Μελέτη  μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης με στόχο την αναβάθμιση πολυμερικών συστημάτων εγκλεισμού δραστικών ουσιών

Λαμπρινάκου, Άννα; Lamprinakou, Anna

dc.contributor.author	Λαμπρινάκου, Άννα	el
dc.contributor.author	Lamprinakou, Anna	en
dc.date.accessioned	2022-07-20T09:39:38Z
dc.date.available	2022-07-20T09:39:38Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55449
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23147
dc.rights	Default License
dc.subject	Μικροεγκλεισμός	el
dc.subject	Πολυ(γαλακτικό οξύ)	el
dc.subject	Μεταπολυμερισμός στερεάς κατάστασης	el
dc.subject	Μικροκάψουλες	el
dc.subject	Κουμαρίνη-6	el
dc.subject	Microcapsules	en
dc.subject	Microencapsulation	en
dc.subject	Solid state polymerization	en
dc.subject	Polylactic acid	en
dc.subject	PLA	en
dc.subject	coumarin 6	el
dc.title	Μελέτη μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης με στόχο την αναβάθμιση πολυμερικών συστημάτων εγκλεισμού δραστικών ουσιών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη πολυμερών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-02
heal.abstract	Μία από τις κυριότερες εφαρμογές σήμερα των βιοδιασπώμενων πολυμερών, είναι ο εγκλεισμός δραστικών ή φαρμακευτικών ουσιών σε αντίστοιχους πολυμερικούς φορείς, με στόχο την ελεγχόμενη αποδέσμευση τους. Εξαιτίας αυτού, ερευνώνται τεχνικές με τις οποίες μπορούν να βελτιωθούν οι ιδιότητες του πολυμερικού κελύφους και να ελεγχθεί καλύτερα ο ρυθμός αποδέσμευσης της εγκλεισμένης δραστικής ουσίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται αρχικά με την παρασκευή μικροκαψουλών, μέσω της γαλακτωματοποίησης εξάτμισης διαλύτη, για τον εγκλεισμό ενώσεων της οικογένειας των κουμαρινών. Στην συνέχεια, κύριο αντικείμενο της εργασίας, είναι η υποβολή των μικροκαψουλών στον μεταπολυμερισμό στερεάς κατάστασης (Solid State Polymerization), ώστε χωρίς να αλλοιωθούν τα μορφολογικά τους χαρακτηριστικά (συσσωμάτωση), να τροποποιηθούν οι ιδιότητές τους όπως η κρυσταλλικότητα και το μοριακό τους βάρος, οδηγώντας σε καλύτερο έλεγχο της αποδέσμευσης της εγκλεισμένης ουσίας. Το πολυμερές που χρησιμοποιείται είναι το εμπορικό πολυ(γαλακτικό οξύ) με ονομασία Ingeo 3001D, αποτελούμενο από L-εναντιομερές σε ποσοστό D-εναντιομερούς 1,4% + 0,2%. Κατόπιν υδρόλυσης του σε όξινο περιβάλλον παραλαμβάνονται τα μοριακά βάρη μέσου ιξώδους (Μv) 18300±970 g/mol, 24600±1600 g/mol και 50000±472 g/mol, τα οποία και αποτελούν την πρώτη ύλη. H παρασκευή των μικροκαψουλών πραγματοποιείται με την τεχνική του διπλού γαλακτώματος και δύο ενώσεις της οικογένειας των κουμαρινών δοκιμάζονται για εγκλεισμό, η ουμπελλιφερόνη (ή 7-υδροξυκουμαρίνη) και η κουμαρίνη-6. Ο εγκλεισμός της ουμπελλιφερόνης επιχειρείται πρώτος, και οδηγεί σε μικροκάψουλες οι οποίες παρουσιάζουν σφαιρικό σχήμα, μικρό μέγεθος σωματιδίων, μικρό δείκτη πολυδιασποράς άλλα εμφανίζουν πολύ χαμηλές τιμές απόδοσης εγκλεισμού (Encaplulation Efficiency = 14,4%). Στα πειράματα αυτά παρατηρείται η παρουσία κρυστάλλων στο εξωτερικό των μικροσωματιδίων κατά την ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, και έτσι ο εγκλεισμός της ένωσης αυτής στις μικροκάψουλες πολύ(γαλακτικού οξέος) κρίνεται ανεπιτυχής. Στην συνέχεια επιχειρείται ο εγκλεισμός της κουμαρίνης-6, σε μικροκάψουλες PLA με δύο διαφορετικές πειραματικές μεθόδους. Από αυτές η πρώτη χαρακτηρίζεται από αναλογία εξωτερικής υδατικής φάσης (EWP) προς το πρωταρχικό γαλάκτωμα (PE) 4:1, χρόνο ανάδευσης EWP-PE : 10 min και λόγο μάζα ουσίας/μάζα πολυμερούς=10% ενώ η δεύτερη από αναλογία EWP:PE=2:1, χρόνο ανάδευσης EWP-PE: 30s και λόγο μάζα ουσίας/μάζα πολυμερούς=0,8%. Με την πρώτη παραλαμβάνονται μικροκάψουλες οι οποίες εμφανίζουν ανομοιόμορφες υδατικές διασπορές και για τον λόγο αυτό ο εγκλεισμός με την συγκεκριμένη διαδικασία, κρίνεται και πάλι ανεπιτυχής. Με την δεύτερη πειραματική μέθοδο ωστόσο, πραγματοποιείται επιτυχής εγκλεισμός της κουμαρίνης και παράγονται μικροκάψουλες οι οποίες εμφανίζουν σφαιρικό σχήμα, μικρό μέγεθος σωματιδίων (2-3 μm), μικρό δείκτη πολυδιασποράς (1,7-2) και υψηλή τιμή απόδοσης εγκλεισμού (έως και 87,7± 1,5 %). Με την τελευταία αυτή πειραματική διαδικασία, μελετάται ακολούθως η επίδραση διάφορων πειραματικών παραμέτρων, όπως η επίδραση του είδους του σταθεροποιητή, του μοριακού βάρους και της συγκέντρωσης της δραστικής ουσίας, στα τελικά χαρακτηριστικά των παραγόμενων μικροκαψουλών. Οι μικροκάψουλες με την εγκλεισμένη κουμαρίνη-6 που εμφανίζουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά, επιλέγονται για να υποβληθούν στην διεργασία του μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης. Για να λυθεί το πρόβλημα της συσσωμάτωσης, παρασκευάζονται οι αντίστοιχες κενές μικροκάψουλες και διερευνάται σε αυτές ένα στάδιο προκρυστάλλωσης προκειμένου να εφαρμοστεί πριν τη διαδικασία του SSP. Από την διερεύνηση αυτή, οι προκρυσταλλώσεις στους 84 οC και στους 95 οC με ροή αζώτου 1 L/min και διάρκεια 1h, δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα, οδηγώντας σε αύξηση του βαθμού κρυσταλλικότητας (xc %) σε 38,0 %και 31,3 % αντίστοιχα και σε καλή διατήρηση της μορφολογίας των μικροκαψουλών. Στην συνέχεια οι μικροκάψουλες με την εγκλεισμένη κουμαρίνη, υποβάλλονται στην διεργασία μεταπολυμερισμού στερεάς κατάστασης για 16 h, στους 130 οC, με ροή αζώτου 1L/min και πραγματοποιούνται δύο πειράματα με προκρυσταλλώσεις στους 84 οC και στους 95 οC. Τα δύο αυτά πειράματα οδηγούν σε σημαντική αύξηση του βαθμού κρυσταλλικότητας μετατρέποντας το υλικό από πλήρως άμορφο σε ημικρυσταλλικό (Χc= 37,5% και 30,9 % αντίστοιχα) ενώ δεν εμφανίζεται μεταβολή στο σημείο τήξης. Όσον αφορά την θερμική σταθερότητα, το πρώτο πείραμα, οδηγεί σε μικροκάψουλες που εμφανίζουν δύο στάδια θερμικής αποικοδόμησης, υποδεικνύοντας πιθανόν την διάχυση μέρους της ουσίας στην επιφάνεια των μικροκαψουλών κατά την διεργασία του SSP, ενώ το δεύτερο πείραμα, οδηγεί σε μικροκάψουλες που δεν παρουσιάζουν μεταβολή στην θερμική σταθερότητα τους. Τέλος η εφαρμογή του SSP με βήμα προκρυστάλλωσης στους 84 οC, οδηγεί σε αύξηση του μοριακού βάρους των μικροκαψουλών κατά 34,3 %. Ωστόσο και τα δύο πειράματα του SSP, οδηγούν στον σχηματισμό συσσωματωμάτων, με το πείραμα με προκρυστάλλωση στους 84 οC να εμφανίζει την καλύτερη μορφολογία, παρουσιάζοντας μικρότερα συσσωματώματα και περισσότερες ελεύθερες σφαιρικές μικροκάψουλες. Ακολούθως πραγματοποιείται μελέτη του συνολικού ποσοστού αποδέσμευσης της εγκλεισμένης κουμαρίνης-6 σε διάστημα δεκαπέντε ημερών από τις μικροκάψουλες PLA, πριν και μετά την υποβολή της διεργασίας του SSP. Οι μικροκάψουλες που υποβάλλονται στον μεταπολυμερισμό με προκρυστάλλωση στους 84 οC, εμφανίζουν χαμηλότερο ποσοστό αποδέσμευσης σε δεκαπέντε μέρες (44,2 %), σε σχέση με τις μικροκάψουλες που δεν υποβάλλονται σε αυτόν (63,9 %), υποδεικνύοντας ότι η αύξηση του μοριακού βάρους και της κρυσταλλικότητας των μικροκαψουλών που προκλήθηκε από την συνολική διαδικασία του SSP, πιθανόν οδηγεί σε πιο αργή αποδέσμευση της ουσίας.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	172 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false