Investigation of swelling and network parameters of poly (ethylene glycol)-crosslinked poly (methyl vinyl ether-co-maleic acid) hydrogels

he influence of poly(ethylene glycol) (PEG) plasticiser content and molecular weight on the physicochemical properties of films cast from aqueous blends of poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) was investigated using thermal analysis, swelling studies, scanning electron microscopy (SEM) and attenuated total reflectance (ATR)-Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. FTIR spectroscopy revealed a shift of the CO peak from 1708 to 1731 cm-1, indicating that an esterification reaction had occurred upon heating, thus producing crosslinked films. Higher molecular weight PEGs (10,000 and 1000 Da, respectively), having greater chain length, producing hydrogel networks with lower crosslink densities and higher average molecular weight between two consecutive crosslinks. Accordingly, such materials exhibited higher swelling rates. Hydrogels crosslinked with a low molecular weight PEG (PEG 200) showed rigid networks with high crosslink densities and, therefore, lower swelling rates. Polymer:plasticizer ratio alteration did not yield any discernable patterns, regardless of the method of analysis. The polymer–water interaction parameter (?) increased with increases in the crosslink density. SEM studies showed that porosity of the crosslinked films increased with increasing PEG MW, confirming what had been observed with swelling studies and thermal analysis, that the crosslink density must be decreased as the Mw of the crosslinker is increased. Hydrogels containing PMVE/MA/PEG 10,000 could be used for rapid delivery of drug, due to their low crosslink density. Moderately crosslinked PMVE/MA/PEG 1000 hydrogels or highly crosslinked PMVE/MA/PEG 200 systems could then be used in controlling the drug delivery rates. We are currently evaluating these systems, both alone and in combination, for use in sustained release drug delivery devices.

Investigation of swelling and network parameters of poly(ethylene glycol)-crosslinked poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) hydrogels

The influence of poly(ethylene glycol) (PEG) plasticiser content and molecular weight on the physicochemical properties of films cast from aqueous blends of poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) was investigated using thermal analysis, swelling studies, scanning electron microscopy (SEM) and attenuated total reflectance (ATR)-Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. FTIR spectroscopy revealed a shift of the C{double bond, long}O peak from 1708 to 1731 cm, indicating that an esterification reaction had occurred upon heating, thus producing crosslinked films. Higher molecular weight PEGs (10,000 and 1000 Da, respectively), having greater chain length, producing hydrogel networks with lower crosslink densities and higher average molecular weight between two consecutive crosslinks. Accordingly, such materials exhibited higher swelling rates. Hydrogels crosslinked with a low molecular weight PEG (PEG 200) showed rigid networks with high crosslink densities and, therefore, lower swelling rates. Polymer:plasticizer ratio alteration did not yield any discernable patterns, regardless of the method of analysis. The polymer-water interaction parameter (?) increased with increases in the crosslink density. SEM studies showed that porosity of the crosslinked films increased with increasing PEG MW, confirming what had been observed with swelling studies and thermal analysis, that the crosslink density must be decreased as the M of the crosslinker is increased. Hydrogels containing PMVE/MA/PEG 10,000 could be used for rapid delivery of drug, due to their low crosslink density. Moderately crosslinked PMVE/MA/PEG 1000 hydrogels or highly crosslinked PMVE/MA/PEG 200 systems could then be used in controlling the drug delivery rates. We are currently evaluating these systems, both alone and in combination, for use in sustained release drug delivery devices. © 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of a pore-forming agent on swelling, network parameters, and permeability of poly(ethylene glycol)-crosslinked poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) hydrogels:Application in transdermal delivery systems

We characterized hydrogels, prepared from aqueous blends of poly(methyl vinyl ether-co-maleic acid) (PMVE/MA) and poly(ethylene glycol) (PEG 10,000 Daltons) containing a pore-forming agent (sodium bicarbonate, NaHCO ). Increase in NaHCO content increased the equilibrium water content (EWC) and average molecular weight between crosslinks (M ) of hydrogels. For example, the %EWC was 731, 860, 1109, and 7536% and the M was 8.26, 31.64, 30.04, and 3010.00 × 10 g/mol for hydrogels prepared from aqueous blends containing 0, 1, 2, and 5% w/w of NaHCO , respectively. Increase in NaHCO content also resulted in increased permeation of insulin. After 24 h, percentage permeation was 0.94, 3.68, and 25.71% across hydrogel membranes prepared from aqueous blends containing 0, 2, and 5% w/w of NaHCO , respectively. Hydrogels containing the pore-forming agent were fabricated into microneedles (MNs) for transdermal drug delivery applications by integrating the MNs with insulin-loaded patches. It was observed that the mean amount of insulin permeating across neonatal porcine skin in vitro was 20.62% and 52.48% from hydrogel MNs prepared from aqueous blends containing 0 and 5% w/w of NaHCO . We believe that these pore-forming hydrogels are likely to prove extremely useful for applications in transdermal drug delivery of biomolecules. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Thermosensitive hydrogels of poly(methyl vinyl ether-co-maleic anhydride) - Pluronic (R) F127 copolymers for controlled protein release

Thermosensitive hydrogels are of a great interest due to their many biomedical and pharmaceutical applications. In this study, we synthesized a new series of random poly (methyl vinyl ether-co-maleic anhydride) (Gantrez (R) AN, GZ) and Pluronic (R) F127 (PF127) copolymers (GZ-PF127), that formed thermosensitive hydrogels whose gelation temperature and mechanical properties could be controlled by the molar ratio of GZ and PF127 polymers and the copolymer concentration in water. Gelation temperatures tended to decrease when the GZm/PF127 ratio increased. Thus, at a fixed GZm/PF127 value, sol-gel temperatures decreased at higher copolymer concentrations. Moreover, these hydrogels controlled the release of proteins such as bovine serum albumin (BSA) and recombinant recombinant kinetoplastid membrane protein of Leishmania (rKMP-11) more than the PF127 system. Toxicity studies carried out in J774.2 macrophages showed that cell viability was higher than 80%. Finally, histopathological analysis revealed that subcutaneous administration of low volumes of these hydrogels elicited a tolerable inflammatory response that could be useful to induce immune responses against the protein cargo in the development of vaccine adjuvants.

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.