Synthesis, characterization and application of pH and temperature sensitive hydrogels

Abstract

Bu çalışmada kitosan tabanlı iki farklı çapraz bağlı hidrojel film sentezlenmiştir. Bunlardan ilki poli(etilen glikol) (PEG) ve tartarik asitle çapraz bağlanırken ikincisi poli(vinil alkol) (PVA) ve tartarik asitle çapraz bağlanmıştır. Sentezlenen hidrojel filmleri FTIR, NMR XRD ve SEM analizleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Termal özelliklerin belirlenmesi için ise TGA/DTG ve DSC analizleri yapılmıştır. Bu hidrojel filmlerin iki farklı pH (1,2 ve 7,4) ve sıcaklık (4 ve 37 °C) ortamında şişme özellikleri incelenmiştir. Aynı zamanda tüm örneklerin belirtilen pH ve sıcaklıklarda tekrarlanabilir şişme ve büzüşme davranışları incelenmiştir. Tüm örneklerin şişme davranışları asidik ortamda artmasına rağmen, bazik ortamda azalmaktadır. Benzer şekilde hidrojeller içindeki PEG ve PVA miktarının artışı ile şişme derecesinin azaldığı görülmektedir. PEG içeren CPT hidrojellerin asidik ortamdaki şişmesi ve bazik ortamdaki büzüşmesi, PVA içeren CVT hidrojeline göre çok daha fazla olduğu gözlenmiştir. Sıcaklık farklanmasında ise tüm örneklerin yüksek sıcaklıkta daha fazla şişerken düşük sıcaklıkta daha az şiştiği gözlenmiştir. Ayrıca, her iki hidrojelin lizozimle enzimatik bozunması incelenmiştir. CPT hidrojelleri için, enzimatik bozunma eğilim şişme oranları ile paralel bulunmuştur. Diğer yandan, CPT hidrojelinin lizozim içindeki bozunma hızı saf kitosan hidrojelinkinden daha hızlıdır. CVT hidrojelinde ise, tam tersi sonuç gözlenmiştir. Bu durum, CVT hidrojelinin farklı kristal yapısından dolayı saf kitosandan daha yavaş bozunmasından ileri gelmektedir. Buna ek olarak, tüm hidrojeller, ilaç salım sistemi uygulamalarında kullanılmıştır. Bu çalışmada model ilaç olarak amoksisilin kullanılmıştır. Salınım ortamı için yapay mide ortamı olarak KCl/HCl tamponu ve bağırsak ortamı için PBS tamponu kullanılmıştır. Tüm örnekler yapay mide ortamında salınım yaparken yapay bağırsak ortamında kısmen salınım yapmaktadır. Yapay mide ortamındaki CPT hidrojel filmlerinde PEG miktarının artmasıyla salınım hızının ve ilaç miktarının azaldığı görülmektedir. Benzer sonuç CVT hidrojel filmlerinde de gözlenmiştir. Ancak CPT ve CVT hidrojel filmleri karşılaştırıldığında PVA içeren CVT hidrojellerinin ilaç salınımının daha yavaş ve kontrol edilebilir olduğu gözlenmiştir. Yapay bağırsak ortamında ise, PEG içeren CPT hidrojellerinin salınımın PVA içeren CVT hidrojellerine göre daha hızlı olduğu ve CVT hidrojellerinin kontrollü salınım için daha uygun olduğu gözlenmiştir. In this study, two different crosslinked Chitosan based hydrogel films were synthesized. In the case of CPT hydrogels, Chitosan was crosslinked with poly(ethylene glycol) (PEG), and tartaric acid, on the other hand, for CVT hydrogels Chitosan was cross-linked with poly(vinyl alcohol) (PVA) and tartaric acid (TA). The synthesized hydrogel films were characterized using FTIR, NMR, XRD and SEM analysis. The TGA / DTG and DSC analysis were also made for the determination of thermal properties of hydrogel films. Swelling properties of these hydrogel films were investigated at two different pHs (1.2 and 7.4) and temperatures (4 and 37 °C). At the same time, reversible swelling and de-swelling behavior of these samples were investigated at specific temperature and pH. The swelling behaviors of all samples were increased in acidic medium, while decreased in basic medium. Similarly, the degree of swelling of hydrogels was decreased with the increase in the amount of PEG and PVA. It has been observed that swelling of PEG containing CPT hydrogels in acidic medium and deswelling of these hydrogels in basic medium were much more than for PVA containing CVT hydrogels. At the temperatures changes, while all of the samples were more swollen at 37 °C, they were less swollen at 4 °C. Also both of the hydrogels were investigated for the enzymatic degradation with lysozyme. The tendency of the enzymatic degradation rates was found to be parallel with the swelling ratio for CPT hydrogel. On the other hand, degradation of CPT Hydrogels in lysozyme, were faster than pure Chitosan film. However, in the case of CVT hydrogel, the opposite result was observed due to the different crystalline form and degradation of CVT hydrogel which was slower than pure Chitosan hydrogel films. In addition, all of the hydrogels were used for application which is drug release system. In the experiments, KCl/HCl and PBS buffer solution were used for the artificial stomach environment and intestinal environment, respectively as a release medium. Also, amoxicillin were used as a model drug for release study. All of the amoxicillin in the samples were released at the artificial stomach environment. On the other hand, they were partly released the amoxicillin in the artificial intestinal environment. At CPT hydrogel films, increasing of amount of PEG was observed in the case of decreasing of release rate and amount of drug. Similar swelling behaviors were also observed in CVT hydrogel films. However, drug release behaviors of CVT hydrogel films were slower and can be controlled as compared with CPT. In artificial intestinal environment, the drug release rates of amoxicillin on CPT hydrogel films were faster than on CVT hydrogel films, and CVT hydrogel films may be more appropriate for controlled release of amoxicillin.