Journal of Mazandaran University of Medical Sciences

fa تهیه و بهینه‌سازی پارامترهای موثر جهت آزادسازی کنترل شده داروی کاربامازپین توسط نانوسیلیکای SBA-16 به عنوان یک حامل دارویی Preparation and Optimization of Effective Parameters for the Controlled Release of Carbamazepine by Nanosilica SBA-16 as a Drug Carrier نانوتکنولوژی Nano technology پژوهشي-کامل Research(Original) سابقه و هدف: طراحی و ساخت سیستم‌های رهاسازی کنترل شده دارو می‌تواند در مدیریت روش‌های درمانی توسط داروها بسیار مفید باشد. هدف این مطالعه، سنتز نانوسیلیکای SBA-16 و استفاده از آن به عنوان حامل دارویی برای داروی کاربامازپین می‌باشد. هم‌چنین تاثیر متغیرهای pH، زمان تماس، دما، غلظت اولیه دارو و مقدار بر بازده عملکرد حامل دارویی از اهداف دیگر این مطالعه بود. مواد و روش‌ها: در این مطالعه تجربی، از داروی کاربامازپین (از سازمان غذا و دارو ایران تهیه شد)، آب دو بار تقطیر شده، 1-بوتانول، اسیدکلریدریک، کوپلیمر پلورونیکf127، تترا اتیل اورتوسیلیکات، هیدروکسید سدیم استفاده شد. همه مواد شیمیایی از شرکت سیگما آلدریچ و مرک تهیه شدند. ازکیسه دیالیز ساخت شرکت سیگما آلدریچ (14000MWCO, 99.99 % retention) برای رهایش دارو استفاده شد. ترازوی دیجیتال (EJ 303)، دستگاه pHمتر(ST 2100)، آون (Memmert)، همزن مغناطیسی (HOTPLATE STIRRER 81)، کوره الکتریکی(Shimaz)، دستگاه (FT-IR Magna-IR Spectrometer 550 Nicolet)، دستگاه پراش اشعه ایکس (STADIP)، دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (MIRA3-LMU)، دستگاه Uv-Vis(DB20-UV Spectrophotometer) و دستگاه BET(NanoSORD92) در این پژوهش به کار گرفته شد. SBA-16 به روش سل-ژل تهیه شد. برای شناسایی و مشخصه‌یابی جاذب سنتز شده از آنالیزهای XRD، FTIR، SEM و EDX استفاده شد. اثر pH، مقدار جاذب (نانوحامل)، غلظت دارو، دما و زمان تماس با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) مدل مرکب مرکزی (CCD) توسط نرم‌افزار طراحی آرمایش (DOE) برای تعیین شرایط بهینه و حداکثر میزان بارگذاری دارو مورد بررسی قرار گرفت. برای مطالعات جذبی از ایزوترم‌های جذب لانگمویر، فروندلیچ و تمکین استفاده شد. هم‌چنین مطالعات ترمودینامیک و سینیتیک نیز انجام گرفت. برای انجام آزمایشات رهایش دارو از روش دیالیز استفاده شد. این روش‌، جداسازی به‌صورت فیزیکی و امکان نمونه‌گیری آسان در فواصل زمانی مختلف را فراهم می‌کند. یافته‌ها: در این مطالعه نانوسیلیکای SBA-16 با موفقیت سنتز شد و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) از سطح نمونه سنتز شده SBA-16 نشان می‌دهد که با نمونه سنتز شده دارای مورفولوژی کروی و همگن با اندازه حدود 50-2 نانومتر می‌باشد. هم‌چنین، طیف XRD نشان می‌دهد SBA-16 از نظم ساختاری بالایی برخوردار است. برای بررسی اثر پارامترهای موثر از طراحی آزمایش استفاده شد و پس از انجام آزمایشات، نتایج حاصل به نرم‌افزار داده شده تا بهترین مدل را برای ارزیابی و توصیف داده‌ها ارائه دهد. مدل پیشنهادی نرم‌افزار از بین 4 مدل خطی، برهمکنشی‌، درجه دوم و درجه سوم، مدل درجه دوم بود که بیش‌ترین تطابق را با پاسخ‌ها داشت. خروجی نرم‌افزار نشان داد که نانو حامل قادر است که در شرایط بهینه (2=pH، غلظت اولیه دارو ppm 20، مقدار حامل دارو g 0/05، دما °C 30 و زمان تماس 12 دقیقه) 87/99 درصد از داروی کاربامازپین را بارگذاری نماید. داده‌های جذب بیش‌تر با ایزوترم لانگمویر (0/9996=R2) همخوانی دارد. مطالعات ترمودینامیکی نشان می‌دهد که جذب خودبه‌خودی، گرمازا و از نوع فیزیکی بوده و از سینیتیک مرتبه اول تبعیت می‌کند. در این مطالعه رهایش دارو با مدل سینتیک نظری که توسط Zeng و همکاران ‌در سال 2012 برای رهایش دارو از نانوذرات سیلیس مزوپور ارائه شده است، همخوانی دارد. در این مدل فرض بر این است که آزادسازی دارو در ساعات اولیه دارای یک رهایش انفجاری است و پس از آن یک رهایش آرام و پایدار صورت می‌گیرد. استنتاج: نانوحامل معرفی شده در این پژوهش یک جاذب نامحلول در آب، فاقد سمیت و بسیار موثر برای بارگذاری داروی کاربامازپین می‌باشد. هم‌چنین در شرایط بهینه میزان بارگذاری دارو 99/87 درصد است. نتایج، یک آزادسازی کنترل شده را نشان داد. فرآیند جذب با ایزوترم لانگمویر با رگرسیون 0/9991 متناسب است. هم‌چنین آزادسازی دارو از مدل سینتیکی مرتبه اول با ضریب رگرسیون 0/9996 تبعیت می‌کند. نتایج ترمودینامیکی نشان داد فرآیند بارگذاری دارو یک فرآیند گرامازا و خودبه‌خودی است. Background and Purpose: Designing and manufacturing controlled drug release systems can be highly beneficial in improving drug treatment methods. The aim of this study is to synthesize SBA-16 nanosilica and evaluate its use as a drug carrier for carbamazepine. Additionally, this research aims to assess the effects of pH, contact time, temperature, initial drug concentration, and adsorbent amount on the performance efficiency of the drug carrier. Materials and Methods: In this study, carbamazepine (obtained from the Food and Drug Organization of Iran), double-distilled water, 1-butanol, hydrochloric acid, pluronic copolymer F127, tetraethyl orthosilicate, and sodium hydroxide were used. All chemicals were sourced from Sigma-Aldrich and Merck. A dialysis bag manufactured by Sigma-Aldrich (14000 MWCO, 99.99% retention) was used for drug release experiments. The equipment used in this research includes a digital scale (EJ 303), pH meter (ST 2100), oven (Memmert), magnetic stirrer (HOTPLATE STIRRER 81), electric furnace (Shimaz), FT-IR device (Magna-IR Spectrometer 550 Nicolet), X-ray diffraction device (STADIP), scanning electron microscope (MIRA3-LMU), UV-Vis spectrophotometer (DB20-UV), and BET analyzer (NanoSORD92). SBA-16 was synthesized using the sol-gel method. XRD, FTIR, SEM, and EDX analyses were employed to identify and characterize the synthesized adsorbent. The effects of pH, adsorbent amount (nanocarrier), drug concentration, temperature, and contact time were evaluated using the response surface method (RSM) with the central composite design (CCD) in the Design of Experiments software (DOE) to determine optimal conditions and maximum drug loading capacity. Langmuir, Freundlich, and Temkin adsorption isotherms were used for adsorption studies, and thermodynamic and kinetic studies were also conducted. The dialysis method was applied for drug release experiments, providing physical separation and allowing easy sampling at different time intervals. Results: In this study, SBA-16 nanosilica was successfully synthesized, and scanning electron microscope (SEM) images of the SBA-16 surface demonstrated that it had a spherical and homogeneous morphology with particle sizes ranging from 2 to 50 nm. Additionally, the XRD spectrum showed that SBA-16 had a regular structure. Experiment design was used to investigate the effects of key parameters. After conducting the tests, the results were input into the software to generate the best model for evaluating and describing the data. Of the four models (linear, interaction, quadratic, and cubic), the software proposed the quadratic model as the most consistent with the responses. According to the software output, the nanocarrier was able to adsorb 99.87% of carbamazepine under optimal conditions (pH=2, initial drug concentration=20 ppm, drug carrier amount=0.05 g, temperature = 30°C, and contact time=12 minutes). The adsorption data fit the Langmuir isotherm most closely (R²=0.9996). Thermodynamic studies revealed that the adsorption process is spontaneous, exothermic, and physical, following first-order kinetics. The drug release data corresponded with the theoretical kinetic model presented by Zeng et al. (2012) for drug release from mesoporous silica nanoparticles, which assumes an initial burst release in the early hours followed by a slow and steady release. Conclusion: The nanocarrier introduced in this research is a water-insoluble, non-toxic, and highly effective adsorbent for loading the drug carbamazepine. The results demonstrated that, under optimal conditions, the drug loading efficiency reached 99.87%. Additionally, the study showed controlled drug release. The adsorption process followed the Langmuir isotherm with a regression coefficient of 0.9991, while drug release followed the first-order kinetic model with a regression coefficient of 0.9996. Thermodynamic results indicated that the drug loading process is exothermic and spontaneous   جذب سطحی, نانو حامل SBA-16, داروی کاربامازپین, رهایش دارو, طراحی آزمایش adsorption, SBA-16 nanocarrier, carbamazepine drug, drug release, experimental design 14 29 http://jmums.mazums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-8301-3&slc_lang=fa&sid=1 Mohammad Hossein Fekri محمدحسین فکری m.h.fekri@abru.ac.ir 0000-0002-1305-1902 Yes Associate Professor, Department of Chemistry, Faculty of Basic Sciences, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran دانشیار، گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت الله بروجردی (ره)، بروجرد، ایران Maryam Razavi Mehr مریم رضوی مهر ma.razavimehr@gmail.com 0000-0002-1305-1902 No Assistant Professor, Department of Chemistry, Faculty of Basic Sciences, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran استادیار، گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت الله بروجردی (ره)، بروجرد، ایران Fatemeh Saki فاطمه ساکی 0000-0002-1305-1902 No MSc in Chemistry, Faculty of Basic Sciences, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran کارشناسی ارشد شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت الله بروجردی (ره)، بروجرد، ایران Samaneh Soleymani سمانه سلیمانی 0000-0002-1305-1902 No MSc in Chemistry, Faculty of Basic Sciences, Ayatollah Boroujerdi University, Boroujerd, Iran کارشناسی ارشد شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آیت الله بروجردی (ره)، بروجرد، ایران