高分子フィルムにおける相互接続性の3D高空間分解能可視化と定量化

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Int J Pharm.2020 Jul;587:119622. S0378-5173(20)30606-2. doi: 10.1016/j.ijpharm.2020.119622.Epub 2020-07-11.

高分子フィルムにおける相互接続性の3D高空間分解能可視化と定量化

3D high spatial resolution visualisation and quantification of interconnectivity in polymer films.

C Fager
S Barman
M Röding
A Olsson
N Lorén
C von Corswant
D Bolin
H Rootzén
E Olsson

PMID: 32663584 DOI: 10.1016/j.ijpharm.2020.119622.

抄録

多孔質ネットワークは、制御された薬物放出のためのフィルムを介した薬物の輸送経路として機能します。ネットワークの相互連結性は、輸送特性に強く影響します。したがって、新しいフィルムの制御や設計のためには、相互接続性を定量化し、輸送特性と相関付けることが重要である。本研究では、相互接続性の3D可視化と解析のための新しい手法を紹介する。薬物放出制御用の多孔質ポリマーフィルムの高空間分解能3Dデータは、走査型電子顕微鏡(SEM)と集束イオンビーム(FIB)を組み合わせて取得された。このデータ解析手法では、選択した入口細孔から始まる細孔パスを長さごとにグループに分けて可視化し、より詳細な定量化と可視化を可能にしています。また、細孔経路が一致するチャネルを定量化することで、多孔質ネットワークの中心的な特徴を特定することができます。この方法は、異なる重量％のエチルセルロース（EC）/ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）の3つの浸出フィルムのFIB-SEMデータに適用されました。分析の結果は、実験的に測定されたフィルムの放出特性と一致していた。HPCの量が増加するにつれて、相互接続性と空隙率が増加した。ボトルネック効果は、気孔率が最も低い溶出フィルムで強く見られた。

A porous network acts as transport paths for drugs through films for controlled drug release. The interconnectivity of the network strongly influences the transport properties. It is therefore important to quantify the interconnectivity and correlate it to transport properties for control and design of new films. This work presents a novel method for 3D visualisation and analysis of interconnectivity. High spatial resolution 3D data on porous polymer films for controlled drug release has been acquired using a focused ion beam (FIB) combined with a scanning electron microscope (SEM). The data analysis method enables visualisation of pore paths starting at a chosen inlet pore, dividing them into groups by length, enabling a more detailed quantification and visualisation. The method also enables identification of central features of the porous network by quantification of channels where pore paths coincide. The method was applied to FIB-SEM data of three leached ethyl cellulose (EC)/hydroxypropyl cellulose (HPC) films with different weight percentages. The results from the analysis were consistent with the experimentally measured release properties of the films. The interconnectivity and porosity increase with increasing amount of HPC. The bottleneck effect was strong in the leached film with lowest porosity.