Synthesis and characterization of nanocomposite hydrogels for controlled release

Abstract

Bu çalışmada, sodyum aljinat (NaAlg), poly(N-isopropylacrylamide) PNIPA ve çapraz bağlayıcı olarak nanokil kullanılarak pH ve sıcaklık duyarlı nanokompozit hidrojeller sentezlenmiştir. Hidrojellerin yapı ve morfolojisi, termal davranışları, kimyasal karakterizasyonu, şişme ve büzülme davranışları ve thymol salınım karakteristikleri incelenmiştir.SEM analizi sonuçları NaAlg/PNIPA/Clay nanokompozit hidrojellerin yapılarında yüksek oranda gözenek içerdiğini göstermiştir. Hidrojel içeriğindeki nanokil miktarının artmasıyla gözenek sayısının arttığı ve gözenek çapının küçüldüğü gözlenmiştir. DSC analizi, hidrojellerde Tg değerinin NaAlg içeriğinin artmasıyla azaldığını ancak nanokil içeriği ile değişmediğini göstermiştir. FT-NIR spektrumunda NaAlg, PNIPA ve nanokilin karakteristik absorpsiyon pikleri gözlenmiştir. XRD sonuçları, nanokil tabakalarının hidrojel yapısı içerisinde hem araya katılmış hem de dağılmış yapıda bulunduğunu göstermiştir.Ortam pH değerinin 1,2'den 8'e arttırılmasıyla hidrojellerin şişme oranı artmış ve maksimum şişme oranına pH=8'de ulaşılmıştır. Hidrojellerin şişme oranı nanokil miktarının artmasıyla azalmış, büzülme oranı ise nanokil miktarının artmasıyla artmıştır. Bu sonuçlar nanokil miktarının kontrol edilmesiyle istenen şişme/büzülme oranına sahip hidrojel tasarlamanın mümkün olduğu göstermektedir. Salınım çalışmaları sonucunda thymol salınımının da nanokil içeriği ile kontrol edilebileceği gösterilmiştir. Sonuçlar, pH/sıcaklık duyarlı nanokompozit hidrojellerin, ilaç endüstrisinde ilaç taşıyıcı sistemlerde, gıda endüstrisinde ise antimikrobiyal salınım sistemlerinde kullanılmak üzere tasarlanabileceğini göstermiştir.

pH and temperature sensitive nanocomposite hydrogels were synthesized with sodium alginate (NaAlg), poly(N-isopropylacrylamide) PNIPA and nanoclay. The structure and morphology, thermal behavior, chemical characterization, swelling and deswelling behavior, and thymol release characteristics of the hydrogels were studied.The NaAlg/PNIPA/Clay hydrogels revealed a highly porous structure in which the pore sizes decreased and the amount of pores increased with increasing the nanoclay content in the hydrogels as suggested by the SEM analysis. DSC studies showed that the Tg of the dried hydrogels decreased with increasing the NaAlg content, but the nanoclay content did not affect the Tg. FT-NIR spectrum showed the characteristic absorption peaks for nanoclay, NaAlg and PNIPA. XRD results suggested that the nanoclay sheets are both intercalated and exfoliated in the hydrogel network.The swelling ratio of the nanocomposite hydrogels increased with increasing the pH value from 1.2 to 8. The nanocomposite hydrogels reached the maximum swelling ratio at pH=8. The swelling ratio of the hydrogels decreased as the nanoclay increased while the deswelling ratio increased with increasing the nanoclay. These results suggested that it is possible to design a hydrogel with a desired swelling/deswelling behavior by controlling the nanoclay content. Thymol release was controlled by the changing the nanoclay content. Results showed that pH and temperature sensitive nanocomposite hydrogels could be used in the pharmaceutical industry as the drug delivery system and in food industry as the antimicrobial releasing system.