Realizzazione e caratterizzazione di materiali multifunzionali con proprietà di permeabilità controllata

L’obiettivo della presente tesi consisteva nella realizzazione e caratterizzazione di materiali polimerici bioartificiali costituiti da miscele di polimeri di origine biologica combinati con polimeri sintetici, tali materiali in linea teorica permettono di integrare le buone proprietà meccaniche dei polimeri sintetici con le buone proprietà di biodegradabilità e biocompatibilità dei polimeri naturali.In particolare, i sistemi analizzati in questa indagine sono costituiti da miscele composte dal polimero di origine naturale chitosano (CHI) e dal polimero sintetico polivinilalcool (PVA) in un caso, e dalla miscela destrano (DEX) e poliacido acrilico (PAA) nell’altro. Dai test iniziali realizzati (resistenza in acqua, permeabilità etc.) il sistema PVA/CHI è risultato essere migliore e gestibile in maniera più controllata, quindi molte delle indagini condotte nel presente lavoro si sono concentrate su questa miscela bioartificiale. Inerentemente a questo “blend”, i polimeri sintetico PVA e biologico CHI sono stati combinati in diversi rapporti in peso.Tali sistemi sono stati sottoposti a reticolazione fisica mediante trattamento termico in stufa a vuoto al fine di conferire loro stabilità, e di garantirne l’insolubilità in acqua, evitando una rapida dissoluzione nei fluidi biologici.Per quanto riguarda le prove di rigonfiamento in acqua (swelling), queste ci hanno permesso di notare come i film composti da PVA puro abbiano una tendenza a rigonfiare, se esposti al vapor d’acqua, maggiore rispetto a quelli contenenti anche chitosano.Le perdite in peso osservate quando i campioni di film vengono posti in acqua sono risultate inferiori al 12%, questi dati confermano l’efficacia del processo reticolazione.Le percentuali di swelling ricavate sperimentalmente ci hanno inoltre permesso di determinare il coefficiente di diffusione apparente (Dw) per il trasporto dell’ acqua all’interno dei film PVA/CHI.L’analisi al microscopio a scansione elettronica (SEM) effettuata sulle sezioni dei film ci ha consentito di valutarne gli aspetti morfologici, tutti i film risultano essere omogenei e compatti, così come osservato anche per i componenti puri.E’ stata inoltre condotta l’indagine FT-IR Chemical Imaging, che ha evidenziato, mediante la realizzazione di mappe di correlazione e mappe per rapporto di banda, una elevata omogeneità di composizione dei materiali a conferma della perfetta miscibilità dei due componenti PVA e CHI, già evidenziata con l’analisi al SEM. L’analisi termica mediante DSC ha confermato interazioni tra i due componenti intuibili dagli spostamenti degli eventi termici di transizione vetrosa Tg e fusione Tm del PVA. L’aumento della temperatura di transizione vetrosa indica un potenziale effetto irrigidente del componente polisaccaridico.Pertanto, come passo successivo, si è cercato di valutare l’efficienza delle miscele CHI/PVA come sistemi di rilascio locale controllato di farmaco.La prova di assorbimento ci ha consentito di ricavare il valore di Cs, il coefficiente di massima solubilità dell’acido ascorbico nella membrana polimerica ovvero la quantità massima di vitamina C che può essere assorbita dai film CHI/PVA non contenenti farmaco nelle condizioni di test di rilascio effettuati.Le prove di permeabilità diffusiva ci hanno consentito invece di valutare il passaggio di farmaco (acido ascorbico) attraverso i film CHI/PVA, determinato da una forza motrice costituita esclusivamente da una differenza di concentrazione tra i due lati della membrana, e di calcolare i coefficienti di diffusione efficace Deff per i vari film CHI/PVA.Tutti i campioni hanno garantito un ottimo comportamento come sistemi a rilascio, esibendo un rilascio cumulativo continuo sino a circa il 90% (rispetto al farmaco inizialmente caricato) in 16 giorni di prova.I valori trovati sperimentalmente per i coefficienti di diffusione apparente dell’acqua Dw e dell’acido ascorbico Deff sono serviti come “input” per lo studio computazionale oggetto del Progetto Europeo “Computer aided molecular design of multifunctional materials with controlled permeability properties - MultiMatDesign