Híbridos de gel polimérico em sílica mesoporosa estruturalmente ordenada para liberação controlada de fármacos

• Main Author: Andreza de Sousa
• Other Authors: Ricardo Geraldo de Sousa
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2009
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-8E5MCA

=== Ordered mesoporous materials are currently a field of intensive research activity due to their high potential in a very broad range of applications. Mesoporous materials like SBA-15 posses large surface areas (690-1040m2.g-1) and pores size ranging from 4.6 to 30nm and are considered a suitable material for hosting and further delivery a variety of molecules of pharmaceutical interest. Temperature-responsive hydrogels, such as poly(N-isopropylacrylamide) P(N-iPAAm), are a well-studied class of drug delivery systems, as they can respond pronouncedly to temperature changes. In water, P(N-iPAAm) exhibits phase transition at a lower critical solution temperature (LCST) of approximately 33C. Below the LCST, the hydrogel incorporates water and swells, whereas the release of water in response to an increase in temperature causes shrinkage. Therefore, the combination of the mesoporous material SBA-15 with the polymeric gel poli(N-isopropylacrylamide) can lead to the formation of a material with potential for application as new drug delivery systems, because self-regulated delivery allows for drug release when it is needed. In this work, we study the synthesis and characterization of hybrids consisting of the poly(N-isopropylacrylamide) hydrogel and SBA-15 to evaluate the applicability of this system as a matrix for controlled drug delivery. Hybrid materials were synthesized following two different routes named as Route 1 and Route 2. In Route 1 the inorganic portion was synthesized together the polymeric gel. The procedure adopted in Route 2 to incorporate the hydrogel into the SBA-15 network was monomer adsorption followed by in situ polymerization, with different ratios of polymer/silica. The materials were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Nitrogen Adsorption, Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Small Angle X Ray Scattering (SAXS), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Nuclear Magnetic Resonance (RMN), Ultraviolet Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-VIS-DRS) and Thermal Analysis. Through the FTIR analysis technique, it was possible to observe characteristic absorption bands of the silica vibrations, as well as absorption vibrations bands due the presence of polymeric material, suggesting the incorporation of P(N-iPAAm) into the silica structure. The presence of the atenolol in the mesoporous material and hybrids was also confirmed by FTIR. The thermal stability and the degradation of the polymer chains with and without drug were determined by thermogravimetry. The incorporation of the polymer phase into the mesoporous silica led to a significant change in the structural properties of the system, with the decrease of the specific surface area, pore size and pore volume. A symmetric reduction in hysteresis was observed after the formation of P(N-iPAAm) in the SBA-15 network, probably due to the presence of constrictions in the porous structure. It was observed a bimodal porosity in the pure and hybridssamples. For SBA-15, the bimodal porosity can be due to the presence of primary and secondary mesoporores. For hybrid samples, the bimodal porosity can be caused by the presence of the pores with constrictions. The adsorption isotherms obtained after atenolol incorporation into the pores of SBA-15 and [SBA-15/P(N-iPAAm)] still displayed a mesoporous characteristic. The results obtained by SEM, TEM and SAXS for the samples reveal a well-defined hexagonal arrangement of uniform mesoporous structure. The presence of hydrogel into the mesoporous silica structure was confirmed by RMN-MAS and UV-VIS. Atenolol was incorporated into the samples by soaking the sample disks into drug solution (10mg.mL-1). The amount of atenolol incorporeted in the pure sample and hybrids systems varies from 17 to 18% (m/m). A release assay with atenolol monitored by UV-VIS spectroscopy was performed for pure SBA-15 and a hybrid system at different temperatures in order to evaluate the influence of the thermosensitive behavior of the polymer on the release kinetics. The response of the hybrid system as a drug delivery device is influenced by the volumetric contraction of P(N-iPAAm) up to the lower critical solution temperature due to phase transition. Above the lower critical solution temperature (LCST), drug release depends essentially on the temperature. The above results are promising to evaluate the adsorption capacity and kinetics in drug delivery process from the porous structure of the hybrid system modulated by the incorporation of the polymeric gel. === Materiais mesoporosos ordenados têm sido objeto de um número crescente de estudos em aplicações distintas. A sílica mesoporosa com estrutura hexagonal, SBA-15, apresenta elevada área superficial (690-1040m2.g-1) e tamanho de poros usualmente em torno de 4,6 a 30nm, sendo assim, um material apropriado para incorporar e liberar uma grande variedade de moléculas. Géis poliméricos termossensíveis também são exemplos muito estudados para esse fim. Um desses géis é o poli(N-isopropilacrilamida), que apresenta temperatura de transição de fases (Tt) em torno de 32ºC. Abaixo desta temperatura ele encontra-se no estado expandido, quando em contato com água, e acima dela o hidrogel sofre uma contração expulsando a água de seu interior. Portanto, a combinação do material mesoporoso SBA-15 com o gel polimérico poli(N-isopropilacrilamida) pode conduzir à formação de um material com potencial para aplicação como dispositivos para liberação controlada de drogas. Neste trabalho, estudou-se a síntese e caracterização do material híbrido SBA-15/poli(N-isopropilacrilamida) para avaliar sua aplicação como sistema de liberação controlada do fármaco atenolol. O híbrido SBA-15/poli(N-isopropilacrilamida) foi sintetizado por duas rotas distintas denominadas de Rota 1 e Rota 2. Na Rota 1 a matriz inorgânica foi sintetizada conjuntamente com o gel polimérico. Na rota 2, foi feita a adsorção de monômeros nos poros do SBA-15, seguida pela polimerização in situ, obtendo-se desta forma, diferentes proporções gel polimérico/sílica. A caracterização do SBA-15, do P(N-iPAAm) e dos híbridos foi feita por Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TG), Adsorção de Nitrogênio, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS), Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS), Ressonância Magnética Nuclear (RMN) e Espectroscopia UV-VIS por Reflectância Difusa. Por meio da técnica de espectroscopia de absorção na região do infravermelho, foi possível observar, a partir dos espectros das amostras híbridas, bandas de absorção características das vibrações da rede de sílica, bem como bandas de absorção referentes às vibrações do material polimérico indicando a incorporação de P(N-iPAAm) na estrutura da sílica. A presença do fármaco atenolol no material mesoporoso e nos híbridos também pode ser confirmada por meio das medidas de FTIR. A estabilidade térmica e as degradações que ocorrem nos componentes puros, bem como nos híbridos, com e sem atenolol, foram investigadas e estabelecidas pela análise termogravimétrica. Por meio da TG foi possível quantificar a presença do gel polimérico e do atenolol nos híbridos sintetizados neste trabalho. A presença do gel conduziu a alterações na estrutura do material final, com a diminuição da área superficial, tamanho e volume de poros. Uma diminuição na simetria das histereses foi observada apósformação do P(N-iPAAm), provavelmente devido à presença de constrições na estrutura de poros do material. Tanto na amostra pura como nas amostras híbridas observou-se uma distribuição de tamanho de poros bimodal. No caso da amostra pura, essa distribuição bimodal pode ser devido à presença de mesoporos de diferentes diâmetros, como, por exemplo, mesoporos primários e secundários. Já para as amostras híbridas, talvez a presença de poros com constrições seja a causa da distribuição bimodal. As isotermas de adsorção das amostras mesoporosas incorporadas com o fármaco apresentaram-se similares aquelas das amostras puras (SBA-15 e híbridos), mantendo as características mesoporosas. Entretanto, o volume total de nitrogênio adsorvido diminuiu para todas as pressões relativas, indicando que o fármaco talvez tenha sido adsorvido nos poros desses materiais. Os resultados de MEV, MET e SAXS do SBA-15 e dos híbridos revelaram uma estrutura bem ordenada de mesoporos, característica intrínseca desses materiais. Por meio das medidas de ressonância magnética nuclear de 13C de estado sólido (RMN-MAS) nas amostras híbridas, foi possível caracterizar o gel P(N-iPAAm) na matriz de sílica. Com as medidas de UV-VIS por reflectância difusa, realizadas com as amostras híbridas e o SBA-15, foi possível identificar a presença do gel polimérico nas amostras híbridas. O SBA-15 e os híbridos sintetizados, na forma de pó, foram colocados em solução de atenolol, com concentração de 10mg.mL-1, para incorporação do fármaco. Após incorporação, a mistura foi filtrada e o material retido no filtro foi prensado para produção de pastilhas. A quantidade do fármaco atenolol incorporado tanto no SBA-15 quanto nos híbridos SBA-15/poli(N-isopropilacrilamida) foi de 17 a 18% (m/m). A liberação de atenolol, a partir da amostra mesoporosa pura e dos híbridos, foi realizada em diferentes temperaturas e conduzida por meio de fluxo contínuo, de forma analisar a influência da temperatura na cinética de liberação de atenolol. A resposta do sistema híbrido, como um dispositivo para liberação de drogas, foi influenciada pela contração volumétrica do P(N-iPAAm). Abaixo da temperatura de solução crítica inferior, a liberação do atenolol é governada pelo comportamento de fases do gel P(N-iPAAm), enquanto que, acima dessa temperatura, a droga liberada depende essencialmente da temperatura. Esses resultados são promissores para estudos da capacidade de adsorção e cinética de liberação de fármacos a partir da estrutura porosa do híbrido modulada pela incorporação do gel polimérico.