Aplicación del algoritmo TOPSIS en la descripción de la celulosa bacteriana

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2755 (2023) Citar este artículo

812 Accesos

1 Citas

1 Altmetric

Detalles de métricas

Se desarrolló un hidrogel multicomponente utilizando celulosa bacteriana, alginato y gelatina con la ayuda de glicerol como alcohol trihídrico que participa en la redistribución de los enlaces de hidrógeno en el sistema de prueba. Se utilizaron FTIR, XRD, SEM y TGA como técnicas instrumentales para caracterizar estructuralmente las propiedades físicas/químicas del hidrogel compuesto formado. Mediante el uso de una ecuación exponencial, se evaluó el comportamiento de hinchamiento del hidrogel. Mediante la incorporación de un fármaco modelo (azul de metileno, MB) en el hidrogel formado, los experimentos se dirigieron a estudiar las características de liberación del MB, donde la solución media para la liberación se preparó a cuatro pH diferentes. La liberación acumulada máxima del fármaco a pH 2,8, 6, 7,4 y 9 fue del 42,8, 63, 80 y 84,5 %, respectivamente. El proceso de ajuste de datos se llevó a cabo utilizando cinco modelos cinéticos (ecuaciones de Korsmeyer-Peppas, Higuchi, Hopfenberg, de orden cero y de primer orden) y se estimó el modelo cinético preferido en cada pH aplicando la técnica algorítmica TOPSIS. Se determinó la capacidad de adsorción del hidrogel en relación con el MB y se cuantificaron las propiedades termodinámicas de esta relación (\(\Delta{\text{H}}_{\text{ad}}^{0}= \text{ } - \text{99,95 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}}\) y \(\Delta{\text{S}}_{\text{ad} }^{0}= -\text{0,237 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}} {\text{K}}^{-{1}} \)). Los resultados del presente estudio favorecieron el uso potencial del hidrogel compuesto desarrollado en sistemas de administración de fármacos.

La atención en los campos médicos se dirigió en los últimos años hacia el uso de hidrogeles compuestos basados en biopolímeros principalmente debido a su biocompatibilidad, biodegradabilidad y no toxicidad, y la celulosa bacteriana (BC) es la más popular entre los polímeros naturales1.

Un estudio reciente sobre la cinética de la síntesis de celulosa catalizada por celulosa sintasa en Gluconacetobacter hansenii ha mostrado el proceso involucrado en detalle, donde la iniciación, el alargamiento y la terminación (liberación de la celulosa sintetizada de la enzima) son tres fases a través de las cuales el orden estructural aumenta gradualmente y paso a paso. -por paso 2: la alineación paralela de las cadenas formadas de unidades de D-glucosa interconectadas a través de enlaces covalentes glucosídicos es longitudinal, mientras que los enlaces de hidrógeno (inter/intra-enlaces) y las fuerzas de Van der Waals finalmente dan estructuras entrelazadas asignables a la celulosa nativa como microfibrillas de celulosa I (un patrón regular de cadenas largas y entrelazadas de la celulosa formada I no puede mantenerse en toda la estructura y es paracristalino el resultado de esta consideración estructural)3. Varias microfibrillas se mantienen unidas extensamente y las estructuras de cintas se forman y se apilan unas sobre otras y se colocan fuera de la célula bacteriana3. La complejidad de este tipo de estructuras es alta y cumplen un papel de cobertura protectora celular, las cuales se categorizan como biopelículas microbianas3. La capa antes mencionada le da la capacidad a las bacterias productoras para hacer frente mejor a los estreses ambientales donde los daños pueden ser causados por factores bióticos y abióticos.

El alginato (Alg) es un polisacárido natural extraído de algas, y el ácido β-d-manurónico y el ácido α-l-gulurónico son componentes de este polímero donde estos ácidos urónicos podrían participar ampliamente en el proceso de reticulación en presencia de metal polivalente. cationes. El polímero de alginato finalmente alcanza el punto de ruptura de su estructura de "huevera", enfocándose en los iones de calcio como los preferidos y reemplazándolos con iones de sodio en los grupos carboxilato. Es probable que este tipo de experimento (difusión de iones de calcio a través de la red monitoreada por el método de resonancia paramagnética de electrones) aumente las distancias entre las cadenas de polímeros4.

Muchos estudios en los últimos años se han dirigido a la producción de hidrogeles a base de gelatina5,6,7,8. En primer lugar, la atención a este tema se centra en la triple hélice altamente interconectada del colágeno en términos de secuencias de aminoácidos únicas que han hecho que esta proteína se vea afectada fácilmente por factores ambientales9. La producción de gelatina, de hecho, es el resultado del tratamiento térmico y la hidrólisis parcial del colágeno como una proteína fibrosa en la que las cadenas polipeptídicas ya no están asociadas regularmente entre sí (es decir, la gelatina como un producto desnaturalizado del colágeno)9.

Combinando BC, Alg y Gl, se formaron enlaces físicos entre cadenas químicas adecuadas utilizando iones de calcio y con la ayuda de glicerol como alcohol trihídrico capaz de participar en la formación de enlaces de hidrógeno a través de sus grupos hidroxilo y otros grupos funcionales presentes en las cadenas poliméricas. (–OH, –NH, –COO−, –CO). El entrecruzamiento entre estos polímeros enlazados condujo a la formación de un hidrogel compuesto basado en BC (CH basado en BC). Los experimentos en el presente estudio se dirigieron primero hacia el uso de análisis FTIR, XRD, TGA y SEM, y el hidrogel compuesto formado se caracterizó estructuralmente.

Otros puntos de interés fueron evaluar cuantitativamente la funcionalidad del comportamiento del hidrogel compuesto en términos de su capacidad de hinchamiento y adsorción de fármacos utilizando las isotermas de Langmuir y Freundlich. La extensión de los procesos relevantes se cuantificó termodinámicamente.

La liberación del fármaco a partir del hidrogel compuesto implica varios pasos que ocurren de forma secuencial/simultánea, a partir de la absorción de agua, la difusión y el transporte del fármaco a través de la red polimérica. El enredo/desenredo físico del polímero hidratado, el hinchamiento, la disolución del fármaco y la difusión en la solución de prueba indican que varios mecanismos están involucrados en la liberación del fármaco10,11. Con el uso de azul de metileno (MB) como fármaco modelo, la cinética de liberación se describió matemáticamente en el presente trabajo. Se utilizaron cinco modelos diferentes, a saber, ecuaciones de Korsmeyer-Peppas, Higuchi, Hopfenberg, de orden cero y de primer orden. La calidad de un modelo se explica por su capacidad predictiva en relación con su precisión en la predicción. Por lo tanto, se evaluó la potencialidad de la aplicación de TOPSIS como método de toma de decisiones de criterios múltiples (MCDM) en el presente estudio.

Las membranas BC se compraron de Nano Novin Polymer Company en Irán (\({20} \, \times \, \text{30 } \times \, \text{0.4}\) cm) y se trataron con una solución de NaOH 0,1 M ( 90 °C durante una hora), y luego se lavaron con agua destilada (DW) hasta que el pH de la solución alcanzó un pH neutro ~ 7. Gl (110 bloom), Alg (extraído de algas pardas) y cloruro de calcio se compraron de mercados locales proporcionados como grado analítico (Sigma-Aldrich y Applichem GmbH).

Las membranas de BC tratadas se dividieron en piezas de 10 mm por 10 mm por 4 mm y se añadieron 200 ml de DW. Luego, la mezcla se transfirió a un homogeneizador equipado con el sistema de circulación de agua del grifo para mantener la condición a temperatura moderada (16 000 rpm durante 15 min, HO4 Edmund Bühler 7400 Tübingen, Alemania). La concentración de la suspensión de BC preparada se ajustó al 2% en peso. Esto se hizo mediante centrifugación (10.000 rpm durante 10 min) y se eliminó el sobrenadante (Biofuge Stratos, Thermo Scientific, EE. UU.). Con respecto a los hallazgos informados por Chiaoprakobkij et al., se realizó un trabajo preliminar basado en un experimento de uno en uno, y los resultados fueron informativos para preparar 10 g del hidrogel compuesto12. Se siguió el siguiente procedimiento: primero se mezcló polvo de Gl (0,3 g) con una cantidad proporcional de DW durante 1 h usando un agitador de calentador magnético (500 rpm y 60 °C). Se añadieron porciones relevantes de Alg (0,05 g), glicerol (0,1 g) y NaCl (0,1 g) y se continuó agitando hasta que se obtuvo una solución homogénea. Luego, se agregaron 5 g de suspensión de BC y la mezcla se agitó durante 1 hora a 500 rpm. Las mezclas homogéneas se colocaron en placas petri estériles y las placas se secaron durante 72 ha aproximadamente 35 °C en un horno de vacío (H. Jürgens & Co., Bremen, Alemania). Cada una de las muestras secas se mezcló con 50 ml de solución \({\text{CaC}}{\text{l}}_{2}\) (2,5 % p/v) utilizando un agitador incubador (agitador Kühner, Suiza, 70 rpm durante 60 minutos). A partir de entonces, los hidrogeles compuestos reticulados se enjuagaron con DW para eliminar cualquier agente que no haya reaccionado. Los hidrogeles compuestos formados se cortaron en \(\text{1 } \,\times\, \text{1 \, cm}\) piezas, seguido de secado a 45 °C durante 4 h.

Los espectros infrarrojos por transformada de Fourier se registraron con el espectrómetro (Thermo Fisher Scientific Co. Ltd., MA, EE. UU.). Los datos fueron recolectados de 4000 a 600 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\) en el modo de transmisión.

Los arreglos ordenados de los átomos-moléculas en un material dan patrones específicos a la muestra, y esta es la base de la cristalinidad del material, donde las respuestas a la exposición a los rayos X se miden en espectroscopia XRD. Luego se registra la intensidad y el ángulo de dispersión de los rayos X que dejan la muestra (especificando el rango de \(\text{2}\)θ como 5°–40°). Siguiendo el manual de instrucciones, las mediciones se realizaron con el uso de filtro de Ni a temperatura ambiente con el voltaje y la corriente generados a 40 kV y 40 mA, respectivamente (CuKα como fuente de radiación, KEFA XRD, Panalytical Inc., Países Bajos).

Los picos en los difractogramas XRD se detectaron visualmente y los resultados se analizaron con el software Origin Pro (versión 9.8). A continuación, se utilizó el gráfico correspondiente para el cálculo de la cristalinidad de acuerdo con la expresión que se indica a continuación:

donde \({\text{I}}_{\text{c}}\) representa el área de la fase cristalina total y \({\text{I}}_{\text{a}}\) indica el área de la fase amorfa.

Utilizando microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (Tescan 'Mira 3', República Checa), se realizaron estudios FE-SEM de las muestras. El comportamiento no conductor de la celulosa es una posible causa de la acumulación de carga en la superficie de la muestra, y esto puede afectar desfavorablemente la calidad de las imágenes reveladas, y esto puede evitarse mediante el baño de oro de la superficie. Los detalles del procedimiento se dan en otra parte13.

Las mediciones se realizaron utilizando un analizador térmico para evaluar la estabilidad térmica del BC preparado y del CH basado en BC (Mettler Company, EE. UU.). Pesando una muestra de 5 mg y colocándola en una bandeja de aluminio, se realizó el proceso de calentamiento con la siguiente especificación: velocidad de calentamiento de 10 °C/min bajo una atmósfera de \({\text{N}}_{2}\) con un caudal de 50 ml/min de 25 a 500 °C. Mediante la obtención de las curvas termogravimétricas de primera derivada (DTG), los intentos se dirigieron a encontrar la temperatura a la que se produciría la máxima pérdida de peso.

El BC preparado y el CH basado en BC en un medio líquido es un tipo de dispersión coloidal, y su estabilidad podría medirse cuantitativamente por el potencial zeta: el grado de resistencia a la floculación, que es un indicador de carga electrostática inadecuada en la superficie de la partícula. , se puede estimar (Cordouan Tech, WALLIS, Francia).

El área de superficie específica y el volumen de poro de las muestras se determinaron mediante \({\text{N}}_{2}\) usando el sistema de sorción de gas autosorb-1-MP (Quantachrome Corporation, Austria) operado según el concepto BET.

El comportamiento de hinchamiento de las muestras de CH basadas en BC a diferentes pH (pH 2,8-9 utilizando "tampón de fosfato") se analizó mediante el método gravimétrico. En resumen, la muestra seca se pesó inicialmente (\({\text{W}}_{0}\)) y luego se sumergió en soluciones con un pH específico a 37 °C durante 45 min. Las muestras hinchadas se retiraron regularmente de las soluciones y se volvieron a pesar (\({\text{W}}_{\text{s}})\) inmediatamente después de que el exceso de medio se secara con papel de filtro y se midió la capacidad de hinchamiento. : \(\text{hinchamiento \, capacidad}=({\text{W}}_{\text{s}}-{\text{W}}_{\text{d}}\text{)/} {\text{W}}_{\text{s}}\). La tasa de hinchamiento se determinó utilizando la siguiente ecuación exponencial14:

donde \({\text{S}}_{\text{t}}\) representa la capacidad de expansión en el tiempo t, \({\text{S}}_{\text{e}}\) es la expansión de equilibrio donde el hinchamiento alcanza un valor máximo, y r como parámetro de velocidad indica el tiempo en el que la capacidad de hinchamiento alcanza el 0,63 del hinchamiento de equilibrio.

Al realizar experimentos de carga de fármacos, se prepararon soluciones acuosas de MB a concentraciones variables de 20 a 100 mg/l usando matraces Erlenmeyer de 100 ml, cada uno con 15 ml de la solución de prueba. La cantidad de hidrogeles compuestos basados en BC añadidos a cada matraz fue de 4 mg. Los matraces se incubaron en una incubadora con agitador (70 rpm, agitador Kühner, Suiza) a tres temperaturas (27 °C, 37 °C y 47 °C) durante tres días. MB en la solución de prueba se estimó espectrofotométricamente (665 nm-UV-Vis Jasco, Japón).

Se utilizaron las ecuaciones de Langmuir (Ec. 3) y Freundlich (Ec. 4) para describir cuantitativamente la relación entre MB y CH basado en BC en términos de isoterma de adsorción:

donde \({\text{Q}}_{\text{e}}\) (mg/g) es la cantidad de MB como adsorbato adsorbido por unidad de masa de CH basado en BC como adsorbente en equilibrio, \ ({\text{Q}}_{\text{m}}\)(mg/g) es un indicador de la capacidad de quimisorción (teóricamente definida como adsorción monocapa), \({\text{C}}_{\text {e}}\) (mg/l) es la concentración de MB en la solución a granel en equilibrio, y \({\text{K}}_{\text{L}}\) (l/mg) es la constante de Langmuir . El valor de \({\text{Q}}_{\text{e}}\) se puede determinar con el uso de la siguiente ecuación:

donde V es el volumen total (l), W es la cantidad de CH basado en BC (g) y \({\text{C}}_{0}\) (mg/l) es la concentración inicial de MB .

Otra nota es determinar la constante \({\text{R}}_{\text{L}}\) que es igual a \({1}\text{/(}{1} \, {+} \, { \text{K}}_{\text{L}}{{\text{C}}}_{0}\text{)}\). El valor de esta constante adimensional indica la tendencia de la isoterma de adsorción a seguir el siguiente patrón: \({\text{R}}_{\text{L}}\) > 1 como tendencia desfavorable del evento, \({\ text{R}}_{\text{L}}\) = 1 como patrón lineal, \({0} \, {<} \, {\text{R}}_{\text{L}} \ , {<} \, {1}\) como tendencia favorable, y \({\text{R}}_{\text{L}} \, {=} \, {0}\) como evento irreversible .

Otra nota fue considerar \({\text{K}}_{\text{F}}\) como la constante de Freundlich, que es indicativa de la capacidad de adsorción relativa del CH basado en BC y 1/n es la medida de la intensidad de la adsorción, y cuanto mayor sea el valor de 1/n, más favorable será la adsorción.

La práctica habitual para estimar el cambio de energía libre es utilizar la ecuación de van't Hoff en la que la constante de equilibrio (\({\text{K}}_{\text{eq}}\)) se puede definir en términos de entalpía y entropía cambiar:

donde R es la constante universal de los gases (8,314 J/mol K) y T es la temperatura (K). Al graficar \({\text{ln}}{\text{K}}_{\text{eq}}\) frente a 1/T, se determinarían las cantidades de entalpía y entropía.

Para evaluar cuantitativamente la liberación acumulativa del fármaco modelo, los HC basados en BC cargados con MB secos se sumergieron en 100 ml de las soluciones preparadas (pH 2,8-9) y se incubaron en una incubadora con agitación a 70 rpm y 37 °C durante 72 h. . Se tomaron alícuotas apropiadas de las soluciones de prueba a intervalos predefinidos y se reemplazaron con una cantidad igual de medio nuevo. La concentración de MB liberado se determinó espectrofotométricamente a 665 nm. La expresión de la cantidad de MB liberados en el tiempo 't' dividida por la cantidad total de MB cargados en el CH basado en BC se usó para mostrar el porcentaje de liberación acumulada de MB del sistema.

Los datos de liberación de fármacos obtenidos cuantitativamente se usaron para evaluar la cinética de liberación mediante la aplicación de modelos de Korsmeyer-Peppas, Higuchi, Hopfenberg, de orden cero y de primer orden (ecuaciones 9 a 13):

donde \({\text{M}}_{\text{t}}\) es la cantidad acumulada de MB liberados, y M∞ es la cantidad acumulada de MB liberados en un tiempo infinito, \({\text{k} }_{0}\) y \({\text{k}}_{1}\) son la constante de velocidad de orden cero y de primer orden, respectivamente. \({\text{k}}_{\text{h}}\) es la constante de disolución de Higuchi, \({\text{k}}_{\text{KP}}\) es la constante de Korsmeyer-Peppas , y 'n' es el exponente de liberación7,15. \({\text{k}}_{0}^{\prime}\) es la constante de velocidad de orden cero que describe la degradación de la red polimérica (erosión superficial), \({\text{C}}_{0 }\) es la carga inicial de fármaco MB en la red polimérica, 'a' es la mitad del espesor de la red y 'm' es un exponente que varía con la geometría del sistema de prueba: m = 1, 2 y 3 para la losa , geometría cilíndrica y esférica, respectivamente10.

Cada pieza de información se recopiló por triplicado, mostrada como media \(\pm\) desviación estándar (las barras de error relevantes se muestran en cada figura). Se consideró un enfoque no lineal para procesar los datos obtenidos en los experimentos de liberación (software Origin Pro, versión 9.8). La calidad de predicción del modelo en la cinética de liberación de MB se estimó utilizando las siguientes expresiones:

El coeficiente de determinación:

Error cuadrático medio de la raíz:

Chi-cuadrado:

Información de Akaike Criterio 16:

donde \({\text{y}}_{\text{i}}\), \({\widehat{\text{y}}}_{\text{i}}\), y \(\stackrel {\mathrm{-}}{\text{y}}\) son la respuesta experimental para la i-ésima observación, el valor calculado de \({\text{y}}_{\text{i}}\), y el promedio de observaciones, respectivamente. 'n' es el número de observaciones obtenibles experimentalmente y p es el número de parámetros en el modelo.

Una breve descripción de los pasos utilizados en el uso de la técnica TOPSIS en el presente estudio se puede considerar de la siguiente manera17:

Los datos recopilados en los experimentos de liberación se organizan en una matriz matemática con 5 filas y 4 columnas etiquetadas como matriz de decisión (DM).

\({\text{A}}_{\text{i}}\) (i = 1, 2, …, m) es un símbolo de alternativas y \({\text{C}}_{\text{ j}}\) (j = 1, 2, …, n) es un símbolo de criterio. Las alternativas indican modelos de liberación cinética descritos como Eqs. (9)–(13). Los criterios son medidas que se usaron en este estudio para evaluar el desempeño del modelo en términos de su precisión de predicción (Ecs. 14-17).

Al considerar \({\text{x}}_{\text{ij}}\) que representa la calificación de la alternativa \({\text{A}}_{\text{i}}\) con respecto al criterio \({\text{C}}_{\text{j}}\), se calcula la matriz de decisión normalizada:

Al asignar el peso a cada criterio en relación con una alternativa, se desarrolla la matriz de decisión normalizada ponderada:

donde \(\sum_{\text{j=1}}^{\text{n}}{{\text{W}}}_{\text{j}}= \text{1}\) y en este estudio, se proporciona el mismo peso para todas las variables \(({\text{W}}_{\text{j}}=\text{1/n}{)}.\)

Para encontrar la mejor alternativa en el método TOPSIS, es calcular las distancias euclidianas de cada alternativa a partir de las soluciones ideales positivas y negativas (\({\text{S}}_{\text{i}}^{+}\ ) y \({\text{S}}_{\text{i}}^{-}\)). Las siguientes expresiones muestran que la base de la determinación de la solución ideal positiva (PIS) es encontrar el valor máximo para cada \({\text{V}}_{\text{ij}}\) que corresponde a un criterio particular en los criterios establecidos para una alternativa (mostrado como conjunto 'J') y al mismo tiempo los valores de este \({\text{V}}_{\text{ij}}\) son mínimos para otros criterios que están relacionados a esa alternativa (que se muestra como conjunto '\(\text{J}^{\prime}\)'):

Un concepto similar se considera para la determinación de la solución ideal negativa (NIS):

El paso final es clasificar las alternativas (modelos cinéticos) utilizando la puntuación de rendimiento (\({\text{p}}_{\text{i}}\)):

Usando el método TOPSIS, el estudio cinético de liberación se llevó a cabo por separado a los pH de prueba.

Los espectros FTIR indican la composición molecular de las muestras en términos de la presencia de grupos funcionales y las características espectrales infrarrojas para las muestras de CH basadas en BC, Alg, Ca-Alg, Gl y BC se muestran en la Fig. 1. Los modos de estiramiento y flexión son los dos tipos más simples de movimientos vibratorios en una molécula infrarroja activa18. El estiramiento simétrico y el estiramiento asimétrico son dos tipos de vibración de estiramiento, y el tijera, el balanceo (en el plano), el movimiento y la torsión (fuera del plano) se asignan a tipos complejos de vibración de flexión18. El espectro de la membrana BC muestra, por ejemplo, señales fuertes en 3343, 2893, 1429 y 1055 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\) y estos picos de absorción son atribuido al estiramiento O-H, -CH, deformación angular asimétrica C-H y estiramiento C-OH en alcoholes, respectivamente. Los hallazgos concuerdan con lo reportado en la literatura (fig. 1)12,19,20,21,22.

Espectros FTIR de las muestras de cada biopolímero utilizado en el presente estudio antes de combinarse para preparar el hidrogel compuesto (CH basado en BC).

Las bandas características de FTIR para el alginato de sodio puro están relacionadas con el estiramiento –OH (banda ancha alrededor de 3240 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\)), estiramiento asimétrico C–H ( 2925 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\)), estiramiento asimétrico y simétrico de –\({\text{CO}}{\text{O}} ^{-}\) grupo en 1597 y 1409 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\), respectivamente y estiramiento C–O–C (1021 \({ \text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\))19,23. Además, la banda de vibración de estiramiento observada en aproximadamente 814 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\) es específica del ácido manurónico12. Los picos característicos de Ca-Alg fueron similares a los de Alg, con algunos ligeros cambios, como en las bandas relacionadas con el –\({\text{CO}}{\text{O}}^{-}\) extendiéndose en 1588 y 1410 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\), que puede ser en términos de la asociación de este grupo con el ion calcio (alginato cross- enlazado por \({\text{C}}{\text{a}}^{2+}\))19,24. Los rasgos característicos de la gelatina pura comprenden los picos de absorción en 3278, 2928 y 1448 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\) correspondientes al estiramiento N–H, alifático Estiramiento C-H y flexión C-H, respectivamente. Además, los picos de absorción en 1628, 1528, 1333 y 1237 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\) se atribuyeron a la vibración de estiramiento C=O (amida-I ), vibración de flexión N–H (amida-II), vibración de estiramiento C–N y vibración de flexión N–H, respectivamente12,19,20.

En CH basado en BC, el estiramiento –OH y el estiramiento C–H asimétrico aparecieron en 3335 y 2896 \({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\), respectivamente. Las bandas relacionadas con el estiramiento asimétrico y simétrico del grupo –\({\text{CO}}{\text{O}}^{-}\) y el estiramiento C–O–C cambiaron a 1602, 1423 y 1030 \ ({\text{c}}{\text{m}}^{-{1}}\), respectivamente8,19. Los picos del grupo amino de la gelatina no eran claramente visibles en el CH basado en BC, lo que puede ser el resultado de la formación de complejos entre cadenas laterales aniónicas y catiónicas (es decir, Alg, BC y Gl)12,19.

La celulosa como sustancia cristalina conserva su disposición durante mucho tiempo, a menos que su estructura compleja, que incluye elementos cristalinos y amorfos, detecte estrés externo. Cualquier método para calcular la cristalinidad basado en el modelo de dos fases se encuentra con varios problemas que se han relacionado con esta idea. Por ejemplo, en la síntesis de celulosa y en el camino para llegar a la red de microfibrillas, se detecta claramente el desarrollo de celulosa paracristalina y se encuentra que su cantidad en la celulosa de algodón (33 %) es muy cercana al contenido de celulosa cristalina (31,8 %)3, 25

Una comparación entre la red de microfibrillas de BC y la celulosa vegetal (PC) indica que la calidad y el alcance de la formación de enlaces de hidrógeno están más bajo la influencia de las vías moleculares en la síntesis de BC que en PC3. La Figura 2 muestra imágenes SEM de las superficies de BC y CH basado en BC. El patrón XRD del BC que se muestra en la Fig. 3 presenta tres picos a 14,6°, 16,8° y 22,8°. El CH basado en BC exhibe picos de menor intensidad en el patrón XRD que son comparables a los de BC, lo que sugiere una disminución en la cristalinidad del hidrogel compuesto. Los valores calculados para las cristalinidades de BC y CH basado en BC fueron 63,6% y 57,8%, respectivamente, utilizando el software Origin Pro.

Imágenes SEM de las superficies de (a) BC y (b) CH basado en BC.

Espectros XRD utilizados para el cálculo del índice de cristalinidad (software Origin Pro): (a) BC y (b) CH basado en BC.

Como se ha mencionado anteriormente, el resultado de microfibrillas de celulosa estrechamente empaquetadas y su unión es la formación de estructuras de cintas apiladas unas sobre otras y colocadas fuera de la célula bacteriana, y la participación de los enlaces de hidrógeno es un comportamiento estructural atribuido a la rigidez de BC ( Figura 4a). Además, se ha encontrado que la rigidez de la cadena del alginato de calcio está bajo la influencia de la composición del monómero del alginato, y el aumento de la flexibilidad de la cadena se debe al monómero manurónico26. El comportamiento dinámico de las cadenas de polímeros en términos de movimientos y movimientos (dimensiones de escala micro/nano) y el autoenredo (como la celulosa en estado nativo) podría reducirse en una mezcla de polímeros en presencia de glicerol durante el trabajo experimental como Preparación de CH a base de BC. Por lo tanto, las cadenas estarían menos involucradas en las condiciones de enredo, y aumenta la posibilidad de formación de enlaces entre las cadenas de polímeros flexibles (Fig. 4b-d)27. El efecto positivo del glicerol también ha sido reportado para la membrana BC formulada para liberar ácido glicólico para el tratamiento de enfermedades del envejecimiento28. El papel favorable del glicerol en la membrana BC/ácido glicólico (GA)/glicerol (GL) se ha discutido en términos del grado de compacidad de la membrana, que resultó ser menos compacta en comparación con la membrana BC y BC/GA, pero la porosidad estructural de la membrana BC/GA/GL fue alta28. Los hallazgos en el presente estudio están de acuerdo con el estudio mencionado anteriormente (el diámetro de poro promedio de BC y CH basado en BC según el análisis BET se midió como 8.5 nm y 14.6 nm, respectivamente).

Los polímeros eran ajustables para cambiar estructuralmente usando glicerol (CH2OH–CHOH–CH2OH). La formación de puentes de hidrógeno (enlaces inter/intra) se muestra esquemáticamente para (a) celulosa bacteriana, (b) celulosa bacteriana más glicerol, (c) alginato de calcio más glicerol y (d) gelatina más glicerol.

El comportamiento térmico de BC y CH basado en BC que se muestra en la Fig. 5 indica que el grado de disminución de peso en el proceso de calentamiento fue similar, aunque la cantidad de pérdida de peso a 390 °C fue un 12,7 % mayor en BC en comparación con CH basado en BC. La pérdida de peso de la membrana BC pura en realidad podría ocurrir en dos etapas: a 100 °C correspondía a la deshidratación del agua (absorbida físicamente o unida por hidrógeno a BC alrededor del 3,5%) y a aproximadamente 330 °C a 390 °C correspondía a la región amorfa. siendo interrumpido (Fig. 5)29. La tasa de cambio de la masa del compuesto con respecto a la temperatura también se da como una curva derivada en la Fig. 5. La curva termogravimétrica derivada podría usarse para determinar la temperatura a la que ocurre la mayor pérdida de peso.

Estabilidad térmica de BC y CH basado en BC mostrada como TGA y curvas de primera derivada.

Se pueden incorporar grandes volúmenes de agua en la red tridimensional de hidrogeles poliméricos sin comprometer su integridad estructural. Las pruebas de carga y liberación de fármacos, como los procesos de disolución, difusión y transporte de fármacos, se facilitan gracias a la expansión del volumen de los polímeros o la naturaleza de hinchamiento de los hidrogeles30. Se examinó el efecto de los medios de hinchamiento sobre la capacidad de hinchamiento considerando un amplio rango de PH (pH 2.8–pH 9). Los resultados del estudio sobre el efecto del pH en el hidrogel de celulosa/suero mostraron que la máxima capacidad de hinchamiento fue cuando el hidrogel se sumergió en agua destilada a ph 7,2 (1115 %), mientras que se observaron disminuciones significativas en la capacidad de hinchamiento cuando el hidrogel se colocó en un medio ácido a pH 2.531. En el presente estudio, mediante la preparación de medios de hinchamiento con diferentes pH, se estudió el efecto del pH sobre la capacidad de hinchamiento del CH basado en BC. La capacidad de hinchamiento máxima del CH basado en BC fue a pH 9, mientras que esta capacidad del hidrogel se redujo a un nivel mínimo a pH 2,8 (PBS como medio de hinchamiento) (Tabla 1). La curva de capacidad de hinchamiento frente al tiempo presentada en la Fig. 6 se usó para determinar la tasa de hinchamiento. El CH basado en BC, como sistema de múltiples componentes, responde de manera diferente al obtener fluidos de su entorno a diferentes pH.

Gráfico de capacidad de hinchamiento vs tiempo. Con el uso de la Ec. (2), se obtuvo la tasa de hinchamiento (\({\text{S}}_{\text{t}}\)) del CH basado en BC para los pH de prueba.

Grupos laterales aniónicos/catiónicos asociados con estos polímeros según el \({\text{p}}{\text{K}}_{\text{a}}\text{/p}{\text{K}}_ {\text{b}}\) los valores relativos al pH del medio están muy involucrados en el proceso de hinchamiento32. La repulsión electrostática entre las cadenas de polímero que llevan las mismas cargas hace que el gel se expanda y despliegue la estructura, y este comportamiento a microescala hace que algunos espacios estén disponibles para recibir fluido. Además, al usar cloruro de calcio y en el proceso de reticulación con alginato de sodio, el punto de ruptura de la caja de huevos de este polímero también proporciona espacios para los iones de calcio en sustitución de los iones de sodio. El enredo de polímeros naturales limita la flexibilidad del polímero y al introducir glicerol (alcohol de azúcar) en el sistema y los enlaces de hidrógeno recién formados pueden romper los enlaces originales y esto disminuye la tensión de la cadena mientras que las cadenas tratadas sienten flexibilidad y la estructura es menos susceptible a la rigidez. Este comportamiento demuestra cómo las propiedades del polímero pueden alterarse en respuesta al medio ambiente. Por ejemplo, centrándose en los sistemas controlables de administración de fármacos, se ha desarrollado un hidrogel de nanocompuestos (NCH) que responde a estímulos mediante la incorporación de una forma particular de material de tamaño nanométrico (como nanopartículas cerámicas, nanopartículas a base de carbono, etc.). La importancia de las interacciones entre el reservorio nanométrico, la matriz de hidrogel y el fármaco cargado debe reconocerse tanto cualitativa como cuantitativamente33. El comportamiento estructural de estos llamados hidrogeles inteligentes está bajo la influencia de factores ambientales y se puede cambiar para mostrar, por ejemplo, mayor hidrofilicidad, diferente capacidad de hinchamiento, etc.34. Por lo tanto, los hidrogeles inteligentes responden adecuadamente a los cambios de pH, y los hidrogeles pueden hincharse hasta un nivel deseado y también pueden recibir una mayor cantidad de fármaco.

El concepto de entrelazamiento de cadenas es aplicable a la gelatina, que es un producto desnaturalizado del colágeno. La gelatina es una mezcla de aminoácidos en forma de polipéptidos (cadenas cortas/largas de péptidos) e interacciones entre –\({\text{CO}}{\text{O}}^{-}\) y –\( {\text{N}}{\text{H}}_{2}\) grupos de cadenas de gelatina parecen afectar positivamente la resistencia mecánica/estabilidad térmica del hidrogel de gelatina formado35. Los resultados de esa investigación demostraron la importancia de eliminar los iones divalentes unidos a la gelatina, y se demostró que las interacciones entre los grupos carboxilato liberados y los grupos amina eran los enlaces preferidos. Para mejorar la estabilidad mecánica y térmica de los geles a base de gelatina sin centrarse en el concepto de eliminación de iones, también se practicó la adición de BC al sistema utilizando glutaraldehído como agente de reticulación5. Se descubrió que la integridad estructural a largo plazo de los geles a base de gelatina que se preparan para encapsular Kluyveromyces lactis está relacionada con el uso de glutaraldehído como agente de reticulación36.

En una investigación sobre la combinación BC-gelatina en forma de esponja, Shan et al. observó que la propiedad de hinchamiento de la esponja generada era mucho mayor que la muestra creada sin gelatina (3000 % frente a 1600 %)37. En los casos en los que el compuesto estaba destinado a ser utilizado en tratamientos antienvejecimiento para el cuidado de la piel y se incluía glicerol en ese sistema, la liberación del ácido glicólico se retrasó; también se observó que BC/ácido glicólico tenía una mayor capacidad de hinchamiento28. El estudio in vitro mostró además que la membrana compuesta de BC/ácido glicólico/glicerol podría estimular eficazmente la síntesis endógena en células NIH3T3 (expresión génica de colágeno en las células), es decir, la adhesión a largo plazo de la membrana a la célula, la propagación y la mejora de la división celular 28. La investigación adicional en este campo se centró en un sistema de administración de medicamentos transdérmicos, en el que BC modificado iónicamente, cuando se agrega a la gelatina, podría ofrecer un sistema duradero para la matriz de gelatina, mejorando la actividad de curación cuando se usa un parche fabricado38.

Los valores de potencial zeta de BC y CH basado en BC fueron −2,2 y −44,56 mV, respectivamente, lo que muestra que la tendencia de BC a la coagulación/floculación podría ser considerable. Sin embargo, la suspensión de CH basada en BC fue muy estable y la aceptación de MB como fármaco modelo catiónico fue favorable.

Por lo tanto, los esfuerzos en el experimento de carga de MB se centraron en describir los resultados en términos de difusión y disolución del fármaco dentro de la red polimérica. A tres temperaturas diferentes, se ha determinado la cantidad de MB adsorbida en CH basado en BC y el impacto de la duración del contacto (Fig. 7). La mezcla de los líquidos que contienen fármaco MB/red polimérica y la desaparición de su gradiente de concentración explica cómo es posible tener una velocidad uniforme de dispersión del fármaco. Hay una nota adicional sobre la transferencia del fármaco MB a través de una capa de líquido penetrante alrededor del CH basado en BC que actúa como una interfaz entre dos entidades que muestran cómo la tasa de transferencia del fármaco podría determinar la tasa de disolución del fármaco en la red polimérica.

Efecto del tiempo de contacto para la adsorción de MB por el CH basado en BC a diferentes temperaturas: (a) 27 °C, (b) 37 °C y (c) 47 °C.

La adsorción gas-sólido, descrita originalmente por Langmuir como un fenómeno de interfase, es un proceso energético y la ecuación es importante en muchas otras aplicaciones, como la adsorción de fármacos, en relación con los sistemas de administración de fármacos. En el presente estudio se utilizaron las formas linealizadas de las ecuaciones de Langmuir y Freundlich:

Los gráficos relevantes se presentan en la Información complementaria y los valores de las constantes de Langmuir y Freundlich se dan en la Tabla 2. La ecuación de Langmuir desarrollada en base al concepto de capacidad de adsorción de una sola capa del adsorbente se usó adecuadamente para encontrar la capacidad máxima de adsorción (\({\ text{Q}}_{\text{m}}\)) del CH basado en BC como adsorbente para el MB en la solución acuosa como molécula de adsorbato. El valor \({\text{Q}}_{\text{m}}\) calculado fue el más alto en \({47} \, \circ \text{C}\) (366 mg/g), mientras que la afinidad del MB por el adsorbente (es decir, la constante de Langmuir) fue mayor a 27 °C en comparación con otras dos temperaturas de prueba: \({\text{K}}_{{\text{L}}_{\text{ 47}}}\circ {\rm C} { < }{\text{K}}_{{\text{L}}_{\text{37}}} \circ {\rm C} { < }{ \text{K}}_{{\text{L}}_{\text{27}}} \circ {\rm C}\). Los valores de \({\text{Q}}_{\text{m}}\) disminuyeron al aumentar la temperatura de adsorción de 27 a 37 °C, mientras que \({\text{Q}}_{\text{m }}\) aumentó cuando la temperatura aumentó aún más a 47 °C (Tabla 2). En el modelo de Langmuir, el énfasis está en tener un sitio energéticamente equivalente distribuido uniformemente en la superficie del adsorbente como una monocapa y disponible para formar enlaces químicos con las moléculas de adsorbato. Estos enlaces en quimisorción y fisisorción dependen de la temperatura. El CH basado en BC como adsorbente multicomponente contenía gelatina y la potencialidad de gelificación de la gelatina a una temperatura superior a 27 °C, afectó negativamente al adsorbente donde el aumento de los movimientos del MB disuelto ocupó la superficie que condujo a la desorción del MB. La igualdad de la tasa de adsorción con la tasa de desorción es un punto central en la definición de la ecuación de Langmuir y la potencialidad de mantener esta condición a 37 °C se redujo considerablemente y se favoreció la desorción de MB. Algunas dificultades estructurales en la red polimérica son el resultado de la pérdida de MB y la aparición de sitios vacíos que pueden activarse en una especie de proceso de intercambio y como sitios intercambiables podrían participar en la adsorción de MB y la \({\text{Q} }_{\text{m}}\) aumentó a 47 °C debido a la participación de estos sitios recién formados en la sorción de MB. Sin embargo, la capacidad del adsorbente de CH basado en BC para retener las moléculas adsorbidas fue baja y el valor de \({\text{K}}_{\text{L}}\) fue el más bajo a 47 °C (Tabla 2) . Los resultados del modelo de Langmuir podrían comprenderse mejor si se examinaran dosis variadas del adsorbente polimérico. De acuerdo con el concepto de Langmuir, el valor \({\text{R}}_{\text{L}}\) es una constante apropiada que muestra si un proceso de adsorción en particular es adecuado o no. \({\text{R}}_{\text{L}}\) presentados en la Tabla 2 indican que la adsorción de MB en CH basado en BC se llevó a cabo favorablemente. Los resultados del uso del modelo de Freundlich también se presentan en la Tabla 2. La fisisorción es la base de esta ecuación empírica donde se explican los hallazgos en términos de adsorción multicapa además de monocapa. La calidad de la superficie adsorbente heterogénea se define por el valor 1/n como factor de intensidad y \({\text{K}}_{\text{F}}\) como la capacidad de adsorción. El valor de 1/n fue mayor a 47 °C y se esperaba que la capacidad de adsorción fuera menor a esa temperatura. Es importante monitorear cómo responde el adsorbente al adsorbato en términos de su naturaleza. La adsorción física se explica por las fuerzas de van der Waals, que se caracterizan en términos de las distancias entre los átomos/moléculas involucradas y estas fuerzas disminuyen a altas temperaturas. El valor de \({\text{K}}_{\text{F}}\) fue menor a 47 °C en comparación con otras temperaturas de prueba (más del 75 % de disminución en la capacidad de adsorción) (Tabla 2).

Colocar la constante de Langmuir (\({\text{K}}_{\text{L}}\)) en lugar de \({\text{K}}_{\text{eq}}\) es problemático y el problema fue discutido por varios trabajos reportados en la literatura y el enfoque adoptado por Ghosal et al. fue considerada en el presente estudio39: la constante de Langmuir (L/mg) multiplicada por el peso molar de MB (mg/mol) como el adsorbato se colocó en lugar de la constante de equilibrio como se menciona en la Eq. (8). Las cantidades termodinámicas calculadas a partir de la ecuación de van't Hoff se presentan en la Fig. 8a. Un valor negativo del cambio de entalpía (−99,953 \({\text{kJ}} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}}\)) indica que la naturaleza de la adsorción fue exotérmica, es decir, se libera calor durante el proceso. El cambio de entropía no es mucho menor que cero (−0.237 \({\text{k}}{\text{J}} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1} } {\text{K}}^{-{1}}\)) e indirectamente indica que la sorción de MB en la superficie de CH basada en BC (en la interfaz sólido-líquido) está en el límite entre dos zonas de un interfaz desordenada a una interfaz menos desordenada. Hay una nota adicional sobre la espontaneidad del proceso de adsorción, que está bajo la influencia de la temperatura (Fig. 8a): \(\Delta {\text{G}}_{\text{47}} \circ C > \Delta { \text{G}}_{\text{37}} \circ C > \Delta {\text{G}}_{\text{27}} \circ C\).

(a) El diagrama termodinámico de van't Hoff y (b) la ecuación de Arrhenius utilizada para representar \({{\text{ln}}{\text{k}}}_{2}\) frente a 1/T para la adsorción de MB en CH basado en BC.

Las constantes de velocidad de adsorción obtenidas se utilizaron para el cálculo de la energía de activación (\({\text{E}}_{\text{a}}\text{)}\) según la ecuación de Arrhenius (consulte la Información complementaria):

La energía de activación calculada a 30,97 kJ/mol indica que la tasa de adsorción de MB en el adsorbente de CH basado en BC fue relativamente rápida40. La adsorción de Freundlich, en la que interviene la cobertura tanto monocapa (quimisorción) como multicapa (fisisorción), parece estar en una mejor posición en comparación con la ecuación de Langmuir para describir los resultados (Fig. 8b).

El perfil de la liberación acumulativa de MB de las muestras de CH basadas en BC a cuatro pH de prueba que se muestra en la Fig. 9 indica que al elevar el pH de 2,8 a pH 9, la liberación de MB acumulada final (CR) de los compuestos de prueba aumentó ( \({\text{C}}{\text{R}}_{\text{pH 2,8}} \, {=} \, \text{42,8}\%\), \({\text{C} }{\text{R}}_{\text{pH 6}} \, {=} \, \text{63} \%\), \({\text{C}}{\text{R}} _ {\text{pH 7.4}} \, {=} \, \text{80}\%\), y \({\text{C}}{\text{R}}_{\text{pH 9 }} \, {=} \, \text{84.5}\%\)). Esta tendencia sigue favorablemente los resultados obtenidos del comportamiento de hinchamiento como se muestra en la Fig. 6.

Liberación acumulativa de MB del CH basado en BC a diferentes pH.

Un enfoque aceptable para predecir la liberación de fármacos de una red es utilizar modelos matemáticos apropiados. Los datos obtenidos para la liberación de MB del CH basado en BC se ajustaron a cinco modelos diferentes (Ecs. 9-13). De esta forma, se explicó el comportamiento cinético del mecanismo de liberación de MB.

Los datos obtenidos en los experimentos de liberación también se procesaron con el uso del modelo de Hopfenberg, que se desarrolla con base en la erosión superficial de los transportadores de drogas (Tabla 3). Los polímeros naturales se utilizan para sintetizar los CH basados en BC, y el estudio in vivo sobre la liberación de MB de estos hidrogeles puede dar algunos resultados útiles.

Otra nota fue examinar el alcance de la aplicación del mecanismo de difusión, y esto se basó en la interpretación del exponente de liberación 'n' calculado a partir de los datos de ajuste en el modelo de Korsmeyer-Peppas15,41: n < 0,5: mecanismo de difusión cuasi-fickiano, n = 0,5: mecanismo de difusión, 0,5 < n < 1: difusión no fickiana, n = 1: transporte de caso II/liberación de orden cero y n > 1: transporte de supercaso II.

Para describir la cinética de liberación del fármaco desde una red polimérica, están implicados los mecanismos de disolución, difusión y transporte del fármaco, mientras que son necesarias consideraciones sobre la capacidad de absorción de la red, el comportamiento de hinchamiento, la erosión e incluso la degradación. Centrarse en el valor del exponente de liberación 'n' en el modelo de Korsmeyer-Peppas no proporciona suficiente información sobre la liberación.

Era bastante razonable considerar el ajuste no lineal junto con el lineal para tratar diferentes modelos cinéticos utilizados para la liberación de MB en el presente estudio (Tabla 3).

Esta es una expectativa razonable de que se genere un error en cualquier proceso de recopilación de datos, especialmente cuando uno se enfoca en un estudio de investigación realizado en base al trabajo experimental para obtener resultados de la relación entre varias variables. \({\text{R}}^{2}\), χ2, RMSE y AIC como criterios de error se utilizaron en el presente estudio para estimar el error para el proceso de predicción del modelo (tratamiento no lineal de los datos), donde cada El modelo se utilizó para cuantificar el rendimiento de CH basado en BC en la liberación de MB en medios de liberación a diferentes pH. La base racional para el manejo adecuado de estos datos es utilizar el método TOPSIS, que al describir una expresión matemática simple, el algoritmo puede proporcionar una explicación lógica para la variable seleccionada42. El conocimiento adquirido en el proceso se basa en la definición de una solución ideal, y el grado de cercanía de la variable de prueba a la solución ideal muestra una posición preferida para una variable sobre otras variables de prueba. La alta flexibilidad del concepto TOSIS ayuda a participar de manera eficiente en el proceso de toma de decisiones. Por ejemplo, los resultados de TOPSIS que se muestran en la Fig. 10 indican que el valor de \({\text{p}}_{\text{i}}\) como calidad de desempeño del modelo (Ec. 24) fue superior a 0,88 para Modelo de Korsmeyer-Peppas a todos los pH. El modelo de Higuchi tuvo un valor de \({\text{p}}_{\text{i}}\) más bajo (< 0,29) en todas las pruebas de pH. Al aumentar el pH del medio de liberación de 2,8 a pH 9, el valor de \({\text{p}}_{\text{i}}\) para el modelo cinético de primer orden mostró una tendencia decreciente de 0,68 a 0,45.

Gráficos de puntuaciones de rendimiento (\({\text{p}}_{\text{i}}\)) que se calcularon en función del algoritmo TOPSIS utilizado para la evaluación del modelo cinético de liberación a diferentes pH: (a) Korsmeyer–Peppas, (b) Higuchi, (c) Hopfenberg, (d) ecuación de orden cero y (e) ecuación de primer orden.

Al cambiar el peso de cada criterio en el conjunto de criterios utilizados para evaluar el rendimiento del modelo, se cambiarán las sensibilidades de los modelos de liberación (alternativas) a diferentes pH, y esto parece influir en los resultados de TOPSIS.

Los CH basados en BC formados resultaron de BC, Alg y Gl entrecruzados físicamente, donde con el uso de glicerol, las cadenas de polímeros eran flexibles y ajustables para cambiar estructuralmente. Con el uso de análisis instrumentales, el hidrogel se caracterizó estructuralmente. Las funcionalidades de comportamiento de los hidrogeles desarrollados debido a la hinchazón, la capacidad de adsorción y las propiedades termodinámicas se pueden explicar cuantitativamente. Se prepararon medios de liberación de MB a diferentes pH y, con el uso de cinco modelos, se caracterizó la cinética de liberación. El proceso de ajuste de datos se realizó de forma lineal y no lineal, donde se encontró que el algoritmo TOPSIS era beneficioso para tomar una decisión sobre la previsibilidad del modelo en relación con el pH. El uso del algoritmo TOPSIS parece apoyar la interpretación de resultados, especialmente cuando los datos se trataron de forma no lineal, utilizando diferentes criterios de error como \({\text{R}}^{2}\), χ2, RMSE, etc. a los resultados obtenidos, el hidrogel compuesto preparado podría ser un candidato apropiado para aplicaciones de administración de fármacos.

Todos los datos generados y/o analizados durante el estudio actual se incluyen en el manuscrito enviado y sus archivos de información complementaria. También hay más datos sin procesar disponibles en el repositorio de figshare, https://doi.org/10.6084/m9.figshare.21725303.

Carvalho, T., Guedes, G., Sousa, FL, Freire, CSR & Santos, HA Últimos avances en materiales a base de celulosa bacteriana para la cicatrización de heridas, sistemas de administración e ingeniería de tejidos. Biotecnología. J. 14, 1–19 (2019).

Artículo Google Académico

McManus, JB, Yang, H., Wilson, L., Kubicki, JD y Tien, M. Iniciación, elongación y terminación de la síntesis de celulosa bacteriana. ACS Omega 3, 2690–2698 (2018).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nicolas, WJ, Ghosal, D., Tocheva, EI, Meyerowitz, EM & Jensen, GJ Estructura de la cinta de celulosa bacteriana y su citoesqueleto guía de ensamblaje mediante criotomografía electrónica. J. Bacteriol. 203, 371 (2021).

Artículo Google Académico

Ionita, G., Ariciu, AM, Smith, DK y Chechik, V. Intercambio de iones en geles de alginato: comportamiento dinámico revelado por resonancia paramagnética de electrones. Materia blanda 11, 8968–8974 (2015).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Treesuppharat, W., Rojanapanthu, P., Siangsanoh, C., Manuspiya, H. y Ummartyotin, S. Síntesis y caracterización de compuestos de hidrogel a base de gelatina y celulosa bacteriana para sistemas de administración de fármacos. Biotecnología. Rep. 15, 84–91 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Chiaoprakobkij, N., Suwanmajo, T., Sanchavanakit, N. y Phisalaphong, M. Celulosa/alginato/gelatina bacteriana cargada con curcumina como película compuesta de biopolímero multifuncional. Moléculas 25, 3800 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ye, S. et al. Desarrollo de esponjas compuestas de gelatina/celulosa bacteriana como posibles apósitos naturales para heridas. En t. J. Biol. macromol. 133, 148–155 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Li, Z. et al. Fabricación y evaluación de andamios compuestos de alginato/celulosa bacteriana nanocristales-quitosano-gelatina. Moléculas 26, 1–18 (2021).

ANUNCIOS Google Académico

Sarker, B. et al. Fabricación de microcápsulas de hidrogel reticulado de alginato-gelatina y evaluación de la microestructura y propiedades físico-químicas. J.Mater. química B 2, 1470-1482 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Fu, Y. & Kao, WJ Cinética de liberación de fármacos y mecanismos de transporte de sistemas de administración poliméricos degradables y no degradables. Exp. Opinión Entrega de drogas 7, 429–444. https://doi.org/10.1517/17425241003602259 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Jerbic, I. Š. Polímeros sintéticos biodegradables y su aplicación en sistemas avanzados de administración de fármacos (DDS). Nanotecnología. aplicación 1, 1–9 (2018).

Google Académico

Chiaoprakobkij, N., Seetabhawang, S., Sanchavanakit, N. y Phisalaphong, M. Fabricación y caracterización de una nueva película bacteriana de biocompuestos de celulosa/alginato/gelatina. J. Biomater. ciencia polim. ed. 30, 961–982 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Baniasadi, B. & Vahabzadeh, F. El rendimiento de una celda de combustible microbiana (MFC) basada en biomasa cianobacteriana inoculada con Shewanella oneidensis MR-1. J. Medio Ambiente. química Ing. 9, 106338 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, K., Feng, W. y Jin, C. Protocolo que mide de manera eficiente la tasa de hinchamiento de los hidrogeles. MétodosX 7, 100779 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Peppas, NA & Narasimhan, B. Modelos matemáticos en la administración de fármacos: cómo el modelado ha dado forma a la forma en que diseñamos nuevos sistemas de administración de fármacos. J.Control. Comunicado 190, 75–81 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Unagolla, JM & Jayasuriya, AC Mecanismos de transporte de fármacos y cinética de liberación in vitro de micropartículas de polielectrólito de quitosano-alginato encapsuladas con vancomicina como sistema de administración controlada de fármacos. EUR. J. Pharm. ciencia 114, 199–209 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ghosh, R. & Saima, FN Resiliencia de los bancos comerciales de Bangladesh ante los impactos causados por la pandemia de COVID-19: una aplicación de enfoques basados en MCDM. Cuenta asiática J. Res. 6, 281–295 (2021).

Artículo Google Académico

Pavia, DL, Lampman, GM y Kriz, GS Introducción a las técnicas de laboratorio orgánico: un enfoque a pequeña escala (Thomson Brooks/Cole, 2005).

Google Académico

Erkoc, P. et al. Impresión 3D de hidrogeles de mezcla de gelatina, celulosa y alginato citocompatibles. macromol. Biosci. 20, 1–15 (2020).

Artículo Google Académico

Siangsanoh, C., Ummaryotin, S., Sathirakul, K., Rojanapanthu, P. y Treesuppharat, W. Fabricación y caracterización de hidrogel compuesto de triple respuesta para un sistema de administración de fármacos dirigido y controlado. J. Mol. Liq. 256, 90–99 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Abral, H., Lawrensius, V., Handayani, D. & Sugiarti, E. Preparación de partículas de tamaño nanométrico a partir de celulosa bacteriana mediante ultrasonidos y su caracterización. Carbohidr. polim. 191, 161–167 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ojagh, SMA, Vahabzadeh, F. & Karimi, A. Síntesis y caracterización de compuestos bacterianos a base de celulosa para la administración de fármacos. Carbohidr. polim. 273, 118587 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Bajpai, SK & Kirar, N. Hinchazón y comportamiento de liberación de fármacos de perlas de hidrogel de alginato de calcio/poli (acrilato de sodio). Des. Monómeros Polímero. 19, 89–98 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Badita, CR, Aranghel, D., Burducea, C. & Mereuta, P. Caracterización de películas a base de alginato de sodio. ROM. J. física. 65, 1–8 (2020).

Google Académico

Park, S., Baker, JO, Himmel, ME, Parilla, PA & Johnson, DK Índice de cristalinidad de celulosa: técnicas de medición y su impacto en la interpretación del rendimiento de la celulasa. Biotecnología. Biocombustibles 3, 10 (2010).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Hecht, H. & Srebnik, S. Caracterización estructural de alginato de sodio y alginato de calcio. Biomacromol 17, 2160–2167 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Zeng, S., Chinappi, M., Cecconi, F., Odijk, T. y Zhang, Z. Compactación de ADN y observación dinámica en una nanocavidad de silicio subattolitro con puerta de nanoporos. Nanoescala 14, 12038–12047 (2022).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Mbituyimana, B. et al. Membrana compuesta de celulosa bacteriana/ácido glicólico/glicerol como sistema para administrar ácido glicólico para el tratamiento antienvejecimiento. J. Biorecursos. Bioprod. 6, 129–141 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Wahid, F. et al. Desarrollo de hidrogeles semi-interpenetrantes a base de celulosa bacteriana/quitosano con propiedades mecánicas y antibacterianas mejoradas. En t. J. Biol. macromol. 122, 380–387 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Stamatialis, D. Membranas biomédicas y órganos (bio) artificiales. vol. 2 (World Scientific, 2017).

Nasution, H. et al. Hidrogel y efectos del agente de reticulación en hidrogeles a base de celulosa: una revisión. Geles https://doi.org/10.3390/gels8090568 (2022).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Rizwan, M. et al. Hidrogeles sensibles al pH en la administración de fármacos: Breve historia, propiedades, hinchazón y mecanismo de liberación, selección de materiales y aplicaciones. Polímeros https://doi.org/10.3390/polym9040137 (2017).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Jacob, S. et al. Papel emergente de los hidrogeles en los sistemas de administración de fármacos, ingeniería de tejidos y tratamiento de heridas. Farmacéutica 13, 357 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kasiński, A., Zielińska-Pisklak, M., Oledzka, E. y Sobczak, M. Hidrogeles inteligentes: sistemas de liberación de fármacos antitumorales sensibles a estímulos sintéticos. Int. J. Nanomed. 15, 4541–4572. https://doi.org/10.2147/IJN.S248987 (2020).

Artículo Google Académico

Xing, Q. et al. Aumento de la resistencia mecánica de los hidrogeles de gelatina mediante la eliminación de iones metálicos divalentes. ciencia Rep. 4, 4706 (2014).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Patarroyo, JL et al. Formulación y caracterización de hidrogeles a base de gelatina para la encapsulación de kluyveromyces lactis: aplicaciones en reactores de lecho empacado y administración de probióticos en humanos. Polímeros (Basilea) 12, 1287 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ye, S. et al. Esponjas flexibles de celulosa bacteriana injertadas con amoxicilina para apósitos para heridas: evaluación in vitro e in vivo. Aplicación ACS. Mate. Interfaces 10, 5862–5870 (2018).

Khamrai, M., Banerjee, SL, Paul, S., Samanta, S. & Kundu, PP Gelatina atrapada en curcumina/película de hidrogel autorreparable a base de celulosa bacteriana modificada iónicamente: un método de síntesis sostenible y ecológico de parche para curar heridas. En t. J. Biol. macromol. 122, 940–953 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ghosal, PS & Gupta, AK Determinación de parámetros termodinámicos a partir de la revisión constante de la isoterma de Langmuir. J. Mol. Liq. 225, 137–146 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Chen, F, Zhou, C., Li, G. y Peng, F. Termodinámica y cinética de la adsorción de glifosato en la resina D301. Árabe. J. Chem. 9, S1665–S1669 (2016).

Baishya, H. Aplicación de modelos matemáticos en la cinética de liberación de fármacos de tabletas ER de carbidopa y levodopa. J. Dev. Drogas 06, 1–8 (2017).

Artículo Google Académico

Galik, A., Bąk, M., Bałandynowicz-Panfil, K. & Cirella, GT Evaluación de la flexibilidad del mercado laboral utilizando el método TOPSIS: Relaciones industriales sostenibles. Sostenibilidad (Suiza) 14, 526 (2022).

Artículo Google Académico

Descargar referencias

Departamento de Ingeniería Química, Universidad Tecnológica de Amirkabir (Politécnico de Teherán), Teherán, Irán

Touraj Amrabadi, Seyed Mohammad Amin Ojagh y Farzaneh Vahabzadeh

Departamento de Ingeniería Química, Universidad Tecnológica de Urmia, Urmia, Azerbaiyán Occidental, Irán

Elham Jalilnejad

Departamento de Química, Universidad McGill, Montreal, QC, Canadá

Seyed Mohammad Amin Ojagh

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

AT: teoría, investigación, redacción de borradores originales, modelado matemático, análisis lineal y no lineal de datos, curiosidad por ejecutar el método TOPSIS. EJ: revisión crítica del manuscrito, interpretación, supervisión. SO: comentarios críticos sobre el manuscrito, revisión y edición del manuscrito. FV: administración del proyecto, revisión y edición del manuscrito, supervisión, finalización del trabajo.

Correspondencia a Elham Jalilnejad.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Amrabadi, T., Jalilnejad, E., Ojagh, SMA et al. Aplicación del algoritmo TOPSIS para describir el rendimiento del hidrogel compuesto a base de celulosa bacteriana al incorporar azul de metileno como fármaco modelo. Informe científico 13, 2755 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29865-6

Descargar cita

Recibido: 07 Diciembre 2022

Aceptado: 11 febrero 2023

Publicado: 16 febrero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29865-6

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.