Antibakterijski hidrogel proizveden spontano

Otpornost na antibiotike jedna je od najvećih prepreka u liječenju bakterijskih bolesti. Osim toga, česte bolničke infekcije uzrokuju niz problema, posebno kod hospitaliziranih pacijenata.

Centri za kontrolu i prevenciju bolesti pokazuju da u 2019. godini više od 700 hiljada ljudi umre od bakterijskih bolesti širom svijeta. Ova okolnost je potaknula stvaranje alternativnih opcija.

Antibakterijski materijali su možda najperspektivniji od ovih tretmana. Antibakterijski hidrogelovi, koji se često istražuju u naučnoj literaturi, koriste se u nekoliko polja, uključujući odlaganje otpada, tretman vode i površinsko premazivanje, posebno u biomedicinskoj industriji.
U ovom radu se tvrdi da je antibakterijski hidrogel će se proizvoditi.

Vjeruje se da će mu N-2-hidroksipropil metakrilamid (HPMA) osigurati dobru biokompatibilnost, što ga čini prikladnim za primjenu u različitim ispitivanjima tkivnog inženjeringa, posebno u previjanju rana.

Kvaternizirani 4-vinilpiridin u svojoj strukturi će dati polimeru pozitivan naboj. Stoga se očekuje da će supstanca ubiti bakterije kontaktno aktivnim procesom dezintegracijom negativno nabijenog bakterijskog ćelijskog zida. Koristeći kriogelaciju kao proizvodni proces, nadamo se da će hidrogel formirana imala bi makroporoznu strukturu.

Stoga će biti sposoban da apsorbira i uništava bakterijske ćelije poput sunđera. Za razliku od hidrogelova koji oslobađaju antibakterijske spojeve (biocide) u okolinu, vjeruje se da će toksičnost tkiva antibakterijskog mehanizma biti minimalna zbog pozitivnih naboja u njegovoj strukturi.

Kriogel preporučen u ovom istraživanju ima za cilj smanjiti bakterijske infekcije, spriječiti bolesti koje se prenose putem javnog kontakta i olakšati liječenje bakterijske infekcije otporne na antibiotike.

Ako se koristi kao zavoj za ranu, spriječit će sekundarne infekcije pružajući antibakterijsku aktivnost koja okružuje područje, čime se ubrzava zacjeljivanje tkiva.

Vjeruje se da doprinosi prečišćavanje ili dezinfekcija vode kada se koristi u tretmanu ili dezinfekciji vode, te kada se nanosi kao materijal za oblaganje na različite medicinske opreme, sprječava stvaranje bakterijskog biofilma i smanjuje bolničke infekcije.

Hidrogel je hidrofilan

Hidrogel je hidrofilan, nerastvorljiv u vodi polimerna makromolekula sa visokim kapacitetom upijanja vode; može se koristiti u brojnim biomedicinskim aplikacijama; porozan je, fleksibilan i umrežen; i može se proizvoditi sa širokim spektrom hemijskih i fizičkih karakteristika.

Može se koristiti u čišćenju i prečišćavanju vode od bakterija, kao skela za tkivo i materijal za zavoje rana u tkivnom inženjerstvu, u uklanjanju zagađivača iz okoline, u procesima pročišćavanja i kao antibakterijsko sredstvo u medicinskoj oblasti.

Antibakterijski hidrogelovi

Istraživači su proizveli antibakterijske hidrogelove kao alternativnu strategiju protiv rezistencije na antibiotike.

Zbog odsustva lijekova kao što su antibiotici u tvari, spriječena je rezistencija i an razvijen je efikasan antibakterijski mehanizam.

Bolesti uzrokovane bakterijama otpornim na antibiotike, čiji je broj u porastu, godišnje ubiju oko 13 miliona ljudi [5].

Ozbiljnost situacije podigla je značaj istraživanja antibakterijskih materijala.
Zbog njihovog pozitivnog naboja, kvaternizirane amonijeve grupe se obično koriste u antibakterijski hidrogelovi jer mogu degradirati negativno nabijeni bakterijski stanični zid.

Za proizvodnju samoantibakterijskih hidrogelova koriste se kvaternarni polimeri koji sadrže amonij. Pozitivno punjenje tercijarne aminske grupe 4-vinilpiridina kvaternizacijom daje antibakterijske karakteristike.

Polimer N-2-hidroksipropil metakrilamid (HPMA) se također koristi za isporuku lijekova i primjenu antibakterijskih hidrogela.

Nudi značajnu korist zahvaljujući svom biokompatibilnost . U ovom istraživanju, kopolimeri će nastati kombinovanjem dva polimera.

Tako će rezultirajući hidrogel pokazivati i antibakterijske i biokompatibilne karakteristike.

Da bi se bakterije uhvatile unutar svojih pora, hidrogel, koji treba da ima kontaktno aktivan mehanizam, mora biti makroporozan. Iz tog razloga je kao tehnika za proizvodnju gela odabrana kriogelacija.
Na vrlo niskim temperaturama, kriogelacija je istovremeno umrežavanje polimera u rastvoru.

Kristali leda se ponašaju kao porogen kada se smrznu u prazninama između polimera

Nakon procesa kriogelacije, smrznuti rastvor će se otopiti i formiraće se makroporozni kriogel. U našem istraživanju, namjeravalo se eliminirati vodu iz smrznutog gela sušenjem.
Kao rezultat istraživanja, gore navedene činjenice su tačne.
Koristeći njegove karakteristike, biće proizveden kriogel sa superiornom biokompatibilnošću, netoksičnošću, makroporoznošću, intrinzičnom antibakterijskom aktivnošću i efikasnom metodom.

Hipoteza

Otpornost na antibiotike jedna je od najvećih prepreka u liječenju i prevenciji bakterijskih bolesti.
Otprilike 13 miliona ljudi godišnje umre od bakterijskih bolesti.
Stoga se pokušavaju na različite načine spriječiti ili izliječiti infekcija.
Istraživanje antibakterijskih materijala pokazalo je obećavajuće nalaze u ovoj oblasti.

U ovom radu se predlaže makroporozni kvaternizovani 4-vinilpiridin (4-VP) i N-2-hidroksipropil metakrilamid (HPMA) kopolimer za stvaranje pozitivno naelektrisanog kriogela.

U ovoj situaciji; Ovisno o pH vrijednosti okoline, 4-VP može pokazati različite hemijske i morfološke karakteristike. Tercijarna aminska grupa piridinskog prstena može biti pozitivno nabijena u kiseloj pH nivoa kao i kvaternizacijom različitim supstancama. U ovom radu se predviđa da će kvaternizacija i pozitivno punjenje kriogela dati antibakterijske sposobnosti.
U biomedicinskim istraživanjima, N-2-hidroksipropil metakrilamid (HPMA) je jedan od hidrofilnih polimera koji se najviše koristi.
Bio je favorizovan u istraživanju teze jer se njegove značajne karakteristike, kao što su visoka biokompatibilnost, netoksični učinak i smanjena površinska adsorpcija.

Budući da 4-VP ima štetan utjecaj kada se koristi sam, vjerovalo se da se sintetiziranjem kao kopolimera s biokompatibilnim HPMA može proizvesti materijal smanjene toksičnosti.
U vodi rastvorljivo sredstvo za umrežavanje 1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)karbodiimid hidrohlorid (EDC) aktivira karboksilne i aminske grupe. Reaguje i na sobnoj temperaturi i na temperaturama ispod nule.

Unakrsno povezivanje sprečava stvaranje nepoželjnih bočnih grupa jer nema posrednika.

EDC će postići umrežavanje u ovom istraživanju povezivanjem -COOH grupa na kraju kvaternarnog piridinskog prstena sa aminskim grupama etilen diamina u medijumu. Osim toga, budući da će se kao proizvodni proces koristiti kriogelacija, Radna temperatura EDC-a je prihvatljiva za ovu temperaturu reakcije.
Kao tehnika izrade odabrana je kriogelacija.
To je zato što kriogelacija daje hidrogelove sa makroporoznom arhitekturom.
S obzirom da je kriogel opisan u članku namijenjen ubijanju bakterija tako što ih zarobljava, pore gela trebaju biti velike. Vjeruje se da će se na taj način dobiti željena karakteristika.
Štaviše, koristeći ovaj postupak, Kapacitet apsorpcije tečnosti kriogela biće veći od kapaciteta hidrogelova.

Šta je hidrogel?

Hidrogelovi su makromolekule koje su hidrofilne i nerastvorljive u vodi.

Ponekad se nazivaju poluotvorenim mrežnim sistemima sastavljenim od zamršenih ili kratkih lanaca različitih dužina povezanih unakrsnim vezama [1].
Drugim riječima, hidrogelovi su tvari koje nastaju polimerizacijom hidrofilnih monomera u prisutnosti umrežača ili umrežavanjem polimernih lanaca sa strukturom koja voli vodu.
Prvo su ga 1960. objavili Wichterle i Lim. Za supstancu koja se naziva a hidrogel, njegov sadržaj vode mora činiti najmanje 10% njegove ukupne mase (ili zapremine).

Zbog visokog sadržaja vode, hidrogelovi imaju uporediv stepen elastičnosti kao prirodno tkivo.

Hidrogelovi se takođe javljaju u prirodi.

Na primjer, bakterijski biofilmovi i vegetativne strukture prevladavaju u prirodi i sadrže velike količine vode.
Želatin i agar su korišteni u antici [4] kao bitni sastojci.
Kada je izložen a termodinamički adekvatan rastvarač (voda ili druga biološka tekućina)ovi materijali, koji mogu sadržavati znatnu količinu rastvarača u svojim porama ili međuprostorima, mogu se proširiti do svoje maksimalne veličine.

Kao odgovor na određene fizičke i kemijske podražaje, hidrogelovi prolaze kroz značajnu promjenu faze volumena ili tranziciju gel-sol.

Fizički stimulansi uključuju temperaturu, električno i magnetsko polje, sadržaj rastvarača, intenzitet i intenzitet svjetlosti, dok hemijski (ili biološki) stimulansi uključuju pH, prisustvo jona i određene hemikalije.

U većini slučajeva, konformacijske promjene hidrogela su reverzibilne.

Drugim riječima, hidrogelna supstanca se može vratiti u prvobitno stanje nakon odgovora u kojem se stimulans povlači.
Reakcija na vanjske podražaje određena je vrstom monomera materijala, gustinom naboja, postojanjem lanaca i stepenom umrežavanja.

Hidrofilnost hidrogelova, sposobnost upijanja vode i krutost su određeni prisustvom hidrofilnih bočnih grupa u njihovom glavnom lancu (kičma).
Grupe kao što su alkohol, karboksilna kiselina (-COOH), amid (-CONH2), amino (-NH2) i sulfonska kiselina (-SO3H) mogu se navesti kao primjeri.

Definirajuće karakteristike hidrogelova

Kvalitete hidrogela, kao što su željena funkcionalnost, reverzibilnost, sterilizacija i biokompatibilnost, zadovoljavaju biološke i materijalne kriterijume za tretman tkiva/organa i interakciju sa biološkim sistemima.

Zbog ovih svojstava, hidrogelovi se mogu koristiti i u domenima prečišćavanja vode, hromatografije jonske izmjene, povrata ulja, industrije senzora, industrije imobiliziranih enzima, poljoprivrede, pakiranja hrane, farmacije i biomedicine.

Iako poseduju korisne karakteristike kao što su hidrofilnost, kapacitet bubrenja, gelabilnost, mehanička čvrstoća, poroznost i biokompatibilnost, hidrogelovi imaju i nepoželjne karakteristike.

Ograničavanje upotrebe hidrogelova uključuje ograničenu rastvorljivost, prekomernu kristalizaciju, određene nepovoljne mehaničke i termičke karakteristike, postojanje neizreagiranih monomera i upotreba opasnih umrežavača.
Biorazgradivost hidrogela određena je monomerom i tipom veze. Posljedično, biorazgradivost hidrogelova varira ovisno o njihovoj namjeni

Proizvodnja prirodno antibakterijskih kriogelova

Izvor:https://steelstandart.com/production-of-spontaneous-antibacterial-cryogels/

cijena čelika