Резюме

Три хидрогела, а именно микрокристална целулоза (MCC), микрокристална целулоза-карбоксиметил целулоза (MCC-CMC) и микрокристална целулоза-ксилан (MCC-xylan) се синтезират с използване на етилен гликол диглицидилов етер като омрежител. За химическата характеристика се използва FT-IR спектроскопия, докато за физическата характеристика на хидрогеловете се използват гел-фракция и коефициент на набъбване. Грубата морфология на хидрогеловете се визуализира допълнително чрез микроскопско наблюдение. Реологичната характеристика доказва, че MCC-CMC гелът издържа на по-голямо натоварване, за да устои на трайна деформация от другите два гела. Хидрогеловете се използват за зареждане и освобождаване in vitro на цефалексин. Доставката in vitro се извършва в различни симулирани телесни течности като физиологичен разтвор на фосфатен буфер (PBS), изкуствена чревна течност (AIF) и изкуствена стомашна течност (AGF). Наблюдава се, че MCC-CMC доставя цефалексин индивидуално 15% в AGF, 86% в AIF, 98% в PBS и 98% в последователни буфери (AGF, последван от AIF и PBS).

разработване

1. Въведение

Целулозата е естествен биополимер с линейно подредени β- (1 → 4) свързани D-анхидроглюко пиранозни повтарящи се единици и открит в растения, бактерии, гъби и морски животни [1]. Виден клас целулоза е микрокристалната целулоза (MCC), която се получава чрез обработка на алфа целулоза с излишно количество минерални киселини. Има намалена степен на полимеризация (

100) и следователно притежава по-къси полимерни вериги. MCC има характерни свойства като нетоксичност, висока механична якост, ниска плътност, голяма повърхност, биоразградимост и биосъвместимост. Очарователните механични и химични свойства привличат вниманието както от научната общност, така и от различни индустрии. MCC се използва широко като сгъстители, свързващи вещества и адсорбенти във фармацевтичната и козметичната промишленост; желиращи агенти, стабилизатори и противослепващи агенти в хранително-вкусовата промишленост [2]. В допълнение към предимствата, MCC страда от недостатък поради несъвместимост с повечето полимерни матрици, лоша омокряемост, неразтворимост в органична и водна среда поради присъщата кристалност. За да се преодолее тази бариера, за разтваряне на MCC се използват различни разтворители като дълбоко евтектичен разтворител, йонни течни и алкални/карбамидни системи [3]. Различните стратегии за разтваряне на MCC отварят възможността за образуване на хидрогелове от MCC.

Хидрогеловете са триизмерна полимерна мрежа, омрежена физически или химически. Мрежата набъбва при поглъщане на голямо количество вода. Като материал за образуване на хидрогел се използват синтетични или естествени полимери, притежаващи биосъвместимост. Високият капацитет на задържане на вода и взаимосвързаната триизмерна мрежа имитират извънклетъчния матрикс. Това свойство ги прави жизненоважно запушване в биомедицинските приложения, тъканното инженерство, доставката на лекарства и протеини [4]. Присъщата неразтворима природа ограничава MCC като хидрогелен предшественик. Choe et al. съобщава чист хидрогел на основата на MCC след разтварянето му в тетрабутиламониев флуорид/диметилсулфоксиден разтворител и последващо регулиране на вискозитета [5]. Проводим хидрогел също се отчита чрез разтваряне на MCC в йонна течност и допълнително подпомаган от полипирол [6]. MCC хидрогелове на основата на хиолен клик на тиол-ен се приготвят чрез излагане на алил функционализирания MCC на UV излагане [7].

Водоразтворимото производно на целулозата като карбоксиметил целулоза (CMC) се използва широко като предшественик на хидрогела. Той се синтезира чрез заместване на водородния атом на D-глюкопиранозния пръстен с карбоксиметилова част. Освен биосъвместими и чувствителни на рН хидрогели, CMC се използва в хранителни продукти (като сгъстител и стабилизатор на емулсия), нехранителни продукти (като хапчета за отслабване, пасти за зъби, лаксативи, бои на водна основа, хартиени продукти и др.) И биомедицински полета [8 ]. Хемицелулозата е хетерополизакарид, гъвкав, аморфен и втори по разпространение материал в гората след целулоза и притежава по-ниска степен на полимеризация (

200 остатъка) от целулозата. Xylan е най-разпространената форма на хемицелулоза и се състои от β- (1 → 4) -D-ксилопиранозни единици като гръбначен стълб. Гел и филмообразуващите свойства на хемицелулозата в съчетание с нейната биосъвместимост и биоразградимост намират приложение в биомедицински приложения, доставка на лекарства и като лепило, покритие и добавка във фармацевтичната и хранителната промишленост [9]. Освен това многобройни стимули, като органичен разтворител, йон, чувствителни на рН гелове на основата на ксилан, спечелиха наскоро внимание [10]. Поради това свойство хидрогелите на основата на ксилан са били използвани като носител за лекарства и биологични макромолекули [11], биосорбент за органични багрила и метални йони [12, 13].

2. Материали и методи

2.1. Материали

Ксилан от плажно дърво, натриева сол на карбоксиметил целулоза са доставени от Sigma Aldrich. Микрокристалната целулоза е закупена от Merck. Натриев хлорид, урея, натриев хидроксид, солна киселина (37 тегл.%) (НС1) и калиев дихидроген фосфат са доставени от Merck. PBS е доставен от Himedia. Етилен гликол диглицидилов етер и цефалексин монохидрат са доставени от TCI India. Химикалите са с аналитично качество и се използват в полученото състояние. Вътрешното съоръжение за пречистване на вода (марка: Millipore, модел: ELix-3) е използвано като източник на дейонизирана (DI) вода.

2.2. Приготвяне на хидрогелове

Воден разтвор, съдържащ 40 тегл.% Урея и 60 тегл.% NaOH, се използва за разтваряне на MCC [21]. Отделно се използва 1 mol L -1 воден разтвор на натриев хидроксид за разтваряне на ксилан и CMC. Разтворите на CMC и ксилан се смесват независимо с разтвор на MCC в моларно съотношение 1: 1, за да се получат разтвори на предшественици MCC-CMC и MCC-xylan. Хомогенният разтвор се получава след нагряване на сместа до 50 ° C. След това, EGDE омрежителят беше добавен на капки в хомогенната смес. Чистият MCC гел се синтезира чрез добавяне на EGDE на капки в MCC разтвора. Разбира се, че процесът на желиране завършва в рамките на 20 минути. След това гелът се прехвърля в мензура и се оставя да набъбне в DI вода. Последващото подуване премахва излишния нереагирал предшественик от гела. Гелът се държи в DI вода за 48 часа, като водата се освежава шест пъти дневно. Отстраняването на излишния прекурсор е съществена стъпка, тъй като нереагиралият прекурсор ще се извлече от омрежената хидрогелна матрица. След това се използва 0,1 М разтвор на НС1 за отстраняване на излишното количество NaOH и по този начин неутрализиране на рН. По-късно pH неутралният гел беше лиофилизиран (марка: Martin Christ, модел: Alpha 2-4 LD) за по-нататъшно характеризиране. Схемата на реакция и на трите хидрогела е дадена на фигура 1 .