望ましいハイドロゲルの特性に対する架橋剤とバイオポリマーの濃度の相互効果

The mutual effect of the crosslinker and biopolymer concentration on the desired hydrogel properties.

抄録

放出制御技術は、治療の高い効果を保証し、患者一人あたりの薬の作用を積極的に減らし、治療費を削減し、同様に薬の副作用を減らすために、医薬・医療の分野で大きな可能性を持っています。本研究では、薬物放出システムへの応用を目的として、バイオポリマーからなるハイドロゲルを設計した。主な目的は、バイオポリマーと架橋剤の濃度を変えることで、アルギン酸と2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル（TEMPO）-酸化セルロースナノファイバーのハイドロゲルの架橋密度を操作することであった。調製したハイドロゲルのレオロジー測定を行い，生物医学的適用因子としての粘度の決定と，理論的なメッシュサイズ計算の基礎となるせん断弾性率の決定を行った。ハイドロゲルの均質性をNMRで確認し、同時にメッシュサイズ計算の妥当性を検証した。最終段階では、ハイドロゲル中の架橋剤の濃度とバイオポリマーの濃度を考慮に入れて、改良された数学モデルを開発した。この設計されたモデルは、特定の特性を持つハイドロゲルを作成するための最初のステップとなる。

Controlled release technology has a great potential in pharmaceutical and medical applications to ensure high efficacy of treatment, reduces the aggressive action of the medicines per patient, decreases the cost of treatment and reduces the side effects of the drug as well. In this research, hydrogels from biopolymers were designed for potential use in the drug release systems. The main objective was the manipulation of alginate and 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) - oxidized cellulose nanofibers hydrogels crosslinking density by changing the biopolymer and crosslinker concentrations. Rheological measurements of prepared hydrogels were performed to determine the viscosity as a biomedical applicability factor and for determining shear modulus as a basis for theoretical mesh size calculations. The homogeneity of the hydrogel was confirmed by NMR verifying the validity of the mesh size calculations at the same time. In the last stage, the improved mathematical model was developed taking into account the concentration of crosslinker and the concentration of biopolymer in hydrogel as well. The designed model is the first step for the preparation of hydrogels with specific properties.