Monodisperse Polymeric Micro and Nanoparticles by Electrospray Technologies

Abstract

Es van estudiar diferents enfocaments per produir partícules polimèriques de mida homogènia mitjançant tecnologies basades en electropulverització (electrospray). Per la seva característica única de produir partícules molt petites i gairebé monodisperses sense aglomeració, l'electropulverització atrau interès en diferents camps de recerca i aplicació, com el biomèdic i el farmacèutic. El primer estudi (Capítol-2) desenvolupa una nova metodologia per determinar la mida inicial de gota, per a solucions de poliestirè (PS), a partir dels volums de les partícules analitzades mitjançant microscòpia de força atòmica (AFM) després d'un tractament tèrmic. Això es va complementar amb un estudi de microscòpia electrònica sobre la morfologia de les partícules. També vam produir partícules monodisperses de fàrmac-model/polímer de polivinilpirrolidona (PVP) i curcumina (CUR) (Capítol-3), i partícules submicromètriques de quitosà (Capítol-4), evitant modes inestables i descàrregues en corona, on estudiàrem la morfologia de les partícules en funció de la composició i del procés. En el primer cas, observem el canvi de la morfologia de partícula de corrugada a esfèrica-llisa per a solucions amb una relació PVP:CUR més alta, quan es va augmentar la humitat relativa. En el cas del quitosà, observem un efecte semblant per a partícules molt més petites. Al nostre quart estudi (Capítol-5), preparàrem partícules polimèriques globulars-monodisperses evit

Se estudiaron diferentes enfoques para producir partículas poliméricas de tamaño homogéneo mediante tecnologías basadas en electropulverización (electrospray). Por su característica única de producir partículas muy pequeñas y casi monodispersas sin aglomeración, la electropulverización está atrayendo interés en diferentes campos de investigación y aplicación, como el biomédico y el farmacéutico. El primer estudio (Capítulo-2), desarrolla una nueva metodología para determinar el tamaño inicial de gota, para soluciones de poliestireno (PS), a partir de los volúmenes de las partículas analizadas mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) después de un tratamiento térmico. Esto se complementó con un estudio de microscopía electrónica sobre la morfología de las partículas. También produjimos partículas monodispersas de fármaco-modelo/polímero de polivinilpirrolidona (PVP) y curcumina (CUR) (Capítulo-3), y partículas submicrométricas de quitosano (Capítulo-4), evitando modos inestables y descargas en corona, donde estudiamos el tamaño y la morfología de las partículas en función de la composición y del proceso. En el primer caso, observamos el cambio de la morfología de partícula de corrugada a esférica-lisa para soluciones con una relación PVP:CUR más alta, cuando se aumentó la humedad relativa. En el caso del quitosano, observamos un efecto similar para partículas mucho más pequeñas.

This thesis is focused on different approaches to produce homogeneously-sized polymer-containing particles by electrospray-based technologies. Because of its unique feature of producing very small and quasi-monodispersed particles without agglomeration, electrospray is attracting much interest in different research and application fields, such as biomedical and pharmaceutical. In our first study (Chapter-2), we developed a new methodology to determine the initial droplet size, when electrospraying polystyrene (PS) solutions, from the particles’ volumes analyzed by atomic force microscopy (AFM) after thermal annealing. This was complemented with a particle-morphology electronmicroscopy study. In our second and third studies, we produced size-monodisperse polymer/model-drug particles of polyvinylpyrrolidone (PVP) and curcumin (CUR) (Chapter-3), and chitosan submicron particles (Chapter-4), by avoiding unstable modes and corona discharges, and studied the particles size and morphology as a function of the composition and the process variables. In the first case, the most notable effect was the shift from corrugated to smooth-spherical particle morphology for solutions with a higher PVP:CUR ratio, when the RH was increased. In the case of chitosan, a similar effect was observed, although for much smaller particles. In our fourth study (Chapter-5), we prepared monodisperse-globular polymeric particles by avoiding Coulombic instabilities of the electrospray droplets, by exposing them to gas-phase ions produced by a corona discha