Μελέτη διεργασιών εγκλεισμού δραστικών μορίων σε νανοσωματίδια πολυ(γαλακτικού οξέος) με χρήση της τεχνικής διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης - Ιατρού, Βασιλεία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών, 2015)
Οι τεχνικές νανοεγκλεισμού βιοδραστικών μορίων έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών, καθώς βελτιώνουν τις φυσικοχημικές ιδιότητες των εγκλεισμένων ουσιών, βοηθούν στη στοχευμένη και ελεγχόμενη χορήγηση φαρμάκων, καθώς και στην προστασία ασταθών/ευαίσθητων ενώσεων. Ο εγκλεισμός βιοδραστικών ουσιών αποτελεί ένα μεγάλο τομέα ερευνών τόσο στην Ιατρική, τη Φαρμακευτική όσο και στην Κοσμετολογία, όπου το πολυ(γαλακτικό οξύ) (PLA) αποτελεί ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πολυμερές, καθώς είναι ένα βιοσυμβατό, βιοαποικοδομήσιμο (biodegradable) υλικό, και μπορεί να προέρχεται από ανανεώσιμες πρώτες ύλες (bio-based). Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της δυνατότητας πρόβλεψης της απόδοσης εγκλεισμού (encapsulation efficiency) δραστικών ουσιών σε νανοσφαιρίδια πολυ(γαλακτικού οξέος) με τη χρήση της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC). Αυτό επιτεύχθηκε μέσω του υπολογισμού της διαλυτότητας/αναμειξιμότητας της ουσίας στο πολυμερές στη θερμοκρασία τήξης, εξετάζοντας φυσικά μείγματα δραστικής ουσίας:πολυμερούς σε αναλoγίες από 0% έως 50% (wt). Πιο αναλυτικά, δύο διαφορετικές ποιότητες πολυ(γαλακτικού οξέος) διαφορετικών μοριακών βαρών (Δείγμα Α, =41000 g/mol, Δείγμα Β, =138000 g/mol) χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή φυσικών μειγμάτων και νανοσωματιδίων. Οι δραστικές ουσίες που εγκλείστηκαν είναι το p-κουμαρικό οξύ και το p-μεθοξυκινναμικό οξύ, δύο παράγωγα του φαινολικού οξέος με αντιοξειδωτική δράση τα οποία παρουσιάζουν διαφορετική πολικότητα λόγω της παρουσίας υδροξυλίου στο p-κουμαρικό οξύ και την αντικατάσταση αυτού από μία μεθυλομάδα στο p-μεθοξυκινναμικό οξύ. Οι εγκλεισμοί τόσο των «κενών» όσο και των φορτωμένων με ουσία νανοσφαιριδίων (20 % ποσοστό φόρτωσης, drug loading) έγιναν σύμφωνα με την μέθοδο γαλακτωματοποίησης με ταυτόχρονη εξάτμιση του οργανικού διαλύτη. Η θερμική ανάλυση μέσω DSC και TGA (θερμοβαρυμετρική ανάλυση) πραγματοποιήθηκε για τον χαρακτηρισμό των πρώτων υλών, των νανοσωματιδίων και τον υπολογισμό της συμβατότητας και αναμειξιμότητας μεταξύ δραστικής ουσίας και πολυμερούς. Τα εγκλεισμένα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν αναφορικά με το μέγεθός τους, το δείκτη πολυδιασποράς και το ζ-δυναμικό μέσω της Δυναμικής Σκέδασης Φωτός (Dynamic Loght Scattering, DLS). Τα DSC αποτελέσματα της υπολογισθείσας διαλυτότητας ουσίας:πολυμερούς συσχετίστηκαν με την απόδοση εγκλεισμού των νανοσωματιδίων. Διαπιστώθηκε συμφωνία μεταξύ των τιμών διαλυτότητας και του ποσοστού εγκλεισμού (άμεσος και έμμεσος υπολογισμός), υποδεικνύοντας ότι η Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης μπορεί να θεωρηθεί ένα γρήγορο και έγκυρο εργαλείο στα πρώτα στάδια σχεδιασμού μιας διεργασίας εγκλεισμού. Οι φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις ουσίας:πολυμερούς αποτυπώθηκαν κατά την επεξεργασία των αποτελεσμάτων θερμικής ανάλυσης και επιβεβαιώθηκαν βάσει των πειραματικών τιμών απόδοσης εγκλεισμού. Αναλυτικότερα, η μεγαλύτερη διαλυτότητα/αναμειξιμότητα των δυο ουσιών παρατηρήθηκε στο πολυμερές μεγαλύτερου μοριακού βάρους =138000 g/mol (για το p-κουμαρικό οξύ η μέγιστη αναμειξιμότητα 4.763 %, και για το p-μεθοξυκινναμικό οξύ 10.966 %). Aντίστοιχο ήταν το αποτέλεσμα στα πειράματα εγκλεισμού με άμεση απόδοση εγκλεισμού για το p-κουμαρικό οξύ 13.71 % και έμμεση απόδοση εγκλεισμού 17.95 %. Για το p-μεθοξυκινναμικό οξύ επιτεύχθηκε άμεση απόδοση εγκλεισμού 63.23 % και έμμεση 56.28 %.