Investigation of aerogel based systems for drug delivery
Nanoyapılı aerojellerin ilaç taşıyıcı sistemi olarak incelenmesi
- Tez No: 397275
- Danışmanlar: PROF. DR. CAN ERKEY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Son yıllarda nanoyapılı aerojeller ilaç taşıyıcı sistemi olarak oldukça ümit verici görülmektedir. Bu çalışmada, hem organik hem inorganik aerojeller ilaç taşıyıcı sistemleri olarak incelenmiştir. Ayrıca iki farklı aerojelden oluşan, katmanlı bir aerojel sistemi geliştirilmiştir. Katmanlı sistem inorganik silika aerojelin organik bir alginate aerojel ile kaplanmasıyla oluşturulmuştur. Nanoyapılı aerojelleri ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanabilmek için değişik ilaç yükleme yöntemleri kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları ilacın sentez aşamasında, jelleşmeden önce ya da süperkritik depozisyon tekniği ile aerojele yüklenmesi olarak sıralanabilir. Ancak birçok ilacın süperkritik CO2'te çözünürlüğünün çok düşük olması ya da aerojeli yapmak için kullanılan diğer malzemelerle reaksiyona girebilecek olması bu yöntemlerin dezavantajları olarak belirtilmektedir. Alternatif bir yöntem, ilacın jelleşmeden sonra sisteme difüzyon ile yüklenmesidir. Bu şekilde ilaç yüklenmiş bir sistem süperkritik koşullarda kurutulduğu zaman, scCO2 hem jelin içindeki sıvıyı çıkarmakta hem de antisolvent olarak hareket ederek ilacın sistemin içinde çökmesini sağlamaktadır. Bu yöntem aynı zamanda GAS yöntemi olarak bilinen metotla örtüşmektedir. Ancak bu sistemde çökelme gözeneklerin içinde gerçekleşmektedir. Bu çalışmada bu teknik kullanılarak silica ve alginate aerojellerin içine parasetamol yüklenmiştir. Çalışmada kullanılan silica aerogellerin yoğunluğu 0.13 ve 0.15 g/cm3 arasında değişirken alginate aerojellerin yoğunluğu 0.055 ve 0.062 g/cm3 arasında bulunmuştur. Parasetamol ile hazırlanmış çözeltinin başlangıç derişimi 0.25M ve 0.8M arasında değiştirilmiştir. Yüklenen ilaç miktarını ve ilacın sistem içindeki dağılımını etkileyen faktörler incelenmiştir. IR spektroskopi sonuçları ilacın sistemin içine kadar yayıldığını, XRD sonuçları ise ilacın kristal yapıda olduğunu göstermiştir. Ayrıca yükleme miktarının başlangıç derişimini ve aerojelin gözenek hacmini değiştirerek kontrol edilebildiği gösterilmiştir. Bu yöntemle silika aerojeller için % 40, alginate aerojeller için % 75 oranında yükleme yapılabilmiştir. Bu yöntemin bir başka avantajı kurutma ve ilaç yükleme aşamalarını tek yönteme indirgeyerek zaman ve deney harcamalarını azaltabilmesidir. İlacın sisteme yüklenmesi ayrıca matematiksel olarak modellenmiş ve deneysel sonuçların model sonuçlarıyla örtüştüğü gözlemlenmiştir. İlaç yüklenmiş olan aerojeller ayrıca salım deneylerinde kullanılmıştır. Deney sonuçlarına göre ilaç yüklenmiş silika ve alginate aerojellerin çabuk etkili ilaç taşıyıcı sistemi olarak, katmanlı aerojelin ise kontrollü ilaç salım sistemi olarak kullanılabileceği öngörülmüştür. Salım kinetiği de ayrıca matematiksel olarak modellenmiştir. Modelde ilacın sisteme yayılmasının yanında, dissolüsyonu ve sistemin zaman içinde genleşmesi de kullanılmıştır. Bunun sonucunda elde edilen verilerin deneysel sonuçlarla örtüştüğü görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Over the past few years, nanoporous aerogels have shown a great promise as drug delivery vehicles. In this study, inorganic and organic aerogels such as silica aerogel and alginate aerogel were investigated as drug delivery systems. Moreover, a novel layered material consisting of these two distinct aerogels was prepared for the first time by encapsulating a silica aerogel with an alginate aerogel layer. To investigate aerogels as drug delivery vehicles, different methods are utilized to load drugs into them such as the addition of the drug to the reaction mixture in one of the steps before the gel formation or by supercritical deposition to the aerogels. These techniques have disadvantages such as low solubility of pharmaceutical compounds in scCO2 and possible reactions of pharmaceutical compounds with reactants used to form gels. An alternative technique is to load the drug after gel formation by contacting the gel with a solution of the drug. The drug diffuses into the liquid inside the pores. When this drug-loaded gel is subjected to supercritical drying, scCO2 not only removes the solvent from the pores but also acts as an antisolvent, which causes the precipitation of the drug in the pores of the aerogel. This is similar to the gas antisolvent crystallization (GAS) process but in this case the process takes place inside the pores. In this study, this technique was used to load paracetamol into silica and alginate aerogels with densities ranging 0.13 to 0.15 g/cm3 and 0.055 to 0.062 g/cm3 respectively. The initial concentration of the paracetamol-ethanol solution ranged from 0.25 M to 0.8 M. The factors affecting the amount and distribution of the drug inside the aerogel matrix were investigated. The Attenuated Total Reflectance (ATR) results indicated that the paracetamol diffused inside of the aerogel and X-ray Diffraction (XRD) analysis demonstrated that the paracetamol was in crystalline form. It was possible to control loading by changing the concentration of the drug in the contacting solution and also by changing the pore volume of the alcogel matrix which in turn depended on the reactant concentrations. Moreover, the process enabled very high amount of loadings such as 40 wt. % for silica aerogels and 75 wt.% for alginate aerogels compared to conventional systems and also offers an advantage for aerogels as it combines two processes such as drying and loading in a single one reducing the time and the operating expenses. On the other hand, diffusion of paracetamol inside the pores was also theoretically modeled by solving partial differential equations. Experimental paracetamol uptake was shown to be in good agreement with the model predictions without any adjustable parameters. Finally, the release of paracetamol from loaded aerogel supports in PBS buffer was investigated showing the promise of these materials as drug delivery vehicles. It was shown that native aerogels could be used as carriers for fast acting medications whereas the hybrid aerogel was suitable to achieve a retarded release profile. A mathematical model was also developed to describe the release kinetics of paracetamol from alginate aerogels comprising the swelling of the aerogel matrix, the dissolution of the drug into the pore liquid followed by its diffusion from the pores into the surrounding medium. The inclusion of these physical phenomena in the mathematical model had greatly reduced the deviations from the experimental data and resulted in good model predictions.
Benzer Tezler
- Development of cellulose aerogels and composites for medical textiles
Başlık çevirisi yok
UMAİMA SALEEM MEMON
Doktora
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Aerojel katkılı polimer kompozitlerin hazırlanışı,karakterizasyonu ve dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Preparation, characterization of aerogel doped polymer composites and investigation of dielectric properties
DENİZ BOZOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DENİZ DEĞER ULUTAŞ
PROF. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Synthesis of aerogel coatings and investigation of anti-icing performances
Aerojel kaplamaların sentezi ve buzlanma önleme başarımlarının incelenmesi
ÜMRAN AKGÖL
- Investigation of waste paper-derived carbon aerogel/elastomer system as a cardiac patch
Atık kağıttan türetilmiş karbon aerojel- elastomer sisteminin kardiyak doku yaması olarak incelenmesi
ABDULRAHEEM MOHAMMED NAJI ATYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİL MURAT AYDIN
- Investigations of sol-gel parameters, thermal and optical properties of silica aerogels for large scale production
Silika aerojellerin büyük ölçekli üretimi için sol-jel parametrelerinin, termal ve optik özelliklerinin incelenmesi
METİN KARAYILAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
EnerjiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY