Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles

Silk has gained renewed interest now as a drug delivery system. Liquid silk fibroin can be processed into many drug delivery systems, including nanoscale particles. Desolvation is a known technique for the production of silk nanoparticles that can be coupled with microfluidics. The aim of this study...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Rezwan, Refaya
Άλλοι συγγραφείς: Κλεπετσάνης, Παύλος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/13592
id nemertes-10889-13592
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Nanoparticles
Silk
Chemical modification
Νανοσωματίδια
Μετάξι
Χημική τροποποίηση
spellingShingle Nanoparticles
Silk
Chemical modification
Νανοσωματίδια
Μετάξι
Χημική τροποποίηση
Rezwan, Refaya
Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
description Silk has gained renewed interest now as a drug delivery system. Liquid silk fibroin can be processed into many drug delivery systems, including nanoscale particles. Desolvation is a known technique for the production of silk nanoparticles that can be coupled with microfluidics. The aim of this study was to explore the manufacturing space using the NanoAssemblr™ microfluidics system. Here, both unmodified and chemically modified silks from Bombyx mori were used; chemical modifications were at the serine residue to include carboxyl, alcohol (propanol) and alkane (butane) functional groups. The influence of silk degumming time, flow rate ratios (i.e. aqueous to organic solvent) and silk solution concentration on silk nanoparticle characteristics was studied. Based on this insight, chemically modified silk nanoparticles were prepared using microfluidics at a total flow rate of 1 mL/min, 1:5 ratio of silk to organic solvent (isopropanol) and 3% w/v aqueous solution concentration. Dynamic light scattering indicated that carboxy-modified and propanol-modified silk, but not butyl-modified silk, produced nanoscale particles. However, the particles, especially those derived from propanol-modified silk, demonstrated high polydispersity with a tendency to aggregate upon storage at 4°C owing to low zeta potential. All samples were subjected to secondary structure analysis showing the transition of soluble silk I (rich in α-helix) to β-sheet rich silk II. Further studies are warranted to fine-tune the process parameters to produce more uniform and stable particles or to search an alternative strategy (e.g. PEGylation) to increase stability in aqueous and biological media.
author2 Κλεπετσάνης, Παύλος
author_facet Κλεπετσάνης, Παύλος
Rezwan, Refaya
format Thesis
author Rezwan, Refaya
author_sort Rezwan, Refaya
title Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
title_short Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
title_full Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
title_fullStr Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
title_full_unstemmed Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
title_sort microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/13592
work_keys_str_mv AT rezwanrefaya microfluidicassistedmanufactureofchemicallymodifiedsilknanoparticles
_version_ 1771297361577902080
spelling nemertes-10889-135922022-09-06T05:12:56Z Microfluidic-assisted manufacture of chemically-modified silk nanoparticles Rezwan, Refaya Κλεπετσάνης, Παύλος Κλεπετσάνης, Παύλος Audrieux, Karine Roques, Caroline Nanoparticles Silk Chemical modification Νανοσωματίδια Μετάξι Χημική τροποποίηση Silk has gained renewed interest now as a drug delivery system. Liquid silk fibroin can be processed into many drug delivery systems, including nanoscale particles. Desolvation is a known technique for the production of silk nanoparticles that can be coupled with microfluidics. The aim of this study was to explore the manufacturing space using the NanoAssemblr™ microfluidics system. Here, both unmodified and chemically modified silks from Bombyx mori were used; chemical modifications were at the serine residue to include carboxyl, alcohol (propanol) and alkane (butane) functional groups. The influence of silk degumming time, flow rate ratios (i.e. aqueous to organic solvent) and silk solution concentration on silk nanoparticle characteristics was studied. Based on this insight, chemically modified silk nanoparticles were prepared using microfluidics at a total flow rate of 1 mL/min, 1:5 ratio of silk to organic solvent (isopropanol) and 3% w/v aqueous solution concentration. Dynamic light scattering indicated that carboxy-modified and propanol-modified silk, but not butyl-modified silk, produced nanoscale particles. However, the particles, especially those derived from propanol-modified silk, demonstrated high polydispersity with a tendency to aggregate upon storage at 4°C owing to low zeta potential. All samples were subjected to secondary structure analysis showing the transition of soluble silk I (rich in α-helix) to β-sheet rich silk II. Further studies are warranted to fine-tune the process parameters to produce more uniform and stable particles or to search an alternative strategy (e.g. PEGylation) to increase stability in aqueous and biological media. Το μετάξι παρουσιάζει ανανεωμένο ενδιαφέρον ως σύστημα μεταφοράς φαρμάκων. Η υγρή μεταξωτή ιμβροίνη μπορεί να τροποποιηθεί σε πολλά συστήματα χορήγησης φαρμάκων, συμπεριλαμβανομένων των νανοσωματιδίων. Η αποδιαλυτοποίηση είναι μια γνωστή τεχνική για την παραγωγή νανοσωματιδίων μεταξιού που μπορει να συνδυαστει με μικροροή. Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας παρασκευής με τη χρήση του συστήματος μικρορευστοποίησης NanoAssemblr ™. Εδώ χρησιμοποιήθηκαν τόσο τα μη τροποποιημένα όσο και τα χημικώς τροποποιημένα μετάξια από το Bombyx mori. Οι χημικές τροποποιήσεις ήταν στο υπόλειμμα σερίνης και περιελάμβαναν τις χαρακτηριστικές ομάδες καρβοξυλίου, αλκοόλης (προπανόλης) και αλκανίου (βουτάνιο). Μελετήθηκε η επίδραση του χρόνου αποκομιδής μεταξιού, των αναλογιών του ρυθμού ροής (δηλαδή του υδατικού προς τον οργανικό διαλύτη) και της συγκέντρωσης διαλύματος μεταξιού στα χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων μεταξιού. Με βάση τα στοιχεία αυτά, παρασκευάστηκαν χημικά τροποποιημένα νανοσωματίδια μεταξιού χρησιμοποιώντας συνολική ταχύτητα ροής 1 mL/min, αναλογία 1: 5 μεταξιού προς οργανικό διαλύτη (ισοπροπανόλη) και συγκέντρωση 3% w/ν υδατικού διαλύματος. Η δυναμική σκέδαση του φωτός έδειξε ότι το τροποποιημένο με καρβοξυλικό μετάξι και το τροποποιημένο με προπανόλη μετάξι, αλλά όχι το τροποποιημένο με βουτύλιο μετάξι, παράγουν νανοσωματίδια. Ωστόσο, τα νανοσωματίδια, ειδικά εκείνα που προέρχονται από τροποποιημένο με προπανόλη μετάξι, κατέδειξαν υψηλή πολυδιασπορά με τάση συσσωμάτωσης κατά την αποθήκευση στους 4 ° C λόγω του χαμηλού ζ-δυναμικού. Όλα τα δείγματα υποβλήθηκαν σε ανάλυση δευτερογενούς δομής που δείχνει τη μετάβαση του διαλυτού μεταξιού Ι (πλούσιο σε α-έλικες) σε μετάξι II (πλούσιο σε β-φύλλα). Χρειάζονται περαιτέρω μελέτες για την ευρεση των βέλτιστων παραμέτρων διεργασίας που θα οδηγήσουν στην παραγωγή ομοιόμορφων και σταθερών νανοσωματιδίων ή για την αναζήτηση μιας εναλλακτικής στρατηγικής (π. Χ. PEGylation) για την αύξηση της σταθερότητας τους σε υδατικά και βιολογικά μέσα. 2020-07-13T08:49:09Z 2020-07-13T08:49:09Z 2019-07-10 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13592 en 12 application/pdf