميه خلال أوقات الإصدار (الشكل 6). لم يلاحظ اي تاثير انفجار في اي من الهلام المائي CS-بولي ، والذي يعد واعدا للتطبيقات الصيدلانية. واستخدمت النماذج الرياضية لتحديد اليه الإطلاق الرئيسية في الهلام المائي CS-بولي. تم تعديل النتائج إلى نماذج رياضيه مختلفه (الجدول 3) ووفقا للقيم n ، وجد ان انتشار fick يهيمن علي عمليه إطلاق المخدرات.

Figure 1
الشكل 1: التركيب الكيميائي لبولي (ا) ، الشيتوزان (b) و diرسب يسال (c). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: الأطياف FT-IR من تشيسان النقية و بولي و ، تشيسان بولي الهيدروجيل التي أعدت في ظروف مختلفه من التجمد. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: الرسوم المجهرية SEM من شيسان-ببولي الهلام في 1500x التكبير. توزيعات حجم المسام من الهلام المائي chitosan-بولي: a) الهيدروجيل التي أعدتمع 4 دورات من تجميد و-4 درجه مئوية و-80 درجه مئوية. ب) الهلام المائي أعدت في-80 درجه مئوية و ، 4 و 6 دورات. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: تورم حركيه من الهلام المائي chitosan-بولي: ا) هيدروجيل مع 4 دورات من تجميد و b) الهلام المائي أعدتفي-80 درجه مئوية. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: ملامح الإفراج عن ديرسب في ملغ (ا) و MtEquation 11 /(b) للهيدروجيل CP4-4 و CP4-80. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: ملامح الإفراج عن ديرسب في ملغ (ا) و MtEquation 11 /(b) للهيدروجيل CP4-80 و CP6-80. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

هيدروجيل إجمالي حجم التسلل (mL/g) مجموع مساحة المسام (م2/ز) المساميه (٪) نفاذيه (مسدارس) التوائي
CP4-4 5.16 10.19 67.13 132.43 10.46
CP4-80 7.36 15.14 85.95 151.16 5.83
CP6-80 6.69 12.86 84.82 129.28 12.2

الجدول 1: المعلمات القياس من الهيكل المساميه من تشيسان-بولي الهلام المائي.

عينه تحميل ديرسب يسال الإفراج عن ديرسب يسال
مغ/ز هيدروجيل كفاءه التغليف (٪) % الإفراج عن الاحترام لتحميل
CP4-4 3.05 ± 0.09 71 79 ± 3.33
CP4-80 3.22 ± 0.47 73 86 ± 0.4
CP6-80 3.19 ± 0.05 68 80 ± 3.9

الجدول 2: التغليف والإفراج عن الكفاءات المائية تشيسان بولي.

عينه كورسميير-بيبباس هيجوتشي الطلبية الاولي صفر الطلب
kKP x 102 ن R2 kH x 102 R2 k1 x 102 R2 k0 x 102 R2
(دقيقه-n) (min-0.5) (الحد الأدنى-1) (الحد الأدنى-1)
CP4-4 4.3 ± 0.39 0.44 ± 0.02 0.99 3.1 ± 0.1 0.98 0.29 ± 0.03 0.803 0.18 ± 0.02 0.54
CP4-80 3.6 ± 0.33 0.50 ± 0.02 0.99 3.7 ± 0.1 0.99 0.42 ± 0.03 0.894 0.27 ± 0.02 0.7
CP6-80 2.3 ± 0.24 0.54 ± 0.02 0.99 2.9 ± 0.1 0.99 0.27 ± 0.02 0.925 0.17 ± 0.01 0.77
k= ثابت الحركية; n= نشر ثابت.

الجدول 3: المعلمات الحركية من الإفراج عن diرسب يسال من الهلام المائي chitosan-بولي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

طريقه التجميد-الذوبان هي عمليه مناسبه لاعداد الهلام المائي المتوافق بيولوجيا المركز في التطبيقات الطبية الحيوية أو الدوائية أو التجميلوالتي34،35،36. الميزة الأكثر اهميه لهذه الطريقة ، مقارنه مع غيرها من الأساليب المعروفة لاعداد الهلام المائي ، هو ان يتم تجنب استخدام العوامل المتقاطعة ، والتي يمكن ان تسبب استجابه التهابيه أو اثار ضاره في جسم الإنسان34. هذا هو أسلوب تنوعا لأنه يوفر امكانيه لاعداد المواد الهلامية من بولي أو مخاليط مع مختلف البوليمرات11،37 في مثل هذه الطريقة ان الخصائص الجديدة من البوليمرات الأخرى يمكن الحصول عليها في المواد الجديدة (علي سبيل المثال،القدرة الرئيسية لامتصاص الماء،مضادات الميكروباتأو35خصائص مضادهللاكسده ومع ذلك ، من المهم ان نعتبر ان ادراج البوليمرات الأخرى يمكن ان تقلل من قوه الهلام المائي19،37.

المعلمات رئيسيه ان يعتبر في ال [فريز-بلينغ] أسلوب الدرجة حرارة من يجمد, الوقت والرقم من يجمد دورات, وأيضا, البوليمر نسبه ([أين فكت] من بوليمر خليط)2,19,20. ويمكن الحصول علي مجموعه واسعه من التورم ، والخواص المورفولوجية والميكانيكية مع هذه الطريقة عندما يتم التحكم في ظروف التجمد. هذه المعلمات تؤثر مباشره علي تكوين الشبكة ثلاثية الابعاد في تشيسان-بولي المائية لان ظروف التجميد يعزز الترتيبات في سلاسل بولي ، والتي انضمت اليها التفاعلات الفيزيائية ، ودعا المناطق البلورية12،38. هذه المناطق البلورية هي مناطق تتركز من السندات الهيدروجينية التي تعمل كنقاط تقاطع في الهلام المائي ، والتي تحافظ علي وتشكل الشبكة ثلاثية الابعاد وانها قوه أعاده الجرارات عندما تكون هيدروجيل في حاله تورم2،39،40.

في هذه الدراسة ، قمنا بتقييم تاثير مجموعه جديده من درجات الحرارة تجميد الذوبان (-4 درجه مئوية ،-20 درجه مئوية و-80 درجه مئوية) مع عدد مختلف من دورات التجميد (4 و 5 و 6) ولكن في نفس الوقت من التجمد (20 ح) ، لاعداد 1:1 شيسان-بولي الهيدروجيل. ولوحظت اقل قدره تورم عند ادني درجه حرارة (-80 درجه مئوية). في الواقع ، الهلام المائي في هذا ادني درجه حرارة الحصول علي المسام أصغر والشبكات أكثر مساميه. هذه الاختلافات في الهلام المائي chitosan-بولي مفيده للتطبيقات المختلفة مثل أنظمه تسليم المخدرات أو السقالات. بشكل عام ، تشيسان بولي المائية الحالية معدلات عاليه من التورم ، وذلك بسبب المجموعات المائية الشيتوزان (-NH2)41،42، وانها لينه ومرنه وسهله للتعامل مع ومقاومه التلاعب بسبب خصائص البولي. وبهذا المعني ، فان طريقه التجميد-الذوبان سهله ورخيصه وسريعة لإنتاج المواد الهلامية المائية chitosan-بولي مع خصائص مختلفه ، وتجنب الربط العابر السامة.

علي الرغم من ان تجميد الذوبان هو وسيله سهله ووديه ، لديها بعض العيوب. تجانس كامل من chitosan ، في هذه الحالة ، وخلائط البوليمر مهم جدا. يمكن ان تقدم الهلام المائي مناطق أكثر هشاشة وهيكل مساميه غير منتظم. أيضا ، فمن الضروري لجعل حل الصحيح من بولي في الماء عن طريق التدفئة في 70-80 درجهمئوية 42 ،43 ل 1 ح تحت التحريك المغناطيسي. تبريد هذا الحل بولي يجب ان تكون بطيئه مع التحريك المستمر لمنع تشكيل طبقه صلبه من بولي.

ومن القيود علي هذه الطريقة ، لاختبارات ثقافة الخلية ، هو تشكيل الهلام المائي الأبيض أو شبه شفاف. في هذه الحالة ، يمكن استخدام تطبيق الجلسرين أو dmso (مجمع السامة في درجه حرارة الغرفة) لتحسين مظهر هيدروجيل23،44. خطوه تجميد التجفيف من طريقه التجمد-الذوبان لاعداد الهلام المائي CS-بال هي خطوه حاسمه ، لان الهلام المائي يمكن ان يقدم انقباضا في المنطقة الوسطي ، مما يعقد العمل والتوصيف. لتجنب ذلك ، يجب ان تبقي العينة مجمده تماما قبل التجميد بالتجميد. وفيما يتعلق بدراسات التحميل والإفراج عن المخدرات ، من المهم جدا ضمان عدم وجود اي تداخل مع الإشارات من مكونات هيدروجيل والمخدرات التي سيتم تحديدها كميا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgments

ويعرب المؤلفون عن امتنانهم لc. Luzuriaga للدعم المقدم في قياسات العرض. ويشكر المؤلفون أيضا الوزارة الاقتصادية الاسبانيه للدعم المالي (مشروع MAT2014-59116-C2-2-R) و PIUNA (الرقم المرجعي 2018-15). ويود أصحاب البلاغ أيضا ان ينووا بالدكتور أمير مالدونادو من ديبارتامينتو دي فيسيكا-انسجام للحصول علي الدعم والتعليقات المفيدة والدكتور سي بوررويل-بارا من DIPM-انسجام للصور SEM و روبيو فارما y Asociados s. A de c. v. للحصول علي الدعم المالي. ويود السيد مي مارتينيز-باربوسا ان يشكر مشروعي كوناكو (المكسيك) رقم 104931 و 256753 ، إلى جانب الدعم المالي المقدم من الشركة الحمراء لprograma دي ريديس تيماسيكاز ديل كوناكيت () (). وأيضا المشروع USO316001081. MD فيغيروا-Pizano ترغب في الاعتراف CONACyT للحصول علي الدعم المالي (منحه دراسية 373321).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gyles, D. A., Castro, L. D., Silva, J. O. C., Ribeiro-Costa, R. M. A review of the designs and prominent biomedical advances of natural and synthetic hydrogel formulations. European Polymer Journal. 88 (01), 373-392 (2017).
  2. Abdel-Mohsen, aM., Aly, aS., Hrdina, R., Montaser, aS., Hebeish, a Eco-Synthesis of PVA/Chitosan Hydrogels for Biomedical Application. Journal of Polymers and the Environment. 19, 1005-1012 (2011).
  3. Caló, E., Khutoryanskiy, V. V. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products. European Polymer Journal. 65, 252-267 (2015).
  4. Ahmadi, F., Oveisi, Z., Samani, M., Amoozgar, Z. Chitosan based hydrogels: Characteristics and pharmaceutical applications. Research in Pharmaceutical Sciences. 10 (1), 1-16 (2015).
  5. Siepmann, J., Siegel, R. A., Rathbone, M. J. Fundamentals and applications of controlled release drug delivery. Fundamentals and Applications of Controlled Release Drug Delivery. , (2012).
  6. Gulrez, S. K. H., Al-Assaf, S., Phillips, O. G. Hydrogels: Methods of Preparation, Characterisation and Applications. Progress in Molecular and Environmental Bioengineering - From Analysis and Modeling to Technology Applications. , 117-146 (2011).
  7. Ahmed, E. M. Hydrogel: Preparation, characterization, and applications. Journal of Advanced Research. 6 (2), 105-121 (2015).
  8. Deligkaris, K., Tadele, T. S., Olthuis, W., van den Berg, A. Hydrogel-based devices for biomedical applications. Sensors and Actuators, B: Chemical. 147 (2), 765-774 (2010).
  9. Patel, A., Mequanint, K. Hydrogel Biomaterials. Biomedical Engineering - Frontiers and Challenges. , 275-296 (2012).
  10. Kenawy, E., Kamoun, E. A., El-meligy, M. A., Mohy, M. S. Physically crosslinked poly ( vinyl alcohol ) - hydroxyethyl starch blend hydrogel membranes Synthesis and characterization for biomedical applications. Arabian Journal of Chemistry. 7 (3), 372-380 (2014).
  11. Kamoun, E. A., Kenawy, E. R. S., Chen, X. A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications: PVA-based hydrogel dressings. Journal of Advanced Research. 8 (3), 217-233 (2017).
  12. Hassan, C. M., Peppas, N. A. Structure and Morphology of Freeze / Thawed PVA Hydrogels. Macromolecules. 33, 2472-2479 (2000).
  13. Tsou, Y. H., Khoneisser, J., Huang, P. C., Xu, X. Hydrogel as a bioactive material to regulate stem cell fate. Bioactive Materials. 1 (1), 39-55 (2016).
  14. Kumar, A., Mishra, R., Reinwald, Y., Bhat, S. Cryogels: Freezing unveiled by thawing. Materials Today. 13 (11), 42-44 (2010).
  15. Wu, T., Li, Y., Lee, D. S. Chitosan-based composite hydrogels for biomedical applications. Macromolecular Research. 25 (6), 480-488 (2017).
  16. Dutta, P. K., Dutta, J., Tripathi, V. S. Chitin and chitosan: Chemistry, properties and applications. Journal of Scientific and Industrial Research. 63, 20-31 (2004).
  17. Szymańska, E., Winnicka, K. Stability of Chitosan—A Challenge for Pharmaceutical and Biomedical Applications. Marine Drugs. 13, 1819-1846 (2015).
  18. Yang, X., Liu, Q., Chen, X., Yu, F., Zhu, Z. Investigation of PVA/ws-chitosan hydrogels prepared by combined gamma-irradiation and freeze-thawing. Carbohydrate Polymers. 73 (3), 401-408 (2008).
  19. Mathews, D. T., Birbey, Y. A., Cahill, P. A., McGuinness, G. B. Mechanical and Morphological Characteristics of Poly(vinyl alcohol)/Chitosan Hydrogels. Journal of Applied Polymer Science. 109, 1129-1137 (2008).
  20. Hosseini, M. S., Amjadi, I., Haghighipour, N. Preparation of Poly(vinyl alcohol)/Chitosan-Blended Hydrogels: Properties, in Vitro Studies and Kinetic Evaluation. Journal of Biomimetics, Biomaterials, and Tissue Engineering. 15, 63-72 (2012).
  21. Afshari, M. J., Sheikh, N., Afarideh, H. PVA/CM-chitosan/honey hydrogels prepared by using the combined technique of irradiation followed by freeze-thawing. Radiation Physics and Chemistry. 113, 28-35 (2015).
  22. Agnihotri, S., Mukherji, S. S., Mukherji, S. S. Antimicrobial chitosan-PVA hydrogel as a nanoreactor and immobilizing matrix for silver nanoparticles. Applied Nanoscience. 2 (3), 179-188 (2012).
  23. Yang, X., et al. Cytotoxicity and wound healing properties of PVA/ws-chitosan/glycerol hydrogels made by irradiation followed by freeze-thawing. Radiation Physics and Chemistry. 79 (5), 606-611 (2010).
  24. Machín, R., Isasi, J. R., Vélaz, I. Hydrogel matrices containing single and mixed natural cyclodextrins. Mechanisms of drug release. European Polymer Journal. 49 (12), 3912-3920 (2013).
  25. Ritger, P. L., Peppas, N. A. A Simple Equation for Description of Solute Release. Journal of Controlled Release. 5, 37-42 (1987).
  26. Abureesh, M. A., Oladipo, A. A., Gazi, M. Facile synthesis of glucose-sensitive chitosan-poly(vinyl alcohol) hydrogel: Drug release optimization and swelling properties. International Journal of Biological Macromolecules. 90, 75-80 (2016).
  27. Mansur, H. S., Sadahira, C. M., Souza, A. N., Mansur, A. A. P. FTIR spectroscopy characterization of Poly(vinyl alcohol) hydrogel with different hydrolysis degree and chemically crosslinked with glutaraldehyde. Materials Science and Engineering C. 28 (4), 539-548 (2008).
  28. Parida, U. K., Nayak, A. K., Binhani, B. K., Nayak, P. L. Synthesis and Characterization of Chitosan-Polyvinyl Alcohol Blended with Cloisite 30B for Controlled Release of the Anticancer Drug Curcumin. Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 02 (04), 414-425 (2011).
  29. Zu, Y., et al. Preparation and characterization of chitosan-polyvinyl alcohol blend hydrogels for the controlled release of nano-insulin. International Journal of Biological Macromolecules. 50 (1), 82-87 (2012).
  30. Lejardi, A., Hernández, R., Criado, M., Santos, J. I., Etxeberria, A., Sarasua, J. R. Novel hydrogels of chitosan and poly ( vinyl alcohol ) -g-glycolic acid copolymer with enhanced rheological properties. Carbohydrate Polymers. , 267-273 (2014).
  31. dos Reis, E. F., et al. Synthesis and characterization of Poly(vinyl alcohol) hydrogels and hybrids for rMPB70 protein adsorption. Materials Research. 9 (2), 185-191 (2006).
  32. Thanyacharoen, T., Chuysinuan, P., Techasakul, S., Nooeaid, P., Ummartyotin, S. Development of a gallic acid-loaded chitosan and polyvinyl alcohol hydrogel composite: Release characteristics and antioxidant activity. International Journal of Biological Macromolecules. 107, 363-370 (2018).
  33. Lozinsky, V. I., et al. Polymeric cryogels as promising materials of biotechnological interest. Trends in Biotechnology. 21 (10), 445-451 (2003).
  34. Liu, Y., Vrana, N. E., Cahill, P. A., McGuinness, G. B. Physically crosslinked composite hydrogels of PVA with natural macromolecules: Structure, mechanical properties, and endothelial cell compatibility. Journal of Biomedical Materials Research - Part B Applied Biomaterials. 90 (2), 492-502 (2009).
  35. Yang, W., et al. Polyvinyl alcohol/chitosan hydrogels with enhanced antioxidant and antibacterial properties induced by lignin nanoparticles. Carbohydrate Polymers. 181 (August 2017), 275-284 (2018).
  36. Park, H., Kim, D. Swelling and mechanical properties of glycol chitosan/poly(vinyl alcohol) IPN-type superporous hydrogels. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 78 (4), 662-667 (2006).
  37. Zhang, H., Zhang, F., Wu, J. Physically crosslinked hydrogels from polysaccharides prepared by freeze-thaw technique. Reactive and Functional Polymers. 73 (7), 923-928 (2013).
  38. Hassan, C. M., Peppas, N. A. Structure and Applications of Poly ( vinyl alcohol ) Hydrogels Produced by Conventional Crosslinking or by Freezing / Thawing Methods. Advances in Polymer Science. 153, 37-65 (2000).
  39. Sung, J. H., et al. Gel characterisation and in vivo evaluation of minocycline-loaded wound dressing with enhanced wound healing using polyvinyl alcohol and chitosan. International Journal of Pharmaceutics. 392 (1-2), 232-240 (2010).
  40. Lin, C. C., Metters, A. T. Hydrogels in controlled release formulations: Network design and mathematical modeling. Advanced Drug Delivery Reviews. 58 (12-13), 1379-1408 (2006).
  41. Fan, L., Yang, H., Yang, J., Peng, M., Hu, J. Preparation and characterization of chitosan/gelatin/PVA hydrogel for wound dressings. Carbohydrate Polymers. 146, 427-434 (2016).
  42. Islam, A., et al. Evaluation of selected properties of biocompatible chitosan / poly ( vinyl alcohol) blends. International Journal of Biological Macromolecules. 82, 551-556 (2016).
  43. Physical Montaser, A. S. mechanical and antimicrobial evaluations of physically crosslinked PVA/chitosan hydrogels containing nanoparticles. Journal of Applied Pharmaceutical Science. 6 (5), 1-6 (2016).
  44. Hou, Y., Chen, C., Liu, K., Tu, Y., Zhang, L., Li, Y. Preparation of PVA hydrogel with high-transparence and investigations of its transparent mechanism. RSC Advances. 5 (31), 24023-24030 (2015).

Tags

الهندسة الحيوية العدد 155 تشيسان بولي (الكحول الفينيل) الهلام المائي تجميد الذوبان ديرسب المخدرات التحميل والإفراج عن الدراسات توصيف الشبكة قياس الجرعة
طريقه تجميد الذوبان لتحضير شيسان-بولي (الكحول الفينيل) المواد الهلامية دون الربط بين العوامل ودراسات الإفراج عن ديرسب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Figueroa-Pizano, M. D., Vélaz,… More

Figueroa-Pizano, M. D., Vélaz, I., Martínez-Barbosa, M. E. A Freeze-Thawing Method to Prepare Chitosan-Poly(vinyl alcohol) Hydrogels Without Crosslinking Agents and Diflunisal Release Studies. J. Vis. Exp. (155), e59636, doi:10.3791/59636 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter