تولید ذرات کیتوزان در مقیاس میکرو و نانو برای کاربردهای زیست پزشکی

8.2.6 کمپلکس های پلی الکترولیت

پلی الکترولیت ها پلیمرهایی با گروه های تکرار شونده قابل یونیزاسیون مانند پلی آنیون ها و پلی کاتیون ها هستند. این گروه‌ها می‌توانند در حلال‌های قطبی مانند آب تفکیک شوند، بارهایی بر روی زنجیره‌های پلیمری باقی بگذارند و یون‌های متضاد را در محلول آزاد کنند ( Bhattarai et al., 2010; Schatz et al., 2004; Wu and Delair, 2015 ). کمپلکس های پلی الکترولیت (PECs) امکان ترکیب خواص فیزیکوشیمیایی حداقل دو پلی الکترولیت را ارائه می دهند ( شاتز و همکاران، 2004 ). PEC ها توسط فعل و انفعالات الکترواستاتیکی قوی بین پلی الکترولیت های دارای بار مخالف تشکیل می شوند که منجر به تراکم یونی بین پلیمری و آزادسازی همزمان یون های مقابله می شود ( وو و دلیر، 2015؛ لو و وانگ، 2014 ). برهمکنش های دیگر بین دو گروه یونی برای تشکیل ساختارهای PEC شامل پیوند هیدروژنی، برهمکنش های آبگریز، نیروهای واندروالس یا انتقال بار دوقطبی-دوقطبی است.

کیتوزان به دلیل پروتونه شدن گروه های آمینه روی ستون فقرات پلیمری ماهیت کاتیونی دارد

و با انحلال در اسید استیک آبی به پلی الکترولیت کاتیونی تبدیل می شود ( لو و وانگ، 2014 ). اختلاط پلی الکترولیت کیتوزان کاتیونی با مولکول های پلی الکترولیت با بار منفی، PEC های خودبخودی و مبتنی بر آنتروپی را تشکیل می دهد که می توانند محلول در آب یا رسوب شوند. نسبت های غیر استوکیومتری دو پلی الکترولیت منجر به تشکیل ذرات می شود. برای تشکیل ذرات PEC کیتوزان، بسیاری از محققین از محلول پلی الکترولیت کاتیونی (کیتوزان) بیش از پلی الکترولیت های آنیونی استفاده کرده اند ( Shatz et al., 2004 ). اندازه PEC ها تحت تأثیر غلظت پلی الکترولیت، چگالی بار، نسبت اختلاط و pH است. چگالی بار پلی الکترولیت کیتوزان به pH محلول و درجه استیل زدایی (DDA) کیتوزان بستگی دارد. با افزایش DDA (DDA > 50%)، چگالی بار مثبت پلیمر کیتوزان افزایش می‌یابد و از این رو تعداد زیادی محل اتصال متقابل برای ساخت PEC را نشان می‌دهد. فن و همکاران، 2012، دلیر، 2011 ). اندازه ذرات PECهای کیتوزان با کاهش DDA کیتوزان و جرم مولی آن کاهش می یابد ( شاتز، 2004 ). غلظت‌های بالاتر کیتوزان با وزن مولکولی پایین برای تشکیل PEC با سفتی ژل کافی مورد نیاز است. کیتوزان با وزن مولکولی بالا می تواند PEC های قوی تری را با شبکه های بسیار متقابل ایجاد کند.

چندین نوع پلی آنیون برای تشکیل PECهای کیتوزان از جمله پلیمرهای طبیعی مانند اسید هیالورونیک، آلژینات، سولفات دکستران، کاراگینان، کندرویتین سولفات، پکتین، صمغ زانتان، سلولز، کلاژن و هپارین استفاده شده است.

پلیمرهای مصنوعی مانند پلی (اکریلیک اسید) و مولکول‌های مبتنی بر پروتئین مانند انسولین، DNA و RNA نیز با کیتوزان کمپلکس‌هایی تشکیل می‌دهند که اغلب به عنوان پلی پلکس شناخته می‌شوند (Bhattarai et al., 2010; Schatz et al., 2004; Luo and وانگ، 2014 ). تشکیل ذرات کیتوزان PEC به شدت به ویژگی های هر دو الکترولیت مانند چگالی بار، طول زنجیره (وزن مولکولی)، قدرت یونی و غلظت محلول پلیمری بستگی دارد. بسیاری از محققین گزارش کرده اند که افزایش غلظت پلی الکترولیت ها در محلول ها منجر به تشکیل ذرات PEC بزرگتر می شود ( شاتز و همکاران، 2004؛ گرنها، 2012 ). افزایش غلظت پلی الکترولیت ها منجر به ادغام پلییون های اضافی می شود و منجر به سطح بالاتری از بارش می شود. با این حال، پایداری PEC ها تحت شرایط فیزیولوژیکی مانند pH کاهش می یابد و باعث کاهش چگالی بار در پلییون ها می شود. دلیر، 2011 ).

برچ و شیفمن (2014) تهیه نانوذرات کیتوزان پکتین PEC را گزارش کرده اند که

در محلول هایی با pH از 3.5 تا 6.0 پایدار بوده و پس از 14 پایداری خود را از دست داده اند. ذخیره سازی روزانه محیط آبی آنها پیشنهاد کردند که این نانوذرات PEC را می توان در پمادهای ترمیم زخم یا بانداژ برای تحویل آنتی بیوتیک استفاده کرد. می توانند برای چند هفته پایدار بمانند PEC های کیتوزان کلوئیدی، مانند کمپلکس های کیتوزان-هیالورونان، زمانی که در آب ذخیره می شوند ( Lin et al., 2005 ) یا در غلظت های کم نمک ( de la Fuente et al., 2008 ) . کلوئیدهای کیتوزان-دکستران سولفات PEC پایداری در سالین نشان ندادند ( Weber et al., 2010 ).

اندازه ذرات کلوئیدی کیتوزان PEC با pH متوسط ​​متفاوت است.

در حالی که اندازه ذرات کیتوزان-آلژینات، در محدوده pH 3-6.4 ثابت باقی ماند، قطر ذره در pH 7.0 50 برابر افزایش یافت ( Wu and Delair, 2015 ). فلز روی (II) در طول یا بعد از تشکیل ذرات کیتوزان-هیالورونان PEC برای بهبود پایداری کلوئیدی در غلظت نمک فیزیولوژیکی و pH اضافه شد ( Wu and Delair, 2015 ). استفاده از فلز روی برای بهبود پایداری منجر به تولید ذرات PEC شد که در سالین بافر فسفات در دمای اتاق حداقل به مدت 35 دقیقه پایدار بودند. روزهایی که توسط تکنیک پراکندگی نور پویا تعیین می شود.

مزیت عمده ذرات کیتوزان PEC برای کاربردهای پزشکی این است که در روش آماده‌سازی از هیچ پیوندکننده شیمیایی آلی سمی، کاتالیزور یا حلال‌های آلی فرار استفاده نمی‌شود و از استفاده از دماهای بالا اجتناب می‌شود.