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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Esmar Faben Souza
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Giudici, Reinaldo (President)
Aguiar, Leandro Gonçalves de
Lona, Liliane Maria Ferrareso
Santos, Amilton Martins dos
Sayer, Claudia
Title in English
Development of pH- and temperature-sensitive microgel particles: synthesis monitoring, characterisation and application as potential oral carriers.
Keywords in English
Multi-sensitive microgels
Oral drug carrier
Precipitation polymerisation
Spectroscopic techniques
Synthesis monitoring
Abstract in English
Multi-sensitive microgel particles are covalently crosslinked polymeric chains with a colloidal dimension that can rapidly change their volume through various external stimuli such as pH, ionic strength, temperature, and magnetic and electric field. Due to these characteristics, increasing attention has been focus on the development of multi-sensitive microgels, mainly for application as drug delivery carriers. This study aimed to synthesise pH- and temperature-sensitive microgel particles, based on precipitation polymerisation of N-isopropylacrylamide and acrylic acid, with a defined size, narrow size distribution, spherical morphology and colloidal stability to be used as an oral drug carrier. In order to provide better biocompatibility and biodegradability in the synthesised material, some assays were performed, adding the chitosan biopolymer during the polymerisation of the monomers previously mentioned. This thesis also intended to contribute to a better understanding of the relationship between the microgel synthesis and their properties using spectroscopic techniques to monitor the microgel formation. A new approach was proposed to monitoring the process variables, monomer conversion and average particle size of the microgel particles, during precipitation polymerisation using NIR and UV-VIS-NIR high-resolution spectrophotometers coupled with a probe. Besides, the influence of reaction conditions in the physicochemical characteristics of microgel particles was extensively investigated as well as their potential as an oral drug carrier for insulin. The monitoring results pointed out the enormous potential of these spectroscopy techniques to monitor the precipitation polymerisation process, allowing control over the polymerisation reaction with quickly and directly acquisition of data in real-time. In general, pH- and temperature-sensitive microgels were successfully synthesised, and many formulations showed to be suitable for application as oral drug carriers. However, the preliminary in vitro release results were not satisfactory, and a more in-depth study between the interaction of the drug with the particles as well as the method of release is recommended. In conclusion, with a proper understanding of the influence of the process conditions (e.g., reagent concentrations) on the physicochemical properties of the microgels, it is possible to tailor the multi-sensitive microgels for the desired application.
Title in Portuguese
Desenvolvimento de partículas de microgéis sensíveis ao pH e à temperatura: monitoramento da síntese, caracterização e aplicação como potencial carreador oral de fármacos.
Keywords in Portuguese
Espectroscopia
Fármacos
Microgéis multisensíveis
Monitoramento da síntese
Polimerização
Abstract in Portuguese
Microgéis multisensíveis são partículas poliméricas covalentemente reticuladas, com uma dimensão coloidal, e com capacidade para mudar o seu volume através de vários estímulos externos, como por exemplo, pH, força iônica, temperatura e campos magnéticos ou elétricos. Devido a essas características, estas partículas têm recebido grande atenção, principalmente na aplicação como carreadores de fármacos. O objetivo deste estudo foi sintetizar partículas de microgéis sensíveis ao pH e à temperatura através da polimerização por precipitação dos monômeros N-isoproprilacrilamida e ácido acrílico, que tivessem tamanho definido, distribuição de tamanho estreita, morfologia esférica e estabilidade coloidal, para serem utilizadas como carreadores oral de fármacos. Com o intuito de proporcionar melhor biocompatibilidade e biodegradabilidade no material sintetizado, foram realizados alguns ensaios acrescentando o biopolímero quitosana durante a polimerização dos monômeros citados anteriormente. O presente trabalho também teve como objetivo contribuir para uma melhor compreensão da relação entre a síntese de microgéis e suas propriedades utilizando técnicas espectroscópicas para monitorar a formação dos microgéis. Uma nova abordagem foi proposta para monitorar as variáveis de processo, conversão de monômero e tamanho médio das partículas de microgel, durante a polimerização por precipitação através de espectrofotômetros NIR e UV-VIS-NIR acoplados a uma sonda. Além disso, a influência das condições da reação nas características físico-químicas das partículas de microgel foi extensivamente investigada, bem como o seu potencial como carreador oral de insulina. Os resultados do monitoramento indicaram o enorme potencial das técnicas espectroscópicas utilizadas, permitindo o controle da polimerização com aquisição rápida e direta dos dados em tempo real. Em geral, os microgéis sensíveis ao pH e à temperatura foram sintetizados com sucesso, e algumas formulações mostraram-se adequadas para aplicação como veículos de fármaco através da via oral. No entanto, os resultados preliminares da liberação in vitro não foram satisfatórios, e um estudo mais aprofundado entre a interação do fármaco com as partículas e o método de liberação é recomendado. Em conclusão, com uma compreensão adequada da influência das condições do processo (nesse caso, da concentração dos reagentes) nas propriedades físico-químicas dos microgéis, é possível ajustá-las para obtenção de microgéis multissensíveis com características adequadas para a aplicação desejada.
 
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Publishing Date
2019-07-25
 
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