PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF NANOFIBER STRUCTURES FOR FAST DISSOLVING TABLET APPLICATIONS

Abstract

ABSTRACT

The pharmaceutical and healthcare industry is heavily dependent on oral treatment to address most health issues. Tablets play an important role, especially for conditions that require treatment in the oral route. The concept of quick-dissolving tablets was introduced to the healthcare industry by the FDA (Food and Drug Administration) in 1998. These tablets do not require water, allowing the medicinal ingredients they contain to dissolve quickly in the mouth by saliva. Rapid-dissolving tablets are designed for a specific group of people who have difficulty swallowing regular tablets, which can be beneficial for conditions such as pediatric patients, patients with mental disorders, chemotherapy patients. These tablets have several advantages in the pharmaceutical sector, can be used anytime and anywhere, can help against motion-induced nausea and can be used during an allergic attack.

The properties possessed by nanofibers, such as flexibility, high porosity and high surface area to volume ratio, result in a more effective initial phase by enabling faster dissolution and absorption, making them desirable materials for fast dissolving applications. The drug release rate can be modified by modulation of many properties, for example, fiber diameter, morphology and composition. Integrating drugs into nanofibers can be used not only for oral therapies but also in wound healing situations; it can also increase the stability of the drug and improve its bioavailability.

Many polymers have been used for fast dissolving applications, including PVA, PVP, Eudragit and gelatin. PVP nanofibers may be a promising material to overcome the challenges associated with traditional oral drug delivery systems and in the development of fast-dissolving tablets. PVP nanofibers can increase the solubility and dissolution rate of drugs by increasing surface area and wettability. Furthermore, PVP nanofibers can disguise the unpleasant taste of drugs by encapsulating the drug inside the PVP nanofibers, or PVP nanofibers can be loaded with taste disguising agents or flavoring agents, which can be slowly released in the mouth to help disguise the taste of the drug. By controlling their composition, structure and surface chemistry, PVP nanofibers can also be used for targeted drug delivery. By adding PVP and pine pollen to the polymer solution, we can potentially improve the mechanical strength and dissolution rate of the nanofibers, which is important for rapid dissolution applications. Furthermore, depending on the properties of the pine pollen used, it may also contribute to the pharmaceutical properties of pine pollen.

Various techniques have been used for nanofiber production over the years, including electrospinning, Solution Blow Spinning (SBS), Force spinning (Air Jet Spinning), Template Synthesis and Electroblowing (Electrical Blow Spinning, EBS). EBS is a new technique used to produce nanofibers using a wide range of polymers. In this study, we produced nanofibers for fast dissolving tablet applications using EBS method of PVP and pine pollen dust.

In this project, various parameters were studied for the production of modified nanofibers using four polymeric solutions with the same main ingredients but different concentrations. The main ingredients include ethanol, PVP and pine pollen. The desired properties of the nanofibers produced are: uniform diameter of the fibres, high surface area to volume ratio, suitable morphology, structure uniformity, no droplet formation and suitable mechanical strength.

Both the literature review and experimental studies were discussed in detail. The uniqueness of the study stems from the fact that there is no other study that contains almost no pine pollen.

Various Analyses were performed for nanofiber characterization; SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope), FTIR (Fourier Transform Infrared), TGA (Thermogravimetric Analysis), mechanical properties, water contact angle and air permeability analyses were performed within the scope of characterization of the nanofibers produced.

The electroblown nanofibers demonstrated unique characteristics and functionalities. Pine pollen-incorporated PVP nanofibers emerge is a promising candidate for fast dissolving tablets, results showed all fibers exhibit hydrophilicity, and the produced fibers exhibited remarkable antioxidant properties. Furthermore, considering the α-glucosidase activity test results these nanofibers hold potential for applications related diabetes.

ÖZET

Farmasötik ve sağlık sektörü, sağlık sorunlarının çoğunu ele almak için ağız yoluyla tedaviye büyük ölçüde bağımlıdır. Özellikle oral yolda tedavi gerektiren durumlar için tabletler önemli bir rol oynamaktadır. Hızlı çözülen tabletlerin konsepti, FDA (Gıda ve İlaç İdaresi) tarafından 1998 yılında sağlık sektörüne tanıtıldı. Bu tabletler, içerdikleri tıbbi malzemelerin ağızda tükürük tarafından hızla çözülmesini sağlayarak, su gerektirmez. Hızlı çözülen tabletler, normal tabletleri yutmakta zorlanan belirli bir grup insan için tasarlanmıştır, bu da pediatrik hastalar, zihinsel rahatsızlığı olan hastalar, kemoterapi hastaları gibi durumlar için faydalı bir alternatif sunabilir. Bu tabletlerin farmasötik sektörde çeşitli avantajları vardır, her zaman ve her yerde kullanılabilir, hareketle indüklenen bulantılara karşı yardımcı olabilir ve alerjik saldırı sırasında kullanılabileceği bilinmektedir.

Nanofiberlerin sahip olduğu esneklik, yüksek gözeneklilik ve yüksek yüzey alanı hacim oranı gibi özellikler, daha hızlı çözünme ve emilim sağlayarak daha etkili bir başlangıç aşamasına neden olur, bu da hızlı çözülen uygulamalar için arzu edilen malzemeler yapar. İlaç salım hızı, örneğin fiber çapı, morfoloji ve kompozisyon gibi birçok özelliğin modülasyonu ile değiştirilebilir. İlaçların nanofiberlere entegre edilmesi, sadece oral tedaviler için değil, aynı zamanda yara iyileşme durumlarında da kullanılabilir; ayrıca ilacın stabilitesini artırabilir ve biyo-yararlanımını geliştirebilir.

Hızlı çözülen uygulamalar için birçok polimer kullanılmıştır, bunlar arasında PVA, PVP, Eudragit ve jelatin bulunmaktadır. PVP nanolifler, geleneksel oral ilaç dağıtım sistemleriyle ilişkili zorlukların üstesinden gelmek ve hızlı çözünen tabletlerin geliştirilmesinde umut vadeden bir malzemedir. PVP nanolifler, yüzey alanını ve ıslanabilirliği artırarak ilaçların çözünürlüğünü ve çözünme hızını artırabilir. Ayrıca, PVP nanolifler, ilacı PVP nanoliflerinin içine kapsülleyerek hoş olmayan tatlarını gizlemek mümkündür veya PVP nanolifleri tat gizleme maddeleri veya aroma maddeleriyle yüklenebilir ve bu maddeler ağızda yavaşça salınarak ilacın tadını gizlemeye destek temin edebilir. PVP nanolifleri, bileşimlerini, yapılarını ve yüzey kimyasını kontrol ederek, hedefe yönelik ilaç dağıtımı için de uygundur.

Çam poleni çeşitli sağlık yararları nedeniyle kullanıldı. Çam poleni polimer çözeltisine ekleyerek, nanoliflerin mekanik dayanıklılığını ve çözünme hızını potansiyel olarak artırabilmesi düşünüldü, bu da hızlı çözünme uygulamaları için önem arz etmektedir. Ayrıca, kullanılan çam poleni özelliklerine bağlı olarak, çam poleninin farmasötik özelliklerine de katkıda bulunabilir.

Yıllar boyunca nanofiber üretimi için çeşitli teknikler kullanılmıştır, bunlar arasında elektrospinning, Solution Blow Spinning (SBS), Force spinning (Air Jet Spinning), Template Synthesis ve Elektroblowing (Electrical Blow Spinning, EBS) bulunmaktadır. EBS, geniş bir polimer yelpazesi kullanarak nanofiberler üretmek için kullanılan yeni bir tekniktir. Bu çalışmada, PVP ve çam polen'nin EBS yöntemi kullanılarak hızlı çözülen tablet uygulamaları için nanofiberler üretilmesi gerçekleştirildi.

Bu projede, aynı ana içeriklere sahip ancak farklı konsantrasyonlara sahip dört polimerik çözüm kullanılarak modifiye nanofiberlerin üretimi için çeşitli parametreler incelenmiştir. Temel içerikler arasında etanol, PVP ve çam poleni bulunmaktadır. Üretilen nanofiberlerin istenen özellikleri şunlardır: fiberlerin çapının düzenli olması, yüksek yüzey alanı hacim oranı, uygun morfoloji, yapı bütünlüğü, damla oluşmaması ve uygun mekanik dayanıklılık.

Bu tezde, hem literatür taraması hem de deneysel çalışmalar detaylı bir şekilde tartışıldı. Çalışmanın benzersizliği, neredeyse hiç çam poleni içermeyen başka bir çalışma olmamasından kaynaklanmaktadır.

Nanofiber Karakterizasyonu için çeşitli analizler gerçekleştirildi; üretilen nanoliflerin karakterizasyonu kapsamında SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope), FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi), TGA (Termogravimetrik Analiz), mekanik özellikler, su temas açısı ve hava geçirgenliği analizleri yapıldı.

Üretilen nanolifler benzersiz özellikler ve işlevler sergilemiştir. Çam poleni katkılı PVP nanolifler hızlı çözünen tabletler için umut verici bir aday olarak ortaya çıkmıştır, sonuçlar tüm liflerin hidrofiliklik sergilediğini ve üretilen liflerin dikkate değer antioksidan özellikler sergilediğini göstermiştir. Ayrıca, α-glukozidaz aktivitesi test sonuçları göz önüne alındığında, bu nanolifler diyabetle ilgili uygulamalar için potansiyel taşımaktadır.