Polimer Origami ve İlaç Taşıyıcıları Olarak Akıllı Polimerler

Yeni nesil dağıtım sistemleri, şekil hafızası ve kendiliğinden katlanan polimerler gibi akıllı malzemeleri içerir. Şekil hafızalı polimerler, cam geçiş sıcaklıklarının üzerinde orijinal şekillerine geri dönerler. Ve burada bu sıcaklık değişimi, malzemenin bileşimine bağlı olarak lazer veya manyetik olarak geleneksel, fotolitik olarak indüklenebilir. Bir tetikleme üzerine orijinal şeklini alma yeteneği, ilaçların, DNA’nın veya hücrelerin iletilmesinde kullanılabilir.
Kendiliğinden katlanan polimerler, farklı termal genleşme katsayılarına sahip çok katmanlıdır. Ayrıca tetiklendiğinde katlanmaya izin veren menteşelerden oluşan yeni bir malzeme sınıfıdır. Bu yeni malzemeler, ağırlıklı olarak DNA ve hücreler için akıllı teslimat araçlarının çeşitli mimari tasarımlarına olanak sağlamaktadır.

Polimer Origami

Origami kelimesi, Japonca ori, kat ve kami kağıt kelimesinden türemiştir. Bu Japonya’dan kağıt katlama sanatıdır ve dünya çapında bilinmektedir. Günümüzde origami sadece kağıt sanatı değil, aynı zamanda üç boyutlu nesneler oluşturarak teknolojik amaçlarla da kullanılabilmektedir. Bu nesneleri elde etmek için, istenen nesneyi düz bir tabakadan geliştirmek için kıvrımlı desen dizileri sağlanmalıdır. Origami, çift katmanlılardan farklı olarak, yalnızca bir yönde bükülebilen veya birden çok adımı katlayabilen karmaşık yapıların oluşturulmasını sağlar. Kendi kendine katlanan yapıların şekli, filmin başlangıç şekline, eğrilik yarıçapına (katman kalınlığına bağlı olarak) ve bir alt tabakanın varlığına bağlıdır. Polimer origami yapılarının kullanım alanları vardır ve bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir:
• Uzay yapısı güneş panelleri,
• Otomobil hava yastıkları,
• Alışveriş çantaları ve kartonları,
• Fotovoltaik hücreler ve biyomedikal
Yukarıda belirtildiği gibi, malzemenin kendi kendine katlanma davranışını ve origami katlamayı tetiklemek için farklı uyaranlar kullanılabilir. Gracias vd. şişebilen, şişmeyen ve sert bölümlü bir polimerle birleştiren, kendiliğinden katlanan fonksiyonel mikro yakalayıcıların hidrojele termomekanik tepki gösterdiklerini bildirmiştir ve bunlar cerrahi alanlarda kullanılabilir. Baroud ve ekibi tarafından yapılan bir çalışmada hidrofobik bir yüzeye yerleştirilmiş polimetilsiloksan membran tabakasının geometrik şeklini manuel olarak kesmişlerdir. Ve bir zara bir damla su eklemişler ve su hacmi azaldıkça buharlaşmasına izin vermişlerdir. Bu çalışmada ince zar tabakası sıvıyı sarmış ve elastikiyet ile kılcal arasındaki etkileşimi gösteren 3 boyutlu bir şekil oluşturmuştur.
Gracias vd. polimer origamiye benzer bir 3D yapıya katlanmak için 2D yapıyı termal olarak harekete geçirerek üç boyutlu (3D) mikrofabrike nanolitre kaplar geliştirmiştir. Bu durumda, 2D şablon akıllı menteşelere sahiptir. Araştırmacılar, bu yeni üretim yönteminin gelecekte mikro ölçekli biyomedikal cihazlar geliştirmek için kullanılacağını öne sürmüşlerdir. Ryu, 3 boyutlu nesneleri makroskopik ölçekte elde etmek için polimer filmlerin hem düz hem de kavisli yüzeylerini lokalize foto indüklemeli gerilim gevşetme mekanizması aracılığıyla harekete geçiren foto-origamiyi göstermiştir. Gracias vd. sulu çözeltilerde kendi kendine katlanabilen foto çapraz bağlı polietilen glikol (PEG) bazlı biyo-origami hidrojel çift tabakaları geliştirmiştir. Bu yeni geliştirilmiş çift tabakalar, doku mühendisliği alanı dikkate alındığında iyileştirilebilir olan kendi kendine katlanarak farklı doku türlerini korur.

İlaç Taşıyıcıları Olarak Akıllı Polimerler

Şekil hafızalı polimerlerin en önemli kullanımı ilaç taşıyıcılarıdır. Kan akışındaki düşük çözünürlük stabilitelerinden dolayı bazı ilaçlar, bir taşıyıcı sistem içinde verildiğinde biyolojik olarak daha fazla kullanılabilir hale gelir. Bu ayrıca, ilacın uzun bir süre boyunca elüsyona tabi tutulması istenirse arzu edilebilen ilacın sürekli salımına da izin verebilir. Biyobozunur polimerik sistemlerin lipozomal sistemleri gibi geliştirilmiş birkaç ilaç verme sistemi vardır. Polimerler, istenen ilaç elüsyon sistemine göre uyarlanacak çok çeşitli ayarlanabilir özellikler sunar. Akıllı polimerler, yeni ilaç dağıtım sistemlerinin tasarlanabileceği yeni bir malzeme sınıfıdır. Ancak ilaç yükleme kapasitesi, sulu ortam koşulları, ilaç salım şekli gibi bazı kriterler vardır.
Spesifik bir uygulama ile tanımlanan gereksinimlere dayalı olarak, bu tür polimer sistemleri, tamamen farklı bir materyal kimyasına geçmeye gerek kalmadan daha fazla sayıda ilgili materyalden spesifik bir polimerin seçilmesine izin verir. Ayarlanabilir termal özelliklere ek olarak polimer sistemleri, SMP (şekil hafızalı polimer)implantların istenen mekanik özelliklerini veya istenen bozunma oranlarını gerçekleştirmeye de yardımcı olabilir. Biyomedikal uygulamaları için, şekillerini değiştirme yeteneği oluşturulmalıdır. Yani ilgili koşullar Tsw, SMP cihazına (anahtarlama sıcaklığı) veya vücut sıcaklığına makul ölçüde yakın olmalıdır. Bu amaca ulaşmak için, örneğin termal özellikler, T g veya erime sıcaklığı, T m, şekil hafıza etkisinin hesaba katılması gerekir. Farklı özellikler ve fonksiyonlar, polimer sistemlerinin ayarlanmasına izin verir, bu da onları ilaç taşıyıcıları olarak iyi adaylar yapar.
Ohya ve ekibi şekil hafızalı polimerlerin kontrollü ilaç salım yeteneği üzerine çalışmışlardır. Bu çalışmada polimer ağlarının, 37 ° C’de bir ay boyunca teofilin ilacının sürekli salımını sağlayabildiğini bildirmişlerdir. Ameer ve ekibinin çalışmasına göre, hidroksil-dominant (HD) polidiolsitratlar (HD polimerler), hidrofobik dikloro floresin (DCF) ilacının daha sonra salınmasını sağlayabilir. Bu, polidiolsitrat elastomerlerin doku mühendisliği uygulamaları için akıllı biyolojik olarak parçalanabilir malzemelerden yararlanabileceği anlamına gelir. Bu tür sistemler, implantların küçük bir kesiden sokulduğu ve kendi kendine sabitlendikten sonra bir farmakolojik ajan salmaya başladığı minimal invaziv cerrahi için idealdir. Dobrzyski vd. ilaç salınımlı stentlerin yolunu açan paklitaksel ilaç dağıtımı için çift katmanlı sistemler elde etmek amacıyla L-laktit, glikolid ve trimetilen karbonat bazlı bir şekil hafızalı polimer geliştirmiştir.
Lendlein vd. oligo (kaprolakton-ko-glikolid) dimetakrilatın ilaçla kombine edildiğini ve vücut sıcaklığında şekil hafızası etkisinin belirgin olduğu 28-42 ° C arasında aktivasyonunun sağlandığını bildirmişlerdir. Bu çalışmada, difüzyon kontrollü ilaç salınımı, polimer bozulmasından bağımsız olarak gözlenmiştir. Gong vd. biyolojik olarak parçalanabilir polimerik çapraz bağlı poli, poli (sebasik anhidrit) (PSA) geliştirildiğini ve ilaç salım birikiminin cPCL matrisine PSA eklenerek artırılabileceğini bildirmiştir. Bu şekil hafızalı polimer, biyomedikal alanda potansiyel ilaç salınımlı stentler olarak kullanılabilir.

Kaynakça:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b02002
https://www.aiche.org/resources/publications/cep/2017/may/cep-news-update/origami-polymer-folds-and-curves-light

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu