Κινητική μελέτη της σύνθεσης μικκυλίων και συμπλόκων εγκλεισμού για ελεγχόμενη μεταφορά φαρμάκων μέσω της τεχνικής της ακουστικά επαγόμενης διπλοθλαστικότητας, δονητικής φασματοσκοπίας και φασματοσκοπίας χαλάρωσης υπερήχων

Abstract

In the present work, the study of β-cyclodextrin (CD) encapsulation systems with a series of compounds, specifically with phenolphthalein, D, L-asparagine and hexamethyltetramine (HMTA) is presented. Apart from these systems, the formation of a swollen micelle was also studied. In more detail, the micelle formed between sodium laurate (SDS) and acetylsalicylic acid was studied. These systems were studied using various spectroscopies allowing the calculation (acoustic and vibrational spectroscopies) of a series of parameters referring to the reactions taking place in the above systems. Also, important information was extracted through the use of acoustically induced birefringence, regarding the dynamics of the system. Finally, for the study of the above systems, ultrasonic relaxation spectroscopy, vibrational spectroscopies (FT-IR and Raman) as well as UV-Vis absorption spectroscopy were used, while various auxiliary measurements were taken (Density, viscosity and surface tension). At the same time, theoretical calculations were performed in order to strengthen the experimental results. Specifically, DFT and molecular docking calculations were applied.Β-cyclodextrin-guest systems were studied as a function of temperature and concentration. In more detail, the β-cyclodextrin-phenolphthalein system was studied using UV-Vis spectroscopy as a function of concentration and temperature. From the above data, several thermodynamic parameters and the reaction constant of the system were determined. Alkaline salts were also added to the system to study their effect on the solution. Finally, the complexation was confirmed using FT-IR spectroscopy. Simultaneously with the experimental measurements, theoretical calculations were carried out. The β-cyclodextrin-L, D asparagine and β-cyclodextrin-hexamethyltetramine systems were studied as a function of concentration and temperature using ultrasonic relaxation spectroscopy. From the experimental data, in all systems, a single relaxation process was found, which was attributed to the complexation reaction of the guest molecule to β-cyclodextrin, specifically the formation of the inclusion complex. In the case of HMTA, the effect of a series of nitrates salts on the complexation was also studied. Similarly to the β-cyclodextrin-phenolphthalein system, IR spectra were obtained. In addition, Raman spectra were also obtained in the β-cyclodextrin-HMTA system. The experimental results were compared with the corresponding theoretical ones in order to gain a deeper understanding of the studied systems. The SDS-acetylsalicylic acid system was studied as a function of concentration, with the help of ultrasonic relaxation spectroscopy and FT-IR. Through the above spectroscopies the critical micellar concentration (cmc) was determined. Acoustically induced birefringence measurements were also performed, where the cmc was reconfirmed and several important dynamic quantities were calculated. Finally, FT-IR spectra were obtained, which proved the specific structural mechanism.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η μελέτη συστημάτων εγκλεισμού της β-κυκλοδεξτρίνης (CD) με μία σειρά ενώσεων, συγκεκριμένα με τη φαινολοφθαλεΐνη, την D, L-ασπαραγίνη και την εξαμεθυλοτετραμίνη (HMTA). Εκτός, των συστημάτων αυτών, μελετήθηκε και ο σχηματισμός ενός μικτού μικκυλίου. Αναλυτικότερα, μελετήθηκε το μικκυλίο που σχηματίζεται ανάμεσα στο λαυρυλοθειικό νάτριο (SDS) και το ακετυλοσαλικυλικό οξύ. Τα συστήματα αυτά μελετήθηκαν με τη χρήση διάφορων φασματοσκοπιών επιτρέποντας τον υπολογισμό (ακουστικές και δονητικές φασματοσκοπίες) μιας σειράς παραμέτρων που αφορούν στις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στα παραπάνω συστήματα. Επίσης, εξήχθησαν σημαντικές πληροφορίες μέσω της χρήσης της ακουστικά επαγόμενης διπλοθλαστικότητας, όσον αφορά τη δυναμική του συστήματος. Τέλος, για τη μελέτη των παραπάνω συστημάτων χρησιμοποιήθηκε η φασματοσκοπία αποκατάστασης υπερήχων, δονητικές φασματοσκοπίες (FT-IR και Raman) καθώς και η φασματοσκοπία απορρόφησης UV-Vis, ενώ ελήφθησαν διάφορες βοηθητικές μετρήσεις (Πυκνότητα, ιξώδες και επιφανειακή τάση). Παράλληλα εκτελέστηκαν και θεωρητικοί υπολογισμοί με σκοπό την ενίσχυση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί DFT και μοριακής πρόσδεσης.Τα συστήματα β-κυκλοδεξτρίνης-προσδέτη μελετήθηκαν συναρτήσει της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης. Αναλυτικότερα, το σύστημα β-κυκλοδεξτρίνης-φαινολοφθαλεΐνης μελετήθηκε με τη χρήση της φασματοσκοπίας UV-Vis συναρτήσει της συγκέντρωσης και της θερμοκρασίας. Από τα παραπάνω δεδομένα προσδιορίστηκαν αρκετές θερμοδυναμικές παράμετροι και η σταθερά αντίδρασης του συστήματος. Επίσης, στο σύστημα προστέθηκαν αλκαλικά άλατα για τη μελέτη της επίδρασής τους στο διάλυμα. Τέλος, η συμπλοκοποίηση επιβεβαιώθηκε με τη χρήση της φασματοσκοπίας FT-IR. Ταυτόχρονα με τις πειραματικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν και θεωρητικοί υπολογισμοί στο σύμπλοκο. Τα συστήματα β-κυκλοδεξτρίνης-L,D ασπαραγίνης και β-κυκλοδεξτρίνης-εξαμεθυλοτετραμίνης μελετήθηκαν συναρτήσει της συγκέντρωσης και της θερμοκρασίας, με τη χρήση της φασματοσκοπίας αποκατάστασης υπερήχων. Από τα πειραματικά δεδομένα σε όλα τα συστήματα, βρέθηκε μία διαδικασία αποκατάστασης-χαλάρωσης, η οποία αποδόθηκε στην αντίδραση συμπλοκοποίησης του προσδέτη στη β-κυκλοδεξτρίνη. Στην περίπτωση της ΗΜΤΑ, μελετήθηκε και η επίδραση μίας σειράς νιτρικών αλάτων στη συμπλοκοποίηση. Ομοίως με το σύστημα β¬-κυκλοδεξτρίνης- φαινολοφθαλεΐνης, λήφθηκαν και τα φάσματα IR. Επιπλέον, στο σύστημα β-κυκλοδεξτρίνης-ΗΜΤΑ λήφθηκαν και τα φάσματα Raman. Τα πειραματικά αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα θεωρητικά με σκοπό τη βαθύτερη κατανόηση των συστημάτων που μελετήθηκαν.Το σύστημα SDS-ακετυλοσαλικυλικού οξέος μελετήθηκε σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση, με τη βοήθεια της φασματοσκοπίας αποκατάστασης υπερήχων και FT-IR. Μέσω των παραπάνω φασματοσκοπιών προσδιορίστηκε η κρίσιμη μικκυλιακή συγκέντρωση (cmc). Επίσης, πραγματοποιήθηκαν και μετρήσεις ακουστικά επαγόμενης διπλοθλαστικότητας, όπου επιβεβαιώθηκε εκ νέου το cmc και υπολογίστηκαν διάφορα σημαντικά δυναμικά μεγέθη. Τέλος, λήφθηκαν τα φάσματα FT-IR, τα οποία απέδειξαν τον προτεινόμενο δομικό μηχανισμό.