Pembengkakan sifat hidrogel kitosan David R Rohindra, Ashveen V Nand, Jagjit R Al-Khurmah Departemen Kimia, Universitas Pasifik Selatan, Suva, Fiji. ABSTRAK hidrogel kitosan dibuat dengan silang kitosan dengan glutaraldehid. Perilaku pembengkakan lintas terkait dan hidrogel uncross terkait diukur dengan pembengkakan gel dalam media pH yang berbeda dan pada temperatur yang berbeda. Perilaku pembengkakan diamati menjadi tergantung pada pH, suhu dan tingkat silang. Film-film gel yang ditandai dengan transformasi Fourier spektroskopi inframerah (FT-IR) dan Differential Scanning kalorimetri (DSC). Suhu transisi gelas (T g) dan jumlah air gratis di hidrogel menurun dengan meningkatnya silang di hidrogel. Kata kunci: chitosan, hidrogel, pembengkakan perilaku, sifat termal. beracun, tidak berbau, biokompatibel pada jaringan hewan dan sifat 1. PERKENALAN biodegradable (Borzacchielo et al. 2001). hidrogel kitosan, seperti Hidrogel adalah jaringan makromolekul silang yang membengkak hidrogel lainnya, mengandung banyak air. Bagian dari air ini erat terikat dalam air atau cairan biologis. Mereka telah menjadi potensi kandidat untuk polimer (De Angelis et al. 2001) dan sisanya hadir sebagai air bebas. Air pembawa bioaktif di kitosan silang dan uncrosslinked menimbulkan jaringan tiga dimensi. makromolekul, ganti luka dan pelepasan terkontrol obat (Kawaguchi, Chitosan berdasarkan hidrogel menunjukkan biokompatibilitas yang 2000) dalam keadaan bengkak mereka. Kerugian utama mereka baik, adalah kekuatan mekanik rendah mereka. Untuk memperkuat struktur degradasi rendah dan pengolahan kemudahan. Kemampuan hidrogel ini membengkak dan mereka, hidrogel disilangkan. Ada banyak senyawa seperti formalin, senyawa epoksi, dialdehyde dan pati yang digunakan sebagai zat dehidrasi tergantung pada komposisi dan lingkungan yang telah pengikat silang. Agen silang yang paling umum digunakan adalah dimanfaatkan untuk memfasilitasi berbagai aplikasi seperti pelepasan glutaraldehid (Aly, 1998). Berbagai macam polimer hidrofilik telah obat, biodegradabilitas dan kemampuan untuk membentuk hidrogel. diperiksa untuk mempersiapkan hidrogel dan kitosan adalah salah (Li Q et al. 1997). Memadukan kitosan dengan polimer lain (Taman dan satunya. Nho, 2001; Shin et al. 2002; Zhu et al. 2002) dan silang adalah kedua metode yang mudah dan efektif untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik dari kitosan untuk aplikasi praktis. Studi Imunisasi dilakukan CH 2 OH OH O O O HAI pada tikus menggunakan glutaraldehid silang bola kitosan (Jameela et CH 2 OH CH 2 OH OH al. 1994) menunjukkan menjanjikan toleransi oleh jaringan hidup dari otot tikus. OH OH HAI HO NH NH CO berbeda dari glutaraldehid untuk membentuk hidrogel. Perilaku CH 3 O CH 3 HAI CH 3 Dalam penelitian kitosan sekarang ini silang dengan jumlah yang NH pembengkakan pada gel dalam media air pada temperatur yang berbeda dan pH telah diperiksa dan jumlah air bebas dan air terikat n telah ditentukan. Kaca kitin CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH O O O OH suhu transisi dan interaksi molekul juga telah dievaluasi oleh DSC dan FT-IR. HAI OH 2 PERCOBAAN OH 2.1 POLYMERS DAN REAGENTS OH HAI Kitosan dengan derajat 85% dari deasetilasi (dd) diperoleh dari Fluka, Inggris dan 25% glutaraldehid diperoleh dari Unilab. Keduanya HO digunakan tanpa pemurnian lebih lanjut. NH 2 NH 2 NH 2 n 2.2 PERSIAPAN KITOSAN SOLUSI chitosan Chitosan adalah turunan deasetilasi kitin yang merupakan polimer Chitosan dilarutkan dalam 1% asam asetat cair pada suhu kamar dan larut air, (N-asetil-d-glukosamin), ditemukan di alam, hadir di meninggalkan semalam dengan pengadukan mekanik terus menerus exoskeletons serangga, kulit luar kepiting, udang, lobster dll dan untuk mendapatkan 1% (w / v) larutan. The kental, pucat solusi kitosan dinding sel jamur. Perbedaan antara kitin dan struktur kimia kitosan kuning disaring melalui wadah kaca stintered untuk menghilangkan terletak pada derajat deasetilasi. masalah undissolved. Chitosan saat ini menerima minat yang sangat besar untuk aplikasi medis dan farmasi karena non-nya 32 2.3 PERSIAPAN Glutaraldehid LINTAS - hidrogel TERKAIT dimana W e merupakan bobot dari negara bengkak pada kesetimbangan. Negara-negara air di hidrogel diselidiki oleh DSC pada kisaran suhu -50 Hai C ke 20 Hai C dengan laju pemanasan 5 Hai C / menit di bawah larutan 1% dari glutaraldehid dalam rasio mol yang berbeda telah N 2 mengalir. Jumlah air bebas dan air terikat dihitung dari enthalapies ditambahkan ke solusi yang jelas dan chitosan kuning pucat. Larutan mencair menggunakan persamaan 3. Persamaan ini mengasumsikan diaduk selama 30 menit pada suhu kamar sampai menjadi semakin bahwa panas peleburan air bebas dalam hidrogel ( Q endo) adalah sama kental. Solusi kental dituangkan ke dalam piring polystyrene petri dan seperti yang di es ( Q f, 79,9 kal / g): dikeringkan untuk semalam suhu kamar untuk membentuk hidrogel. Hidrogel semi-kering yang lebih dikeringkan di bawah vakum pada 55 Hai C untuk menghapus pelarut sisa. hidrogel diperoleh sebagai sebuah W b (%) = W t - (W f + W fb) film yang ketebalan sekitar 0,1 mm. = W t - (Q endo / Q f ) × 100 Dua hidrogel silang siap dengan chitosan yang berbeda: komposisi dimana W b adalah jumlah air terikat; W f dan W fb adalah jumlah air bebas glutraraldehyde. Komposisi rinci dan sebutan yang tercantum dalam dan air menengah, masing-masing; dan W t adalah kadar air Tabel 1. keseimbangan [EWC (%)]. Analisis termal dilakukan pada Perkin Elmer Pyris 6 DSC. Massa Tabel 1. Komposisi dan sebutan Chitosan hidrogel / glutaraldehida Vol. Penunjukan kitosan sampel berkisar antara 2-3 mg dan dipindai 30-250 Hai C pada tingkat pemanasan 10 Hai C / menit. Scan kedua dianggap dalam menghitung suhu transisi gelas (T g). proporsi Vol. dari molar crosslinker [cm 3] Film hidrogel tipis yang dipindai pada Perkin Elemer Infra-Red [chitosan: [cm 3] Spektrometer Spectrum 1000. 32 scan pada resolusi 2 cm- 1 diperoleh crosslinker] dan disimpan. uncrosslinked chitosan [NCLChs] 40 1: 0 0 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Semua perilaku pembengkakan diplot pada rata-rata tiga Silang kitosan [CLChs1] (3) 40 percobaan. Kinetika pembengkakan dan tergantung waktu 1: 0,08 2 pembengkakan perilaku dari hidrogel chitosan di deionisasi air (pH 7) pada 25, 35 dan 45 ° C diberikan dalam Gambar 1. NCLChs sampel memiliki pembengkakan rasio tertinggi, sementara CLChs2 memiliki Silang kitosan [CLChs2] 40 terendah. Pembengkakan rasio untuk NCLChs pada 25 Hai C adalah 1: 0.16 4 minimal dan meningkat dengan suhu. Karena NCLChs tidak silang, rantai polimer yang fleksibel dan peningkatan suhu yang disebabkan terputusnya interaksi sekunder, menciptakan lebih banyak ruang untuk 2.4 KARAKTERISASI air dalam matriks gel. NCLChs hidrogel mencapai kesetimbangan pembengkakan di sekitar 90 menit. Hal ini menunjukkan bahwa struktur Perilaku pembengkakan film silang silang dan non diukur dengan pembengkakan film di media pH yang berbeda pada suhu kamar dan NCLChs menjadi mekanis sangat rapuh dan mudah retak. Namun, di dalam air deionisasi pada 25, 35 dan 45 Hai C. Pre-ditimbang film rasio bengkak untuk CLChs1 dan CLChs2 relatif tidak berubah pada hidrogel kering (sekitar 0,05 g dan 25 mm 2) direndam dalam larutan tiga suhu. Silang di gel ini mengurangi fleksibilitas rantai, dan tidak buffer mulai dari pH 2 sampai 9. Waktu perendaman adalah 140 menit. memiliki efek yang sama seperti dalam kasus gel NCLChs. Kinetika bengkak menunjukkan bahwa CLChs1 dan CLChs2 sampel mencapai kesetimbangan di sekitar 30 menit di Film-film itu ditarik dari solusi pada interval waktu yang berbeda dan berat basah mereka ditentukan setelah pertama blotting dengan kertas saring diikuti dengan meniup dengan aliran udara untuk semua suhu. Suhu tergantung keseimbangan pembengkakan perilaku hidrogel menghapus air permukaan dan segera menimbang film. Rasio pembengkakan dihitung dengan menggunakan persamaan dalam air deionisasi (pH 7) pada rentang suhu 25-45 ° C ditunjukkan pada Gambar 2. Sebagai suhu hidrogel di negara pembengkakan E sr (%) = (( Ws - W d ) / W d ) × 100 meningkat, rasio pembengkakan sampel hidrogel meningkat. Semua (1) hidrogel dipamerkan suhu dimana E sr adalah penyerapan air (% wt) dari film, W d responsif pembengkakan tingkah laku karena untuk itu asosiasi / disosiasi ikatan hidrogen antara gugus amino dalam rantai dan W s adalah bobot dari sampel di negara-negara kering dan bengkak masing-masing. chitosan. Sedangkan sampel NCLChs menunjukkan diucapkan Kadar air kesetimbangan ( EWC) dihitung dari persamaan berikut: peningkatan keseimbangan pembengkakan rasio dengan meningkatnya suhu, peningkatan keseimbangan pembengkakan rasio EWC (%) = ((W e - W d) / W e) × 100 CLChs1 dan CLChs2 sampel tidak begitu signifikan karena suhu (2) meningkat. Disosiasi ikatan hidrogen 33 antara kelompok amino dari kitosan dengan peningkatan Suhu memungkinkan relaksasi dari rantai polimer, sehingga lebih banyak air bebas bisa hadir dalam jaringan hidrogel. relaksasi disosiasi sekunder interaksi seperti seperti rantai polimer dibatasi ketika rantai dihubungkan oleh ikatan hidrogen intramolekul, yang memungkinkan lebih banyak air ke dalam crosslinker a. jaringan gel. Sebagai pH meningkat, kelompok amino menjadi terdeprotonasinya, tolakan dalam rantai polimer surut memungkinkan menyusut. NCLChs gel menunjukkan pembengkakan intens dan menyusut dibandingkan dengan CLChs1 dan CLChs2. Silang mengakibatkan struktur gel 1200 menjadi lebih kompak yang tidak memungkinkan pembengkakan signifikan dan Sebuah 1000 bc 800 600 1000 400 800 Equilibrium pembengkakan rasio (%) Pembengkakan Ratio (%) menyusut. 200 de 0 0 40 20 100 80 60 140 120 Waktu (min.) Gambar 1. Pembengkakan kinetika hidrogel chitosan pada suhu varoius pada pH 7. Sebuah NCLChs pada 45 ° C b NCLChs 600 400 150 CLChs1 100 CLChs2 50 NCLChs pada 35 ° C c NCLChs pada 25 ° C d CLChs1 pada 25 ° C e 0 CLChs2 pada 25 ° C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH Untuk mengamati respon dari hidrogel kitosan bila terkena kondisi Gambar 3. Equilibrium rasio pembengkakan hidrogel kitosan dalam berbagai pH pH yang berbeda, hidrogel diizinkan membengkak untuk keseimbangan larutan buffer pada 25 ° C dalam media air dari pH 2, 4, 7 dan 9 pada 25 Hai C. Efek pH pada perilaku pembengkakan dirangkum dalam Gambar 3. Hal ini dapat Ada tiga jenis air di hidrogel yang disebut air sebagai gratis, air dilihat bahwa hidrogel membengkak paling dalam pH asam menengah dan air terikat. air bebas beku air dan menunjukkan dibandingkan dengan pH dasar. endoterm mencair. Molekul air tidak membentuk ikatan hidrogen dengan molekul polimer dan menunjukkan tingkat yang lebih besar dari mobilitas. air menengah adalah molekul air yang berinteraksi dengan molekul polimer dan memiliki endoterm peleburan <0 0 C. air Bound atau 1000 NCLChs non-pembekuan air mengacu pada molekul air yang hidrogen terikat pada rantai polimer, yang bergerak dan tidak menunjukkan puncak 800 Equilibrium pembengkakan rasio (%) leleh. air terikat dihitung dengan mengambil rasio puncak endotermik dari hidrogel air-bengkak ke puncak endotermik mencair panas fusi 600 untuk air murni. air bebas dinyatakan sebagai selisih antara total air dan air terikat. nilai-nilai EWC, air gratis dan isinya air terikat dihitung 150 dan tercantum dalam Tabel 2. CLChs1 100 CLChs2 50 Total air bebas dan air terikat di hidrogel diukur dari DSC entalpi peleburan dari hidrogel bengkak dan dihitung dengan menggunakan persamaan 3. 0 20 25 30 35 40 45 50 suhu ( Hai C) Meja 2. negara air dari silang dan non-silang hidrogel kitosan dihitung dengan analisis DSC Gambar 2. Equilibrium pembengkakan rasio hidrogel chitosan pada berbagai suhu pada pH 7 Mencicipi Semua hidrogel membengkak maksimal pada pH rendah. NCLChs membengkak paling diikuti oleh CLChs1 dan CLChs2. Pembengkakan rasio menurun pH meningkat. Untuk CLChs1 dan CLChs2 penurunan itu bertahap atas seluruh rentang pH tetapi untuk NCLChs tidak ada perubahan signifikan sampai pH 4 tetapi menurun drastis di atas pH 4. Pada pH rendah, protonasi gugus amino dari kitosan berlangsung. Hal ini menyebabkan tolakan dalam rantai polimer, 34 EWC Jumlah air bebas air terikat (%) (%) (%) NCLChs 65,6 45,8 19,8 CLChs1 44.4 19,8 24,6 CLChs2 34,3 10.1 24.2 NCLChs menunjukkan konten tertinggi EWC dan bebas air diikuti oleh Hasil penelitian menunjukkan bahwa CLChs1 dan CLChs2 memiliki struktur yang lebih CLChs1 dan CLChs2. Hasil ini menegaskan bahwa struktur hidrogel kompak dibandingkan dengan NCLChs. Hasil FT-IR menunjukkan penurunan intensitas puncak pada menjadi semakin kompak dengan meningkatnya konsentrasi glutaraldehida yaitu meningkatkan ikatan silang. 1550cm- 1 karena gugus amino dari kitosan yang terlibat dalam pembentukan ikatan selama silang. T g dari hidrogel muncul menurun analisis termal untuk menentukan T g dari hidrogel tidak sangat dengan meningkatnya silang. mudah terdeteksi. Namun, setelah berulang memindai T g untuk NCLChs terdeteksi antara 195- 205 Hai C, untuk CLChs1 antara 155-160 Hai C dan untuk CLChs2 antara 90-105 Hai C. Sebagai rasio silang UCAPAN TERIMA KASIH meningkat, T g menurun. Dukungan keuangan dari The University of Komite Penelitian Pasifik Selatan dan Australia Pembangunan Daerah Beasiswa (ARDS) Gambar 4 menunjukkan spektrum absorbansi dari hidrogel silang sangat dihargai. di wilayah 1800-1000 cm- 1. Puncak pada 1650 dan 1550 cm- 1 adalah dari C = O dan NH 2 REFERENSI kelompok masing-masing (Cerri et al. 1996). Studi sebelumnya (Monteiro 1. Aly, AS 1998. kitosan Self-larut. I. Pembuatan dan karakterisasi dan dan Airoldi, 1999) tentang interaksi molekul antara kitosan dan evaluasi untuk sistem pengiriman obat. Angew makromolekul Kimia. 259, glutaraldehid telah menunjukkan bahwa kelompok amino dari kitosan yang 33-38. terlibat dalam crossinking dengan glutaraldehida tersebut. Hasil kami jelas menunjukkan penurunan dari puncak pada 1550cm- 1 yang disebabkan oleh NH 2 Kelompok yang terikat selama silang. 2. Borzacchielo, A., Ambrosias, L., Netter, P., Nicholais, L., Balard, A. dan Sam P. 2001. Chitosan - berbasis hidrogel: sintesis dan karakterisasi. Jurnal Ilmu Bahan: Bahan di Medicine. 12, 861-864. 3. Cerai, P., Guerra, GDand Tricoli, M. 1996. Polyelectric kompleks diperoleh oleh radikal polimerisasi di itu kehadiran dari chitosan kimia makromolekul dan fisika. Makromolekul Kimia. 197, 3367. 4. De Angelis, Capitani, D., Segre, A. dan Crescenzi V. 2001. Air di Hidrogel: Sebuah studi NMR dari interaksi air / polimer dalam jaringan kitosan ringan cross-linked. Polimer Persiapan. 42, 45-46. 5. Jameela, SR, Misra, A. dan Jayakrishnan, A. 1994 Cross-linked mikrosfer chitosan sebagai pembawa untuk pengiriman berkepanjangan obat makromolekul. Journal of Biomaterial Science. Pendidikan Poylmer. 6, 621-631. 6. Kawaguchi, H. 2000. Fungsional polimer mikrosfer. Kemajuan dalam Ilmu Polimer 25 (8), 11711210. 7. Li, T., Dunn, ET, Grandmaison, KAMI dan Goosen, MFA 1997. “Aplikasi dan Sifat Chitosan” Aplikasi dari kitin dan Chitosan. Goosen MFA (ed.). Technomic Publishing Company, Inc USA. pp. 3-9. 8. Monterio, OAC dan Airoldi, C. 1999. Beberapa studi dari silang interaksi kitosan-glutaraldehida dalam homogen sistem. Internasional majalah dari Makromolekul biologis. 26, 119-128. 9. Park, KR dan Nho, YC 2001. Pembuatan dan karakterisasi gelatin / hidrogel kitosan dan PVP / gelatin / kitosan hidrogel oleh radiasi. Kongop Hwahak. 12, 637-642. Gambar 4. FT-IR absorbansi spektrum Sebuah. NCLChs, b. CLChs1 dan c. CLChs2 4. KESIMPULAN 10. Shin, MS, Kim, SJ, Park, SJ, Lee, YH dan Kim, SI Sintesis 2002. dan Karakteristik Kitosan silang dengan berbagai konsentrasi glutaraldehida untuk memberikan hidrogel dengan derajat yang berbeda silang. Hidrogel itu Yang saling Polymer Jaringan Hidrogel Terdiri dari Chitosan dan polyallylamine. Journal of Applied Polymer Science. 86, 498-503. siap ditandai dengan FT-IR dan DSC. Perilaku pembengkakan pada temperatur yang berbeda dan pH dan jumlah air bebas dan terikat juga diselidiki. NCLChs menunjukkan rasio pembengkakan maksimum pada 11. Zhu, A., Wang, S., Cheng, D., Chen, T., Lin, C., Shen, semua suhu dan pH. Rasio pembengkakan menurun dengan J. dan Lin, S. 2002. Lampiran dan pertumbuhan sel-sel fibroblast meningkatnya derajat silang. NCLChs2 menunjukkan kadar air EWC dan bebas termurah diikuti oleh CLChs1 dan NCLChs dengan tertinggi. Ini 35 berbudaya pada kitosan / PHEA - hidrogel dicampur. Sheugwu Gongcheng Xuebao. 18, 109-111.
