وبلاگ
نانوژل ها
نانوژل ها نوعی ماده پلیمری کاربردی با ساختار شبکهای سه بعدی هستند و خاصیت تورم در آب دارند. نانوژل بهعنوان یک سیستم دارورسانی ایدهآل، کاربرد گستردهای را در تحویل داروهای شیمیدرمانی، داروهای پروتئینی و داروهای ژنی در زمینههای زیستپزشکی نشان میدهد. نانـوژل با اتصال متقابل فیزیکی و شیمیایی پلیمرها به هیدروژل در مقیاس نانو تولید می شود. اندازه آنها معمولاً بین 20 تا 200 نانومتر است.
نانوژلها یک سیستم دارورسانی امیدوارکننده هستند زیرا میتوانند داروها و ماکرومولکولها را در خود نگه دارند و همچنین میتوانند به محرکهای خارجی پاسخ دهند، که آنها را به ابزارهای مؤثری برای کاربردهای مختلف زیستپزشکی تبدیل میکند. آنها پراکندگیهایی در اندازه نانو از شبکه سهبعدی شبکهای از پلیمرهای آبدوست هستند و پایداری و قابلیت تنظیم بالایی دارند. تحویل داروها از طریق کپسوله کردن در نانوژل می تواند از تخریب آنها جلوگیری کرده و همچنین عوارض جانبی را کاهش دهد. فراهمی زیستی مولکول های دارو با افزایش نیمه عمر آنها افزایش می یابد. نانوژل ها با اندازه، مساحت سطح بیشتر و رطوبت سنجی، انتشار کنترل شده و طولانی مدت داروها را امکان پذیر میکنند.
انواع نانوژل ها
نانوژل حساس به حرارت
نانوژلهای پاسخدهنده به دما دارای گروههای آبگریز و آبدوست هستند و رفتار ژلشوندگی آنها به تعامل بین گروههای مختلف و آب مربوط میشود. برای مثال، زمانی که دمای محیط نانوژلهای حساس به دمای منفی کمتر از دمای محلول بحرانی باشد، پیوندهای هیدروژنی بین آب و گروههای آبدوست تشکیل میشود. و نانوژلها در حالت متورم هستند. هنگامی که دما بالاتر از دمای محلول بحرانی باشد، برهمکنش آبگریز بین گروه های آبگریز غالب می شود و ساختار سه بعدی نانوژل از بین می رود و انحلال رخ می دهد.
نانوژل حساس به pH
نانوژلهای حساس به pH حاوی گروههای آنیونی یا کاتیونی در شبکه سهبعدی خود هستند. و میتوانند پروتونه یا دپروتونه شوند. گروه های آنیونی شامل گروه های کربوکسیلیک اسید یا اسید سولفونیک هستند و گروه های کاتیونی عموما دارای گروه های آمینه انتهایی هستند. هنگامی که PH محیط تغییر می کند، نسبت حالت های مختلف یونی این گروه ها تغییر می کند و منجر به تغییر در آب دوستی و در نهایت تغییر در ساختار شبکه سه بعدی ژل می شود. pH بافت سالم (pH 7.4)، معده (pH 1.0-3.0) و بافت تومور (pH 6.5-7.0) همگی متفاوت هستند، بنابراین پاسخ نانوژل به pH های مختلف می تواند با داروهای موجود در محل های خاص آزاد شود.
نانوژل های حساس به نور
ساختار سه بعدی نانوژل های حساس به نور به طور کلی شامل گروه های حساس به نور است. گروههای حساس به نور متداول شامل آرگون بنزن، اسپیروپیران، اورتو-نیتروبنزیل، فنیل متیل استر و کوماریل استر است. هنگامی که نانوژلهای حساس به نور توسط نور تحریک میشوند، گروههای حساس به نور داخلی ایزومریزه یا تخریب میشوند و ساختار ژل و مورفولوژی نیز تغییر میکند و در نتیجه داروهای موجود را آزاد میکنند و اثر درمانی مورد نظر را به دست میآورند.
نانوژلهای حساس به نور نیز وجود دارند که حاوی ذرات فلزی هستند. برخی از نانوذرات فلزی (مانند نانوذرات طلا) قابلیت تبدیل فتوترمال دارند، بنابراین نانوژلهایی که با جفت کردن برخی پلیمرهای حساس به دما و نانوذرات طلا تهیه میشوند، به نور نیز پاسخ میدهند، یعنی نانوذرات فلزی ابتدا نور را به گرما تبدیل میکنند و سپس باعث تغییر فاز در ژل حساس به دما میشود. این نوع نانوژل حساس به نور حاوی فلز به نور مرئی یا نور مادون قرمز حساس است، در حالی که بیشتر نانوژل های حساس به نور حاوی گروه های حساس به نور به نور ماوراء بنفش حساس هستند و اولی ایمن تر است.
انواع نانوژل بر پایه پلیمر
نانوژل های مبتنی بر پلی ساکارید
برهمکنش الکترواستاتیکی بین مولکولی که منجر به تشکیل ساختار یونی می شود برای تولید نانوژل با ساختار پلیمری با استفاده از پلی ساکاریدهایی مانند کیتوزان، آلژینات سدیم، هیالورونات سدیم، کندرویتین و سیکلودکسترین انجام میشود.
نانوژل بر پایه کیتوزان
با توجه به ظرفیت آن برای بهبود پایداری امولسیون و جلوگیری از ادغام از طریق مکانیسم های فضایی و الکترواستاتیک، کیتوزان یک گزینه امیدوارکننده برای توسعه نانوژلهایی است که از فناوری امولسیون لیپیدی روغن در آب استفاده میکنند. همچنین، استفاده از کیتوزان نیاز به سورفکتانت ها را برطرف می کند و پروتئین های نانوژلهای کیتوزان میتوانند به صورت شیمیایی به هم متصل شوند.
نانوژل بر پایه پولولان
نانوژلهای مبتنی بر پولولان و اصلاح شده با کلسترول می تواند یک ابزار مفید باشد. گروه های عملکردی متفاوت به ستون فقرات پولولان متصل می شوند. این گروه ها عبارتند از تری کربوکسیلات، گروه آکریلول ها و اوروکانیک اسید.
نانوژل بر پایه اسید هیالورونیک
پلی ساکارید HA تولید شده از حیوانات ویژگی هایی دارد که آن را برای توسعه نانوژل ها مناسب می کند. این صفات شامل زیست سازگاری، چسبندگی مخاطی است و مربوط به ترکیب اسید گلوکورونیک و ان استیل گلوکزامین میباشد.
نانوژل بر پایه آلژینات
آلژینات از نظر شیمیایی در برابر اکسیداسیون، آمیداسیون، آسیب پذیر است. استری شدن و سولفاته شدن به دلیل گروه های بسیار واکنش پذیر. حلالیت و چربی دوستی از طریق تغییرات شیمیایی،گسترش دامنه قابل کنترل است. به طور کلی پروتئین ها در محیط اسیدی معده ناپایدار هستند اما نانوژل های آلژینات می توانند از آنها محافظت کنند.
نانوژل بر پایه سیکلودکسترین
سیکلودکسترین ها ساختار حلقوی سازگار با الیگوساکاریدهای واحدهای D-گلوکوپیرانوز دارند. پیوندهای گلیکوزیدی فنل فتالئین آبگریز یار موثر توسط نانوژل جذب می شود
نانوژل بر پایه صمغ عربی
منبع بیولوژیکی صمغ اقاقیا یا صمغ عربی هستند. با استفاده از آنها ریز ذرات و نانوذرات ایجاد میشود. مزایای کلیدی این پلی ساکارید به دلیل حلالیت بالا در آب، زیست سازگاری و هزینه ارزان صمغ عربی در ترکیب با پروتئین می باشد.
نانوژل های مبتنی بر پروتئین
ژلاتین
ژلاتین، یک کلاژن هیدرولیز شده، برای تهیه در سنتز نانوژل استفاده میشود. نانوژل برای مصارف مختلف استفاده از ژلاتین در سنتز نانوژل از جهات دیگر نیز مفید است.
پروتئین سویا
پروتئین سویا دارای نقطه ایزوالکتریک در حدود 4.8 است. پلیمرهای سنتزی که اغلب برای تولید نانوذرات استفاده می شود دارای کپسولاسیون پروتئینی کمتر از حد مطلوب، خواص و دوام محدود هستند. به دلیل سمیت و دشواری از بین بردن بقایای پیریدین خالص سازی بیشتر محصول اولیه مورد نیاز است. نسبت پروتئین به پلیمر اندازه ذرات نانوژل را تعیین می کند، که از 200 تا 900 نانومتر متغیر است.
روشهای تهیه نانوژل
پلیمریزاسیون و اتصال عرضی همزمان
نانوژل ها را می توان با پلیمریزاسیون و اتصال عرضی همزمان سنتز کرد. از آنجایی که بیشتر مونومرها و عوامل اتصال عرضی مورد استفاده برای تهیه نانوژل محلول در آب هستند، واکنش های پلیمریزاسیون عموماً در یک محیط آبی انجام می شود. بر اساس مکانیسم کار، روشهای آمادهسازی نانوژل که در آن پلیمریزاسیون و اتصال عرضی به طور همزمان انجام میشوند را میتوان به سه نوع پلیمریزاسیون رسوبی، پلیمریزاسیون امولسیونی وارونه و پلیمریزاسیون ریزقالب تقسیم کرد.
پلیمریزاسیون رسوبی
تمام مونومرها، اتصال دهنده ها و آغازگرها قبل از واکنش به طور همگن در یک محیط واکنش حل می شوند. با پیشرفت واکنش پلیمریزاسیون طول زنجیره پلیمری افزایش می یابد. با ادامه پلیمریزاسیون، زنجیره های پلیمری در حلال رشد می کنند و رسوب می کنند و نانوژل تشکیل می دهند.
پلیمریزاسیون امولسیونی معکوس
در این روش یک فاز آبی حاوی مونومرها و یک عامل اتصال عرضی در یک فاز روغنی (یا آلی) پیوسته غیر قابل اختلاط با آب، با کمک یک سورفکتانت پراکنده میشود. سنتز نانوژل ها می تواند در حضور یک امولسیفایر محلول در روغن با اتخاذ روش های امولسیون سازی مناسب رخ دهد. امولسیون های معکوس W/O تولید شده می توانند تحت واکنش های پلیمریزاسیون قرار گیرند. پس از حذف حلال آلی و امولسیفایر، نانوژل هایی را می توان به دست آورد که می توانند به طور پایدار در یک محیط آبی پراکنده شوند.
پلیمیزاسیون ریز قالب
در طی پلیمریزاسیون ریزقالب ابتدا مونومر و عامل اتصال عرضی به ریزقالب اضافه می شوند. سپس تحت پلیمریزاسیون رادیکال های آزاد قرار می گیرند. در نهایت، نانوذرات هیدروژل از ریزقالب جدا میشوند. مزیت این روش این است که می تواند نانوژل هایی با اشکال مختلف تولید کند. علاوه بر این، این روش به سلول ها یا سایر اجزای زیست فعال اجازه می دهد تا به راحتی در نانوژل ها بارگذاری شوند. اما به دلیل محدودیت اندازه ریزقالب، تهیه نانوژل با اندازه نسبتا کوچک دشوار است.
پلیمریزاسیون و اتصال عرضی غیر همزمان
در این دسته، ابتدا پلیمرها تشکیل میشوند و به دنبال آن پیوندهای عرضی بین زنجیرههای مولکولی پلیمر برای تولید نانوژلها انجام میشود. این روش به ویژه برای تهیه نانوژل بر اساس پلیمرهای طبیعی مناسب است. این روش انواع مختلفی دارد. ایـن روش شامل روش رسوب/ پیوندعرضی، امولسیون سازی/ پیوند عرضی، خود آرایی/ پیوند عرضی و روش ریزقالب/ پیوندعرضی می باشد.
روش رسوب-اتصال عرضی
در این روش پلیمرهای محلول در آب از یک محلول آبی همگن رسوب میکنند تا نانوذرات را تشکیل دهند. پس از آن، واکنش های اتصال عرضی انجام می شود تا پلیمرهای موجود در ذرات برای تولید نانوژل ها به هم متصل شوند.
روش امولسیون- اتصال عرضی
در این روش ابتدا پلیمرها در آب حل می شوند. تحت عمل سورفکتانتهای محلول در روغن، روشهای امولسیونی مناسب برای تشکیل یک پراکندگی آبی از پلیمرها در یک حلال آلی برای به دست آوردن امولسیونهای معکوس W/O در حضور یک سورفکتانت استفاده میشود.
روش خود آرایی-اتصال عرضی
خودآرایی مولکولی به فرآیندی اطلاق میشود که در آن مولکولها به طور خود به خود تودههای پایدار از نظر ترمودینامیکی را از طریق برهمکنشهای غیرکووالانسی تشکیل میدهند. نیروهای محرکه خودآرایی مولکولی شامل برهمکنش های پیوند هیدروژنی، برهمکنش های الکترواستاتیکی، برهمکنش های آبگریز و نیروهای واندروالس است. پلیمرهای محلول در آب با ساختارهای خاص می توانند توسط این فعل و انفعالات به نانوژل ها متصل شوند.
روش ریز قالب-اتصال عرضی
در این روش پیش سازهای واکنش های شیمیایی را به یک ریزقالب اضافه می کنند و سپس نانوژل ها را بر اساس اتصال عرضی شیمیایی یا اتصال عرضی نوری به دست می آورند. به این روش «تکثیر ذرات در قالبهای غیر مرطوب (PRINT) نیز میگویند. این روش می تواند نانوژل های تک پراکنده با اندازه، شکل و ترکیب کنترل شده تولید کند.
کاربرد نانوژل ها
- بیماری های خود ایمنی
- تحویل داروهای ضد التهابی
- واکسنرسانی
- بازسازی استخوان
- فعالیت ضد باکتریایی و ضد میکروبی
- درمان دیابت
- درمان سرطان
- در تحویل ژن، تاخوردگی پروتئین و آنزیم شناسی
- دارورسانی