UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmaceutické technologie Termické vlastnosti nanovlákenných membrán II. Diplomová práce Vedoucí diplomové práce: RNDr. Marie Musilová, CSc. Hradec Králové 2012 Leona Kratochvílová 1

Prohlášení Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci vypracovala samostatně. Veškerá literatura a další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpala, jsou uvedeny v seznamu použité literatury a byly řádně citovány. Práce nebyla využita k získání jiného ani stejného titulu. V Hradci Králové dne: Podpis: 2

Poděkování Chtěla bych poděkovat zejména RNDr. Marii Musilové, CSc. za odborné vedení, trpělivost, rady a čas, který mi věnovala při řešení této práce.. 3

Abstrakt Vysoká škola: Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra: Název DP: Autor: Farmaceutická technologie Termické vlastnosti nanovlákenných membrán II. Leona Kratochvílová Nanovlákenné membrány mají ve srovnání s jinými materiály řadu zcela výjimečných vlastností. Toto je předurčuje pro využití v řadě důležitých aplikací, z nichž lze jmenovat například ochranné tkaniny, různé druhy filtrů, materiály pro oftalmologii, neurologii, materiály použitelné na krytí ran nebo materiály uplatňující se jako nosiče léčiv. Uvolňování léčivých látek z nanovlákenných membrán může probíhat jiným způsobem, než z klasických lékových forem, a tento systém může být využíván například pro řízené uvolňování léčiv. V této práci je prezentováno termické chování nanovlákenných membrán kyseliny polymléčné (PLA), polykaprolaktonu (PCL), polyuretanu (PUR), želatiny. Jako léčivé látky byly použity naproxen, naproxen sodná sůl a finálně pak nanovlákenné membrány polymléčné kyseliny a polyuretanu s naproxenem. 4

Abstract University: Department: Title of thesis: Author: Charles University in Prague, Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Pharmaceutical technology Thermal properties of nanofiber mambranes II. Leona Kratochvílová Nanofiber membranes compared with other materials have a number of exceptional properties. This is ideal for use in a number of important applications, including the following example, protective fabrics, various kinds of filters for ophthalmology, neurology, usable materials to cover wounds or applying materials as drug carriers. Release of drugs from the nanofiber membranes can take place other than the conventional dosage forms. This system can be used for example for controlled drug release. In this work the thermal behavior is presented nanofiber membranes of polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL), polyuretane (PUR), gelatin. As the active substances have been used naproxen sodium, naproxen and finally nanofiber membranes of polylactic acid and polyurethane with naproxen. 5

Obsah 1. ZADÁNÍ PRÁCE... 8 2. ÚVOD... 9 3. TEORETICKÁ ČÁST... 10 3.1 NANOVLÁKNA... 10 3.2 BIODEGRADABILNÍ NANOVLÁKNA... 11 3.2.1 Biodegradace... 11 3.2.2 Časy biodegradace homopolymerů a kopolymerů... 12 3.2.3 Kyselina polymléčná (PLA)... 12 3.2.4 Polykaprolakton (PCL)... 13 3.2.5 Polyuretan (PUR)... 14 3.2.6 Želatina... 15 3.3 VÝROBA NANOVLÁKEN... 17 3.3.1 Elektrospining... 17 3.3.2 Metody elektrospiningu... 18 3.3.2.1 Metoda rotujícího válcového kolektoru... 19 3.3.2.2 Metoda pomocné elektrody (elektrického pole)... 19 3.3.2.3 Metoda rotujícího kotoučového kolektoru s ostrou hranou... 20 3.3.2.4 Metoda rámového kolektoru... 21 3.3.2.5 Metoda bez trysek zvaná Nanospider TM... 22 4. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST... 23 4.1 POUŽITÉ PŘÍSTROJE... 23 4.2 SEZNAM SUROVIN... 25 4.3 PRACOVNÍ POSTUPY... 26 4.4 SEZNAM VZORKŮ A PODMÍNKY PŘI MĚŘENÍ NA DSC... 27 4.5 VÝSLEDKY EXPERIMENTU... 31 4.5.1 Záznamy naproxenu... 31 4.5.2 Záznamy sodné soli naproxenu... 37 4.5.3 Záznamy PLA polymeru... 38 4.5.4 Záznamy nanovlákenné membrány PLA a makroskopický vzhled... 40 4.5.5 Záznamy nanovlákenné membrány PCL a makroskopický vzhled... 46 4.5.6 Záznamy nanovlákenné membrány PUR a makroskopický vzhled... 50 4.5.7 Záznamy nanovlákenné membrány želatiny a makroskopický vzhled... 54 4.5.8 Záznamy membrán měřené do 300 C a makroskopický vzhled... 58 4.5.9 Záznamy navážek naproxenu pro tvorbu kalibrační křivky... 61 4.5.10 Záznamy krystalizace naproxenu z rozpouštědel... 68 6

4.5.11 Záznamy litých membrán a výpočty... 70 5. DISKUZE... 74 6. ZÁVĚR... 79 7. SEZNAM LITERATURY... 80 7

1. Zadání práce Tato práce se zabývá studiem vlastností nanovlákenných membrán. V teoretické části jsou uvedeny způsoby přípravy nanovlákenných membrán a vlastnosti polymerů použitých v experimentální části. Experimentální část spočívá v hodnocení zkoumaných materiálů pomocí diferenční kompenzační kalorimetrie. Práce by měla podat základní informace o termickém chování hodnocených polymerů, polymerních membrán a o možnostech stanovení léčivých látek v polymerních membránách obsahující léčivou látku. 8

2. Úvod Nanovlákna jsou v současné době využitelná v mnoha konečných výrobcích a přispívají tak ke zlepšení jejich vlastností. Jejich použití nalezneme v celé řadě oblastí. Přestože již mají využití v mnoha oblastech, odborníci stále pracují na dalších a dalších aplikacích těchto materiálů. Jejich zcela jedinečné vlastnosti jim zaručují velkou perspektivu do budoucnosti. 1 V této práci jsme se zabývali nanovlákennými membránami v oblasti farmacie a medicíny. Studovali jsme termické vlastnosti nanovlákenných membrán (PLA, PCL, PUR, želatina) a léčivých látek (naproxen, naproxen sodná sůl). Cílem této práce bylo stanovení naproxenu, popřípadě jeho soli, v některé ze studovaných nanovlákenných membrán a zjistit, zdali je stanovení naproxenu v těchto membránách vůbec možné. 9

3. Teoretická část 3.1 Nanovlákna Nanovlákna jsou struktury velice dlouhých a úzkých rozměrů. Jejich průměr se nachází v rozmezí 1 1000 nm. Taktéž z fyzikálního hlediska při převodu jednotek se předpona nano rovná 10-9 násobku základní jednotky. 1 Základní vlastnosti nanovláken: 1 velký specifický měrný povrch malá velikost pόrů možnost aditivovat nanovlákenný materiál vysoká porozita široké spektrum polymerů vhodných k výrobě vláken Oblasti využití: 1 kapaliny nanofiltrace vody, membránová separace, iontová výměna stavebnictví tepelná a zvuková izolace, střešní a fasádní solární panely životní prostředí vzduchové filtry, filtrace pitné vody a odsolování vody, filtry výfukových plynů, katalyzátory, čištění odpadních vod, filtry průmyslových exhalátorů zdravotnictví materiály podporující léčbu ran, ochranné oděvy, respirátory, tkáňové inženýrství, nosiče léčiv, šicí materiál 10

3.2 Biodegradabilní nanovlákna 3.2.1 Biodegradace Biodegradace je velmi důležitou a zkoumanou vlastností u biodegradabilních polymerů. Tuto schopnost rozkladu ovlivňuje působení mnoha faktorů. Mohou být buď pouze tepelné, nebo jimi může být i vliv prostředí (kyslík, vlhkost, enzymy a jiné). Biodegradace je proces odbourávání polymerů především za podmínek in vivo tj. za přítomnosti vlhkosti, mikroorganismů i enzymů jako katalyzátorů reakcí. Pokud jsme schopni tyto podmínky navodit uměle mimo organismus, může biodegradace probíhat i in vitro. 2 U biodegradace PLA dochází k hydrolytickému štěpení esterových vazeb za současného snižování molekulové hmotnosti. Nejprve vznikají laktidy a ty jsou dále hydrolyzovány na kyselinu mléčnou. Kyselina následně vstupuje do citrátového cyklu, kde je metabolickými pochody odbourávána na vodu a oxid uhličitý. Degradace PLA je homogenní, kdy penetrace vody do polymeru je rychlejší než difuze degradačních produktů z polymeru. Bobtnání a následná degradace je tedy kontinuální. 3 Obr. 1. Degradace Poly(L mléčné kyseliny) 4 11

Této schopnosti se využívá při tvorbě vstřebatelných šicích materiálů, nosičů léčiv a jejich řízeného uvolňování. Nejčastěji to jsou homopolymery a kopolymery PLA s PGL (kyselinou polyglykolovou) nebo PCL. Na základě rozdílné rychlosti degradace různých polymerů se uvolňuje inkorporované léčivo. Například cytostatika a hormony ať už jako antikoncepční přípravky nebo růstové hormony. 3 3.2.2 Časy biodegradace homopolymerů a kopolymerů Tento přehled naznačuje ovlivnění času biodegradace kombinací různých polymerů: Homopolymer PLA (D a L forma v poměru 50/50) 12-16 měsíců 5 Homopolymer PGA 2-3 měsíce 5 Kopolymer PLA a PGA (PLGA) 1-6 měsíců 5 Homopolymer PCL 1-2 roky 6 3.2.3 Kyselina polymléčná (PLA) Kyselina polymléčná je lineární polyester. Syntéza probíhá polymerací za otevření laktonového kruhu cyklického laktidu kyseliny mléčné. Laktid je nejčastěji získáván fermentačním kvašením glukózy, při kterém vznikají isomery kyseliny mléčné. 7 12

Obr. 2. Vznik laktidu a jeho následná polymerace 7 Jedna z metod, jak zjistit termické vlastnosti látek, se nazývá diferenciální skenovaní kalorimetrii (DSC) ze skupiny termických analýz, kdy na základě stanovení hodnot tepel fázových přechodů lze posoudit chemické a energetické změny ve vzorku. Teplota tání (Tp) PLA je 175 C, přičemž záleží na poměru L a D isomerů v polymeru. Takto můžeme teploty tání modifikovat na nižší i vyšší než je 175 C. Teplota skelného přechodu (Tg) je 55 C. Teplota degradace se obecně těžce stanovuje. Závisí na mnoha faktorech, které tuto teplotu ovlivňují. Čas, teplota, molekulová hmotnost. Většina teplot uváděné v literatuře se pohybují nad 200 C a výše. 8 Dokonce 300 C i 360 C. 9 3.2.4 Polykaprolakton (PCL) Polykaprolakton je lineární biodegradabilní termoplastický polyester. Ve většině vlastností podobný PLA. Syntéza PCL probíhá polymerací za otevření kruhu kaprolaktonu. Přičemž kaprolakton získáme oxidací cyklohexanonu kyselinou peroxooctovou. 10 13

Obr. 3. Syntéza polykaprolaktonu 10 Jeho semikrystalická forma se vyznačuje nízkou teplotou tání v rozmezí 58 60 C a hodnotou skelného přechodu - 60 C. Teplota rozkladu je kolem 350 C. 11 Opět nelze tyto hodnoty s přesností stanovit, neboť je velmi ovlivnitelná dalšími faktory, jako je stupeň krystalinity, molekulová hmotnost a další. 12 Pro své biodegradabilní, netoxické a biokompatibilní účinky je používán jako obalový materiál. 10 Ve zdravotnictví jako nosič léčiv, vstřebatelný šicí materiál, a v kombinaci s PLA pro řízené uvolňování léčivých látek. Kvůli své velmi dlouhé době biodegradace se používá jen pro nosiče, kde je potřeba velice pomalého uvolňování léčiva. 3 3.2.5 Polyuretan (PUR) Syntéza polyuretanu probíhá polyadicí, kde výchozími látkami reakce jsou diizokyanáty a dioly. Dioly jsou obvykle nízkomolekulární látky. Diisokyanáty i dioly mohou být aromatické cyklické tak lineární sloučeniny. 13 n O=C=N-(CH 2 ) 6 -N=C=O + n HO-(CH 2 ) 4 -OH -[CO-NH-(CH 2 ) 6 -NH-CO-O-(CH 2 ) 4 -O]- n Obr. 4. Syntéza polyuretanu z diizokyanátů a diolů 14 14

Termické vlastnosti jsou velice individuální a záleží na jednotlivých typech diizokyanátů a diolů, z kterých je polyuretan složen. Touto problematikou se zabýval i Liaw 15, který studoval různé typy polyuretanů a jim odpovídající různé hodnoty skelného přechodu a degradace. Polyuretany se používají jako pružná vlákna pro výrobu sportovního oblečení a také jako polyuretanové pěny k tepelné izolaci ve stavebnictví. 13 3.2.6 Želatina Želatina je teplem denaturovaný, částečně hydrolyzovaný kolagen z kůží, kostí a vaziv zvířat. 16 Při zahřívání kolagenu se výrazně mění struktura na základě jiných fyzikálně chemických podmínek. Přeměna kolagenu na želatinu se uskutečňuje kolem teploty 60 C, kdy se krystalická forma mění na amorfní modifikaci. Současně se snižuje vazebná energie slabých vodíkových vazeb mezi jednotlivými řetězci kolagenu a zvyšuje se entropie (neuspořádanost systému). Po dosažení teploty 60 C se uspořádaná struktura kolagenu zbortí a vzniká želatina. 17 K denaturaci kolagenu může docházet také chemicky a to procesem kyselé nebo bazické hydrolýzy. 18 Obr. 5. Přeměna kolagenu na želatinu 17 Želatina je bílkovina, kde základními stavebními jednotkami jsou aminokyseliny. Ty jsou vzájemně pospojovány přes peptidovou vazbu, což je znázorněno na následujícím obrázku. 15

Obr. 6. Vznik peptidové vazby 19 Přehled konkrétních aminokyselin, které želatina obsahuje, je uveden v tabulce č. 1. Tabulka č. 1: Aminokyseliny obsažené v želatině 20 Aminokyseliny Glycin Prolin Hydroxyprolin Kyselina glutamová Alanin Arginin Kyselina asparagová Lysin Serin Leucin Valin Fenylalanin Threonin Isoleucin Histidin Hydroxylisin Methionin Tyrosin g aminokyseliny ve 100 g želatiny 22,3 13,6 11,4 9,6 9,1 7,7 5,7 3,5 3,5 2,8 2,4 2,2 1,9 1,2 0,9 0,9 0,8 0,5 16

Velice využívanou vlastností želatiny je její schopnost gelace. To je schopnost přecházet z roztoku na gel. Biodegradabilní polymery tvoří reverzibilní gely, které mohou přecházet zpět z gelu na roztok. Tato schopnost je podmíněna teplotou. Přechod z gelu na roztok probíhá při teplotě tání, která se nachází v rozmezí 28 30 C. Přeměna z roztoku na gel probíhá postupně při ochlazování roztoku. Teplota tuhnutí je nižší než 25 C. 20 Oborů využití vlastností želatiny je mnoho: 21 potravinářský průmysl želatinové dezerty, želatinové bonbony, tepelné ošetření kysaných mléčných produktů, stabilizátor krémů a šlehaček, výroba aspiků, vazba vody v čerstvém mase, farmacie a zdravotnictví želatinové kapsle, náhrady krevní plasmy, želatinové potahování tablet s vitamíny, stabilizátor emulzí, nosič léčiv, kosmetika technické využití mikroenkapsulace, výroba papíru, želatinové filmy například k uzavírání lahví, fotografický průmysl 3.3 Výroba nanovláken 3.3.1 Elektrospining Zařízení pro elektrospining se skládá ze tří základních komponentů, které umožňují daný proces: dodavatel vysokého napětí, kapilára s pipetou nebo jehlou malého průměru, kolektor, který shromažďuje vlákna a který je uzemněn. Vysoké elektrické napětí je v tomto procesu použito k vytvoření elektricky nabité trysky roztoku polymeru nebo taveniny, které jsou vytlačovány z pipety. K tvorbě elektrického napětí slouží dvě elektrody. Jedna umístěná v roztoku polymeru nebo taveniny a druhá je připojena ke kolektoru. Elektrickému poli je vystaven konec kapiláry obsahující roztok polymeru. Na konci kapiláry se tekutina udržuje díky svému povrchovému napětí. Působením elektrického pole však vzniká na tekutině elektrický náboj. Elektricky nabité částice se však 17

pohybují opačným směrem než vlastní povrchové napětí kapaliny. Se vzrůstající intenzitou elektrického pole se prodlužuje polokulovitý povrch kapaliny na špičce kapiláry do konického tvaru. Vzniká Taylerův kužel. Dalším zvyšováním intenzity elektrického pole je překročena kritická hodnota, kdy odpudivé elektrostatické síly překonají povrchové napětí kapaliny. V tento okamžik je tekutina vypuzena ze špičky Taylerova kužele v podobě velice tenkého pramínku. Specifické podmínky pak umožní, aby se z pramínku stalo velice dlouhé a tenké vlákno. Ještě než vlákno dopadne na kolektor, dochází k odpaření rozpouštědla. Nabité polymerní vlákno pak dopadá na uzemněný kolektor. V případě taveniny dochází k tuhnutí a na kolektor dopadá nenabité vlákno. 22 Obr 7. Schéma elektrospiningu 23 3.3.2 Metody elektrospiningu Následující techniky se od sebe odlišují převážně typem kolektoru. Cílem je dosažení uspořádání vláken z chaoticky a nekontrolovatelně se pohybující polymerní trysky. 18

3.3.2.1 Metoda rotujícího válcového kolektoru Lineárně rotující válec slouží jako navíjecí zařízení pro vlákna. Na kolektor je ukládána právě odpařená tryska. Tato hotová vlákna jsou následně navíjeny na povrch válce s výsledkem značného uspořádání. U této metody je velice důležité dobře zvolená rychlost, aby nedošlo k přetrhání polymerních vláken. 22 Obr. 8. Rotující kolektor 22 3.3.2.2 Metoda pomocné elektrody (elektrického pole) Tato metoda je založená na tvorbě pomocného elektrického pole, které umožní značné uspořádání vláken. Nachází se zde teflonová trubice, která rotuje nad elektrodou. Elektroda má podobu mřížky a je tvořená pospojovanými hliníkovými proužky. 22 Obr. 9. Uspořádání vláken pomocí elektrického pole 22 19

Obr. 10. Srovnání uspořádání polymerních vláken (a) bez pomoci elektrického pole (b) s pomocí elektrického pole 22 3.3.2.3 Metoda rotujícího kotoučového kolektoru s ostrou hranou Metoda rotujícího kotouče je založena na vysoké intenzitě elektrického pole v ostré hraně kotouče. Hrana tak přitahuje nabitá polymerní vlákna a ta se navíjí na hraně cívky rotujícího kotouče. Když se vlákna dostanou k hraně, dochází k vzájemnému odpuzování na základě jejich zbytkových nábojů. Tento odpor je výsledkem oddělení jednotlivých vláken ukládaných na kotouči. Rozdíly ve vzdálenostech oddělených vláken jsou způsobeny různými odpudivými silami, které závisí na průměru vlákna a zbytkových nábojích. 22 20

Obr. 11. Kotoučový kolektor 22 3.3.2.4 Metoda rámového kolektoru Metoda spočívá v uspořádávání vláken pomocí obdélníkové struktury rámu, která je umístěna pod tryskou. Tento rám může být statický nebo může i rotovat. Uspořádání závisí na druhu materiálu, z kterého je rám vyroben. Hliníkový rám podporuje lepší uspořádání než rám dřevěný. 22 Obr. 12. Rámový kolektor (a) uspořádání vláken z rámového kolektoru (b) 22 21

3.3.2.5 Metoda bez trysek zvaná Nanospider TM Tato metoda elektrospiningu se od ostatních liší tím, že postrádá kapiláru s tryskou. Pro výrobu nanovláken se využívá rotujícího válce (elektrody), který je částečně ponořen do roztoku nebo taveniny polymeru. Při otáčení vzniká na hladké elektrodě tenká vrstva roztoku. Za přítomnosti el. pole se na povrchu elektrody vytvoří velké množství Taylerových kuželů. Zvyšování intenzity el. pole vyústí v tvorbu trysek a zvlákňování. 23, 24 K tvorbě vláken se dá využít více typů elektrod. Z hladké elektrody je tvorba vláken přirozenější. Místo vzniku vláken na elektrodě je z nejoptimálnějších pozic. V případě použití více-jehličkové elektrody nebo u ostatních metod elektrostatického zvlákňování je polymerní roztok dělen uměle a tryska má jasně dané místo svého vzniku. 24 Obr. 13. Rotující elektroda v roztoku polymeru 25 22

4. Experimentální část 4.1 Použité přístroje 1. DSC 200 F3 Maia diferenciální skenovací kalorimetr Výrobce: NETZCH Gerätebau GmbH, Wittelsbacherstraβe 42, Selb, Německo Teplotní rozsah: -170 C - +600 C Rychlost ohřevu i chlazení: 0,001 K/min 100 K/min Kalorimetrický rozsah: ±600 mw Chlazení: Intracooler 70 (kompresorové chlazení), Netzch, Německo Zahřívání: Cirkulační topné těleso kolem senzoru Průtokový plyn N₂ 2. Kelímky hliníkové Objem: 25/40 µl Maximální teplota: 600 C vysokotlaké kelímky (dále je používán pracovní název šroubovací kelímky) Cr-Ni ocel, dno: šestiúhelník, šířka 6mm, pozlacený povrch Maximální vnitřní tlak: 100 bar Maximální teplota: 500 C Objem: 27 µl 3. Ruční lis pro víčkování kelímků NETZSCH 23

4. Zařízení pro uzavírání vysokotlakých kelímků 5. Váhy digitální analytické váhy CAHN 26, Cahn instruments, USA OHAUS Discovery, Ohaus Corporation, Pine Brook, USA 6. Digitální fotoaparát Olympus C765 ULTRAZOOM 7. Magnetická míchačka Heidolph MR 1000 24

4.2 Seznam surovin Naproxen - Sigma Aldrich Chemie Naproxen sodná sůl - Sigma Aldrich Chemie Polymléčná kyselina (PLA) - Elmarco nano for life Polykaprolakton (PCL) - Elmarco nano for life Polyuretan (PUR) - Elmarco nano for life Nanovlákenné membrány polymléčná kyselina (PLA) - výrobní kόd DRM_PLA_240810_4 polykaprolakton (PCL) - výrobní kόd DRM_PCL_180710_4 polyuretan (PUR) - výrobní kόd DRM_PUR_180710_2 želatina - výrobní kόd DRM_ŽELATINA_180710_3 Výrobce: Elmarco nano for life Rozpouštědla chloroform aceton dimethylformamid (DMF) Dodavatel: Sigma Aldrich Chemie 25

4.3 Pracovní postupy Pro měření na DSC jsme vzorky navažovali na analytických vahách do hliníkových nebo šroubovacích kelímků. Hliníkové kelímky jsme uzavřeli víčkem bez otvoru nebo podle potřeby s otvorem. Šroubovací kelímky byly používány bez podložky. Membrány byly před navážením stočeny do malých kuliček, které jsme vpravili do kelímku. Při měření na DSC jsme postupovali tak, že jsme kelímek umístili pomocí pinzety do zařízení pro uzavírání kelímků a uzavřeli ho. Zaznamenali navážku a následně pinzetou vložili do přístroje. V programu firmy Netzch jsme zadali požadované parametry ohřevu, chlazení a izotermy. Teploty píků (Tp) a teplo tání/tuhnutí ( H) jsme vyhodnocovali z grafů pomocí programu Netzsch Proteus Thermal Analysis. Pro prezentaci makroskopického vzhledu vzorků po měření DSC jsme použili fotoaparát. Pro přípravu naproxenu vykrystalizovaného z rozpouštědla jsme do dvou malých Petriho misek navážili zhruba po 2 mg naproxenu a nechali rozpustit v rozpouštědlech. Jedna navážka se rozpustila ve směsi chloroformu a acetonu 3:1 a druhá v dimethylformamidu. Rozpouštědla jsme nechali odpařit v digestoři a vykrystalovaný naproxen seškrábali špachtličkou. Následně navážili do hliníkových kelímků, zaznamenali navážku a změřili na DSC. Lité membrány (PLA s naproxenem a PUR s naproxenem) jsme připravovali tak, že jsme v malé kádince rozpustili přesnou navážku polymeru za stálého míchání na magnetické míchačce. Když se vytvořila viskozní tekutina, přidali jsme přesnou navážku naproxenu a nechali rozpustit. Poté směs naproxenu, polymeru a rozpouštědla nalili na hliníkovou fόlii a rozpouštědlo nechali odpařit (zhruba 12 hodin na vzduchu, 5 hodin v exsikátoru nad vysoušedlem.) Poté jsme litou membránu s léčivem vpravili do šroubovacího kelímku a změřili na DSC. 26

4.4 Seznam vzorků a podmínky při měření na DSC 1. Naproxen - hliníkový kelímek Teplota C Rychlost ohřevu C/min 27 180 5 10 5 180 5 50 10 50 5 min 180 10-50 10-50 5 min 180 20 25 10 2. Naproxen - šroubovací kelímek Teplota C Rychlost ohřevu C/min 22 200 5 20 5 20 5 min 200 5 25 5 3. Naproxen sodná sůl Teplota C Rychlost ohřevu C/min 26 270 10 20 10 270 10-50 10 27

280 20 25 10 4. Naproxen po odpaření dimethylformamidu (DMF) 5. Naproxen po odpaření směsi chloroformu a acetonu 3:1 6. Naproxen (0,27 mg) 7. Naproxen (0,49 mg) 8. Naproxen (1,19 mg) 9. Naproxen (1,60 mg) 10. Naproxen (2,17 mg) 11. Naproxen (2,52 mg) Teplota C Rychlost ohřevu C/min 18 200 5 25 10 12. Nanovlákenná membrána PCL 13. Nanovlákenná membrána PLA 14. Nanovlákenná membrána PUR 15. Nanovlákenná membrána ŽELATINA Teplota C Rychlost ohřevu C/min 23-50 10-50 5 min 200 5-50 5-50 5 min 200 20 25 10 28

16. Nanovlákenná membrána PCL do 300 C Teplota C Rychlost ohřevu C/min 24 300 5 25 5 17. Nanovlákenná membrána PLA do 300 C Teplota Rychlost C ohřevu C/min 300 5 18. Nanovlákenná membrána ŽELATINA do 300 C Teplota C Rychlost ohřevu C/min 24 300 5 25 10 19. PLA polymer Teplota C Rychlost ohřevu C/min 23-50 10-50 5 min 200 5-50 5-50 5 min 200 5 25 10 29

20. Litá nanovlákenná membrána PLA (polymléčné kyseliny) a naproxenu 1. měření 21. Litá nanovlákenná membrána PLA (polymléčné kyseliny) a naproxenu 2. Měření 22. Litá nanovlákenná membrána PUR (polyuretanu) a naproxenu Podmínky při měření na DSC pro vzorky 20, 21, 22 jsou uvedeny přímo u grafů č. 23, 24, 25. Vysvětlivky: izoterma ohřev chlazení 30

4.5 Výsledky experimentu 4.5.1 Záznamy naproxenu Graf č. 1: Naproxen DSC záznam hliníkový kelímek (navážka 3,975 mg) a) první ohřev a chlazení [1.02] 5 157.5 C, 4.68 mw/mg 0 [1.02] [1.03] -5-10 -15 123.8 C, -14.95 mw/mg 60 80 100 120 140 160 Temperature / C b) druhý ohřev a chlazení 5 157.0 C, 4.203 mw/mg 0 [1.04] [1.05] -5-10 116.3 C, -14.78 mw/mg -15 60 80 100 120 140 160 Temperature / C 31

c) třetí ohřev a chlazení 157.6 C, 6.062 mw/mg 5 0 [1.07] [1.08] -5-10 114.6 C, -13.32 mw/mg 60 80 100 120 140 160 Temperature / C d) čtvrtý ohřev a chlazení 158.7 C, 8.476 mw/mg 5 [1.10] 0 [1.11] -5-10 113.1 C, -13.21 mw/mg 60 80 100 120 140 160 180 Temperature / C 32

Tabulka č. 2: Souhrnná tabulka teplotních charakteristik naproxenu v hliníkovém kelímku A) ohřev Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) 1. 157,5 135,4 144,8-162,3 2. 157,0 134,6 143,8-161,4 3. 157,6 134,8 142,0-165,6 4. 158,7 134,3 142,7-171,0 B) chlazení Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) 1. 123,8-119,7 124,9-118,4 2. 116,3-113,0 118,0-108,0 3. 114,6-112,0 116,8-105,8 4. 113,1-110,5 115,0-105,0 33

Graf č. 2: Naproxen DSC záznam šroubovací kelímek (navážka 2,23 mg) a) první ohřev a chlazení 6 158.2 C, 6.092 mw/mg 4 2 0-2 -4-6 -8 120.1 C, -8.141 mw/mg 80 100 120 140 160 180 Temperature / C b) druhý ohřev a chlazení 6 154.7 C, 5.384 mw/mg 4 2 0-2 -4-6 -8 99.9 C, -7.518 mw/mg 80 100 120 140 160 180 Temperature / C 34

Tabulka č. 3: Souhrnná tabulka teplotních charakteristik naproxenu ve šroubovacím kelímku A) ohřevy Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) 1. 158,2 124,3 144,7 176,2 2. 154,7 97,66 141,4 169,9 B) chlazení Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) 1. 120,1-99,31 121,5 102,5 2. 99,9-86,68 102,1 82,5 35

Tabulka č. 4: Teplotní charakteristiky naproxenu při měření v různých kelímcích A) první ohřev Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) Hliníkový kelímek Šroubovací kelímek 157,5 135,4 144,8-162,3 158,2 124,3 144,7 176,2 B) druhý ohřev Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) Hliníkový kelímek Šroubovací kelímek 157,0 134,6 143,8-161,4 154,7 97,66 141,4 169,9 C) první chlazení Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) Hliníkový kelímek Šroubovací kelímek 123,8-119,7 124,9-118,4 120,1-99,31 121,5 102,5 D) druhé chlazení Tp ( C) H (J/g) Rozsah teplotního efektu ( C) Hliníkový kelímek Šroubovací kelímek 116,3-113,0 118,0-108,0 99,9-86,68 102,1 82,5 36

4.5.2 Záznamy sodné soli naproxenu Graf č. 3: Naproxen sodná sůl DSC záznam hliníkový kelímek (navážka 5,191 mg) a) ohřevy [1.4] 5 259.3 C, 4.892 mw/mg 4 259.5 C, 4.455 mw/mg 3 259.1 C, 3.366 mw/mg 2 1 0 1. 2. 3. 50 100 150 200 250 Temperature / C b) chlazení [1.3] 0 3. 2. 1. -2 230.4 C, -4.912 mw/mg -4-6 232.7 C, -8.012 mw/mg -8 234.6 C, -8.838 mw/mg 0 50 100 150 200 250 Temperature / C 37

4.5.3 Záznamy PLA polymeru Graf č. 4: Polymer PLA šroubovací kelímek (navážka 19,71 mg) a) záznam DSC Temp. / C 200 0.5 150 0.0 100-0.5 50-1.0 0-1.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time /min -50 b) první ohřev 0.8 0.7 172.5 C, 0.7089 mw/mg 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1-50 0 50 100 150 Temperature / C 38

c) druhý ohřev 0.7 0.6 169.9 C, 0.6007 mw/mg 0.5 0.4 0.3 Onset: 59.6 C Mid: 62.3 C Inflection: 63.6 C End: 65.0 C Delta Cp*: 0.429 J/(g*K) 140.6 C, 0.531 mw/mg 0.2 0.1-50 0 50 100 150 Temperature / C d) první a druhé chlazení [1.5] -0.5 první chlazení -1.0 druhé chlazení -1.5-2.0 0 50 100 150 200 Temperature / C 39

4.5.4 Záznamy nanovlákenné membrány PLA a makroskopický vzhled Graf č. 5: Nanovlákenná membrána PLA šroubovací kelímek (navážka 24,48 mg) a) záznam DSC 0.6 Temp. / C 200 0.4 150 0.2 0.0 100-0.2-0.4 50-0.6 0-0.8-1.0-50 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Time /min b) první ohřev 0.7 171.0 C, 0.6811 mw/mg 0.6 0.5 66.0 C, 0.4534 mw/mg 0.4 0.3 0.2 152.3 C, 0.3757 mw/mg 0.1 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C 40

c) druhý ohřev 0.7 0.6 0.5 Onset: 55.0 C Mid: 58.8 C Inflection: 60.5 C End: 62.3 C Delta Cp*: 0.363 J/(g*K) 169.2 C, 0.6861 mw/mg 0.4 0.3 0.2 0.1 93.0 C, 0.2352 mw/mg 149.6 C, 0.3557 mw/mg 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C d) první a druhé chlazení 0.4 [1.8] 0.2 0.0-0.2 první chlazení -0.4-0.6 druhé chlazení -0.8-1.0 0 50 100 150 200 Temperature / C 41

Graf č. 6: Srovnání PLA polymerní látky a PLA nanovlákenné membrány a) první ohřevy [2.4] 0.7 172.5 C, 0.7089 mw/mg 0.6 0.5 PLA polymer 0.4 171.0 C, 0.6811 mw/mg 0.3 0.2 PLA nanovlákenná membrána 0.1 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C b) druhé ohřevy [2.7] 0.9 169.9 C, 0.6007 mw/mg 0.8 0.7 PLA polymer 0.6 169.2 C, 0.6861 mw/mg 0.5 0.4 PLA nanovlákenná membrána 0.3 0.2-50 0 50 100 150 Temperature / C 42

Obr. 14. Polymer PLA Obr. 15. Polymer PLA po tepelném procesu do 200 C 43

Obr. 16. Nanovlákenná membrána PLA Obr. 17. Nanovlákenná membrána PLA vpravená do šroubovacího kelímku 44

Obr. 18. Nanovlákenná membrána PLA vyjmutá z kelímku po tepelném procesu do 200 C 45

4.5.5 Záznamy nanovlákenné membrány PCL a makroskopický vzhled Graf č. 7: Nanovlákenná membrána PCL šroubovací kelímek (navážka 37,56 mg) a) záznam DSC Temp. / C 200 0.5 150 0.0 100-0.5 50-1.0 0-1.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time /min -50 b) první ohřev 65.5 C, 0.8171 mw/mg 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C 46

c) druhý ohřev 61.4 C, 0.8222 mw/mg 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C d) první a druhé chlazení 0.4 [1.8] 0.2 0.0 první chlazení -0.2-0.4-0.6 35.0 C, -0.9378 mw/mg druhé chlazení -0.8-1.0-1.2 30.4 C, -1.384 mw/mg -1.4 0 50 100 150 200 Temperature / C 47

Obr. 19. Polymer PCL Obr. 20. Nanovlákenná membrána PCL 48

Obr. 21. Nanovlákenná membrána PCL vpravená do šroubovacího kelímku Obr. 22. Nanovlákenná membrána PCL v uzavřeném kelímku po tepelném procesu do 200 C 49

4.5.6 Záznamy nanovlákenné membrány PUR a makroskopický vzhled Graf č. 8: Nanovlákenná membrána PUR šroubovací kelímek (navážka 18,20 mg) a) záznam DSC 0.10 Temp. / C 200 0.05 150 0.00-0.05 100-0.10 50-0.15 0-0.20-0.25 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time /min -50 b) první ohřev 0.15 0.10 0.05 68.0 C, 0.1084 mw/mg 164.5 C, 0.1033 mw/mg 0.00-50 0 50 100 150 Temperature / C 50

c) druhý ohřev 0.15 0.10 167.9 C, 0.06229 mw/mg 0.05 0.00-50 0 50 100 150 Temperature / C d) první a druhé chlazení [1.5] 0.05 0.00-0.05 první chlazení -0.10-0.15-0.20 druhé chlazení -0.25-0.30 0 50 100 150 200 Temperature / C 51

Obr. 23. Polymer PUR Obr. 24. Nanovlákenná membrána PUR 52

Obr. 25. Nanovlákenná membrána PUR vpravená do šroubovacího kelímku Obr. 26. Nanovlákenná membrána PUR po vyjmutí z kelímku po tepelném procesu do 200 C 53

4.5.7 Záznamy nanovlákenné membrány želatiny a makroskopický vzhled Graf č. 9: Nanovlákenná membrána želatiny šroubovací kelímek (navážka 17,92 mg) a) záznam DSC 0.6 Temp. / C 200 0.4 150 0.2 0.0-0.2 100 50-0.4 0-0.6-0.8 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Time /min -50 b) první ohřev 0.6 0.5 96.4 C, 0.6592 mw/mg 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C 54

c) druhý ohřev 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-50 0 50 100 150 Temperature / C d) první a druhé chlazení 0.2 0.0-0.2 první chlazení -0.4 druhé chlazení -0.6 0 50 100 150 200 Temperature / C 55

Obr. 27. Nanovlákenná membrána želatiny Obr. 28. Nanovlákenná membrána želatiny vpravená do šroubovacího kelímku 56

Obr. 29. Nanovlákenná membrána želatiny po vyjmutí z kelímku po tepelném procesu do 200 C 57

4.5.8 Záznamy membrán měřené do 300 C a makroskopický vzhled Graf č. 10: Nanovlákenná membrána PLA šroubovací kelímek (navážka 28,11 mg) 0.30 0.25 172.9 C, 0.2901 mw/mg 0.20 69.2 C, 0.1379 mw/mg 0.15 0.10 0.05 0.00 88.0 C, 0.07054 mw/mg 154.6 C, 0.09565 mw/mg 50 100 150 200 250 Temperature / C Obr. 30. Nanovlákenná membrána PLA po tepelném procesu do 300 C 58

Graf č. 11: Nanovlákenná membrána PCL šroubovací kelímek (navážka 27,32 mg) 0.8 0.6 0.4 65.0 C, 0.566 mw/mg 0.2 0.0-0.2-0.4 50 100 150 200 250 300 Temperature / C Obr. 31: Nanovlákenná membrána PCL po tepelném procesu do 300 C 59

Graf č. 12: Nanovlákenná membrána želatiny šroubovací kelímek (navážka 19,08mg) 0.6 0.5 100.2 C, 0.5183 mw/mg 0.4 0.3 226.6 C, 0.2684 mw/mg 0.2 0.1 0.0 280.5 C, 0.164 mw/mg -0.1 50 100 150 200 250 300 Temperature / C Obr. 32. Nanovlákenná membrána želatiny po tepelném procesu do 300 C 60

4.5.9 Záznamy navážek naproxenu pro tvorbu kalibrační křivky Graf č. 13: DSC záznam naproxenu šroubovací kelímek (navážka 0,27 mg) 4 2 156.6 C, 0.2232 mw/mg 0-2 -4-6 -8 80 100 120 140 160 180 200 Temperature / C Tabulka č. 5: Teplotní charakteristiky naproxenu při různém stanovení teplotního rozsahu Rozsah teplotního efektu ( C) H (J/g) H (mj) 1. 145,3 170,9 93,84 25,3 2. 144,5 170,5 94,92 25,6 3. 145,9 170,2 91,14 24,6 93,3 25,2 61

Graf č. 14: DSC záznam naproxenu šroubovací kelímek (navážka 0,49 mg) 12 10 156.9 C, 9.163 mw/mg 8 6 4 2 0 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Temperature / C Tabulka č. 6: Teplotní charakteristiky naproxenu při různém stanovení teplotního rozsahu Rozsah teplotního efektu ( C) H (J/g) H (mj) 1. 151,2 168,3 121,4 59,5 2. 151,9 166,1 115,3 56,5 3. 150,8 169,6 118,9 58,2 118,5 58,1 62

Graf č. 15: DSC záznam naproxenu šroubovací kelímek (navážka 1,19 mg) 6 5 157.4 C, 6.398 mw/mg 4 3 2 1 0 110 120 130 140 150 160 170 180 190 Temperature / C Tabulka č. 7: Teplotní charakteristiky naproxenu při různém stanovení teplotního rozsahu Rozsah teplotního efektu ( C) H (J/g) H (mj) 1. 141,8 174,5 211,9 251,4 2. 140,6-175,4 207,4 246,8 3. 140,0 174,1 210,1 250,0 209,8 249,4 63

Graf č. 16: DSC záznam naproxenu šroubovací kelímek (navážka 1,60 mg) 3.0 2.5 156.7 C, 2.95 mw/mg 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0 100 120 140 160 180 Temperature / C Tabulka č. 8: Teplotní charakteristiky naproxenu při různém stanovení teplotního rozsahu Rozsah teplotního efektu ( C) H (J/g) H (mj) 1. 145,2 168,3 123,9 198,2 2. 144,0 169,0 125,7 201,2 3. 142,8 168,6 126,0 201,6 125,2 200,3 64

Graf č. 17: DSC záznam naproxenu šroubovací kelímek (navážka 2,17 mg) 2.5 2.0 157.2 C, 2.555 mw/mg 1.5 1.0 0.5 0.0-0.5 80 100 120 140 160 180 200 Temperature / C Tabulka č. 9: Teplotní charakteristiky naproxenu při různém stanovení teplotního rozsahu Rozsah teplotního efektu ( C) H (J/g) H (mj) 1. 139,9 177,0 132,1 286,6 2. 139,5 177,6 133,0 288,6 3. 139,0 178,5 133,2 289,1 132,8 288,1 65

Graf č. 18: DSC záznam naproxenu šroubovací kelímek (navážka 2,52 mg) 4.5 4.0 157.2 C, 4.39 mw/mg 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 100 120 140 160 180 200 Temperature / C Tabulka č. 10: Teplotní charakteristiky naproxenu při různém stanovení teplotního rozsahu Rozsah teplotního efektu ( C) H (J/g) H (mj) 1. 141,5 171,9 125,8 317,1 2. 140,6 172,9 128,2 323,0 3. 140,2 173,3 127,1 320,3 127,0 320,1 66

Tabulka č. 11: Průměrné hodnoty H naproxenu při různých navážkách navážka naproxenu (mg) H (mj) 1. 0,27 25,2 2. 0,49 58,1 3. 1,19 249,4 4. 1,60 200,3 5. 2,17 288,1 6. 2,52 320,1 Kalibrační křivka naproxenu m/mg 3 2,5 2 y = 0,0069x + 0,0574 R² = 0,8873 1,5 1 0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 ΔH/mJ Rovnice po eliminaci bodu (249,4; 1,19): y = 0,0075x + 0,0694, R² = 0,9982 67

4.5.10 Záznamy krystalizace naproxenu z rozpouštědel Graf č. 19: DSC záznam naproxenu po krystalizaci ze směsi chloroformu a acetonu 3:1 (navážka 1,119 mg) 4 156.3 C, 5.127 mw/mg 2 0-2 -4 102.4 C, -5.8 mw/mg -6 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperature / C Graf č. 20: Srovnání naproxenu a naproxenu po krystalizaci z rozpouštědla 5 0 156.3 C, 5.127 mw/mg 157.5 C, 4.68 mw/mg 128.7 J/g 133.8 J/g -5-10 102.4 C, -5.8 mw/mg 123.8 C, -14.95 mw/mg -15 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperature / C červená naproxen černá naproxen po krystalizaci ze směsi chloroformu a acetonu 3:1 68

Graf č. 21: DSC záznam naproxenu po krystalizaci z dimethylformamidu (navážka 1,393 mg) 6 4 155.9 C, 5.7 mw/mg 2 0-2 -4-6 -8-10 99.5 C, -10.36 mw/mg 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperature / C Graf č. 22: Srovnání naproxenu a naproxenu po krystalizaci z rozpouštědla 5 155.9 C, 5.7 mw/mg 129.1 J/g 157.5 C, 4.68 mw/mg 134.1 J/g 0-5 -10 99.5 C, -10.36 mw/mg 123.8 C, -14.95 mw/mg -15 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperature / C červená naproxen černá naproxen po krystalizaci z dimethylformamidu 69

4.5.11 Záznamy litých membrán a výpočty Graf č. 23: Litá nanovlákenná membrána PLA a naproxenu 1. měření (navážkaa 22,61 mg), izoterma 24 C, zahřívání do 200 C rychlostí 5 C/min, chlazení do 25 C rychlostí 10 C/min Graf č. 24: Litá nanovlákenná membrána PLA a naproxenu 2. měření (navážkaa 22,61 mg), izoterma 40 C, zahřívání do 138 C rychlostí 5 C/min, izoterma 138 C, zahřívání do 182 C rychlostí 0,3 C/min, chlazení do 25 C rychlostí 20 C/min 0.04 0.02 0.00 26.62 J/g -0.02-0.04-0.06-0.08-0.10 140 145 150 155 160 165 170 Temperature / C 175 180 70

Tabulka č. 12: Souhrn hodnot H a Tp H (J/g) T p ( C) PLA polymer 35,17 172,5 PLA a naproxen litá membrána 21,60 163,9 naproxen 118,60 158,2 Údaje k výpočtům: Navážky na přípravu lité membrány PLA: 79,57 mg (90,8645 %) naproxen: 8,00 mg (9,1355 %) Navážka lité membrány pro DSC měření je 22,61 mg z toho PLA 20,544 mg z toho naproxen 2,065 mg Výpočet č. 1: Teoretické teplo potřebné k roztátí PLA polymeru v lité membráně 1000 mg 35,17 J 20,544 mg X J X = 0,7225 J Výpočet č. 2: Teoretické teplo potřebné k roztátí naproxenu v lité membráně 1000 mg 118,6 J 2,065 mg X J X = 0,2449 J Výpočet č 3: Teoretická hodnota H lité membrány PLA s naproxenem, pokud by léčivá látka byla suspendována H naproxenu + H PLA = 0,2449 + 0,7225 = 0,9674 J 71

Výpočet č. 4: Teplo potřebné k roztátí PLA polymeru v lité membráně (z grafu č. 23) 1000 mg 23,53 J 20,544 mg X J X = 0,4834 J Výpočet č. 5: Teplo potřebné k roztátí naproxenu v lité membráně (z grafu č. 23) 1000 mg 23,53 J 2,065 mg X J X = 0,0486 J Výpočet č. 6: Skutečná hodnota H lité membrány PLA s naproxenem (z grafu č. 23) H naproxenu + H PLA = 0,4834 + 0,0486 =0,5320 J Výpočet č. 7: Teplo potřebné k roztátí PLA polymeru v lité membráně (z grafu č. 24) 1000 mg 26,62 J 20,544 mg X J X = 0,5469 J Výpočet č. 8: Teplo potřebné k roztátí naproxenu v lité membráně (z grafu č. 24) 1000 mg 26,62 J 2,065 mg X J X = 0,0550 J Výpočet č. 9: Skuteční hodnota H lité membrány PLA s naproxenem (z grafu č. 24) H naproxenu + H PLA = 0,5469 + 0,0550 =0,6019 J 72

Tabulka č. 13: Srovnání hodnot H lité membrány PLA s naproxenem H/J Teoretická hodnota H lité membrány PLA s naproxenem Skutečná hodnota H lité membrány PLA s naproxenem (z grafu č. 23) Skutečná hodnota H lité membrány PLA s naproxenem (z grafu č. 24) 0,9674 0,5320 0,6019 Graf č. 25: Litá nanovlákenná membrána PUR a naproxenu (navážka 15,88 mg), izoterma 22 C, zahřívání do 40 C rychlostí 5 C/min, izoterma 40 C, zahřívání do 200 C rychlostí 5 C/min, chlazení do 25 C rychlostí 15 C/min 73

5. Diskuze Cílem této práce je zjistit, zda je možné stanovit v polymerních nanovlákenných strukturách léčivou látku naproxen eventuálně její sodnou sůl pomocí DSC. Množství léčivé látky odpovídá hodnotě H píku této látky. Předpokládáme, že budeme znát hodnotu H a budeme moci pomocí kalibrační křivky stanovit množství léčiva v materiálu. Z tohoto důvodu jsme nejdříve zjistili chování samotných léčivých látek. První měření probíhalo v maloobjemových hliníkových kelímcích a záznam, týkající se naproxenu, je uveden v grafu č. 1. Teplotní charakteristiky jsou uvedeny v tabulce č. 2. Ze záznamu vyplývá, že naproxen taje s hodnotou píku Tp v rozmezí 157 159 C. Při ochlazování krystaluje a při následných ohřevech opět vidíme píky tání. Teploty tání jsou v tabulce č. 2 shodné a můžeme považovat za shodné i hodnoty H. Mírně odlišné jsou hodnoty počátku a konce teplotního efektu. Tyto rozdíly jsou v jednotkách C a pro stanovení obsahu nemají žádný zásadní význam. Na základě zjištěných skutečností konstatujeme, že naproxen bude zřejmě možné stanovit metodou DSC ve všech polymerních soustavách, které nebudou vykazovat na záznamech DSC teplotní efekt v rozsahu 140 175 C. V případě, že by polymer v tomto teplotním rozsahu teplotní efekt vykazoval, je možné zkusit, zda při vyšší tepelné zátěži nedochází u polymeru k nějakým trvalým změnám, například ke karbonizaci. Tyto změny by při dalších ohřevech nevykazovaly efekt v požadovaném teplotním rozmezí a naproxen by bylo možné stanovit z údajů druhých a dalších ohřevů. Vzhledem k tomu, že předpokládáme použití i v textilních materiálech, ověřili jsme plošnou hmotnost těchto materiálů a zjistili jsme, že množství těchto materiálů by v hliníkovém kelímku bylo příliš malé a stanovení nemožné nebo málo přesné. Budeme muset počítat s použitím šroubovacích kelímků. Použili jsme proto vysokotlaký šroubovací kelímek, který je schopný odolat velkému tlaku, má větší objem a je možné do něj navážit větší množství materiálu. Tyto kelímky jsme použili pouze z důvodu většího objemu, ne pro potřebu odolání 74

většímu vnitřnímu tlaku. Při uzavírání kelímku jsme nepoužili podložku a ponechali jsme pouze perforované víčko, které nám zároveň umožní únik látek při eventuálním rozkladu polymeru. Protože tyto kelímky jsou výrazně těžší (zhruba 20 x), předpokládáme mírný posun v kalorimetrických charakteristikách měřených píků. Z tohoto důvodu je, na grafu č. 2, záznam měření naproxenu v těchto šroubovacích kelímcích. Srovnání hodnot mezi hliníkovými a velkoobjemovými kelímky je uvedeno v tabulce č. 4. U prvních ohřevů se nám výrazně neliší hodnoty Tp ani H, pouze se nám posouvá do vyšších hodnot konec teplotního efektu. Druhý ohřev má ve srovnání s hliníkovým kelímkem značně nižší hodnoty H, odpovídají tomu i nižší hodnoty H při prvním chlazení. Z uvedeného vyplývá, že při stanovení v šroubovacích kelímcích musíme počítat zhruba o 10 C vyšším koncem teplotního efektu (při srovnání s hliníkovým kelímkem). Využití druhého ohřevu by bylo nutné více propracovat, protože při chlazení nedochází zřejmě ke krystalizaci veškerého množství naproxenu. Graf č. 3 zaznamenává měření sodné soli naproxenu. Hodnoty Tp jsou skoro identické u všech ohřevů i chlazení. Hodnoty H jsme nevyhodnocovali. Na grafu č. 4 je záznam chování polymerní látky kyseliny polymléčné. Látka vykazuje při prvním ohřevu výrazný pík s hodnotou Tp 172,5 C. Při druhém ohřevu vykazuje skelný přechod při teplotě zhruba 63,6 C, krystalizaci při teplotě 140,6 C a následné tání při 169,9 C. Na grafu č. 5 je záznam DSC měření nanovlákenné membrány polymléčné kyseliny. Tento materiál vykazuje při prvním ohřevu dva píky. Menší pík s Tp 66 C a vyšší s Tp 171 C. Při chlazení nepozorujeme pík krystalizace. Při druhém ohřevu je zcela zřetelný skelný přechod s hodnotou 60,5 C. Dále pozorujeme dva krystalizační píky. Větší s Tp 93 C a menší s Tp 149,6 C. Poté následuje výrazný pík tání o hodnotě 169,2 C. Stanovení naproxenu se nám v tomto materiálu jeví problematické, protože bude pravděpodobně docházet k překrytí píků naproxenu a polymerní 75

složky. Určitá možnost řešení by byla v provedení separace píku buď změnou podmínek měření, nebo matematicky. Stanovení při opakovaném ohřevu při tepelné zátěži do 200 C nemá u tohoto materiálu žádný význam, protože nedochází u látky k žádným změnám. Na grafu č. 6 je uvedeno srovnání PLA ve formě nezpracované polymerní látky a nanovlakenné membrány. Oba materiály vykazují podobný průběh při ohřevu. Při druhém ohřevu je u obou materiálů zřetelný skelný přechod a nejsou rozdíly v hodnotách píků tání, stejně jako při prvním ohřevu. Nanovlákenná membrána však vykazuje při dlouhém ohřevu výrazné krystalizační píky, které jsou u samotného polymeru pouze naznačeny. Makroskopický vzhled použitých vzorků je uveden na obrázcích. Samotný polymer na obrázcích 14, 15. Obrázky 16 18 znázorňují nanovlákennou membránu před a po tepelné zátěži. Další hodnocený materiál je polykaprolakton. V práci je prezentován pouze záznam nanovlákenné membrány na grafu č. 7. Membrána vykazuje pík s hodnotou Tp 65,5 C při prvním ohřevu a 61,4 C při druhém ohřevu. Podle obrázků 19 22 se látka tepelnou zátěží do 200 C nemění. Stanovení krystalické formy naproxenu je v této membráně možné. Záznamy ohřevu polyuretanové nanovlákenné membrány jsou na grafu č. 8. Zde jsou viditelné dva ploché málo výrazné píky s hodnotami Tp 68,0 C a 164,5 C. Dojde tedy k překrývání píků naproxenu a nanovlákenné membrány polyuretanu. Na obrázcích jsme zaznamenali makroskopický vzhled polymeru (obr. 23) a nanovlákenné mebrány před a po tepelném procesu (obr. 24 26) Na grafu č. 9 je znázorněn ohřev nanovlákenné membrány ze želatiny. Hodnota Tp je 96,4 C. Jedná se o mohutný pík s širokým teplotním rozmezím, který při prvním ohřevu bude částečně překrývat pík naproxenu. Při druhém ohřevu již membrána pík nevykazuje a stanovení naproxenu by bylo zřejmě možné. Na obrázcích 27 29 je znázorněn makroskopický vzhled nanovlákenné membrány před a po tepelné zátěži. 76

Na grafech č. 10, 11, 12 jsou uvedeny záznamy ohřevů nanovlákenných membrám PLA, PCL a želatiny do 300 C. Zároveň jsou zde fotografie materiálů po této tepelné zátěži. Z hodnocených materiálů lze pro stanovení naproxenu v nanovlákenných membránách použít v podstatě pouze polykaprolakton. Možnosti kvantitativního stanovení naproxenu jsou uvedeny na grafech č. 13 18. Kalorimetrické charakteristiky jsou uvedeny v tabulkách pod grafy. Navážky byly voleny tak, aby v navažovaném množství membrány pokryly procentuální množství naproxenu od 1% do 12,5% obsahu hmotnosti membrány. Protože hodnoty H závisí na přesném stanovení rozsahu teplotního efektu, jsou uvedeny u každé křivky tři rozdílné hodnoty rozsahu a hodnoty H a následně vypočítané průměrné hodnoty H Jednotlivé navážky naproxenu a jim odpovídající hodnoty H jsou uvedeny v tabulce č. 11. Z nich je pak sestrojena kalibrační křivka. Z výsledků vyplývá, že i za použití velkoobjemových kelímků, které se vyznačují vyšší hmotností, je možné vytvořit kalibrační křivku a z ní odečíst množství inkorporované léčivé látky. Nutnou podmínkou ovšem je, aby tato látka byla kompletně v krystalickém stavu, což ale nemusí být vždy splněno, jak uvádí Shen. 26 Poněvadž v době experimentální práce jsme neměli k dispozici nanovlákennou membránu s inkorporovaným léčivem, na níž bychom ověřili možnost stanovení naproxenu, připravili jsme si v laboratorních podmínkách litou membránu. Na rozpuštění příslušného polymeru jsme použili totéž rozpouštědlo, jaké používá výrobce na přípravu nanovlákenné membrány. Nejdříve jsme ověřili, zda naproxen po rozpuštění bude z daného rozpouštědla krystalovat. Výsledky jsou pro obě rozpouštědla uvedeny na grafech č. 19 a 21 Srovnání hodnot naproxenu po krystalizaci z rozpouštědel a naproxenu ve stavu, v jakém ho dodává výrobce, je znázorněno na grafech č. 20 a 22. Konstatujeme, že po krystalizaci z použitých rozpouštědel má naproxen stejné hodnoty tání i H. 77

Na grafu č. 23 je záznam tání lité membrány obsahující naproxen. Na grafu č. 24 je tatáž membrána zahřívaná v jiném teplotním režimu, u kterého jsme předpokládali, že by mohlo dojít k oddělení píku naproxenu a kyseliny polymléčné. Tento předpoklad se ale nepotvrdil. Ve výpočtech č. 1 3 jsme zkusili vypočítat teoretickou hodnotu tepla, jakou by vzorek měl mít, pokud by nedošlo k interakci léčiva s polymerem. Výpočty č. 4 6 z grafu č. 21 a výpočty č. 7 9 uvádí skutečné hodnoty tepla. Celkové hodnoty teoretického i skutečného tepla shrnuje tabulka č. 13. Skutečné hodnoty, které vzorek má, neodpovídají žádným teoreticky vypočítaným hodnotám. Lze předpokládat, že mezi polymerem a naproxenem došlo k nějaké interakci. Definitivní závěr ale z našich výsledků učinit nelze, záležitost bude nutné dále propracovat. Na grafu č. 25 je znázorněn ohřev lité membrány připravené z polyuretanu a naproxenu. Vzorek v oblasti teploty tání naproxenu nevykazuje pík. Léčivo ve vzorku zřejmě není v krystalické formě. 78

6. Závěr 1. Polymer kyseliny polymléčné taje v teplotním rozmezí 150 190 C. Hodnota Tp je 172,5 C. Nanovlákenná membrána taje v rozmezí 150 185 C, Tp je 171 C. Není tedy zásadní rozdíl v tání polymeru a nanovlákenné membrány. Při teplotách nad 300 C membrána uhelnatí. 2. Nanovlákenná membrána polykaprolaktonu taje v rozmezí 30 85 C. Hodnota Tp je 65,5 C. Při teplotách do 300 C uhelnatí. 3. Nanovlákenná membrána polyuretanu taje v rozmezí 120 190 C. Hodnota Tp je 164,5 C. Chování do 300 C jsme neurčovali. 4. Nanovlákenná membrána želatiny taje v rozmezí 20 180 C. Hodnota Tp je 96,4 C. Při teplotách do 300 C uhelnatí. 5. Naproxen taje v teplotním rozmezí 150 C 176 C, hodnota Tp je 158,2 C. Hodnota H naproxenu je přímo úměrná navážce, je možné vytvořit kalibrační křivku a z ní odečítat množství krystalické formy naproxenu v přípravku. Pík tání naproxenu se bude překrývat s píkem tání kyseliny polymléčné, s polyuretanem i želatinou. 6. Naproxen sodná sůl začíná tát při 248 C a hodnota Tp je 259,3 C. 79

7. Seznam literatury 1. Elmarco [online]. [cit. 2012-03-05]. Dostupný z: http://www.elmarco.com/technology/charakteristika-nanovlaken/ 2. Kucharczyk, P. Kyselina mléčná a syntéza polylaktidu [online]. Zlín, 2008. Bakalářská práce. Univerzita Tomáše Bati, Technologická fakulta. [cit. 2012-03-05]. Dostupné z: http://dspace.knihovna.utb.cz/bitstream/handle/10563/7183/kucharczyk_20 08_bp.pdf?sequence=1 3. Šnejdrová, E., Dittrich, M. Poly(α-hydroxykyseliny) jako nosiče léčiv. Chemické listy. 2011, vol. 105, s. 27-33 4. Labarre, J. P. D., Ponchel, G., Vauthier, Ch. Biomedical and pharmaceutical polymers. London: Pharmaceutical Press, 2011. ISBN 978-0-853-69730-5 5. Huh, K. M., Cho, Y. W., Park, K. PLGA-PEG block copolymers for drug formulations [online]. [cit. 2012-03-05]. Dostupné z: http://www.drugdev.com/me2/dirmod.asp?sid=&nm=&type=publishing&mod=publications% 3A%3AArticle&mid=8F3A7027421841978F18BE895F87F791&tier=4&id=B B85E8579021481EACBC7C3F0674348F 6. Athanasiou, K. A., Darling, E. M., Hu, J. C.: Articular cartilage tissue engineering. Davis (California): Morgan & Claypool Publishers, 2009. ISBN 9781598298758 7. Petruš, J. Kyselina polymléčná nejen jako biodegradabilní polymer [online]. 2011 [cit. 2012-03-05]. Dostupné z: http://www.chempoint.cz/kyselinapolymlecna-nejen-jako-biodegradabilni-polymer 8. Garlotta, D. A Literature rewiev of poly(lactic acid). Journal of Polymers and the Environment. 2001, vol. 9, no. 2, s. 63-84 9. Kopinke, F. D., Remmler, M., Mackenzie, K., Möder, M., Wachsen, O. Thermal decomposition of biodegradable polyesters - II. Poly(lactic acid). Polymer Degradation and Stability. 1996, vol. 53, no. 3, s. 329 342 80

10. Krpoun, K. Katalytické systémy pro polymerace cyklických esterů [online]. Brno, 2010. Diplomová práce. Vysoké učení technické, Chemická fakulta. [cit. 2012-03-05]. Dostupné z: http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=261 19 11. Shor, L., Güçeri, S., Wen, X., Gandhi, M., Sun, W. Fabrication of threedimensional polycaprolactone/hydroxyapatite tissue scaffolds and osteoblast-scaffold interactions in vitro. Biomaterials. 2007, vol. 28, no. 35, s. 5291 5297 12. Kweon, H. Y.,Yoo, M. K., Park, I. K., Kim, T. H., Lee, H. Ch., Lee, H. S., Oh, J. S., Akaike, T., Cho, Ch. S. A novel degradable polycaprolactone networks for tissue engineering. Biomaterials. 2003, vol. 24, no. 5, s. 801-808. 13. McMurry, J. Organic Chemistry. Seventh edition. London: Brooks/Cole, Thomson Learning, 2008. ISBN-10: 0-495-11628-9, ISBN-13: 978-0-495-11628-8 14. Švorčík, V. Polymery [online]. [cit. 2012-03-11]. Dostupné z: http://www.vscht.cz/ipl/osobni/svorcik/polymery.pdf 15. Liaw, D. J. The relative physical and thermal properties of polyurethane elastomers: Effect of chain extenders of bisphenols, diisocyanate, and polyol structures. Journal of Applied Polymer Science. 1998, vol. 66, no. 7, s. 1251 1265. 16. Tarté, R. Ingredients in meat products: Properties, functionality and applications. New York: Springer Science + Business Media, 2009. ISBN 978-0-387-71327-4 17. Hypro [online]. [cit. 2012-03-11]. Dostupné z: http://www.hypro.cz/hyrubrin.aspx?intrubrkis=1251&intlang=0 18. Petráš, D., Kimmer, D., Soukup, K., Klusoň, P. Bezpečná nanovlákna. Chemické listy. 2009, vol. 103, s. 1009 1016 19. Mendelova univerzita v Brně [online]. [cit. 2012-03-11]. Dostupné z: http://user.mendelu.cz/urban/vsg1/molekul/mol_struktura1.html 20. Hages pro Českou republiku: Želatina [online]. 2005 [cit. 2012-03-24]. Dostupné z: http://www.hages.cz/katalogy/zelatina.pdf 81