Transport Properties Investigation of Aqueous Protic Ionic Liquid Solutions through Conductivity, Viscosity, and NMR Self-Diffusion Measurements

We present a study on the transport properties through conductivity (s), viscosity (?), and self-diffusion coefficient (D) measurements of two pure protic ionic liquids—pyrrolidinium hydrogen sulfate, [Pyrr][HSO4], and pyrrolidinium trifluoroacetate, [Pyrr][CF3COO]—and their mixtures with water over the whole composition range at 298.15 K and atmospheric pressure. Based on these experimental results, transport mobilities of ions have been then investigated in each case through the Stokes–Einstein equation. From this, the proton conduction in these PILs follows a combination of Grotthuss and vehicle-type mechanisms, which depends also on the water composition in solution. In each case, the displacement of the NMR peak attributed to the labile proton on the pyrrolidinium cation with the PILs concentration in aqueous solution indicates that this proton is located between the cation and the anion for a water weight fraction lower than 8%. In other words, for such compositions, it appears that this labile proton is not solvated by water molecules. However, for higher water content, the labile protons are in solution as H3O+. This water weight fraction appears to be the solvation limit of the H+ ions by water molecules in these two PILs solutions. However, [Pyrr][HSO4] and [Pyrr][CF3COO] PILs present opposed comportment in aqueous solution. In the case of [Pyrr][CF3COO], ?, s, D, and the attractive potential, Epot, between ions indicate clearly that the diffusion of each ion is similar. In other words, these ions are tightly bound together as ion pairs, reflecting in fact the importance of the hydrophobicity of the trifluoroacetate anion, whereas, in the case of the [Pyrr][HSO4], the strong H-bond between the HSO4– anion and water promotes a drastic change in the viscosity of the aqueous solution, as well as on the conductivity which is up to 187 mS·cm–1 for water weight fraction close to 60% at 298 K.

Hydrogel antimicrobial capture coatings for endotracheal tubes; a pharmaceutical strategy designed to prevent ventilator-associated pneumonia.

This paper presents a novel strategy for the prevention of ventilator-associatedpneumonia that involves coating poly(vinyl chloride, PVC) endotracheal tubes (ET) withhydrogels that may be subsequently used to entrap nebulized antimicrobial solutions. Candidatehydrogels were prepared containing a range of ratios of hydroxyethyl methacrylate (HEMA) andmethacrylic acid (MAA) from 100:0 to 70:30 using free radical polymerization and, whenrequired, simultaneous attachment to PVC was performed. The mechanical properties, glasstransition temperatures, swelling kinetics, uptake of gentamicin from an aqueous medium, andgentamicin release were characterized. Increasing the MAA content of the hydrogels significantlydecreased the ultimate tensile strength, % elongation at break, Young’s modulus, and increasedthe glass transition temperature, the swelling ratio, and gentamicin uptake. Microbial(Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa) adherence to control (drug-free) hydrogelswas observed; however, while adherence to gentamicin-containing p(HEMA) occurred, noadherence occurred to gentamicin-containing HEMA:MAA copolymers. Antimicrobialpersistence of gentamicin-containing hydrogels was examined by determining the zone ofinhibition against each microorganism on successive days. Hydrogel composition affected the observed antimicrobial persistence,with the hydrogel composed of 70:30 HEMA:MAA exhibiting >20 days persistence against S. aureus and P. aeruginosa,respectively. To simulate clinical use, the hydrogels (coated onto PVC) were first exposed to a nebulized solution of gentamicin(4 mL, 80 mg for 20 min), and then to nebulized bacteria (4 mL ca. 1 × 109 colony forming units mL−1, 30 min). Viable bacteriawere not observed on the gentamicin-treated p(HEMA: MAA) copolymers, whereas growth was observed on gentamicin-treatedp(HEMA). In light of the excellent antimicrobial activity and physicochemical properties, p(HEMA: MAA) copolymerscomposed of ratios of 80:20 or 70:30 HEMA: MAA were identified as potentially useful coatings of endotracheal tubes to be usedin conjunction with the clinical nebulization of gentamicin and designed for the prevention of ventilator-associated pneumonia

Novas dispersões aquosas com morfologia controlada para revestimentos

O objetivo desta dissertação foi o desenvolvimento de dispersões poliméricas acrílicas, passíveis de serem usadas como ligantes em esmaltes aquosos que sejam capazes de conferir características especiais como elevada resistência ao empilhamento e à nódoa, assim como reduzir o impacto no ambiente quer através da utilização de matérias-primas de fontes renováveis, quer pela substituição de esmaltes de base solvente por esmaltes de base aquosa. Depois de uma introdução em que se contextualiza o conhecimento e as práticas nas áreas de polimerização em emulsão e revestimentos decorativos, são descritos e discutidos os resultados das várias etapas de desenvolvimento efetuadas ao longo do qual foram exploradas diferentes vias: - Funcionalização de polímeros acrílicos procurando melhorar as propriedades de superfície através da introdução de monómeros com grupos funcionais amina, epóxido e acetoacetoxilo; - Formulação de dispersões poliméricas com partículas de morfologia heterogénea, otimizando-se as suas propriedades de superfície em função da variação da composição monomérica das diferentes fases, da partição entre as duas fases poliméricas e diferentes níveis de monómero funcional. Complementaram-se os resultados com seleções afinadas baseadas em ensaios delineados através de planeamento de experiências. - Modificação dos produtos obtidos para melhoria de propriedades de resistência à nódoa, através da adição de aditivos específicos; - Teste de emulsionantes com origem em fontes renováveis quer aniónicos, quer não-iónicos. Todas as dispersões aquosas foram caracterizadas de acordo com as suas características mais relevantes entre as quais a temperatura mínima de formação de filme, o tamanho médio de partícula e a formação de grumos. As formulações mais promissoras foram também caracterizadas por 1H - NMR, FTIR, DSC, STEM e AFM). Seguidamente com essas dispersões foram preparados esmaltes com as dispersões aquosas mais promissoras que foram caracterizados exaustivamente em termos de propriedades de relevo para a aplicação decorativa em madeira. Os objetivos principais do trabalho foram atingidos, tendo sido desenvolvido um produto com morfologia heterogénea que apresenta elevada resistência ao empilhamento e propriedades antinódoa aceitáveis capaz de substituir os esmaltes de base solvente. A sua produção foi validada através do fabrico industrial (scale-up) e introdução no mercado. Relativamente à utilização de matérias-primas de fontes renováveis, esta carece ainda de otimizações futuras.

A novel cyclosporin a aqueous formulation for dry eye treatment: in vitro and in vivo evaluation.

PURPOSE: The aim of the present study was the in vitro and in vivo evaluation of a novel aqueous formulation based on polymeric micelles for the topical delivery of cyclosporine A for dry eye treatment. METHODS: In vitro experiments were carried out on primary rabbit corneal cells, which were characterized by immunocytochemistry using fluorescein-labeled lectin I/isolectin B4 for the endothelial cells and mouse monoclonal antibody to cytokeratin 3+12 for the epithelial ones. Living cells were incubated for 1 hour or 24 hours with a fluorescently labeled micelle formulation and analyzed by fluorescence microscopy. In vivo evaluations were done by Schirmer test, osmolarity measurement, CyA kinetics in tears, and CyA ocular distribution after topical instillation. A 0.05% CyA micelle formulation was compared to a marketed emulsion (Restasis). RESULTS: The in vitro experiments showed the internalization of micelles in the living cells. The Schirmer test and osmolarity measurements demonstrated that micelles did not alter the ocular surface properties. The evaluation of the tear fluid gave similar CyA kinetics values: AUC = 2339 ± 1032 min*μg/mL and 2321 ± 881.63; Cmax = 478 ± 111 μg/mL and 451 ± 74; half-life = 36 ± 9 min and 28 ± 9 for the micelle formulation and Restasis, respectively. The ocular distribution investigation revealed that the novel formulation delivered 1540 ± 400 ng CyA/g tissue to the cornea. CONCLUSIONS: The micelle formulation delivered active CyA into the cornea without evident negative influence on the ocular surface properties. This formulation could be applied for immune-related ocular surface diseases.

Polymeric micelles as versatile carriers for drugs and nucleic acids

Le cancer est la principale cause de mortalité au Canada. Les taxanes (e.g. le paclitaxel et le docétaxel (DCTX)) constituent des remèdes efficaces contre une série de tumeurs solides telles que les cancers du sein, du poumon et de l’ovaire. Par ailleurs, des acides nucléiques (e.g. les oligonucléotides antisens (AON) ou les petits ARN interférents (siRNAs)), capables de supprimer sélectivement certains oncogènes impliqués dans la carcinogénèse, sont actuellement étudiés pour traiter une large gamme de cancers. Bien que l’activité des taxanes et des acides nucléiques soit bien établie sur des modèles humains et/ou animaux, plusieurs aspects physico-chimiques et cliniques restent encore à améliorer. Leur solubilité limitée (pour les taxanes), leur dégradation rapide dans le sang (pour les acides nucléiques), leur élimination précoce, leur absence de sélectivité et leur toxicité envers les tissus sains sont les principaux facteurs limitant leur efficacité. C’est pourquoi de nombreux efforts ont porté sur l’élaboration de systèmes de vectorisation ciblés à base de polymères, dans le but de surmonter les problèmes associés aux thérapies actuelles. Dans cette thèse, deux types de micelles polymères ont été développés pour la vectorisation de DCTX et d’acides nucléiques. D’une part, des micelles de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(oxyde de butylène/styrène) ont été étudiées pour la première fois pour solubiliser le DCTX et le protéger de l’hydrolyse. Ces polymères se sont révélés moins toxiques que le surfactant utilisé commercialement pour solubiliser le DCTX (i.e. polysorbate 80) et ont permis une libération prolongée du principe actif. D’autre part, deux systèmes différents de micelles polyioniques (PICM) ont été mis au point pour la vectorisation d’acides nucléiques. De nouveaux conjugués de poly(éthylène glycol) (PEG)-oligonucléotide ont été proposés pour la protection et la libération contrôlée d’AON. Lorsque ces conjugués ont été formulés avec des dendrimères de poly(amidoamine) (PAMAM), des complexes de taille homogène ont été obtenus. Ces PICM ont permis de prolonger la libération de l’AON et de le protéger efficacement contre la dégradation enzymatique. De plus, des polymères de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(méthacrylate de propyle-co-acide méthacrylique) ont été incorporés afin de conférer des propriétés acido-sensibles aux PICM. Dans ces micelles, formées de ce dernier polymère formulé avec le dendrimère PAMAM, des oligonucléotides (AON et siRNA) ciblant l’oncogène Bcl-2 ont été encapsulés. L’internalisation cellulaire fut assurée par un fragment d’anticorps monoclonal (Fab’) situé à l’extrémité de la couronne de PEG. Après l’internalisation cellulaire et la protonation des unités d’acide méthacrylique sous l’effet de l’acidification des endosomes, les micelles se sont affranchies de leur couronne. Elles ont ainsi exposé leur cœur composé d’acide nucléique et de dendrimère PAMAM, qui possède une charge positive et des propriétés endosomolytiques. En effet, ces PICM acido-sensibles ciblées ont permis d’augmenter la biodisponibilité des acides nucléiques vectorisés et se sont avérées plus efficaces pour silencer l’oncoprotéine Bcl-2 que les micelles non ciblées ou que le dendrimère de PAMAM commercial seul. Finalement, les nanovecteurs polymères présentés dans cette thèse se révèlent être des systèmes prometteurs pour la vectorisation des anticancéreux et des acides nucléiques.

Revêtement anti-apoptotique à base de chondroïtine sulfate : vers un stent-graft bioactif

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

New grafted PLA-g-PEG polymeric nanoparticles used to improve bioavailability of oral drugs.

Les nanoparticules (NPs) de polymère ont montré des résultats prometteurs pour leur utilisation comme système de transport de médicaments pour une libération contrôlée du médicament, ainsi que pour du ciblage. La biodisponibilité des médicaments administrés oralement pourrait être limitée par un processus de sécrétion intestinale, qui pourrait par la suite être concilié par la glycoprotéine P (P-gp). La dispersion de la Famotidine (modèle de médicament) à l’intérieur des nanoparticules (NPs) pegylées a été évaluée afin d’augmenter la biodisponibilité avec du polyéthylène glycol (PEG), qui est connu comme un inhibiteur de P-gp. L’hypothèse de cette étude est que l’encapsulation de la Famotidine (un substrat de P-gp) à l’intérieur des NPs préparées à partir de PEG-g-PLA pourrait inhiber la fonction P-gp. La première partie de cette étude avait pour but de synthétiser quatre copolymères de PEG greffés sur un acide polylactide (PLA) et sur un squelette de polymère (PLA-g-PEG), avec des ratios de 1% et 5% (ratio molaire de PEG vs acide lactique monomère) de soit 750, soit 2000 Da de masse moléculaire. Ces polymères ont été employés afin de préparer des NPs chargés de Famotidine qui possède une faible perméabilité et une solubilité aqueuse relativement basse. Les NPs préparées ont été analysées pour leur principaux paramètres physicochimiques tels que la taille et la distribution de la taille, la charge de surface (Potentiel Zeta), la morphologie, l’efficacité d’encapsulation, le pourcentage résiduel en alcool polyvinylique (PVA) adsorbé à la surface des NPs, les propriétés thermiques, la structure cristalline et la libération du médicament. De même, les formules de NPs ont été testées in vitro sur des cellules CaCo-2 afin dʼévaluer la perméabilité bidirectionnelle de la Famotidine. Généralement, les NPs préparées à partir de polymères greffés PLA-g-5%PEG ont montré une augmentation de la perméabilité du médicament, ce par l’inhibition de l’efflux de P-gp de la Famotidine dans le modèle CaCo-2 in vitro. Les résultats ont montré une baisse significative de la sécrétion de la Famotidine de la membrane basolatéral à apical lorsque la Famotidine était encapsulée dans des NPs préparées à partir de greffes de 5% PEG de 750 ou 2000 Da, de même que pour d’autres combinaisons de mélanges physiques contenant du PEG5%. La deuxième partie de cette étude est à propos de ces NPs chargées qui démontrent des résultats prometteurs en termes de perméabilité et d’inhibition d’efflux de P-gp, et qui ont été choises pour développer une forme orale solide. La granulation sèche a été employée pour densifier les NPs, afin de développer des comprimés des deux formules sélectionnées de NPs. Les comprimés à base de NPs ont démontré un temps de désintégration rapide (moins d’une minute) et une libération similaire à la Famotidine trouvée sur le marché. Les résultats de l’étude du transport de comprimés à base de NPs étaient cohérents avec les résultats des formules de NPs en termes d’inhibition de P-gp, ce qui explique pourquoi le processus de fabrication du comprimé n’a pas eu d’effet sur les NPs. Mis ensemble, ces résultats montrent que l’encapsulation dans une NP de polymère pegylé pourrait être une stratégie prometteuse pour l’amélioration de la biodisponibilité des substrats de P-gp.

Solvent Effects on the Formation of Nanoparticles and Multilayered Coatings Based on Hydrogen-Bonded Interpolymer Complexes of Poly(acrylic acid) with Homo- and Copolymers of N-Vinyl Pyrrolidone

The formation of hydrogen-bonded interpolymer complexes between poly(acrylic acid) and poly(N-vinyl pyrrolidone) as well as amphiphilic copolymers of N-vinyl pyrrolidone with vinyl propyl ether has been studied in aqueous and organic solutions. It was demonstrated that introduction of vinyl propyl ether units into the macromolecules of the nonionic polymer enhances their ability to form complexes in aqueous solutions due to more significant contribution of hydrophobic effects. The complexation was found to be a multistage process that involves the formation of primary polycomplex particles, which further aggregate to form spherical nanoparticles. Depending on the environmental factors (pH, solvent nature), these nanoparticles may either form stable colloidal solutions or undergo further aggregation, resulting in precipitation of interpolymer complexes. In organic solvents, the intensity of complex formation increases in the following order: methanol < ethanol < isopropanol < dioxane. The multilayered coatings were developed using layer-by-layer deposition of interpolymer complexes on glass surfaces. It was demonstrated that the solvent nature affects the efficiency of coating deposition.

Interactions of an anionic surfactant with poly(oxyalkylene) copolymers in aqueous solution

The interactions of sodium dodecyl sulfate (SDS) with poly(ethylene oxide)/poly(alkylene oxide) (E/A) block copolymers are explored in this study: With respect to the specific compositional characteristics of the copolymer, introduction of SDS can induce fundamentally different effects to the self-assembly behavior of E/A copolymer solutions. In the case of the E18B10-SDS system (E = poly(ethylene oxide) and B = poly(butylene oxide)) development of large surfactant-polymer aggregates was observed. In the case of B20E610-SDS, B12E227B12-SDS, E40B10E40-SDS, E19P43E19-SDS (P = poly(propylene oxide)), the formation of smaller particles compared to pure polymeric micelles points to micellar suppression induced by the ionic surfactant. This effect can be ascribed to a physical binding between the hydrophobic block of unassociated macromolecules and the non-polar tail of the surfactant. Analysis of critical micelle concentrations (cmc*) of polymer-surfactant aqueous solutions within the framework of regular solution theory for binary surfactants revealed negative deviations from ideal behavior for E40B10E40-SDS and E19P43E19-SDS, but positive deviations for E18B10-SDS. Ultrasonic studies performed for the E19P43E19-SDS system enabled the identification of three distinct regions, corresponding to three main steps of the complexation; SDS absorption to the hydrophobic backbone of polymer, development of polymer-surfactant complexes and gradual breakdown of the mixed aggregates. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Design of mucoadhesive polymeric films based on blends of poly(acrylic acid) and (hydroxypropyl)cellulose

Mixing of aqueous solutions of poly(acrylic acid) and (hydroxypropyl) cellulose results in formation of hydrogen-bonded interpolymer complexes, which precipitate and do not allow preparation of homogeneous polymeric films by casting. In the present work the effect of pH on the complexation between poly(acrylic acid) and (hydroxypropyl)cellulose in solutions and miscibility of these polymers in solid state has been studied. The pH-induced complexation-miscibility-immiscibility transitions in the polymer mixtures have been observed. The optimal conditions for preparation of homogeneous polymeric films based on blends of these polymers have been found, and the possibility of radiation cross-linking of these materials has been demonstrated. Although the gamma-radiation treatment of solid polymeric blends was found to be inefficient, successful cross-linking was achieved by addition of N, N'- methylenebis(acrylamide). The mucoadhesive potential of both soluble and cross-linked films toward porcine buccal mucosa is evaluated. Soluble films adhered to mucosal tissues undergo dissolution within 30-110 min depending on the polymer ratio in the blend. Cross-linked films are retained on the mucosal surface for 10-40 min and then detach.

Synthesis, X-ray crystal structure and reactivity of the polymeric copper(II) dicarboxylic acid complex {Cu2(η1η1μ2-oda)2(py)4(H2O)2}n(odaH2 = octanedioic acid, PY = pyridine)

An aqueous solution of the α-ω-dicarboxylic acid octanedioic acid (odaH2) reacts with [Cu2(μ-O2CCH3)4(H2O)2] in the presence of an excess of pyridine (py) to give the crystalline copper(II) complex {Cu2(η1η1μ2-oda)2(py)4(H2O)2}n (1). structure of 1, as determined by X-ray crystallography, consists of polymeric chains in which bridging oda2− anions link two crystallographically identical copper atoms. The copper atoms are also ligated by two transoidal pyridine nitrogens and an oxygen atom from an apical water molecule, giving the metals an overall N2O3 square-pyramidal geometry. If the blue solid 1 is gently heated, or if it is left to stand in its mother liquor for prolonged periods, it loses one molecule of pyridine and half a molecule of water and the green complex {Cu (oda)(py)(H2O)0.5}n (2) is formed. Spectroscopic and magnetic data for both complexes are given, together with the electrochemical and thermogravimetric measurements for 1.

Hydrogen-bonding-driven self-assembly of PEGylated organosilica nanoparticles with poly(acrylic acid) in aqueous solutions and in layer-by-layer deposition at solid surfaces

PEGylated organosilica nanoparticles have been synthesized through self-condensation of (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane in dimethyl sulfoxide into thiolated nanoparticles with their subsequent reaction with methoxypoly(ethylene glycol) maleimide. The PEGylated nanoparticles showed excellent colloidal stability over a wide range of pH in contrast to the parent thiolated nanoparticles, which have a tendency to aggregate irreversibly under acidic conditions (pH < 3.0). Due to the presence of a poly(ethylene glycol)-based corona, the PEGylated nanoparticles are capable of forming hydrogen-bonded interpolymer complexes with poly(acrylic acid) in aqueous solutions under acidic conditions, resulting in larger aggregates. The use of hydrogen-bonding interactions allows more efficient attachment of the nanoparticles to surfaces. The alternating deposition of PEGylated nanoparticles and poly(acrylic acid) on silicon wafer surfaces in a layer-by-layer fashion leads to multilayered coatings. The self-assembly of PEGylated nanoparticles with poly(acrylic acid) in aqueous solutions and at solid surfaces was compared to the behavior of linear poly(ethylene glycol). The nanoparticle system creates thicker layers than the poly(ethylene glycol), and a thicker layer is obtained on a poly(acrylic acid) surface than on a silica surface, because of the effects of hydrogen bonding. Some implications of these hydrogen-bonding-driven interactions between PEGylated nanoparticles and poly(acrylic acid) for pharmaceutical formulations are discussed.

On the role of specific interactions in the diffusion of nanoparticles in aqueous polymer solutions

Understanding nanoparticle diffusion within non-Newtonian biological and synthetic fluids is essential in designing novel formulations (e.g., nanomedicines for drug delivery, shampoos, lotions, coatings, paints, etc.), but is presently poorly defined. This study reports the diffusion of thiolated and PEGylated silica nanoparticles, characterized by small-angle neutron scattering, in solutions of various water-soluble polymers such as poly(acrylic acid) (PAA), poly(Nvinylpyrrolidone) (PVP), poly(ethylene oxide) (PEO), and hydroxyethylcellulose (HEC) probed using NanoSight nanoparticle tracking analysis. Results show that the diffusivity of nanoparticles is affected by their dimensions, medium viscosity, and, in particular, the specific interactions between nanoparticles and the macromolecules in solution; strong attractive interactions such as hydrogen bonding hamper diffusion. The water-soluble polymers retarded the diffusion of thiolated particles in the order PEO > PVP > PAA > HEC whereas for PEGylated silica particles retardation followed the order PAA > PVP = HEC > PEO. In the absence of specific interactions with the medium, PEGylated nanoparticles exhibit enhanced mobility compared to their thiolated counterparts despite some increase in their dimensions.

Evaluation of water properties in HEA–HEMA hydrogels swollen in aqueous-PEG solutions using thermoanalytical techniques

Hydrogels are polymeric materials used in many pharmaceutical and biomedical applications due to their ability to form 3D hydrophilic polymeric networks, which can absorb large amounts of water. In the present work, polyethylene glycols (PEG) were introduced into the hydrogel liquid phase in order to improve the mechanical properties of hydrogels composed of 2-hydroxyethylacrylate and 2-hydroxyethylmethacrylate (HEA–HEMA) synthesized with different co-monomer compositions and equilibrated in water or in 20 % water–PEG 400 and 600 solutions. The thermoanalytical techniques [differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG)] were used to evaluate the amount and properties of free and bound water in HEA–HEMA hydrogels. The internal structure and the mechanical properties of hydrogels were studied using scanning electron microscopy and friability assay. TG “loss-on-drying” experiments were applied to study the water-retention properties of hydrogels, whereas the combination of TG and DSC allowed estimating the total amount of freezable and non-freezing water in hydrogels. The results show that the addition of viscous co-solvent (PEG) to the liquid medium results in significant improvement of the mechanical properties of HEA–HEMA hydrogels and also slightly retards the water loss from the hydrogels. A redistribution of free and bound water in the hydrogels equilibrated in mixed solutions containing 20 vol% of PEGs takes place.