Die vorgelegte Bachelorarbeit befasst sich mit der Herstellung von Biopolymerfilmen aus Gelatine. Zur Herstellung wurde Glutaraldehyd verwendet, das als Vernetzungsmittel ein wasserunlösliches Verhalten der Gelatine bedingte. Die für die Herstellung der Filme relevanten Wirkstoffe waren zum einen Chlorhexidindigluconat und zum anderen Chlorhexidindihydrochlorid. Diese Wirkstoffe zählen zu der Wirkstoffgruppe der Antiseptika. Des Weiteren wurde den Filmen Glycerin als Plastifizierungsmittel zugegeben. Es wurden Filme mit unterschiedlichen Anteilen Glycerin und Glutaraldehyd hergestellt, um so eine optimale retardierende Wirkung der Wirkstofffreisetzung zu erreichen. Die Filme wurden anschließend analytisch mit dem schon auf dem Markt existierenden PerioChip® verglichen. Hierzu wurden sie in Bezug auf ihr Freisetzungs- und Zerfallsverhalten zur späteren Verwendung als Medikationsform im Mundraum bei einem pH-Wert von 6,74 untersucht.
Erkennbar war, dass mit einem höheren Anteil an Glutaraldehyd die Zerfallszeit der Filme deutlich verlängert werden konnte. Eine Quellung der Filme konnte durch die Zugabe des Aldehyds verringert werden, was eine verlangsamte Abgabe der Wirkstoffe aus den Matrizen bewirkte. Ein Vergleich mit dem PerioChip® zeigte einen ähnlichen Freisetzungsverlauf. Weiter konnte der Zerfall des Films und seine Wirkstoffwiederfindungsrate an die des PerioChips® angeglichen werden, sodass ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht wurde. Es konnte belegt werden, dass die Vernetzung mit dem Aldehyd den Zerfall der Gelatinematrix verlangsamte. Der Freisetzungsmechanismus erfolgte anhand einer Kombination aus einer diffusionskontrollierten und einer erosionsbedingten Freisetzung. Anhand des höheren Anteils an Glycerin konnte die Elastizität der Filme gesteigert werden, wobei sich die hierfür eingesetzte Kraft verringerte.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Aufgabenstellung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Biopolymere und Biopolymerfilme
2.1.1 Gelatine
2.1.2 Saures Verfahren zur Herstellung der Gelatine vom Typ A
2.1.3 Alkalisches Verfahren zur Herstellung der Gelatine vom Typ B
2.2 Filmherstellung
2.2.1 Casting
2.2.2 Nassspinnprozess
2.2.3 Heißextrusion/ Kaltextrusion
2.3 Prozessparameter bei der Filmbildung
2.3.1 Temperatur
2.3.2 pH-Wert
2.4 Additive
2.4.1 Weichmacher
2.4.2 Vernetzungsmittel
2.5 Untersuchungsmethoden der Filme
2.5.1 Elastizität/Bruchfestigkeit
2.5.2 Spannungs-Dehnungs-Diagramm
2.5.3 Löslichkeit
2.5.4 Mindestfilmbildungstemperatur
2.5.5 UV/Vis-Spektroskopie
2.5.6 Kalibrierung mit Standardlösungen
2.5.7 Mischungskreuz
2.5.8 Wasserbad mit Schüttler
2.5.9 Wirkstoffwiederfindung
2.5.10 Wirkstofffreisetzung
2.6 Bakterien in der menschlichen Mundflora
2.6.1 Definition Mundflora
2.6.2 Definition Bakterien
2.6.3 Bakterienarten
2.7 Mikrobiologische Untersuchung
2.8 Lichtmikroskopie
2.9 Wirkstoffe
2.9.1 Chlorhexidin
2.9.2 Chlorhexidindigluconat
2.9.3 Chlorhexidindihydrochlorid
2.9.4 Reproduzierbarkeit der Messwerte
3 Praktische Durchführung
3.1 Verwendete Chemikalien und Geräte
3.2 Biopolymerfilm
3.2.1 Herstellungsapparatur
3.2.2 Chemikalienzusammensetzung
3.2.3 Herstellungsverfahren der Biopolymerfilme
3.3 Optische Betrachtung
3.4 Lichtmikroskopie
3.5 Zerfallszeit
3.6 Kalibrierung
3.6.1 Herstellung der Stammlösungen
3.6.2 Massenkonzentrationen der Standards und deren Absorptionen
3.7 Matrixeinfluss
3.8 Wirkstoffwiederfindung
3.9 Wirkstofffreisetzung
3.10 Elastizität
3.11 Mindestfilmbildungstemperatur
3.12 Mikrobiologische Untersuchungen
4 Ergebnisse und Diskussion
4.1 Optische Betrachtung der Filme
4.2 Lichtmikroskopie
4.3 Zerfallszeit
4.4 Matrixeinfluss
4.5 Wirkstoffwiederfindung
4.6 Wirkstofffreisetzung
4.6.1 Betrachtung der hergestellten Filme vor der Optimierung
4.6.2 Betrachtung CHX-D-1
4.6.3 Betrachtung CHX-D-2
4.6.4 Betrachtung CHX-Cl-1
4.6.5 Betrachtung CHX-Cl-2
4.6.6 Betrachtung PerioChip®
4.6.7 Vergleich PerioChip® mit CHX-D-1 und CHX-D-2
4.6.8 Vergleich PerioChip® mit CHX-Cl-1 und CHX-Cl-2
4.7 Elastizität
4.8 Mindestfilmbildungstemperatur
4.9 Mikrobiologische Untersuchung
5 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist die Herstellung und analytische Optimierung von Biopolymerfilmen aus Gelatine, in die Chlorhexidinderivate eingebettet sind, um eine retardierte Freisetzung des Wirkstoffs bei der Behandlung von Parodontalerkrankungen zu erreichen.
- Herstellung von Biopolymerfilmen mittels Hydrolyse und Vernetzung durch Glutaraldehyd.
- Analytische Untersuchung der Wirkstofffreisetzung und des Zerfallsverhaltens der Filme im Vergleich zum kommerziellen Produkt PerioChip®.
- Einflussanalyse von Prozessparametern wie Glycerin- und Glutaraldehydgehalt auf mechanische Eigenschaften.
- Mikrobiologische Wirksamkeitsprüfung der Filme gegenüber relevanten Bakterienstämmen der Mundflora.
Auszug aus dem Buch
2.4.2 Vernetzungsmittel
Je stabiler die Filme sind, desto vorteilhafter sind sie in ihrer Verwendung. Diese Stabilität ist auf die inter- und intramolekularen Bindungskräfte zurückzuführen. Eine Erhöhung dieser Bindungskräfte ist durch die Zugabe bestimmter Vernetzungsmittel möglich. Vernetzend wirkende Stoffe können zum Beispiel Aldehyde sein. Durch ihre Zugabe in den proteinbasierenden Filmen werden die Wasserbeständigkeit und die mechanische Stabilität durch zusätzliche chemische Verbindungen zwischen den Molekülen gesteigert. Die vernetzten Filme sind in der Regel weniger elastisch, da ihr Strukturgerüst durch diese chemische Vernetzung stabilisiert wird [9]. Zudem hemmt eine Vernetzung innerhalb eines Gels die Diffusion des Wassers durch das System. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Art „Transport-Barriere“ aufgebaut wird, die sich jedoch nicht nur auf Wassermoleküle, sondern auch auf die in dem Wasser gelösten Stoffen bezieht. Es ist möglich, die Eigenschaften des Biopolymerfilms anhand zweier unterschiedlicher Vernetzungsmethoden zu beeinflussen. Diese Methoden sind in eine chemische und physikalische Vernetzungsvariante unterteilt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung und Aufgabenstellung: Einführung in die Problematik parodontaler Erkrankungen und die Zielsetzung der Entwicklung retardierter Biopolymerfilm-Systeme.
2 Theoretische Grundlagen: Erläutert die wissenschaftlichen Basisparameter wie Biopolymereigenschaften, Filmbildungsprozesse, Vernetzungsmethoden und mikrobiologische Hintergründe.
3 Praktische Durchführung: Detaillierte Beschreibung der verwendeten Chemikalien, der Herstellungsapparaturen sowie der angewandten analytischen und mikrobiologischen Methoden.
4 Ergebnisse und Diskussion: Präsentation und wissenschaftliche Analyse der gewonnenen Daten wie Zerfallszeiten, Wirkstofffreisetzung, Elastizität und mikrobieller Wirksamkeit im Vergleich zum Referenzprodukt.
5 Zusammenfassung und Ausblick: Resümee der erreichten Forschungsergebnisse und Darstellung von weiteren Forschungsansätzen für zukünftige Entwicklungen.
Schlüsselwörter
Biopolymerfilme, Gelatine, Chlorhexidindigluconat, Chlorhexidindihydrochlorid, Glutaraldehyd, Wirkstofffreisetzung, Parodontitis, Antiseptika, Zerfallszeit, Polymererosion, Mundflora, Bakterien, Retardierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Bachelorarbeit behandelt die Entwicklung und Optimierung von Biopolymerfilmen aus Gelatine, die als retardierende Wirkstoffträger für die Behandlung von Parodontitis vorgesehen sind.
Welche zentralen Themenfelder stehen im Fokus?
Die Schwerpunkte liegen auf der chemischen Modifikation der Gelatinematrix mittels Vernetzungs- und Plastifizierungsmitteln sowie der vergleichenden Wirkstoffanalyse gegenüber marktgängigen Produkten.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Herstellung eines optimierten Films, der Wirkstoffe (Chlorhexidinderivate) über einen längeren Zeitraum kontrolliert freigibt und eine adäquate Stabilität im Mundraum aufweist.
Welche wissenschaftlichen Methoden wurden angewendet?
Es kamen Methoden wie UV/Vis-Spektroskopie zur Gehaltsbestimmung, Zugversuche zur Elastizitätsmessung, mikrobiologische Keimhemmungstests und Lichtmikroskopie zum Einsatz.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Fundierung der Materialwissenschaft, die detaillierte Beschreibung der experimentellen Herstellung und der anschließenden Ergebnisdiskussion.
Welche Keywords charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Biopolymerfilme, Gelatine, Chlorhexidin, Wirkstofffreisetzung, Vernetzung, Parodontitis und Polymererosion.
Welchen Einfluss hat Glutaraldehyd auf die Filme?
Glutaraldehyd fungiert als chemisches Vernetzungsmittel, das die Gelatinematrix wasserunlöslich macht und somit die Zerfallszeit des Films im wässrigen Milieu signifikant verlängert.
Wie unterscheidet sich der entwickelte Film vom PerioChip®?
Die im Labor entwickelten Filme zeigten in der Freisetzungskinetik ähnliche Profile wie das Vergleichsprodukt, wobei durch die Optimierung des Glycerin- und Aldehydgehalts eine sogar stärkere Retardierung erreicht werden konnte.
Was bedeutet "retardierte Freisetzung" in diesem Kontext?
Es beschreibt eine technisch gesteuerte, verlangsamte Freigabe des Wirkstoffs aus der Polymermatrix, um über mehrere Tage hinweg eine konstante therapeutische Konzentration im parodontalen Bereich zu gewährleisten.
Warum wurde eine "Unlöslichkeit der Gelatine" gefordert?
Da Gelatine unter physiologischen Bedingungen wasserlöslich ist, muss sie chemisch vernetzt werden, damit sie in der feuchten Umgebung einer Zahnfleischtasche nicht sofort zerfällt, sondern als Matrix über den gewünschten Zeitraum Bestand hat.
- Quote paper
- A. Seklaoui (Author), 2017, Herstellung und Untersuchung von Biomatrixfilmen aus Gelatine mit Chlorhexidinderivaten und Vergleich mit PerioChip, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1431883
