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Realizzazione e caratterizzazione di materiali multifunzionali con proprietà di permeabilità controllata

Informazioni tesi

  Autore: Matteo Mollica
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria chimica
  Relatore: Gianluca Ciardelli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 131

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

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Introduzione 3 di 131 INTRODUZIONE Scopo della presente tesi è la preparazione di materiali polimerici bioartificiali e il loro studio come sistemi di rilascio locale di farmaco. Con il termine di materiali polimerici bioartificiali si intendono nuovi materiali ottenuti miscelando macromolecole di origine biologica con polimeri sintetici in modo da poter combinare le buone proprietà meccaniche dei polimeri sintetici con le buone proprietà di biodegradabilità e biocompatibilità dei polimeri naturali. In particolare, in questa tesi, sono stati analizzati due sistemi biopolimero/polimero sintetico costituiti da: polivinilalcool (PVA) - chitosano (CHI) e poliacidoacrilico (PAA) - destrano (DEX). La tecnica impiegata per la preparazione delle miscele è quella per casting da soluzione, per cui, una volta stesa la soluzione polimerica sotto forma di film sottile, si lascia evaporare il solvente. Le proprietà del film ottenuto dipendono dal tipo di solvente impiegato e dalle modalità operative (ventilazione, temperatura etc). Al fine di conferire stabilità, riducendo il grado di degradazione, e garantire insolubilità in acqua, evitando una rapida dissoluzione nei fluidi biologici, i film sono sottoposti a reticolazione termica. Per valutare quindi il comportamento chimico-fisico, meccanico e gli aspetti morfologici dei film ''tal quali'' e reticolati è stata effettuata una caratterizzazione generale che comprende: analisi morfologica (analisi tramite microscopio a scansione elettronica), prove di rigonfiamento in ambiente saturo di vapor d’acqua, prove di perdita in peso in acqua, prove di assorbimento e prove di permeabilità diffusiva. Inoltre è stato realizzato un secondo sistema costituito sempre dal polimero sintetico polivinilalcool (PVA) e dal biopolimero chitosano (CHI) ma con l'aggiunta del farmaco, acido ascorbico (vitamina C). I film PVA/CHI contenenti acido ascorbico, ottenuti per casting da soluzione,

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Parole chiave

ingegneria chimica
materiali impermeabili
materiali multifunzionali con proprietà di permeab
materiali polimerici bioartificiali
materiali proprietà permeabilità
miscele di polimeri di origine biologica

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