Ricerca avanzata

Nanoparticles (NPs) properties as size and zeta potential (ζ) can be influenced by the storage medium in which nanoparticles are immersed.The NPs properties are important when they are produced upon ionotropic gelation and polyelectrolyte coacervation. pH and ionic force IF are the main causes responsible for the loss of the charge in the surface or the change in the ζ of the biopolymers, which will be used for the synthesis of the NPs .In this work, we evaluate the effect of changing the pH and the ionic force in the size and ζ of insulin-loaded albumin/chitosan coated alginate/dextran sulphate core nuclei NPs, which were designed for oral delivery of insulin. The pH of the medium was fixed at 1 and 7.4,which emulates the pH in the gut and in the intestine.The study of the IF was developed in the range from 0.00375 M to 0.2 M. Ionic force was modified using KNO3 solution. As a control we used the same type of NPs with no increased ionic force and no change in the pH, as well. The size and ζ was measured using a dynamic light scattering (DLS).The measurements were carried out along the time up to 70 days. Since the insulin loaded NPs were developed for the orally dosage of the drug, NPs were tested for insulin encapsulation efficiency (EE) and release behavior under simulated gastrointestinal (GI) conditions as well as for stability using a Lumisizer. 4 different types of NPs were prepared and the only difference between the different formulas was the amount and/or the type of chitosan. Two formulations were made with low molecular weight chitosan (L) and the other two were prepared with medium molecular weight (M). According to the concentration of the chitosan, each type of chitosan solution, this is low or medium molecular weight was prepared at 10-5 gcm-3 (5) or 10-7 gcm-3 (7). Thus, the four formulas are L5, L7, M5, and M7.According to our results, the NPs with no change in the ionic force or pH in the storage medium, to prove the stability along the time, showed a little variation after 70 days. L7 and M7, which had a micrometric hydrodynamic diameter after synthesis, showed no aggregation in the time of study. Regarding to samples L5 and M5, this samples showed a nanometric range from the time of synthesis until the end of the study. Evaluating the electrophoretic mobility of different suspended NPs in the medium, along 90 days, the ζ potential measurements of the samples was similar for L5 and M5, in which the value was approximately -15 mV, and for L7 and M7 samples, in which the value was approximately -30 mV , demonstrating how they are likely to aggregate and hardy resisting to aggregation, flocculation and sedimentation phenomena.The ζ values of the samples explain the existence of repulsive electrostatic forces that avoid the aggregation of the NPs.IFmeasurements revealed that for all four types of NPs the increasing of the ionic force of the medium, through the addition of KNO3, reduces particle size. Thereupon, the addition of KNO3 the particle size was monitored for 48 hours and it was observed that a high ionic force is correlated with a size reduction. At the low and high limit values of ionic force (0.00375 M and 0.2 M, respectively) particle size follows a decreasing trend. Modification of pH from the addiction of acid and basic to simulate the gastric and intestinal conditions caused a disruption of NPs network with base leading to a reduction in the average size of NPs whilst acid led to the formation of aggregates. The release studies were performed in different conditions and all of them demonstrate the difficulty of NPs to release the insulin through a dialysis membrane of 100KDa in according with a previous EE assay whence the concentration of insulin, as a result in HPLC, was too low to be quantified.

Le proprietà delle Nanoparticelle (NPs) come la dimensione particellare ed il potenziale zeta possono essere influenzate dal medium di sospensione in cui sono immersi NPs.Le proprietà delle NPs sono importanti soprattutto quando queste vengono sintetizzate attraverso gelificazione ionotropica e coacervazione polielettrolita.Il pH e forza ionica sono le principali cause responsabili della perdita della carica in superficie, come la variazione della ζ dei biopolimeri utilizzati per la sintesi delle NPs. In questo lavoro, è valutato l'effetto del cambiamento del pH e della forza ionica nella dimensione e ζ di nuclei di alginato/destrano solfato con poloxamer 188 che incapsulano insulina e rivestiti da chitosano/PEG4000 e albumina,progettati per la consegna orale di insulina.Il pH del mezzo è stato fissato a 1 e 7,4,emulando il pH dello stomaco e dell'intestino.Lo studio della forza ionica è stata sviluppata nel campo da 0,00375 M a 0,2 M ed è stata modificata utilizzando KNO3 soluzione. Come controllo è stato utilizzato lo stesso tipo di NPs senza subire un aumento della forza ionica e cambiamento nel pH. La dimensione e la ζ è stata misurata utilizzando una dispersione della luce dinamica (DLS).Le misurazioni sono state effettuate nel tempo fino a 70 giorni.NPs sono state testate per l'efficienza dell'insulina incapsulamento (EE) e il rilascio in fluido gastrointestinale simulato (GI) e per la stabilità utilizzando il Lumisizer. L'unica differenza tra le diverse formule era la concentrazione il tipo di chitosano. Due formulazioni sono state fatte con basso peso molecolare chitosano (L) e gli altri due sono stati preparati con peso molecolare medio (M). Le 4 formule sono L5, L7, M5 e M7.Secondo i risultati, le NP che non mostrano alcun cambiamento nella forza ionica o pH nel medium, hanno mostrato una piccola variazione dopo 70 giorni. L7 e M7,che aveva un diametro idrodinamico micrometrico dopo la sintesi, non hanno mostrato aggregazione nel tempo di studio. Riguardo ai campioni L5 e M5, questo campioni presentavano una gamma nanometrica dal momento della sintesi fino alla fine dello studio. La mobilità elettroforetica è stata valutata durante 90 giorni dove il potenziale ζ dei campioni era simile per L5 e M5, in cui il valore era di circa -15 mV, e per i campioni L7 e M7, in cui il valore era di circa -30 mV dimostrando la resistenza ai fenomeni di aggregazione, flocculazione e sedimentazione. I valori del potenziale zeta dei campioni, infatti, spiegano l'esistenza di forze elettrostatiche repulsive che evitano l'aggregazione delle NP. Quando la forza ionica è stata aumentata, nell'intervallo 0,00375 M a 0,2 M, sono state registrate diverse risposte. Nelle situazioni in cui la forza ionica era elevata, le NPs mostravano una riduzione del diametro idrodinamico e allo stesso tempo quando la forza ionica finale era uguale a 0.00375 M le NPs non ha mostrato alcuna variazione nelle dimensioni. Dopo l’aggiunta del sale, le dimensioni sono state monitore per 48 ore osservando dunque che ad una elevata forza ionica corrisponde una riduzione nelle dimensione. Le misurazioni zeta confermano i risultati sulle dimensioni ottenuti quando la forza ionica è stata modificato. Riguardo alla variazione del pH del mezzo a 1 e a 7.4, in entrambe situazioni si riscontra la rottura delle strutture delle NPs. Si può vedere, infatti, l’aggregazione a causa della perdita delle forze elettrostatiche repulsive nella superficie delle nanoparticelle o perdita delle interazioni polimeri all'interno delle stesse e, in questo modo la perdita della struttura. Riguardo agli studi di rilascio, questo sono stati eseguiti in condizioni diverse e tutti dimostrano la difficoltà delle NPs a rilasciare insulina o di passare attraverso una membrana polimerica di 100KDa in accordo con un saggio di incapsulazione precedente dove la concentrazione di insulina, come risultato in HPLC, era troppo bassa per essere quantificata.

Interaction of biopolymers-based nanoparticles with their storage medium: the influence of pH and ionic force on nanoparticles size and zeta potential (ζ)

FERRERI, MARIA CRISTINA
2015/2016

Abstract

Nanoparticles (NPs) properties as size and zeta potential (ζ) can be influenced by the storage medium in which nanoparticles are immersed.The NPs properties are important when they are produced upon ionotropic gelation and polyelectrolyte coacervation. pH and ionic force IF are the main causes responsible for the loss of the charge in the surface or the change in the ζ of the biopolymers, which will be used for the synthesis of the NPs .In this work, we evaluate the effect of changing the pH and the ionic force in the size and ζ of insulin-loaded albumin/chitosan coated alginate/dextran sulphate core nuclei NPs, which were designed for oral delivery of insulin. The pH of the medium was fixed at 1 and 7.4,which emulates the pH in the gut and in the intestine.The study of the IF was developed in the range from 0.00375 M to 0.2 M. Ionic force was modified using KNO3 solution. As a control we used the same type of NPs with no increased ionic force and no change in the pH, as well. The size and ζ was measured using a dynamic light scattering (DLS).The measurements were carried out along the time up to 70 days. Since the insulin loaded NPs were developed for the orally dosage of the drug, NPs were tested for insulin encapsulation efficiency (EE) and release behavior under simulated gastrointestinal (GI) conditions as well as for stability using a Lumisizer. 4 different types of NPs were prepared and the only difference between the different formulas was the amount and/or the type of chitosan. Two formulations were made with low molecular weight chitosan (L) and the other two were prepared with medium molecular weight (M). According to the concentration of the chitosan, each type of chitosan solution, this is low or medium molecular weight was prepared at 10-5 gcm-3 (5) or 10-7 gcm-3 (7). Thus, the four formulas are L5, L7, M5, and M7.According to our results, the NPs with no change in the ionic force or pH in the storage medium, to prove the stability along the time, showed a little variation after 70 days. L7 and M7, which had a micrometric hydrodynamic diameter after synthesis, showed no aggregation in the time of study. Regarding to samples L5 and M5, this samples showed a nanometric range from the time of synthesis until the end of the study. Evaluating the electrophoretic mobility of different suspended NPs in the medium, along 90 days, the ζ potential measurements of the samples was similar for L5 and M5, in which the value was approximately -15 mV, and for L7 and M7 samples, in which the value was approximately -30 mV , demonstrating how they are likely to aggregate and hardy resisting to aggregation, flocculation and sedimentation phenomena.The ζ values of the samples explain the existence of repulsive electrostatic forces that avoid the aggregation of the NPs.IFmeasurements revealed that for all four types of NPs the increasing of the ionic force of the medium, through the addition of KNO3, reduces particle size. Thereupon, the addition of KNO3 the particle size was monitored for 48 hours and it was observed that a high ionic force is correlated with a size reduction. At the low and high limit values of ionic force (0.00375 M and 0.2 M, respectively) particle size follows a decreasing trend. Modification of pH from the addiction of acid and basic to simulate the gastric and intestinal conditions caused a disruption of NPs network with base leading to a reduction in the average size of NPs whilst acid led to the formation of aggregates. The release studies were performed in different conditions and all of them demonstrate the difficulty of NPs to release the insulin through a dialysis membrane of 100KDa in according with a previous EE assay whence the concentration of insulin, as a result in HPLC, was too low to be quantified.
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DEL FARMACO
2015
Interaction of biopolymers-based nanoparticles with their storage medium: the influence of pH and ionic force on nanoparticles size and zeta potential (ζ)
Le proprietà delle Nanoparticelle (NPs) come la dimensione particellare ed il potenziale zeta possono essere influenzate dal medium di sospensione in cui sono immersi NPs.Le proprietà delle NPs sono importanti soprattutto quando queste vengono sintetizzate attraverso gelificazione ionotropica e coacervazione polielettrolita.Il pH e forza ionica sono le principali cause responsabili della perdita della carica in superficie, come la variazione della ζ dei biopolimeri utilizzati per la sintesi delle NPs. In questo lavoro, è valutato l'effetto del cambiamento del pH e della forza ionica nella dimensione e ζ di nuclei di alginato/destrano solfato con poloxamer 188 che incapsulano insulina e rivestiti da chitosano/PEG4000 e albumina,progettati per la consegna orale di insulina.Il pH del mezzo è stato fissato a 1 e 7,4,emulando il pH dello stomaco e dell'intestino.Lo studio della forza ionica è stata sviluppata nel campo da 0,00375 M a 0,2 M ed è stata modificata utilizzando KNO3 soluzione. Come controllo è stato utilizzato lo stesso tipo di NPs senza subire un aumento della forza ionica e cambiamento nel pH. La dimensione e la ζ è stata misurata utilizzando una dispersione della luce dinamica (DLS).Le misurazioni sono state effettuate nel tempo fino a 70 giorni.NPs sono state testate per l'efficienza dell'insulina incapsulamento (EE) e il rilascio in fluido gastrointestinale simulato (GI) e per la stabilità utilizzando il Lumisizer. L'unica differenza tra le diverse formule era la concentrazione il tipo di chitosano. Due formulazioni sono state fatte con basso peso molecolare chitosano (L) e gli altri due sono stati preparati con peso molecolare medio (M). Le 4 formule sono L5, L7, M5 e M7.Secondo i risultati, le NP che non mostrano alcun cambiamento nella forza ionica o pH nel medium, hanno mostrato una piccola variazione dopo 70 giorni. L7 e M7,che aveva un diametro idrodinamico micrometrico dopo la sintesi, non hanno mostrato aggregazione nel tempo di studio. Riguardo ai campioni L5 e M5, questo campioni presentavano una gamma nanometrica dal momento della sintesi fino alla fine dello studio. La mobilità elettroforetica è stata valutata durante 90 giorni dove il potenziale ζ dei campioni era simile per L5 e M5, in cui il valore era di circa -15 mV, e per i campioni L7 e M7, in cui il valore era di circa -30 mV dimostrando la resistenza ai fenomeni di aggregazione, flocculazione e sedimentazione. I valori del potenziale zeta dei campioni, infatti, spiegano l'esistenza di forze elettrostatiche repulsive che evitano l'aggregazione delle NP. Quando la forza ionica è stata aumentata, nell'intervallo 0,00375 M a 0,2 M, sono state registrate diverse risposte. Nelle situazioni in cui la forza ionica era elevata, le NPs mostravano una riduzione del diametro idrodinamico e allo stesso tempo quando la forza ionica finale era uguale a 0.00375 M le NPs non ha mostrato alcuna variazione nelle dimensioni. Dopo l’aggiunta del sale, le dimensioni sono state monitore per 48 ore osservando dunque che ad una elevata forza ionica corrisponde una riduzione nelle dimensione. Le misurazioni zeta confermano i risultati sulle dimensioni ottenuti quando la forza ionica è stata modificato. Riguardo alla variazione del pH del mezzo a 1 e a 7.4, in entrambe situazioni si riscontra la rottura delle strutture delle NPs. Si può vedere, infatti, l’aggregazione a causa della perdita delle forze elettrostatiche repulsive nella superficie delle nanoparticelle o perdita delle interazioni polimeri all'interno delle stesse e, in questo modo la perdita della struttura. Riguardo agli studi di rilascio, questo sono stati eseguiti in condizioni diverse e tutti dimostrano la difficoltà delle NPs a rilasciare insulina o di passare attraverso una membrana polimerica di 100KDa in accordo con un saggio di incapsulazione precedente dove la concentrazione di insulina, come risultato in HPLC, era troppo bassa per essere quantificata.
RIBEIRO, ANTONIO
Lauree a ciclo unico
File in questo prodotto:
Non ci sono file associati a questo prodotto.

È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
Per maggiori informazioni e per verifiche sull'eventuale disponibilità del file scrivere a: unitesi@unipv.it.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.14239/19132