Comparison of Crosslinker Types and Initiation Systems of Thermoresponsive PNIPAM Hydrogels

Sıcaklığa Duyarlı PNIPAM Hidrojellerde Çapraz Bağlayıcı ve Başlatıcı Sisteminin Karşılaştırılması

Abstract

Thermoresponsive hydrogels are three-dimensional polymer networks which undergo conformational changes inaqueous media depending on the external temperature. As the lower critical temperature (LCST) is close to thebody temperature, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) is the main thermoresponsive hydrogel used forbiomedical applications. Below LCST, PNIPAM hydrogels swell in aqueous media, above LCST they becomeinsoluble and shrink. This behavior makes it possible to design drug release systems controlled by externaltemperature. Swelling/shrinking response of PNIPAM hydrogel depends on several factors such as crosslinkertype, crosslinking density, hydrophobic/hydrophilic balance and initiator type. In this study, the effects of theinitiation system and the crosslinker type on different thermoresponsive hydrogels were compared. For thispurpose, thermoresponsive hydrogels were synthesized by using ethylene glycol dimethylacrylate (EGDMA)and N,N′-ethylene bisacrylamide (EBAM) as crosslinkers via photo and thermal initiation systems. Thehydrogels were characterized by scanning electron microscope (SEM) and FTIR spectroscopy. Effects of theinitiation system and the crosslinker type on the release, swelling behavior, morphology and the biocompatibilitybehavior of the hydrogels were investigated. The hydrogels synthesized with EBAM demonstrated morepromising results compared to the one synthesized EGDMA. It was concluded that poly(EBAM-co-NIPAM)-Phas the highest swelling ratio and poly(EBAM-co-NIPAM)-T is the most biocompatible hydrogel. In terms ofrelease characteristics, there was not a significant difference between the hydrogels, even though their swellingcharacteristics differ.

Özet

Sıcaklığa duyarlı hidrojeller, dış ortamın sıcaklığına bağlı olarak sulu ortamda yapısal değişikliklere uğrayan üç boyutlu polimer ağ yapılardır. Düşük kritik sıcaklık (LCST) vücut sıcaklığına yakın olduğu için, poli (Nizopropilakrilamid) (PNIPAM), biyomedikal uygulamalar için en yaygın olarak kullanılan sıcaklığa duyarlı hidrojeldir. LCST'nin altında, PNIPAM hidrojelleri sulu ortamda şişer, LCST'nin üzerinde çözünmez hale gelir ve büzülürler. Bu davranış, dış sıcaklık tarafından kontrol edilen ilaç salım sistemlerinin tasarlanmasını mümkün kılar. PNIPAM hidrojelinin şişme/büzülme tepkisi, çapraz bağlayıcı tipi, çapraz bağlanma yoğunluğu, hidrofobik/hidrofilik denge ve başlatıcı tipi gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Bu çalışmada, farklı başlatıcı sistemlerinin ve çapraz bağlayıcıların sıcaklığa duyarlı hidrojeller üzerindeki etkileri karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, foto ve termal başlatıcı sistemleri aracılığıyla çapraz bağlayıcı olarak etilen glikol dimetilasrilat (EGDMA) ve N, N′-etilenebis akrilamid (EBAM) kullanılarak sıcaklığa duyarlı hidrojeller sentezlenmiştir. Hidrojeller FTIR spektroskopisi ve taramalı elektron mikroskobu ile karakterize edilmiştir. Başlatıcı sisteminin ve çapraz bağlayıcı tipinin salım, şişme davranışı, morfoloji ve hidrojellerin biyouyumluluk davranışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. EBAM ile sentezlenen hidrojeller, EGDMA ile sentezlenenlere kıyasla daha uyumlu sonuçlar göstermiştir. Poli(EBAM-ko-NIPAM)-P'nin en yüksek şişme oranına sahip olduğu ve poli(EBAM-koNIPAM)-T'nin en biyouyumlu hidrojel olduğu sonucuna varılmıştır. Salım davranışları açısından, şişme özellikleri farklı olsa bile hidrojeller arasında önemli bir fark yoktur.