Giriş
Hyaluronik asit (HA), etkili yumuşak doku büyütme için polimerin benzersiz viskoelastik özelliklerinden yararlanan dermal dolgu maddeleri gibi birçok topikal ve subkutan yaşlanma karşıtı tedavide fonksiyonel bir bileşen olarak sıklıkla kullanılan doğal olarak oluşan bir polisakkarittir. Deri altına uygulandığında HA, cilde daha dolgun ve dolgun bir görünüm vermek için kırışıklıklar ve rititler içinde elastik bir ağ oluşturur. Doğal olarak oluşan HA'nın yarı ömrü üç günden azdır, bu nedenle polimerin dayanıklılığını artırmak, daha fazla klinik kalıcılığa ve kabul edilebilir bir raf ömrüne sahip ürünler geliştirmek için gereklidir. Polimerin hem moleküler ağırlığını (MW) hem deÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma derecesini artırmak, mekanik mukavemeti artırmak ve bozunma sürelerini uzatmak için kanıtlanmış bir stratejidir. Bununla birlikte, bu özellikler HA'nın viskozite ve viskoelastisite gibi diğer özelliklerini de etkiler.
HA ile başarılı bir şekilde formüle etmek için, moleküler ağırlık, moleküler yapı, konsantrasyon veÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma derecesi gibi faktörlerin, ürün performansının yönleriyle doğrudan bağlantılı olan viskoelastisite gibi reolojik özellikler üzerindeki etkisini anlamak çok önemlidir. Yapısal özelliklerin reolojik özellikler aracılığıyla ürün performansına bağlanması akıllı, hızlı ve etkili formülasyonu destekler.
Aşağıdaki çalışma, HA dermal dolgu maddelerinin fiziksel özelliklerini karakterize etmek için reoloji ve partikül boyutu ölçümlerinin nasıl kullanılabileceğini göstermektedir.
Deneysel
- Üç ticari HA dermal dolgu maddesi, sırasıyla reolojik davranış ve partikül boyutunun karakterizasyonu için rotasyonel reometri ve lazer difraksiyon kullanılarak değerlendirilmiştir.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşlu bir Kinexus rotasyonel reometre ve 40 mm paralel plaka ölçüm sistemi kullanılarak yapılmıştır. Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi tutulmasını sağlamak için standart bir yükleme sırası kullanılmıştır.
- Salınım testleri değişken genlik ve değişken frekans testlerini içermiştir. Doğrusal viskoelastik bölgeyi (Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER) ve kritik gerinimi belirlemek için 1 Hz frekansında genlik tarama testleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonraki frekans tarama testleri, Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER içinde sabit bir gerinim kullanılarak 0,1 - 10 Hz arasında gerçekleştirilmiştir.
- Viskozitenin kayma hızına (0,1 s-1 - 100 s-1) bağımlılığını kontrol etmek için kararlı durum kayma ölçümleri yapılmış ve dolguların akma gerilimini belirlemek için bir gerilim rampası testi (100 s'de 0 Pa - 200 Pa) de gerçekleştirilmiştir.
- Dolgu maddelerinin yapışkanlığı, boşluğun 1 mm'den 20 mm'ye hızla değiştirilmesini ve normal kuvvet profilinin kaydedilmesini içeren reometre üzerinde eksenel test kullanılarak değerlendirilmiştir. Yapışkanlık, Newton cinsinden ölçülen tepe normal kuvvet ile ilişkilendirilmiştir.
- Dermal dolgu maddelerindeki jel partiküllerinin partikül boyutu ölçümleri bir Malvern Mastersizer 3000 kullanılarak yapılmıştır. Dolgu maddeleri salin solüsyonu içinde dağıtılmış ve medyan partikül boyutu ve partikül boyutu dağılımı belirlenmiştir.
Sonuçlar ve Tartışma
Salınım Testi
Kayma gerilmesinin bir fonksiyonu olarak Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. elastik modül eğrileri Şekil 2'de gösterilmiştir. Tüm numuneler benzer büyüklükte Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER bölgelerine sahipti ve %20'lik bölgede doğrusal olmayanlığın başlangıcını temsil eden kritik bir gerinim vardı. Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER içinde ölçülen Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. elastik modül değerleri, A Numunesinin 150 Pa değerine sahip G' ile en düşük elastik sertliğe sahip olduğunu göstermiştir. Örnek C, 320 Pa'lık G' değeri ile üç örnek arasında elastik açıdan en sert olanıdır ve Örnek B, 220 Pa ile ikisi arasında bir değere sahiptir.
Salınım frekansının bir fonksiyonu olarak Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. elastik modül ve faz açısı eğrileri Şekil 3'te gösterilmiştir. Tüm frekans aralığında tüm numuneler için faz açısı 10° civarındadır ve bu da tüm numunelerin oldukça elastik jeller olduğunu göstermektedir. A, B ve C numuneleri için 1Hz'deki G' değerleri sırasıyla yaklaşık 150Pa, 220Pa ve 320Pa'dır ve bu değerler aynı frekanstaki genlik tarama verileriyle ilişkilidir. Frekansla birlikte G' değerindeki hafif eğim small depolanan elastik enerjinin artan zamanla (azalan frekanslar) dağıldığı bir miktar yapısal gevşemeye işaret etmektedir ancak bu nispeten azdır.
HA konsantrasyonu, moleküler ağırlık veÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma derecesi dahil olmak üzere HA dermal dolgu maddelerinin viskoelastik özelliklerini etkileyen birçok faktör vardır. Bu özellikler değiştirilerek, viskoelastik özellikler, özellikle de Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. elastik modül G', belirli bir uygulama için tasarlanabilir. Yüksek G' değerine sahip jeller deformasyona karşı daha yüksek direnç gösterir ve dolgu maddesi olarak daha etkili olmalıdır, ancak enjekte edilmesi daha zor olabilir ve daha fazla ağrı verebilir. Bu nedenle, yüksek G' değerine sahip güçlü jellerin daha derin veya daha ciddi kırışıklıklar için kullanılması daha uygun olabilir. Öte yandan, düşük G' değerine sahip daha zayıf jeller, enjekte edildiklerinde daha az ağrıya neden olacaklarından, daha hassas olan dudaklarda veya gözyaşı oluklarında bulunan ince veya hafif kırışıklıklar için daha iyi olabilir. Düşük modül aynı zamanda yerel dokunun özellikleriyle daha iyi eşleşebilir. Şekil 2 ve 3'te sunulan sonuçlara göre test edilen üç HA numunesinden A numunesinin en zayıf ve en yumuşak jel olduğu, C numunesinin ise en sert ve en güçlü jel olduğu söylenebilir.
Sabit Kesme Testi ve Akma GerilmesiAkma gerilmesi, altında akmanın meydana gelmediği gerilme olarak tanımlanır; kelimenin tam anlamıyla hareketsizken zayıf bir katı gibi, akarken ise bir sıvı gibi davranır.Akma Gerilmesi Belirleme
Kararlı durum kayma ölçümünün sonuçları - kayma hızının bir fonksiyonu olarak ölçülen kayma viskozitesi Şekil 4'te gösterilmektedir. Viskozite, artan kayma hızı ile önemli ölçüde azalmakta ve bu da malzemelerin yüksek oranda kayma incelmesine sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, dolgu maddelerinin yapısı o kadar güçlüdür ki, düşük kayma hızında viskozite çok yüksektir ve azalan kayma hızıyla artmaya devam eder, bu da Akma GerilmesiAkma gerilmesi, altında akmanın meydana gelmediği gerilme olarak tanımlanır; kelimenin tam anlamıyla hareketsizken zayıf bir katı gibi, akarken ise bir sıvı gibi davranır.akma gerilmesi veya dinlenme halindeki katı benzeri davranışa işaret eder. Bu, oldukça elastik jel benzeri bir yapı gösteren salınım testinden elde edilen gözlemlere karşılık gelmektedir. Akma gerilimi, malzemenin kritik gerilimin altında bir katı gibi davranacağını ancak bu kritik gerilimin üzerinde bir sıvı gibi akacağını gösterir. Akma gerilmesinin büyüklüğü yapısal mukavemet ve dolayısıylaÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma derecesi ve jel partiküllerinin konsantrasyonu ile ilişkili olmalı ve bu da G' değerine yansımalıdır.
Akma gerilimi bir dizi farklı test kullanılarak belirlenebilir, ancak gerilim rampası akma gerilimini tahmin etmenin en hızlı ve kolay yollarından biridir; burada anlık viskozite (kararlı durum değil) artan kesme gerilimiyle sürekli olarak ölçülür. Üç HA numunesi için StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres rampası verileri Şekil 5'te gösterilmektedir. Viskozitedeki tepe noktası akma noktasını temsil eder ve bunun gerçekleştiği StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres değeri akma stresidir. A numunesi en düşük (42 Pa) ve C numunesi en yüksek (55 Pa) akma gerilimine sahiptir ve B numunesi C'den biraz daha düşüktür (53 Pa). Bu, salınım testinde gözlemlenen sıralama ile aynıdır; Numune C en güçlü ve Numune A üç jel arasında en zayıf olanıdır. Bu jeller kovalent olarakÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlı jel partiküllerinin bir koleksiyonu olarak var olma eğiliminde olduklarından (sürekli bir jel ağının aksine), akma gerilimi partikülleri 'çözmek' ve birbirlerinin yanından geçmelerine izin vermek için gereken gerilimle ilişkilidir.
Tack Testi
Plaka-plaka boşluğu arttıkça zamanın bir fonksiyonu olarak normal kuvvet profilleri Şekil 6'da gösterilmiştir. Normal kuvvet değeri negatiftir çünkü numune yapışkan/kohezif kuvvetler nedeniyle üst plakayı aşağı çekmektedir ve başarısızlıkta sıfıra doğru azalmaktadır; uzun sürelerdeki artık kuvvet, üst plakada tutulan numunelerin ağırlığından kaynaklanmaktadır. A, B ve C numuneleri için tepe normal kuvvet sırasıyla 0,35 N, 0,46 N ve 0,54 N'dir ve bu da yine üç numune için G' ve Akma gerilimi ölçümlerinin sırası ile ilişkilidir. Dolayısıyla, Örnek C en yüksek TackinessYapışkanlık, yüzey yapışkanlığı açısından aynı (otohezyon) veya farklı (kohezyon) malzemelerden oluşan 2 katman arasındaki etkileşimi tanımlar.yapışkanlık veya kohezivite derecesine ve Örnek A en az TackinessYapışkanlık, yüzey yapışkanlığı açısından aynı (otohezyon) veya farklı (kohezyon) malzemelerden oluşan 2 katman arasındaki etkileşimi tanımlar.yapışkanlık derecesine sahiptir.
Parçacık Boyutu
Jeller enjekte edildiğinde ekstrüzyon kuvvetini ve buna bağlı ağrı ve kanama gibi yan etkileri azaltmak için jel partiküllerinin partikül boyutunun kontrol edilmesi gerekir. Bu nedenle, jellerin istenen ekstrüzyon kuvvetiyle iğnelerden uygun oranda geçecek şekilde tasarlanması gerekir. Şekil 7'de jellerin partikül boyutu dağılımı kümülatif hacim yüzdesi olarak gösterilmektedir. A, B ve C numunelerinin medyan boyutu (Dv50) 480 μm, 425 μm ve 203 μm'dir. Yüksek G' ve akma gerilimi değerlerine sahip güçlü jellerin small iğnelerden kolayca enjekte edilebilmesi için partiküllerin boyutlandırılması gerekir. Örnekler arasında en yüksek G' değerine sahip olduğu için Örnek C smallest partikül boyutuna sahiptir. Öte yandan, A numunesi largenumunelerdeki en zayıf jel olduğu için (iğnelerden kolayca geçirilebilir) en büyük partikül boyutuna sahiptir. Elde edilen boyut aynı zamandaÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma derecesi ve moleküler ağırlıkla da ilişkili olacaktır çünkü daha yüksek G' değerleriyle ilişkili yüksekÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlı polimerler daha yoğun ve daha kompakt olacaktır.
Sonuç
Üç ticari HA bazlı dermal dolgu maddesinin reolojik özellikleri ve partikül boyutu karakterize edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Elastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. Elastik modül G' salınım testinden belirlenmiş ve bu değerler jel sertliği ve gücü (örneğin, zayıf jeller veya güçlü jeller) ile ilişkilendirilmiştir. Viskozitenin kayma hızına bağımlılığını kontrol etmek için kararlı durum kayma ölçümleri yapılmış ve jel yapısını bozmak için gereken kuvveti, yani akma gerilimini belirlemek için gerilim rampası testleri gerçekleştirilmiştir. Dolgu maddelerinin yapışkanlığı, plaka-plaka boşluğu artarken normal kuvvet profili ölçülerek belirlenmiş ve salınım ve akma gerilimi verileriyle ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, boyut ekstrüzyonu etkilediği için jellerin partikül boyutu ölçülmüş ve bunun da reolojik verilerle ilişkili olduğu bulunmuştur.
Sonuç olarak, HA bazlı dermal dolguların reolojik özellikleri ve partikül boyutu, bu ürünlerin performansını (örn. kolay dağıtım, ekstrüzyon kuvveti, enjeksiyon, deformasyona direnç, ağrı azaltma) ve uygulamasını (örn. ince veya derin kırışıklık, yüz kon- touring) belirlemek için temel parametrelerdir.