Silica Aerogels and Hyperbranched Polymers as Drug Delivery Systems

Die Anwendung von Silica-Aerogelen und hyperverzweigten Polymeren als Medikamententräger

  • In this work the potential use of silica aerogels and hyperbranched polymers as drug delivery systems (DDS) is investigated and discussed. The first part of this work deals with the investigation of the influence of physicochemical properties of silica aerogels (e.g. density, specific surface area, pore sizes and hydrophobicity) on the adsorption of six poorly water-soluble drugs (profens: ketoprofen, flurbiprofen, and ibuprofen, and non-profens: miconazole, griseofulvin and dithranol) and on their in vitro release. The adsorption of drugs on aerogels takes place from supercritical CO2. It is demonstrated that the release of drugs with low and moderate adsorption on aerogels (griseofulvin, dIn this work the potential use of silica aerogels and hyperbranched polymers as drug delivery systems (DDS) is investigated and discussed. The first part of this work deals with the investigation of the influence of physicochemical properties of silica aerogels (e.g. density, specific surface area, pore sizes and hydrophobicity) on the adsorption of six poorly water-soluble drugs (profens: ketoprofen, flurbiprofen, and ibuprofen, and non-profens: miconazole, griseofulvin and dithranol) and on their in vitro release. The adsorption of drugs on aerogels takes place from supercritical CO2. It is demonstrated that the release of drugs with low and moderate adsorption on aerogels (griseofulvin, dithranol, ketoprofen, flurbiprofen) is faster than that of crystalline drugs. The reason is the enlarged surface of drugs adsorbed on aerogels, the immediate collapse of aerogels in the dissolution medium and the loss of the crystallinity of drugs. Based on experimental findings, a novel method for dissolution enhancement of these drugs using hydrophilic aerogels as host matrices is suggested. It is shown that the release kinetics of drugs from hydrophilic aerogels can be initially predicted when the adsorption of drugs on aerogels is known. The low or moderate adsorption on silica aerogels implies a very fast release of drugs from drug-aerogel formulations. Therefore, the dissolution rate can be enhanced. If the drugs have a very high affinity to silica aerogels (high adsorption), the slow release kinetic is observed. In the second part of this work, the encapsulation of the model drug, acetaminophen, in hyperbranched polyester (Boltorn H3200), polyesteramides (Hybrane H1690, H1200, H1500) and the in vitro release of the drug from drug-loaded microparticles are discussed. For Boltorn, drug-loaded microparticles prepared by gas antisolvent precipitation (GAS), coacervation, and particles from gas saturated solutions (PGSS) were supplied. Hybrane microparticles were prepared by the solvent method in this work. The influence of encapsulation methods and polymer properties on the release kinetics of the drug is studied. It is shown that hyperbranched polymers can increase or delay the drug release depending on their chemical structure and the encapsulation methods used.show moreshow less
  • In der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung von Silica-Aerogelen und hyperverzweigten Polymeren als Medikamententräger experimentell untersucht und diskutiert. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des Einflusses von Silica-Aerogel-Eigenschaften auf die Adsorption und die Freisetzungskinetik von sechs Medikamenten (drei Profene: Ketoprofen, Flurbiprofen und Ibuprofen und drei Nichtprofene: Miconazol, Griseofulvin und Dithranol). Die Beladung der Aerogele mit einem der Wirkstoffe erfolgt durch Adsorption aus überkritischem Kohlendioxid. Es kann gezeigt werden, dass die Freisetzung von Wirkstoffen mit niedriger und mittlerer Beladung aus Medikament-Aerogel FormulierIn der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung von Silica-Aerogelen und hyperverzweigten Polymeren als Medikamententräger experimentell untersucht und diskutiert. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des Einflusses von Silica-Aerogel-Eigenschaften auf die Adsorption und die Freisetzungskinetik von sechs Medikamenten (drei Profene: Ketoprofen, Flurbiprofen und Ibuprofen und drei Nichtprofene: Miconazol, Griseofulvin und Dithranol). Die Beladung der Aerogele mit einem der Wirkstoffe erfolgt durch Adsorption aus überkritischem Kohlendioxid. Es kann gezeigt werden, dass die Freisetzung von Wirkstoffen mit niedriger und mittlerer Beladung aus Medikament-Aerogel Formulierungen schneller als die Freisetzung von (feinst) kristallinen Wirkstoffen ist. Die Ursache für die schnelle Freisetzung liegt in der vergrößerten Oberfläche der Wirkstoffe, die auf dem Aerogel molekular adsorbiert sind. Außerdem führt der sofortige Zerfall der hydrophilen Aerogelstruktur im Auflösungsmedium (Wasser bzw. simulierter Magensaft) zu einem schnellen Auflösen der Wirkstoffmoleküle. Aufbauend auf den experimentellen Ergebnissen wird die Verwendung von hydrophilen Aerogelen als Träger für die sehr schnelle Freisetzung vorgeschlagen. Die Freisetzungskinetik der Wirkstoffe aus hydrophilen Aerogelen kann vorhergesagt werden, wenn die anfängliche Beladung des Aerogels mit Wirkstoff bekannt ist. Im Vergleich zu kristallinen Wirkstoffen lässt sich bei niedrigen und mittleren Beladungen eine schnelle, bei höherer Beladung eine langsamere Freisetzung des Wirkstoffes beobachten. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Beladung eines Wirkstoffes (Acetaminophen) auf einem hyperverzweigten Polyester (Boltorn H 3200) und auf hyperverzweigten Polyesteramiden (Hybrane H1690, H1200, H1500) sowie dessen Freisetzung aus beladenen Mikropartikeln gemessen und diskutiert. Für den hyperverzweigten Polyester Boltorn wurden mittels verschiedener Verfahren (Gas Anti-Solvent Precipitation (GAS), Koazervation und Partikel aus gasgesättigten Lösungen (PGSS)) Mikropartikeln hergestellt. Für die hyperverzweigten Polyesteramide wurden im Rahmen dieser Arbeit beladene Mikropartikel mithilfe der Solvent-Methode hergestellt. Es wird der Einfluss der Beladungsverfahren, von Polymereigenschaften und von Medikamentenkonzentrationen in den Mikropartikeln auf die Freisetzungskinetik untersucht. Dabei kann gezeigt werden, dass die hyperverzweigten Polymere die Freisetzungsrate entweder erhöhen oder verzögern können. Dies hängt von der chemischen Struktur des Polymers und vom Beladungsverfahren ab.show moreshow less

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Metadaten
Author: Supakij Suttiruengwong
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-1997
Advisor:Arlt Wolfgang
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2005
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2005/08/03
Release Date:2005/08/25
Tag:Hyperverzweigte Polymere; Silica-Aerogele
Adsorption; Drug Delivery Systems; Hyperbranched Polymers; Microencapulation; Release kinetics; Silica Aerogels
SWD-Keyword:Adsorption; Arzneiträger; Therapeutisches System; Verkapselung; Wirkstofffreisetzung
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Chemische Verfahrenstechnik / Chemische Verfahrenstechnik
open_access (DINI-Set):open_access

$Rev: 13581 $