مروری بر استفاده از تابش‌های یوننده در شبکه‌ای کردن پلیمرهای طبیعی

نوع مقاله: تالیفی

نویسنده

پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

چکیده

هیدروژل‌ها شبکه‌های سه‌بعدی متشکل از پلیمرها هستند که با جذب مقدار زیادی آب در ساختار خود بدون حل شدن، متورم می‌شوند. هیدروژل‌ها معمولاً با ایجاد پیوند عرضی بین پلیمرهای طبیعی یا سنتزی تهیه می‌شوند. در برهه اخیر به دلیل زیست‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیری، فعالیت زیستی و سایر ویژگی‌های مطلوب هیدروژل‌های تهیه شده از پلیمرهای طبیعی، تمرکز و علاقه به استفاده از این پلیمرها به جای پلیمرهای سنتزی در تهیه سامانه‌های هیدروژلی مصرفی در زیست‌پزشکی رشد قابل توجهی داشته است. تاکنون تعداد زیادی از روش‌های شیمیایی و فیزیکی برای ایجاد پیوند عرضی و تهیه هیدروژل از پلیمرهای طبیعی ارزیابی شده‌اند. از میان روش‌های شیمیایی، استفاده از تابش‌های یوننده دارای دو مزیت بی‌نیازی به استفاده از آغازگرها و واکنشگرهای شیمیایی و امکان سترون‌سازی سامانه با استفاده از تابش‌های یوننده هم‌زمان با فرایند تهیه هیدروژل است. به‌طور معمول، مواجهه اکثر پلیمرهای طبیعی با تابش‌های یوننده موجب گسست زنجیر و کاهش وزن مولکولی می‌شود. با وجود این در سال‌های اخیر، شماری از پژوهشگران روی امکان شبکه‌ای کردن پلیمرهای طبیعی با استفاده از تابش‌های یوننده تمرکز کرده‌اند. از روش‌های به‌کار رفته می‌توان به تابش‌دهی‌های در حالت خمیری، پلیمرهای دارای گروه اسیدی در محیط اسیدی و در مجاورت گازهای آلکینی و پیوندزنی با گروه‌های وینیلی یا فنولی اشاره کرد. در مقاله حاضر، این روش‌ها مرور و مقایسه شده‌اند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Ionizing Irradiation Applied in Cross-linking of Natural Polymers: A Review

نویسنده [English]

  • Moslem Tavakol
چکیده [English]

Hydrogels are cross-linked three-dimensional networks that are capable of absorbing large amounts of water without being dissolved. Hydrogels can be prepared by crosslinking of either natural or synthetic polymers. Recently, interests in preparation and biomedical applications of the hydrogels prepare dusing natural polymers have grown intensively due to their excellent biocompatibility, biodegradability, biofunctionality and other desirable properties. Until now, several chemical and physical crosslinking methods have been studied to achieve hydrogels from natural polymers. Among chemical crosslinking methods, ionizing irradiation presents several advantages as it may occur without the need to add chemical initiators/crosslinking agent with subsequent separation of side reaction products, and the final products can be sterilized simultaneously during hydrogel formation. Usually, ionizing irradiation of a few natural polymers causes the chain scission reaction with consequent formation of lower molecular weight fragments. In recent years, several researchers have focused on the development of new methods to prepare hydrogels from natural polymers by ionizing irradiation. Some of these methods are irradiation at paste-like state, irradiation of polymers bearing carboxylic acid groups at acidic media, irradiation in presence of alkyne gas and chemical grafting with vinyl compounds.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ionizing irradiation
  • cross-linking
  • natural polymer
  • Hydrogel
  • polysaccharide

1. Ahmed E.M., Hydrogel: Preparation, Characterization, and Applications: A Review, J. Adv. Res., 6, 105-121, 2015.

2. Makuuchi K., Critical Review of Radiation Processing of Hy­drogel and Polysaccharide, Radiat. Phys. Chem., 79, 267-271, 2010.

3. Tavakol M., Dehshiri S., and Vasheghani-Farahani E., Elec­tron Beam Irradiation Crosslinked Hydrogels Based on Tyra­mine Conjugated Gum Tragacanth, Carbohydr. Polym., 152, 504-509, 2016.

4. Soler D.M., Rodríguez Y., Correa H., Moreno A., and Carriza­les L., Pilot Scale-up and Shelf Stability of Hydrogel Wound Dressings Obtained by Gamma Radiation, Radiat. Phys. Chem., 81, 1249-1253, 2012.

5. Rosiak J.M., Janik I., Kadlubowski S., Kozicki M., Kujawa P., Stasica P., and Ulanski P., Nano-, Micro- and Macroscopic Hydrogels Synthesized by Radiation Technique, Nucl. In­strum. Methods Phys. Res., Sec. B, 208, 325-330, 2003.

6. Fei B., Wach R.A., Mitomo H., Yoshii F., and Kume T., Hy­drogel of Biodegradable Cellulose Derivatives. I. Radiation-Induced Crosslinking of CMC, J. Appl. Polym. Sci., 78, 278-283, 2000.

7. Yoshii F., Zhao L., Wach R.A., Nagasawa N., Mitomo H., and Kume T., Hydrogels of Polysaccharide Derivatives Cross­linked with Irradiation at Paste-Like Condition, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sec. B, 208, 320-324, 2003.

8. Wach R.A., Rokita B., Bartoszek N., Katsumura Y., Ulanski P., and Rosiak J.M., Hydroxyl Radical-Induced Crosslinking and Radiation-Initiated Hydrogel Formation in Dilute Aque­ous Solutions of Carboxymethylcellulose, Carbohydr. Polym., 112, 412-415, 2014.

9. Hayrabolulu H., Şen M., Çelik G., and Kavaklı P.A., Synthesis of Carboxylated Locust Bean Gum Hydrogels by Ionizing Ra­diation, Radiat. Phys. Chem., 94, 240-244, 2014.

10. Zhao L., Gwon H.J., Lim Y.M., Nho Y.C., and Kim S.Y., Hy­aluronic Acid/Chondroitin Sulfate-Based Hydrogel Prepared by Gamma Irradiation Technique, Carbohydr. Polym., 102, 598-605, 2014.

11. Yoshii F., Makuuchi K., Darwis D., Iriawan T., Razzak M.T., and Rosiak J.M., Heat Resistance Poly(vinyl alcohol) Hydro­gel, Radiat. Phys. Chem., 46, 169-174, 1995.

12. Wach R.A., Mitomo H., Nagasawa N., and Yoshii F., Radia­tion Crosslinking of Methylcellulose and Hydroxyethylcellu­lose in Concentrated Aqueous Solutions, Nucl. Instrum. Meth­ods Phys. Res., Sec. B, 211, 533-544, 2003.

13. Al-Assaf S., Phillips G.O., Williams P.A., and du Plessis T.A., Application of Ionizing Radiations to Produce New Polysac­charides and Proteins with Enhanced Functionality, Nucl. In­strum. Methods Phys. Res., Sec. B, 265, 37-43, 2007.

14. Ulanski P., Bothe E., Hildenbrand K., Rosiak J.M., and von Sonntag C., Hydroxyl-Radical-Induced Reactions of Poly(acrylic acid): A Pulse Radiolysis, Eprand Product Study. Part I. Deoxygenated Aqueous Solution, J. Chem. Soc. Perkin Trans., 1, 2, 13-22, 1996.

15. El-Hag Ali A., Abd El-Rehim H.A., Kamal H., and Hegazy D.E.S.A., Synthesis of Carboxymethyl Cellulose Based Drug Carrier Hydrogel Using Ionizing Radiation for Possible Use as Site Specific Delivery System, J. Macromol. Sci. Part A: Pure Appl. Chem., 45, 628-634, 2008.

16. Singh B., Sharma V., and Kumar S., Synthesis of Smart Hy­drogels by Radiation Polymerisation for Use as Slow Drug Delivery Devices, Can. J. Chem. Eng., 89, 1596-1605, 2011.

17. Varshney L., Role of Natural Polysaccharides in Radiation Formation of PVA–Hydrogel Wound Dressing, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sec. B, 255, 343-349, 2007.

18. Ajji Z., Othman I., and Rosiak J.M., Production of Hydrogel Wound Dressings Using Gamma Radiation, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sec. B, 229, 375-380, 2005.

19. Yang C., Xu L., Zhou Y., Zhang X., Huang X., Wang M., Han Y., Zhai M., Wei S., and Li J., A Green Fabrication Approach of Gelatin/CM-Chitosan Hybrid Hydrogel for Wound Heal­ing, Carbohydr. Polym., 82, 1297-1305, 2010.

20. Islam M.M., Khan M.A., and Rahman M.M., Preparation of Gelatin Based Porous Biocomposite for Bone Tissue Engi­neering and Evaluation of Gamma Irradiation Effect on Its Properties, Mater. Sci. Eng., C, 49, 648-655, 2015.

21. Benbettaïeb N., Karbowiak T., Brachais C.H., and Debeaufort F., Coupling Tyrosol, Quercetin or Ferulic Acid and Electron Beam Irradiation to Cross-Link Chitosan–Gelatin Films: A Structure–Function Approach, Eur. Polym. J., 67, 113-127, 2015.

22. Rosiak J.M., Rucinska-Rybus A., and Pekala W., Method of Manufacturing of Hydrogel Dressings, US Pat. 4,871,490, 1989.

23. El-Hag Ali Said A., Radiation Synthesis of Interpolymer Poly­electrolyte Complex and Its Application as a Carrier for Co­lon-Specific Drug Delivery System, Biomaterials, 26, 2733-2739, 2005.

24. Momesso R.G.R.A.P., Moreno C.S., Rogero S.O., Rogero J.R., Spencer P.J., and Lugão A.B., Radiation Stability of Res­veratrol in Immobilization on Poly(vinyl pyrrolidone) Hydro­gel Dressing for Dermatological Use, Radiat. Phys. Chem., 79, 283-285, 2010.

25. Ahmad N., Amin M.C.I.M., Mahali S.M., Ismail I., and Ch­uang V.T.G., Biocompatible and Mucoadhesive Bacterial Cellulose-g-Poly(acrylic acid) Hydrogels for Oral Protein De­livery, Mol. Pharmacol., 11, 4130-4142, 2014.

26. Shin B.K., Baek E.J., Choi S.G., Davaa E., Nho Y.C., Lim Y.M., Park J.S., Huh K.M., and Park J.S., Preparation and Ir­radiation of Pluronic F127-Based Thermoreversible and Mu­coadhesive Hydrogel for Local Delivery of Naproxen, Drug Dev. Ind. Pharm., 39, 1874–1880, 2013.