PEG-hydrogel coated silica aerogels-A novel drug delivery system

Abstract

Bu çalışma sonucunda ilk defa silika aerojel ve PEG (polietilen glikol) hidrojel kompoziti sentezlenmiş ve bu yeni kompozitin ilaç taşıyıcısı olarak kullanılması araştırılmıştır. Bu kompozit, disk şeklindeki aerojellerin fotopolimerizasyon yoluyla PEG-hidrojel ile kaplanması sonucu üretilmiştir. Aerojellerin sentezinde iki basamak sol-jel metodu ve tetraetilortosilikat (TEOS) silika kaynağı olarak kullanılmıştır. Fotobaşlatıcı olarak kullanılan Eosin-Y molekülü yaşlandırma işlemi sonrasında alkojellerin Eosin-Y ve etanol solüsyonuna batırılması işlemi ile alkojel ağı içersine adsorblanması sağlanmıştır. Fotobaşlatıcı yüklü hidrofilik aerojelleri hidrofobik hale getirmek için süperkritik CO2 fazında çözülmüş hexamethyldisilizan (HMDS) ile yüzey modifikasyonu yapılmıştır. Bu yöntem ile kontak açının 0 ile 128o arasında değiştirildiği görülmüştür. Daha sonra aerojeller PEG diacrylate önpolimer solüsyonuna batırılmış ve 514 nm dalgaboyunda ışın ile polimerizasyon reaksiyonu başlatılarak hidrojel ile kaplanmıştır. Aerojellerinin tüm anlatılan basamaklardan sonra BET yüzey alanı ölçümü, gözenek çapı ve dağılımı ölçümleri yapılmıştır. Sonuçlar, aerojelin hidrojel ile kaplanması sırasında yapısında herhangi bir değişiklik olmadığını göstermiştir. Buna karşılık, hidrofilik aerojelin, yüzey modifikasyonu sırasında, yüzey alanının azaldığı gözlenmiştir.Bu yeni kompozitin ilaç taşıyıcısı olarak kullanılmasını incelemek için Ketoprofen, model ilaç olarak seçilmiştir. Sonuçlar göstermiştir ki, aerojele ilaç yükleme kapasitesi ve ilacın salınımı aerojelin hidrofobik karakteri değiştirilerek kontrol edilebilinir. Aerojellerin hidrofobik özelliği artıkça, ilaç yükleme kapasitesi azalmakta ve ilacın salınımı yavaşlamaktadır. Ayrıca önpolimer solüsyonundaki polimer konsantrasyonu değiştirilerek (0, %15, %30 kütlece) ilaç salınımındaki etkisi araştırılmıştır. Polimer konsantrasyonu artıkça, ilaç salınımının yavaşladığı görülmüştür. Deney sonuçları göstermiştir ki, aerojel-hidrojel kompoziti kullanılarak ilaç salınımı aerojelin hidrofobik karakteri ve önpolimer solüsyonundaki polimer konsantrasyonu değiştirilerek sağlanabilinir.

A novel composite of silica aerogel and poly (ethylene glycol) PEG hydrogel was synthesized and its potential as a drug delivery system were investigated. The composite was synthesized by encapsulation of hydrophobic aerogels within PEG hydrogel via photoinitiated polymerization. Disks of aerogels were synthesized by the two step sol-gel method using tetraethylortosilicate (TEOS) as the silica precursor. After the gels were aged in ethanol, the alcogels were then contacted with a solution of eosin-Y, a photoinitiator, dissolved in ethanol. The adsorption of eosin-Y onto the surface of alcogel led to a reddish transparent composite of silica aerogel with eosin-Y. The surface of eosin functionalized silica aerogels was then rendered hydrophobic using hexamethyldisilazane (HMDS) as the surface modification agent, and supercritical carbon dioxide (ScCO2) as solvent. Hydrophobicity of aerogel was tuned by changing HMDS amount dissolved in ScCO2 phase which changes the contact angle between 0-128o. Hydrophobic or hydrophilic aerogels were then dipped into a PEG diacrylate prepolymer solution, and photopolymerization was carried out using visible light (514 nm). BET surface area and pore size distribution measurements show that both hydrogel encapsulation and eosin-Y loading did not affect the pore structure of the aerogel.The potential of this novel composite as a drug delivery system was tested by Ketoprofen as a model drug. The results demonstrate that both drug loading capacity and drug release profiles could be tuned by changing hydrophobicity of aerogels, and that drug loading capacity increases with decreased aerogel hydrophobicity while slower release rates are achieved with increased hydrophobicity from eosin functionalized aerogels. The effect of PEG concentration (0, 15 %, and 30 % w/w) in the prepolymer solution of the hydrogel coating on drug release rate from hydrophilic aerogel was also investigated. It was seen that as the PEG concentration increased, the drug release was retarded. The experimental results showed that drug release can be controlled with this novel aerogel-hydrogel composite system via changing hydrophobicity of the aerogel, and the concentration of the PEG in the hydrogel coating.