Kontrollü ilaç salım sistemlerinde kullanılan polimerik mikro kürelerin nanomekanik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of the nanomechanical properties of polymeric microsheres used in controlled drug delivery systems
Yazar: MERVE KÜÇÜKOFLAZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA OĞUZHAN ÇAĞLAYAN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kontrollü salım = Controlled release ; İlaç salınımı =   ; İlaç taşıyıcılar = Drug carriers

Özet:
Kontrollü ilaç salım sistemleri, ilacın uygun dozda hastaya uygulanması ve tercihen ilacın etkin olacağı bölgeye hedeflenmesini amaçlar. Bu amaçla, suda çözünen veya yağda çözünen ilaçlar için farklı yapılarda taşıyıcının sentezlenmesi gerekir. Taşıyıcılar genellikle gözenekli ve şişebilen çapraz bağlı polimerik yapılardan oluşur ve en uygun taşıyıcı şekli küre formudur. Bu çalışma, poli(vinil asetat-co-divinil benzen) mikro kürelerin farklı içeriklerde üretilmesi ve üretilen taşıyıcıların mikro mekanik özelliklerinin belirlenmesini hedeflemiştir. Mikro küre formunda üretilmiş olan taşıyıcıların mekanik özellikleri, özellikle topikal ve oral ilaç uygulamalarında önemlidir. İlaç yüklenmiş bir mikro küre taşıyıcının hedefe varmadan mekanik hasara uğraması, veya topikal uygulama sırasında parçalanması, taşıyıcı içerisinde hapsedilmiş ilacın erken ve yüksek dozlarda sisteme karışmasına neden olacaktır. Bu nedenle, ilaç yüklemesi yapılmadan önce bir taşıyıcının mekanik özelliklerinin belirlenmesi hayati önem taşımaktadır. Ancak 1-10 µm boyutlarındaki mikro kürelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi klasik mekanik testler ile oldukça zordur. Bu nedenle mikro veya nano mekanik test yöntemleri uygulanmalıdır. Bu çalışmada, atomik kuvvet mikroskobisi (AFM) ve kuvvet spektroskopisi (FS) kullanılarak bireysel mikro kürelerin mekanik özellikleri nanoindentasyon yöntemi ile belirlenmiştir. Sınırlı indentasyon derinliği kullanılarak, Hertz elastik deformasyon modeline uygun analizler gerçekleştirilmiş ve malzemenin sıkıştırma elastik modülü hesaplanarak, çoklu verilerin histogramı şeklinde sunulmuştur. Mikro kürelerin mekanik özelliklerinin, çıkış lateksine bağlı olduğu ve kopolimerdeki divinil benzen miktarının elastik modülü 600 MPa'dan 1.2 GPa artırdığı gözlenmiştir. Nano ölçekte gözenekliliğin ölçüm sonuçlarına etkisinin sınırlı olduğu ve üretim yönteminin mekanik davranışa olan etkisinin bu yöntem ile belirlenebileceği görülmüştür. 
Boyutları birkaç mikro metre olan bir malzemenin elastik ve plastik deformasyon özelliklerinin belirlenmesi amacıyla önerilen yöntem, malzemenin gözeneklilik ve pürüzülülük gibi özelliklerinin de belirlenmesi ile, ilaç taşıyıcı sistemler için 45 µm'den daha düşük çapta üretilen mikro kürelerin mekanik testlerinin yapılmasına uygundur.

Abstract:
Controlled drug delivery systems are intended to deliver the drug to the patient at the appropriate dose and preferably to the site where the drug will be most effective. For this purpose, different types of carriers must be synthesized either for water-soluble or oil-soluble drugs. Carriers usually consist of porous and swollen cross-linked polymeric structures and the most suitable carrier-shape is sphere form. This study aimed to produce poly (vinyl acetate-co-divinyl benzene) microspheres with different contents and to determine the micromechanical properties of the produced carriers. The mechanical properties of the carriers produced in the form of microspheres are particularly important in topical and oral drug applications. If a drug loaded microsphere carrier disintegrates before reaching the target or fails during a topical application due to mechanical damage, it will cause premature release resulting high doses for the patient. For this reason, it is vital to determine the mechanical properties of a carrier before drug loading. However, mechanical property determination of 1-10 μm sized microspheres is very difficult with conventional mechanical tests. For this reason, micro or nanomechanical test methods should be applied. In this study, mechanical properties of individual microspheres were determined by atomic force microscopy (AFM) and force spectroscopy (FS) by nanoindentation method. Using limited depth of indentation, analyzes suitable for Hertz elastic deformation model were performed and compression elastic modulus of material was calculated and presented as histogram of multiple data. It was observed that the mechanical properties of the microspheres increased from 600 MPa to 1.2 GPa were dependent on the precrusor latex seed and the amount of divinyl benzene in the copolymer. It has been found that the effect of nanoscale porosity on measurement results is limited and the effect of the production method on mechanical behavior can be determined by this method. The proposed method for determining the elastic and plastic deformation properties of a material having a few micrometers in dimensions is suitable for performing mechanical tests of microspheres produced in diameters less than 45 μm for drug delivery systems by determining properties such as porosity and roughness of the material.