Microagulhas cerâmicas para libertação controlada de fármacos

Abstract

O principal objectivo da presente dissertação é desenvolver microagulhas cerâmicas para administração transdérmica de fármacos à base de alumina-zircónia consolidadas por uma nova técnica denominada epoxy gel casting a partir de suspensões aquosas concentradas. Para o efeito estudaram-se as várias fases do processo, incluindo (i) preparação e caracterização de suspensões aquosas concentradas na presença de agentes de gelificação (resina e endurecedor), (ii) consolidação directa de suspensões por epoxy gel casting; (iii) caracterização das amostras em verde e sinterizadas; (iv) produção de micromoldes à base de silicone a partir de uma madre polimérica de microagulhas e, finalmente, (v) enchimento dos micromoldes e caracterização microestrutural das microagulhas cerâmicas em verde e sinterizadas. Os métodos de consolidação directa, como o epoxy gel casting, requerem o uso de suspensões concentradas de forma a maximizar a densidade dos corpos em verde e minimizar a retracção durante os processos de secagem e sinterização. Assim, numa primeira fase do trabalho prepararam-se suspensões concentradas em meio aquoso à base de alumina, zircónia e mistura dos dois materiais. Foram estudadas diferentes quantidades de resina (10, 15 e 20 wt.%), com o objectivo de verificar a quantidade que melhor se adequa à obtenção de uma suspensão suficientemente fluída para facilitar o enchimento, mas simultaneamente concentrada para maximizar a resistência em verde e permitir a desmoldagem sem causar danos nos microcomponentes. As propriedades de fluxo de todas as suspensões foram caracterizadas através de medidas reológicas, bem como a evolução destas ao longo do processo de gelificação. Numa segunda fase procedeu-se à conformação por epoxy gel casting das suspensões obtidas em corpos com dimensões adequadas para posterior caracterização. As variações dimensionais durante as etapas de secagem e a resistência à flexão das peças em verde foram medidas. Os componentes secos foram depois sujeitos a um tratamento térmico para queima dos aditivos orgânicos (resina e endurecedor) e, subsequentemente, sinterizadas a duas temperaturas diferentes (1550ºC e 1600ºC). As peças sinterizadas foram caracterizadas através de medidas de retracção, densidade, análise microestrutural (SEM), resistência mecânica à flexão e ensaios de dureza. Numa terceira fase, e após a obtenção de micromoldes, avaliou-se o comportamento das suspensões obtidas no enchimento de microcavidades em componentes com dimensões micrométricas de forma pontiaguda (microagulhas). As características destes microcomponentes em verde e depois de sinterizados foram também avaliadas. Os resultados apresentados e discutidos ao longo desta dissertação mostraram que a técnica de conformação por epoxy gel casting é adequada e promissora para o fabrico de micro-componentes, com formas tão complexas como microagulhas.

The main goal of this dissertation is to develop ceramic microneedles for transdermal drug delivery based on alumina-zirconia consolidated by a new technique denominated epoxy gel casting from aqueous concentrated colloidal suspensions. For that a detailed study was undertaken including: (i) the preparation and characterization of the suspensions in the presence of gelling agents (resin and hardener); (ii) the direct consolidation of suspensions by epoxy gel casting; (iii) the characterization of green and sintered samples; (iv) the fabrication of silicon-based moulds of microneedles shape to be filled with the ceramic suspensions; and finally, (v) the production and characterization of green and sintered ceramic microneedles. Direct consolidation methods such as epoxy gel casting, require the use of concentrated suspensions to maximize the density of green bodies and to minimize shrinkage during drying and sintering procedures. Therefore, concentrated aqueous suspensions based on alumina, zirconia and mixture of both materials were initially prepared. Different amounts of resin (10, 15 and 20 wt.%) were tested to select the one corresponding to the best balance between a low viscosity for casting and an enough high concentration to maximize green strength for a proper unmoulding step. The flow properties of all suspensions were characterized by rheological measurements, as well as their evolution along the gelling process. The second step of the work involved the consolidation of green samples by epoxy gel casting with proper dimensions for subsequent characterization. The dimensional variations undergone along the drying step and flexural strength of the green parts were measured. The dried samples were heat treated to burn out the organic additives (resin and hardener) and subsequently sintered at two different temperatures (1550ºC and 1600ºC). The sintered parts were characterized by shrinkage, density, microstructural analysis (SEM), flexural strength and hardness measurements. In a third step, and after micromoulds production, the ability of the as-prepared suspensions to cast microcavities with micrometer dimensions presenting sharp and fine tips was evaluated. The features of the green and sintered microcomponents were also examined. The results presented and discussed throughout this dissertation showed that epoxy gel casting is a suitable and promising technique for manufacturing micro-components with high complex shapes such as microneedles.