بررسی عوامل سینتیکی و فرآیندی موثر بر خصوصیات میکروسفرهای دکسترانی شبکه ای شده

کاربرد زیست پلیمرها در تهیه سامانه های نوین دارورسانی ذره ای و دستیابی به رهایش کنترل شده داروها یا بندآوری خون و مانند این ها دستاورد رو به رشدی در علوم پزشکی به شمار می رود. میکروسفرهای هیدروژلی پایه دکسترانی از این نوع سامانه ها هستند. خصوصیات فیزیکی و ساختار شیمیایی این میکروسفرها شامل متوسط اندازه ذرات (و توزیع آن) و نسبت تورم تعادلی آنها بر ویژگی-های کارکردی نهایی میکروسفرهای حاصل مانند سرعت بندآوری خون یا حمل دارو بسیار تاثیرگذار هستند. این مطالعه در پی یافتن شرایط بهینه ای برای تهیه میکروسفرهاست تا بتوان در فرآیندی تکرارپذیر، کنترل مطلوبی بر متوسط و توزیع اندازه ذرات به دست آورد و با ارایه روابط نیمه تجربی یا نظری، متوسط اندازه ذر ات حاصل را برحسب متغیرهای فرآیندی پیش بینی کرد. در این تحقیق؛ میکروسفرها با شبکه ای کردن شیمیایی دکستران در قطرکهای فاز داخلی یک امولسیون معکوس یگانه (w/o) تهیه شدند. فاز داخلی شامل محلول پلیمر (دکستران در محلول آبی هیدروکسید سدیم) بود و فاز خارجی شامل اکتان یا هگزان همراه با یک پایدارکننده غیر یونی بود. خصوصیات فیزیکی و ساختار شیمیایی میکروسفرهای حاصل نظیر اندازه ذره و توزیع آن و نیز درصد تورم تعادلی میکروسفرها، که بر کاربرد نهایی میکروسفرهای تهیه شده (مانند تسریع در انعقاد خون یا حمل دارو) بسیار تاثیرگذار هستند، مورد مطالعه قرار گرفتند. در این راستا، ابتدا اثر عوامل فرآیندی (دور همزن، مدت زمان مرحله پیش امولسیون سازی، غلظت پایدارکننده و...) و سینتیکی (غلظت پلیمر، غلظت عامل شبکه ای کننده، دمای واکنش و...) موثر بر خصوصیات ذرات و همچنین بهبود فرآیند تولید با استفاده از طراحی آزمایش های پلاکت-بورمن و تمام عاملی بررسی شد. در این راستا غلظت دکستران و دور همزن به عنوان مهم ترین عوامل تاثیرگذار و معنی دار سینتیکی و فرآیندی بر خصوصیات نهایی میکروسفرها تعیین شدند. استفاده از مدل های ریاضی براساس مکانیک سیالات برای پیش بینی تقریبی اندازه و توزیع اندازه ذرات و توسعه این معادلات برای سامانه امولسیون معکوس مرحله دیگری از این تحقیق بود. برای به کارگیری این روابط، خواص فیزیکی و شیمیایی دو فاز آبی و آلی شامل چگالی، گرانروی و کشش بین سطحی دوفاز به دقت بررسی شد و مقادیر کمی آنها در شرایط فرآیندی مختلف تعیین شد. برای بررسی دقیق تر اثر عوامل سینتیکی بر خصوصیات میکروسفرها و تایید تحلیل های پیشین، سینتیک واکنش اپی کلرو هیدرین با دکستران طی فرآیند شبکه ای شدن با رئومتری بررسی شد. نتایج نشان داد که سرعت واکنش شبکه ای شدن با افزایش دمای واکنش، غلظت دکستران و عامل شبکه ای کننده افزایش می یابد و نقطه ژل شدن در زمان های کمتری شروع می شود. این پدیده سبب افزایش نرخ گرانروی محلول در مدت زمان کوتاه تری می شود. لذا متوسط اندازه ذرات با افزایش گرانروی (ناشی از افزایش غلظت دکستران) و به واسطه کاهش نرخ شکست طی فرآیند تهیه میکروسفرها افزایش چشمگیری داشت. در انتهای مطالعه، تغییرات متوسط و توزیع اندازه ذرات میکروسفرهای دکستران طی فرآیند شبکه ای شدن بررسی شد. اثر غلظت های پلیمر وعامل شبکه ای کننده، سرعت همزدن و جزء حجمی فاز پراکنده بر متوسط و توزیع اندازه ذرات در حین فرآیند مطالعه شد. مدل موازنه جمعیت برای توصیف تغییرات توزیع اندازه ذرات استفاده شد که کاربرد آن منجر به یک معادله انتگرالی- دیفرانسیلی شد که برای حل این معادله از روش دیفرانسیلی اختلاف محدود استفاده شد. همانند پلیمریزاسیون تعلیقی محدوده های مشخصه گذار، حالت شبه پایدار، رشد و مرحله تثبیت مشاهده شد. همچنین تغییرات اندازه ذرات در حین فرآیند شبکه ای شدن نیز با توافق نسبتا خوبی با استفاده از مدل موازنه جمعیتی پیش بینی شد.