Polymer coating for metal implant surface made of parylene C and PLGA with the controlled drug delivery function.

W ramach niniejszej pracy licencjackiej opracowano ochronną powłokę polimerową do pokrywania implantów metalowych z funkcją kontrolowanego uwalniania leków. W tym celu wykorzystano parylen C, biodegradowalny PLGA oraz leki modelowe (ibuprofen i sól sodową diklofenaku). Podstawowym materiałem powłoki ochronnej była 8 µm warstwa zbudowana z parylenu C, którego powierzchnię modyfikowano metodą plazmową (jako czynnik trawiący wykorzystano aktywne formy tlenu). Na zmodyfikowaną powierzchnię parylenu C za pomocą metody spray’owej napylono roztwór biodegradowalnej matrycy PLGA z lekiem. W ramach pracy sporządzono próbki o różnych stężeniach leku dzięki kontroli poszczególnych parametrów procesu napylania. Przeprowadzono charakterystykę otrzymanych próbek przed procesem uwalniania, wykorzystując w tym celu: pomiar kąta zwilżania, SEM, ATR – IR. Wykonano eksperyment uwalniania leków (in vitro) z powierzchni powłoki terapeutycznej w środowisku buforu fosforanowego, symulującego płyny fizjologiczne. Analiza zawartości leków w sztucznych płynach fizjologicznych po różnych interwałach czasowych (do 3 tygodni) pozwoliła na ich ilościowy pomiar oraz wyznaczenie kinetyki uwalniania. Otrzymane wyniki wykazały, że zastosowana technika wytworzenia powłoki ochronnej jest skuteczna i spełnia wszystkie założenia stawiane tego typu układom. Warstwa parylenu C skutecznie zabezpiecza powierzchnię antykorozyjnie, a możliwość uwalniania leku z jej powierzchni nadaje jej funkcję terapeutyczną i antybakteryjną. Badania miały również na celu przeanalizowanie mechanizmów uwalniania dwóch różnych leków. W przypadku diklofenaku nie udało się uzyskać kontrolowanego uwalniania. Dla ibuprofenu dopasowano dwa matematyczne modele uwalniania: kinetyki pierwszego rzędu oraz Korsmeyera – Peppasa. Na tej podstawie stwierdzono, że uwalnianie ibuprofenu zachodzi zarówno na drodze rozpuszczania leku z polimerowej matrycy jak i dyfuzji przez matrycę. Oba procesy zachodzą równocześnie, w różnym tempie (różne stałe szybkości). Uzyskany całkowity czas uwalniania dla ibuprofenu oraz jego ładunek w warstwie terapeutycznej spełniają wymagania stawiane systemom kontrolowanego uwalniania leków.

In the thesis a protective polymer coating for metal implant surface made of parylene C and PLGA with the controlled drug delivery function was developed. For this purpose, parylene C, biodegradable PLGA loaded with model drugs (ibuprofen and diclofenac sodium salt) were used. Parylene C protective coating layer was 8 μm thick, its surface was modified with the used of plasma (as the etching factor reactive oxygen species were applied). On the modified parylene C surface, solution of the PLGA biodegradable matrix with the drug was deposited using air brush method. The samples of various concentrations were prepared by controlling the several parameters during the spraying process. The obtained samples were characterized with the use of several methods: contact angle measurements, SEM, ATR–IR. The drug release experiments (in vitro) were performed in phosphate buffer (which simulates body fluids). Analysis of drug content in artificial biological fluids at different time intervals (up to three weeks) were carried out to quantify the amount of eluted drug and define the elution kinetics. The results showed that the technique used to create the protective coating is effective and fulfills all of the criteria imposed for such systems. Layer of parylene C effectively protects the surface from corrosion and the possibility of drug release from its surface gives it a therapeutic and antibacterial function. The study also aimed to analyze the mechanisms of release of two different drugs. In the case of diclofenac, controlled drug delivery was not obtained. The data collected for in vitro ibuprofen release studies were fitted into two mathematical kinetics model: first order and Korsmeyer–Peppas. The results indicated that the drug elution is governed by both: dissolution and diffusion via biodegradable polymer matrix. This two processes take place at the same time at different rates (different reaction rate constant). The resulting total time of the ibuprofen elution and its loading in the therapeutic layer fulfill the requirements for controlled drug release systems.