نانو درون پوشانی اسیدفولیک در نانوذرات کیتوزان– سدیم تری‌پلی‌فسفات: سنتز، مشخصه‌یابی و مدلسازی رهایش کنترل‌شده

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی دانشگاه جیرفت

2 استادیار گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی دانشگاه جیرفت

چکیده

سابقه و هدف: اسیدفولیک یکی از ویتامین‌های ضروری گروه B است که نقش حیاتی در سنتزDNA، تقسیم سلولی و رشد بافتی دارد. با این حال، این ویتامین به‌شدت نسبت به عوامل محیطی از جمله نور، دما، pH و اکسیدکننده‌ها حساس بوده و در نتیجه در فرمولاسیون‌های غذایی و دارویی به‌سرعت تخریب می‌شود. به‌منظور افزایش پایداری و فراهمی زیستی اسیدفولیک، طراحی سامانه‌های رهایش کنترل‌شده بر پایه پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر نظیر کیتوزان مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر، هدف اصلی تهیه نانوذرات کیتوزان-سدیم تری‌پلی‌فسفات حاوی اسیدفولیک به روش ژل‌شدن یونی و بررسی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی، ساختاری و الگوی رهایش این سامانه بود. مواد و روش‌ها: نانوذرات کیتوزان از طریق فرآیند ژل‌شدن یونی با استفاده از سدیم تری‌پلی‌فسفات به‌عنوان عامل اتصال‌دهنده یونی سنتز شدند و اسیدفولیک در طی فرایند درون‌پوشانی گردید. ویژگی‌های فیزیکی و ساختاری نانوذرات از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FESEM)، اندازه‌گیری پتانسیل زتا با دستگاه زتاسایزر و به منظور تایید برهمکنش‌های شیمیایی و تشکیل پیوندهای بین مولکولی میان کیتوزان، اسیدفولیک و سدیم تری پلی فسفات، طیف‌سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه (FTIR) مورد بررسی قرار گرفت. راندمان نانو درون‌پوشانی اسیدفولیک به روش اسپکتروفتومتری محاسبه شد. همچنین آزمون رهایش کنترل‌شده در شرایط محیطی طی یک دوره ۳۰ روزه انجام و داده‌های حاصل با مدل‌های سینتیکی مختلف شامل هیگوچی، پپاس، مرتبه اول و مرتبه صفر برازش داده شدند. یافته‌ها: تصاویر FESEM مورفولوژی کروی و یکنواخت نانوذرات را در هر دو نمونه خالص و حاوی اسیدفولیک نشان داد. اندازه متوسط ذرات برای نانوذرات خالص حدود ۳۹ نانومتر و برای نمونه‌های حاوی اسیدفولیک ۳۶۰ نانومتر بود. نتایج پتانسیل زتا بیانگر بار سطحی مثبت و مناسب برای حفظ پایداری کلوئیدی سامانه بود، هرچند حضور اسیدفولیک موجب کاهش نسبی بار مثبت گردید. طیف‌های FTIR نشان دادند که باندهای مشخصه کیتوزان و اسیدفولیک دچار جابجایی و تغییر شدت شده‌اند که تأییدی بر درون‌پوشانی مؤثر اسیدفولیک در شبکه پلیمری کیتوزان است. راندمان نانو درون‌پوشانی برابر با ۹۱ درصد به‌دست آمد که نشان‌دهنده کارایی بالای فرمولاسیون بود. بررسی رهایش در شرایط محیطی نشان داد که الگوی رهایش به‌صورت آهسته و کنترل‌شده بوده و تنها حدود 28 درصد از اسیدفولیک طی ۳۰ روز آزاد شد. تحلیل داده‌ها با مدل‌های سینتیکی نشان داد مدل پپاس با ضریب همبستگی 97/0 بهترین برازش را دارد و مکانیزم غالب رهایش از نوع انتشار فیکی است. نتیجه‌گیری: نتایج این تحقیق نشان داد که نانوذرات کیتوزان-سدیم تری‌پلی‌فسفات حاوی اسیدفولیک از نظر ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی، پایداری کلوئیدی، راندمان بالای درون‌پوشانی و الگوی رهایش کنترل‌شده، سامانه‌ای کارآمد و پایدار محسوب می‌شوند. بنابراین، این نانوذرات می‌توانند به‌عنوان حامل‌های مؤثر در سامانه‌های انتقال هدفمند و رهایش آهسته اسیدفولیک در صنایع غذایی، مکمل‌های تغذیه‌ای و داروسازی مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Nano-encapsulation of Folic Acid into Chitosan–Sodium tripolyphosphate Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Controlled Release Kinetics

نویسندگان [English]

  • fatemeh heidari dalfard 1
  • fatemeh amighi 2
1 Assistant Professor, Department of Food Science and Engineering, University of Jiroft
2 Assistant Professor, Department of Food Science and Engineering, University of Jiroft
چکیده [English]

Background and Objective: Folic acid, an essential B-group vitamin, plays a pivotal role in DNA synthesis, cell division, and tissue development. However, its high sensitivity to environmental factors such as light, temperature, pH, and oxidation significantly limits its stability and practical use in food and pharmaceutical formulations. To overcome these limitations and enhance its bioavailability, the development of controlled-release delivery systems based on biodegradable polymers such as chitosan has attracted considerable interest. This study aimed to fabricate chitosan–sodium tripolyphosphate (TPP) nanoparticles encapsulating folic acid via the ionic gelation technique and to evaluate their physicochemical, structural, and release characteristics. Materials and Methods: Chitosan nanoparticles were prepared through ionic gelation using sodium TPP as a cross-linking agent, with folic acid encapsulated during nanoparticle formation. The morphology and size of the synthesized nanoparticles were characterized using field emission scanning electron microscopy (FESEM), while surface charge was determined by zeta potential analysis. And to confirm the chemical interactions and the formation of intermolecular bonds among chitosan, folic acid and sodium tripolyphosphate, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was employed to investigate potential interactions between chitosan and folic acid. Encapsulation efficiency was quantified spectrophotometrically. The in vitro release behavior of folic acid was monitored under ambient conditions over a 30-day period, and the release kinetics were analyzed using various mathematical models, including Higuchi, Peppas, first-order, and zero-order equations. Results: FESEM images revealed uniform, spherical nanoparticles in both blank and folic acid-loaded formulations. The average particle size increased from 39 nm for blank nanoparticles to 360 nm after folic acid incorporation, likely due to increased suspension viscosity. Zeta potential measurements indicated a positive surface charge sufficient to maintain colloidal stability, despite a slight reduction following folic acid loading. FTIR spectra exhibited characteristic peak shifts and intensity changes, confirming the successful encapsulation of folic acid within the chitosan matrix without altering the polymer backbone. The encapsulation efficiency reached 91%, demonstrating excellent formulation performance. The release profile showed a slow and sustained release pattern, with approximately 28% of the folic acid released after 30 days. Kinetic modeling revealed that the Peppas equation provided the best fit (R² = 0.97), indicating that Fickian diffusion was the predominant release mechanism. Conclusion: Overall, chitosan–TPP nanoparticles exhibited favorable physicochemical properties, high encapsulation efficiency, and a prolonged, controlled-release profile of folic acid. These findings suggest that the developed nanoparticles represent a promising and stable carrier system for targeted and sustained delivery of folic acid in food, nutraceutical, and pharmaceutical applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chitosan nanoparticles
  • Controlled release
  • kinetic models
  • folic acid encapsulation