3 Boyutlu yazıcılar için kimyasal direnci yüksek reçine üretildi

Alman bilim insanları 3 boyutlu yazıcıların verimini artırabilecek bir reçine elde ettiler.

3 boyutlu yazıcıların temel çalışma mantığı polimerlerin eritilip belirlenen yerlere katman katman döküldükten sonraki saniyelerde soğutulmasıdır. Burada önemli olan şey ise ısıtma sisteminin polimeri eritip tüpün içinde kolayca hareket edebilecek kadar akışkan ancak tüpün ucundan döküldükten sonra kolayca soğuyabilecek yoğunlukta ve sıcaklıkta yapabilecek kapasitesinin olmasıdır.

Reçine ise 3 boyutlu yazıcılar yoluyla bir ışık kaynağı altında sertleştirmek üzere tasarlanmış bir fotopolimer sıvı malzemedir. Yapılan çalışmada ise yeni üretilen reçinenin uygulandığı yüzeylerde foto-oksijenizasyon ve foto redoks uygulamalarının işe yaradığı gözlemlendi.

Foto-oksijenizasyon uygulaması bir ürüne ışığın yansıtılarak oksijeni ürünün yüzeyine yerleştirmek olarak tanımlanabilir. Foto redoks ise, bir ürünün yansıtılan ışığın enerjisini alarak 1 elektronunu ürün içerisinde hareket ettirmesini sağlayan bir olaydır.

İzosiyanat ve akrilat 

Köln Üniversitesinden Axel Grisbech, takımının geliştirdiği reçinenin, birçok katalizörün de yüzeyde kalmasını sağlayacak özellikte olduğunu ve aynı zamanda da kimyasal olarak dirençli olduğunu açıklıyor.

Bu iki olayın gerçekleşmesini kolaylaştıran reçine ise izosiyanat ve akrilattan oluşmaktadır. Sektördeki rakiplerinin organik çözücülere karşı dayanıksız olması bu reçinenin öne çıkmasını sağlıyor.

Reçine ısıtılıp ve ışık kaynağıyla soğutulup ürünü oluşturduktan sonra, yani baskı işleminden sonra, reçinedeki reaktif izosiyanat grupları ürünün yüzeyinde korunur ve sonradan işlevselleştirme uygulamasında kolaylık sağlar. Sonradan işlevselleştirme uygulaması,  hızlandırıcı reaksiyonları kolaylaştırabilecek maddeleri yüzeye sabitlemek için izosiyanat gruplarının 4-aminobenzofenon ile reaksiyona girmesidir. İşlem sonrası, izosiyanat gruplarını su ile reaksiyona sokarak, sonraki reaksiyonlara karşı en kararlı kimyasal bağlardan biri olan üre bağlarını oluşturur. Reçine bu sebepten ötürü kimyasal olarak dirençlidir.

Kimyasal direnç, şeffaflık ve sonradan işlevselleştirme olasılığı

Almanya, Heidelberg Üniversitesi’nden polimer kimyager Eva Blasco, ”Bu reçinenin en büyük başarısı üç önemli özelliğin birleşimidir: kimyasal direnç, şeffaflık ve sonradan işlevselleştirme olasılığı. Şu anda 3 Boyutlu baskı için kullanılan polimerlerin çoğu organik çözücülere karşı zayıf direnç gösterdiğinden, kimyasal direnç özellikle zordur. Ayrıca, sonradan işlevselleştirme olasılığı, sistemi daha çok yönlü hale getirir ve kimyasal sentez ve hızlandırmada kullanımı için yeni olanaklar açar.” şeklinde görüşlerini belirtiyor.

Annalisa Chiappone, aynı zamanda yüzey işlevselleştirmesinin ürünlerde oldukça arzu edilen bir özellik olduğunu belirtiyor. “Sonradan işlevselleştirme uygulaması, malzemeyi istenilen reaksiyon için uygun hale getiren, 3 boyutlu malzemeye çok iyi bir yönlülük sunan bir uygulamadır.”

Griesbeck ve arkadaşları,  diğer katalizörlerin reaksiyonları için mevcut çalışmalarını genişletmeyi planlıyor.

Gelecek senelerde 3 boyutlu yazıcılarımızdan daha çok verim elde etmek ümidiyle.


Kaynaklar

Hybrid resin offers new dimension in flow reactor printing | ChemistryWorld

From 3D to 4D printing: a reactor for photochemical experiments using hybrid polyurethane acrylates for vat-based polymerization and surface functionalization | pubs.rsc.org

Yutması Daha Kolay: Yeni İlaç Formülasyon Yöntemi Daha Küçük Haplara Yol Açabilir

ilaç

MIT kimya mühendisleri, hidrofobik ilaçları bir kalıba dökülüp tabletler halinde kurutulabilen bir nanoemülsiyona dönüştürerek formüle etmenin yeni bir yolunu tasarladılar. Nanoemülsiyon, şişelerde görülen küçük partiküller oluşturmak için de kullanılabilir.

Kimya mühendisleri, bir tablete daha fazla ilaç yüklemenin bir yolunu buldular, bu daha sonra daha küçük ve yutulması daha kolay hale getirilebilecek.

Piyasadaki ilaçların yaklaşık yüzde 60’ı aktif bileşenleri olarak hidrofobik moleküllere sahiptir. Suda çözünmeyen bu ilaçların insan vücudu tarafından emilebilmesi için çok küçük kristallere parçalanması gerektiğinden tablet haline getirilmesi zor olabilir.

MIT kimya mühendislerinden oluşan bir ekip, hidrofobik ilaçları tabletlere veya kapsüller ve ince filmler gibi diğer ilaç formülasyonlarına dahil etmek için daha basit bir süreç tasarladı. İlacın bir emülsiyonunu oluşturmayı ve ardından onu kristalleştirmeyi içeren teknikleri, tablet başına daha güçlü bir dozun yüklenmesine izin verir.

“Bu çok önemli çünkü eğer yüksek ilaç yüklemesine ulaşabilirsek, aynı terapötik etkiyi sağlayan daha küçük dozajlar da yapabiliriz demektir. MIT lisansüstü öğrencisi ve yeni çalışmanın baş yazarı Liang-Hsun Chen, “Bu, hasta uyumunu büyük ölçüde artırabilir, çünkü sadece çok küçük bir ilaç almaları gerekir ve bu hala çok etkilidir” diyor.

Robert T. Haslam Kimya Mühendisliği Profesörü Patrick Doyle, 7 Haziran 2021’de Advanced Materials’da yayınlanan makalenin kıdemli yazarıdır .

Nanoemülsiyonlar

Çoğu ilaç, ilacı stabilize etmeye ve vücutta nasıl salındığını kontrol etmeye yardımcı olan yardımcı maddeler adı verilen diğer bileşiklerle birleştirilen aktif bir bileşenden oluşur. Elde edilen tabletler, kapsüller veya filmler formülasyonlar olarak adlandırılır.

Şu anda, hidrofobik ilaç formülasyonları oluşturmak için ilaç şirketleri, bileşiğin insan hücrelerinin emmesi daha kolay olan nanokristallere öğütülmesini gerektiren bir süreç kullanıyor. Bu kristaller daha sonra yardımcı maddelerle karıştırılır. Genellikle hidrofobik ilaçlarla karıştırılan bir eksipiyan, selülozdan türetilen bir bileşik olan metilselülozdur. Metilselüloz suda kolayca çözünür, bu da ilaçların vücutta daha hızlı salınmasına yardımcı olur.

Bu yöntem yaygın olarak kullanılıyor, ancak MIT ekibine göre birçok verimsizliğe sahip. Chen, “Öğütme aşaması çok zaman alıcı ve enerji yoğundur ve aşındırıcı işlem, aktif bileşen özelliklerinde terapötik etkileri zayıflatabilecek değişikliklere neden olabilir” diyor.

O ve Doyle, bir emülsiyon oluşturarak hidrofobik ilaçları metilselüloz ile birleştirmenin daha etkili bir yolunu bulmaya başladılar. Emülsiyonlar, bir yağ ve sirke salatası sosu çalkalandığında oluşan karışım gibi, suda asılı kalan yağ damlacıklarının karışımlarıdır.

Bu damlacıkların çapı nanometre ölçeğinde olduğunda, bu tür karışımlara nanoemülsiyon denir. Nanoemülsiyonlarını oluşturmak için araştırmacılar, kolesterolü düşürmeye yardımcı olmak için kullanılan fenofibrat adı verilen hidrofobik bir ilaç aldı ve onu anizol adı verilen bir yağda çözdü. Daha sonra, nano ölçekli yağ damlacıkları oluşturmak için ultrasonikasyon (ses dalgaları) kullanarak bu yağ fazını suda çözünmüş metilselüloz ile birleştirdiler. Metilselüloz, amfifilik olduğu için su ve yağ damlacıklarının tekrar ayrılmasını önlemeye yardımcı olur, yani hem yağ damlacıklarına hem de suya bağlanabilir.

Emülsiyon oluşturulduktan sonra, araştırmacılar sıvıyı ısıtılmış bir su banyosuna damlatarak onu bir jele dönüştürebilirler. Her damla suya çarptığında milisaniyeler içinde katılaşır. Araştırmacılar, sıvıyı su banyosuna damlatmak için kullanılan ucun boyutunu değiştirerek parçacıkların boyutunu kontrol edebilirler.

Doyle, “Parçacık oluşumu neredeyse anında gerçekleşir, bu nedenle sıvı damlanızdaki her şey herhangi bir kayıp olmadan katı bir parçacığa dönüştürülür” diyor. “Kurutmadan sonra, metilselüloz matrisinde eşit olarak dağılmış fenofibrat nanokristallerimiz var.”

Daha küçük haplar, daha fazla ilaç

Nanokristal yüklü parçacıklar oluşturulduktan sonra, toz halinde ezilebilir ve daha sonra standart ilaç üretim teknikleri kullanılarak tabletler halinde sıkıştırılabilir. Alternatif olarak, araştırmacılar jellerini suya damlatmak yerine kalıplara dökerek, herhangi bir şekilde ilaç tabletleri oluşturmalarına izin verebilir.

Araştırmacılar, nanoemülsiyon tekniklerini kullanarak yaklaşık yüzde 60 ilaç yüklemesi elde edebildiler. Buna karşılık, şu anda mevcut olan fenofibrat formülasyonları, yaklaşık yüzde 25’lik bir ilaç konsantrasyonuna sahiptir. Araştırmacılar, tekniğin emülsiyondaki yağın suya oranını artırarak daha da yüksek konsantrasyonları yüklemek için kolayca uyarlanabileceğini söylüyor.

Chen, “Bu, yutması daha kolay olan daha etkili ve daha küçük ilaçlar yapmamızı sağlayabilir ve bu, ilaçları yutmakta zorluk çeken birçok insan için çok faydalı olabilir” diyor.

Bu yöntem, son yıllarda daha yaygın olarak kullanılan ve özellikle çocuklar ve yaşlılar için faydalı olan bir tür ilaç formülasyonu olan ince filmler yapmak için de kullanılabilir. Bir nanoemülsiyon yapıldıktan sonra, araştırmacılar onu, içinde ilaç nanokristalleri bulunan ince bir film halinde kurutabilirler.

Araştırmacılar, şu anda geliştirilmekte olan ilaçların yaklaşık yüzde 90’ının hidrofobik olduğu tahmin ediliyor, bu nedenle bu yaklaşımın potansiyel olarak bu ilaçlar için formülasyonların yanı sıra halihazırda kullanımda olan hidrofobik ilaçlar geliştirmek için kullanılabileceğini söylüyorlar. İbuprofen ve ketoprofen ve naproksen gibi diğer anti-inflamatuar ilaçlar dahil olmak üzere yaygın olarak kullanılan birçok ilaç hidrofobiktir.

“Sistemin esnekliği, farklı ilaçları yüklemek için farklı yağlar seçebilmemiz ve ardından sistemimizi kullanarak bunu bir nanoemülsiyon haline getirebilmemizdir. Emülsifikasyon süreci aynı olduğu için çok fazla deneme yanılma optimizasyonu yapmamıza gerek yok” diyor Chen.

Minnesota Üniversitesi’nde Eczacılık profesörü Calvin Sun, nanoemülsiyon tekniğini “zarif bir süreç” olarak tanımlıyor.

Araştırmaya dahil olmayan Sun, “Çok çeşitli ilaç yüklemelerini ve ayarlanabilir ilaç salım hızını barındırması açısından etkileyici bir şekilde esnek” diyor. “Ticari ölçekte uygulanırsa, zayıf çözünür ilaçların oral katı dozaj formlarının geliştirilmesinde geniş kapsamlı bir etkiye sahip olacaktır.”

Referans: “Nanokristalin Oral Dozaj Formlarını Formüle Etmek için Termojelleştirici Metilselüloz Nanoemülsiyonunun Tasarımı ve Kullanımı”, Liang-Hsun Chen ve Patrick S. Doyle, 7 Haziran 2021, Advanced Materials .
DOI: 10.1002/adma.202008618

Kaynak:  Scitechdaily