Doğal polimer içeren polimer karışımlarına dayalı hidrojellerin sentezi, karakterizasyonu ve kontrollü ilaç salımındaki kullanımları
Synthesis, characterization and uses in controlled drug release of hydrogels based on polymer blends with natural polymer
Yazar: NİSA ÖZEL
Danışman: PROF. DR. DİLEK İMREN KOÇ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Hidrojeller = Hydrogels ; Polietilen glikoller = Polyethylene glycols ; Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol ; Siprofloksasin = Ciprofloxacin ; Sodyum aljinat = Sodyum alginate ; Tetrasiklin = Tetracycline

Özet:
Sodyum Aljinat (SA) ve/veya Kitosan doğal polimerlerinin Poli (etilen glikol) (PEG) ve Poli (vinil alkol) (PVA) sentetik polimerleri ile ortak çözücüde farklı oranlarda polimer karışımları hazırlanmış ve polimer karışımlarına çapraz-bağlayıcı olarak glutaraldehit (GA) eklenerek hidrojeller formunda sentezlenmiştir. PEG ve PVA molekül ağırlığının hidrojel sentezine etkisinin gözlemlenmesi için farklı molekül ağırlığında PEG (4000, 6000, 8000, 10000, 20000) ve PVA (9000, 13000, 31000) kullanılmış, karışımlar %30, 50, 70 SA içerecek şekilde hazırlanmıştır. Söz konusu hidrojellerin yapısal kararlılığının belirlenmesi amacıyla in-vitro şişme deneyleri yürütülmüştür. Yapısal kararlılığın ve pH-duyarlı şişme/büzüşme davranışının belirlenmesi amacıyla farklı pH'a sahip (2.0, 5.0, 7.4, 9.0) ortamlarda yürütülen şişme deneyleri sonucunda elde edilen bulgular, kontrollü salım sistemine uygunluk açısından değerlendirilmiş ve ilaç yükleme/salımda kullanılabilecek SA/PEG ve SA/PVA hidrojel yapıların belirlenmesi için kullanılmıştır. Model ilaç olarak belirlenen Tetracycline ve Ciprofloxacin ile ilaç yükleme ve salım çalışmaları yürütülmüştür. Ayrıca elde edilen hidrojellerin kimyasal yapısının anlaşılması ve polimerler arası etkileşimin incelenmesi amacıyla FTIR, SEM ve DSC analizleri ile karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. SA/PEG ve SA/PVA karışım bazlı hidrojeller için optimum sentez koşulları, 30 C sıcaklıkta 12 saat+40 C sıcaklıkta 12 saat+25 C sıcaklıkta 12 saat olarak belirlenmiştir. SA/PEG karışım bazlı hidrojeller için en yüksek şişme oranı SA/PEG 10000 karışım bazlı hidrojelde gözlemlenmiştir. SA/PVA karışım bazlı hidrojeller farklı çapraz bağlayıcı oranlarında(% 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 ve 1.0) ve farklı SA içeriklerinde (%30, 50, 70) yapısal kararlılık göstermiş, PVA molekül ağırlığının artması ile yapısal kararlılığın ve şişme oranının arttığı, şişme ve ilaç salım davranışları için optimum SA içeriğinin %50, çapraz bağlayıcı oranının ise %0.6 olduğu görülmüştür. SA/PEG ve SA/PVA karışım bazlı tüm hidrojellerde tampon ortamın pH'ı arttıkça şişme ve ilaç salım oranlarının da arttığı gözlemlenmiştir. Tetracycline ve Ciprofloxacin antibiyotik ilaçların mide-barsak kanalı boyunca kontrollü salımı için %50 SA içeren SA/PVA31000 karışım bazlı hidrojellerin uygun taşıyıcı sistem olabilecekleri anlaşılmıştır.

Abstract:
Poly (ethylene glycol) (PEG) and Poly (vinyl alcohol) (PVA) synthetic polymers of Sodium Alginate (SA) and/or Chitosan natural polymers were prepared in different ratios in a co-solvent and synthesized in the form of hydrogels by adding glutaraldehyde (GA) as a crosslinker to the polymer blends. In order to observe the effect of PEG and PVA molecular weights on hydrogel synthesis, PEG (4000, 6000, 8000, 10000, 20000) and PVA (9000, 13000, 31000) with different molecular weights were used, and the blends were prepared to contain 30, 50, 70% SA. In-vitro swelling experiments were carried out to determine the structural stability of these hydrogels. The findings obtained as a result of swelling experiments carried out in environments with different pH (2.0, 5.0, 7.4, 9.0) in order to determine the structural stability and pH-sensitive swelling / shrinkage behavior were evaluated in terms of compliance with the controlled release system and SA/PEG and SA/PVA was used for the determination of hydrogel structures. Drug loading and release studies were carried out with Tetracycline and Ciprofloxacin, which were determined as model drugs. In addition, characterization studies were carried out with FTIR, SEM and DSC analyzes in order to understand the chemical structure of the obtained hydrogels and to examine the interaction between polymers. Optimum synthesis conditions for SA/PEG and SA/PVA blend-based hydrogels were determined as 12 hours at 30 C + 12 hours at 40 C + 12 hours at 25 C. For SA/PEG blend-based hydrogels, the highest swelling ratio was observed for the SA/PEG10000 blend-based hydrogel. SA/PVA blend-based hydrogels showed structural stability at different crosslinker ratios (0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0) and different SA contents (30, 50, 70%), structural stability and swelling ratio increased with increasing PVA molecular weight, the optimum SA content for swelling and drug release behavior was 50%, and the crosslinker ratio was 0.6%. It was observed that swelling and drug release rates increased as the pH of the buffer medium increased in all hydrogels based on SA/PEG and SA/PVA blends. It has been understood that SA/PVA31000 blend-based hydrogels containing 50% SA may be suitable delivery systems for the controlled release of Tetracycline and Ciprofloxacin antibiotic drugs through the gastrointestinal tract.