Otimização de interfaces cerâmico-polímero em microdispositivos híbridos para aplicação transdérmica

Abstract

A combinação de diferentes materiais numa mesma estrutura tem sido altamente explorada para várias aplicações, uma vez que permite a criação de produtos com propriedades distintas e únicas que, quando fabricados com um só material, não seriam possíveis. A adesão na interface é crucial para o desempenho final neste tipo de produtos, exigindo um elevado foco de investigação na sua otimização e caracterização. Neste estudo, foi analisada e otimizada a interface entre um componente polimérico flexível e um componente biocerâmico poroso auto-endurecível de amostras híbridas, a fim de desenvolver um microdispositivo para aplicações transdérmicas, constituído por uma matriz de microagulhas cerâmicas porosas de fosfato de cálcio auto-endurecíveis (cimento apatítico), fixas a um suporte flexível polimérico. Com este propósito, o comportamento reológico, através de estudos de viscometria e viscoelasticidade, e propriedades mecânicas de diferentes combinações de silicones elastoméricos, nomeadamente soft skin adhesives (SSA) comerciais, foram analisados. Dos resultados obtidos, foram selecionadas as melhores composições para a produção de amostras híbridas de várias combinações cerâmico-polímero. A componente cerâmica, constituída por diferentes formulações de cimentos de apatite, foi caracterizada relativamente à sua porosidade e distribuição de tamanhos de poros. Após avaliação da interface cerâmico-polímero por ensaios de adesão, as amostras híbridas mais promissoras foram então caracterizadas por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), espetroscopia de raios-X dispersivos de energia (EDX) e tomografia micro-computadorizada (Micro-CT). Numa fase final do trabalho, foi obtido um microdispositivo híbrido flexível de microagulhas com a combinação cerâmico-polímero mais promissora. Apesar de ainda precisar de caracterização, este aparenta ter um forte potencial para ser utilizado como um sistema transdérmico de administração de medicamentos.

The combination of different materials in the same structure has been highly explored for various applications, since it allows the creation of products with distinct and unique properties that, when manufactured with a single material, would not be possible. Adhesion at the interface is crucial for the final performance in this type of products, requiring a high focus of research in its optimisation and characterisation. In this study, the interface between a flexible polymeric component and a selfsetting porous bioceramic component of hybrid samples was analysed and optimised in order to develop a microdevice for transdermal applications, consisting of a matrix of self-setting porous calcium phosphate ceramic microneedles (apatite cement), fixed to a flexible polymeric support. For this purpose, the rheological behaviour, through viscometry and viscoelasticity studies, and mechanical properties of different combinations of elastomeric silicones, namely commercial soft skin adhesives (SSA), were analysed. From the results obtained, the best compositions were selected for the production of hybrid samples of various ceramic-polymer combinations. The ceramic component, consisting of different formulations of apatite cements, was characterized regarding its porosity and pore size distribution. After evaluation of the ceramic-polymer interface by bonding tests, the most promising hybrid samples were then characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and micro-computed tomography (Micro-CT). In a final stage of the work, a flexible hybrid micro-needle device with the most promising ceramic-polymer combination was obtained. Although it still needs further characterisation, it appears to have a strong potential to be used as a transdermal drug delivery system.