Topical Administration of Cannabidiol: Influence of Vehicle-Related Aspects on Skin Permeation Process

Cannabidiol (CBD) is a non-psychoactive cannabinoid isolated from Cannabis sativa which, given its claimed beneficial properties and therapeutic potential, has lately aroused considerable attention from the scientific community. Starting from the little literature evidence, the main purpose of this study was to investigate the topical administration of CBD, with particular focus on the influence of vehicle-related aspects on the skin permeation process. This could provide useful information for the design of suitable drug delivery systems which could be used in developing topical medicines and cosmetics. In vitro human skin permeation studies were conducted using modified Franz diffusion cells to compare the performance of four solutions and two semisolid formulations. The Hildebrand solubility parameter was used to better understand the thermodynamic aspects implied in the partitioning process of the cannabinoid compound into the skin. It was interestingly found that a hydrophilic gel, mostly consisting of propylene glycol (79%, w/w), can be an optimal choice for the topical administration of CBD. Moreover, the feasibility of the preparation of CBD-loaded (trans)dermal patches, made with new printing technology, was also demonstrated.

Anti-Cavitation Approach in a Bio-Inspired Throttle Valve: A Study of Using Rubber-Like Materials

This multiscale molecular study emphasizes on reducing cavitation in a squid - inspired throttle valve. Molecular simulations on 10 different polymers bonded layer-wise to Iron (III) Oxide were done and the 5 ones having the strongest binding energies were further relaxed using xenon crystals (0.2ns). Changes in the radius of gyration were observed and post relaxation, the interaction energy, the cohesive energy density, and the Hildebrand solubility parameter of the polymer-water layer were determined. Consequently, Polytetrafluoroethylene (PTFE) chosen from the results was further equilibrated for 1.05 ns. To verify its wettability, a contact angle (water nanodroplet) of 115° was estimated. Next, the lined (3mm thick PTFE) valve seat of the chosen throttle valve was numerically analyzed. The computational fluid dynamics (CFD) code, ANSYS Fluent 17.0 was used to test the 3D model with assigned boundary conditions to determine the vapor fraction and the static pressure. Finally, thickness optimization of the lining was done to improve the valve’s performance within the fluid power system and minimize cost involvement.

Prediction of conformational and mixing properties of polymers relevant to lithographic applications through atomistic simulations

Στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (Directed Self Assembly, DSA), οι ατομιστικές προσομοιώσεις μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη δομή, τη θερμοδυναμική και τη δυναμική των πολυμερών. Βασικές ιδιότητες όπως η πυκνότητα και η παράμετρος διαλυτότητας, οι οποίες χρησιμοποιούνται στην DSA, μπορούν να εκτιμηθούν από τις ατομιστικές προσομοιώσεις και να χρησιμοποιηθούν ως παράμετροι εισόδου σε αδροποιημένα ή μεσοσκοπικά μοντέλα προσομοίωσης (coarse-grained or mesoscopic models). Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μελετήθηκαν συστήματα πολυμερών τα οποία εφαρμόζονται στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA). Υποβάλλοντας προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εξισορροπήθηκαν αρχικά τα ακόλουθα καθαρά ολιγομερικά τήγματα: πολυστυρενίου (PS), πολυμεθακρυλικού μεθυλεστέρα (PMMA), πολυγαλακτικού οξέος (PLA), και πολυδιμεθυλοσιλοξανίοο (PDMS). Από τις τροχιές μοριακής δυναμικής που προέκυψαν εκτιμήθηκαν η πυκνότητα (ρ), η παράμετρoς διαλυτότητας Hildebrand (δ, Hildebrand solubility parameter), ο συντελεστής αυτοδιάχυσης (Dcm, self-diffusion coefficient), καθώς και οι χαρακτηριστικοί χρόνοι χαλάρωσης (τR, longest relaxation times). Εν συνεχεία, δημιουργήθηκαν τρεις αρχικές απεικονίσεις ολιγομερικών μειγμάτων: PS/PMMA, PS/PLA και PLA/PDMS. Τα μείγματα αυτά εξισορροπήθηκαν μέσω προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής και από τις παραγόμενες τροχιές εκτιμήθηκε η ενθαλπία ανάμειξης (ΔmixH). Εν συνεχεία, μέσω της θεωρίας Flory-Huggins εκτιμήθηκε η παράμετρος αλληλεπίδρασης, χ, για το κάθε σύστημα, μια ιδιαίτερα σημαντική παράμετρος αφού καθορίζει την αναμειξιμότητα των δύο πολυμερών και το πάχος της διεπιφάνειας μεταξύ τους σε κατάσταση φασικού διαχωρισμού. Από την εκτίμηση της παραμέτρου χ για τα τρία μείγματα αναγνωρίσθηκε και αυτό που εμφανίζει τη μεγαλύτερη τιμή.Η ανάπτυξη μιας γενικής μεθοδολογίας για την εκτίμηση της ενέργειας ανάμειξης Gibbs έχει επίσης μεγάλη σημασία σε πολλές εφαρμογές πολυμερικών μειγμάτων και αδρομερών συμπολυμερών. Ξεκινώντας από την ενέργεια ανάμειξης Gibbs και εφαρμόζοντας τη θεωρία Flory-Huggins, μπορεί κανείς να εκτιμήσει τη παράμετρο αλληλεπίδρασης Flory-Huggins, χ, η οποία αποτελεί βασική παράμετρο στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA). Η θεωρία Kirkwood-Buff επιτρέπει την εκτίμηση θερμοδυναμικών ιδιοτήτων που δεν μπορούν να εξαχθούν απευθείας από ατομικές προσομοιώσεις, όπως η ενέργεια Gibbs ανάμειξης (ΔmixG). Στην εργασία μας παρουσιάζουμε μια γενικευμένη μεθοδολογία βασισμένη στη θεωρία Kirkwood-Buff, η οποία μας επιτρέπει να διεξάγουμε πλήρη θερμοδυναμική ανάλυση σε δυαδικά μείγματα κανονικού εξανίου/αιθανόλης σε υγρή κατάσταση, για δυο ζεύγη θερμοκρασίας-πίεσης και σε διάφορα γραμμομοριακά κλάσματα, με σκοπό για να υπολογιστούν τα ολοκληρώματα Kirkwood-Buff (KB) στο ισόθερμο ισοβαρές στατιστικό σύνολο (NpT). Εν συνεχεία, υπολογίζουμε τους συντελεστές ενεργότητας, την ενέργεια Gibbs περισσείας, την ενθαλπία και την εντροπία περισσείας. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματά μας με τις εκτιμήσεις ατομιστικών προσομοιώσεων από προηγούμενη ερευνητική εργασία, καθώς και με πειραματικά δεδομένα, βρίσκουμε πολύ καλή συμφωνία.Το μήκος Kuhn είναι επίσης μια βασική παράμετρος εισαγωγής σε πολλά αδροποιημένα μοντέλα θεωρητικής ανάλυσης και προσομοίωσης πολυμερών, όπως η θεωρία αυτοσυνεπούς πεδίου (SCFT). Στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA), το μήκος Kuhn ή, ισοδύναμα, η μέση τετραγωνική απόσταση από άκρο σε άκρο για δεδομένο μήκος αλυσίδας, είναι επίσης μια πολύ σημαντική παράμετρος εισόδου, η οποία περιγράφει τις διαστάσεις των συστάδων του συμπολυμερούς. Στη παρούσα εργασία αναπτύξαμε μια γενική μεθοδολογία για την εκτίμηση των διαστάσεων οποιασδήποτε πολυμερικής αλυσίδας σε αδιατάρακτη κατάσταση μέσω ατομιστικών προσομοιώσεων. Η μεθοδολογία βασίζεται σε προσομοιώσεις Monte Carlo (MC) μεμονωμένων αδιατάρακτων πολυμερικών αλυσίδων, οι οποίες υπόκεινται μόνο σε τοπικές αλληλεπιδράσεις κατά μήκος της ραχοκοκαλιάς (backbone) τους. Με βάση τη μεθοδολογία μας, προβλέψαμε τη δυσκαμψία (stiffness) για μια σειρά πολυμερών έναντι των τιμών των αντίστοιχων πολυμερικών τηγμάτων που υπολογίστηκαν τόσο από προσομοιώσεις ΜC, όσο και πειραματικά.H αναμειξιμότητα των πολυμερικών μειγμάτων πολλές φορές καθορίζεται από την τακτικότητα των πολυμερικών αλυσίδων οι οποίες αναμειγνύονται. Η επίδραση της τακτικότητας συνδέεται επίσης με τις διαφορετικές μικροφάσεις στις οποίες τα αντίστοιχα αδρομερή συμπολυμερή αυτο-οργανώνονται. Οι διαφορετικές τακτικότητες οδηγούν στο σχηματισμό διαφορετικών μικροφάσεων όπως στρώσεων, κυλίνδρων, εξαγώνων κλπ. Ως εκ τούτου, η τακτικότητα των πολυμερικών αλυσίδων είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος σχεδιασμού σε εφαρμογές τους όπως η λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA). Έχοντας αναπτύξει τη γενική μεθοδολογία για την πρόβλεψη των διαστάσεων οποιασδήποτε πολυμερικής αλυσίδας σε αδιατάρακτη κατάσταση, επικεντρωνόμαστε πλέον στην επίδραση της τακτικότητας στις διαστάσεις του ομοπολυμερούς πολυπροπυλενίου (ΡΡ) καθώς και συμπολυμερών (συσταδικών και τυχαίων) πολυ(αιθυλενίου-προπυλενίου). Διαπιστώνουμε ότι η τακτικότητα έχει σημαντική επίδραση στη δυσκαμψία του ομοπολυμερούς πολυπροπυλενίου (ΡΡ). Η δυσκαμψία παρουσιάζει μια μη-μονότονη συμπεριφορά συναρτήσει του ποσοστού μέσο (meso) δυάδων κατά μήκος της αλυσίδας. Έπειτα, αναπτύσσουμε ένα θεωρητικό μοντέλο για την περιγραφή της εξάρτησης της δυσκαμψίας του συμπολυμερούς πολυ(αιθυλενίου- προπυλενίου) από την περιεκτικότητά του σε προπυλένιο και την τακτικότητα της συστάδας του προπυλενίου. Τέλος, υπολογίζουμε την επίδραση τόσο της τακτικότητας όσο και της περιεκτικότητας σε προπυλένιο στη δυσκαμψία αλυσίδων τυχαίων συμπολυμερούς πολυ(αιθυλενίου-προπυλενίου) που αποτελούν πρότυπα συστήματα για τα ελαστομερή αιθυλενίου – προπυλενίου (EPM) και διαπιστώνουμε πολύ καλή συμφωνία με τις διαθέσιμες εκτιμήσεις από το μοντέλο περιστροφικών ισομερικών καταστάσεων (RIS).

Absence of a molecular structural effect on the thermodynamic properties of several biodiesel materials

In the search to develop the production of vegetable oils for non-food purposes biodiesel stands out for its great versatility as technical material and a cleaner energy technology. Physic nut (Jatropha curcas), castor-oil (Ricinus communis), oil palm (Elaeis guineensis), wine palm (Attalea butyracea) and macaw palm (Acrocomia aculeata) were chosen for study in our laboratory, because they are oleaginous plants with convenient oil yields to produce biodiesel. No significant effect from the nature of fatty-acid chains in biodiesel is observed on thermodynamic properties such as heat of combustion, cubic-expansion thermal coefficient, isothermal compressibility, enthalpy of vaporisation and Hildebrand solubility parameter. Activation energies for viscous flow of biodiesels correlates with the same property of their vegetable oil feedstocks.

Dichlorobenzene: an effective solvent for epoxy/graphene nanocomposites preparation

It is generally recognized that dimethylformamide (DMF) and ethanol are good media to uniformly disperse graphene, and therefore have been used widely in the preparation of epoxy/graphene nanocomposites. However, as a solvent to disperse graphene, dichlorobenzene (DCB) has not been fully realized by the polymer community. Owing to high values of the dispersion component ( δ d ) of the Hildebrand solubility parameter, DCB is considered as a suitable solvent for homogeneous graphene dispersion. Therefore, epoxy/graphene nanocomposites have been prepared for the first time with DCB as a dispersant; DMF and ethanol have been chosen as the reference. The colloidal stability, mechanical properties, thermogravimetric analysis, dynamic mechanical analysis and scanning electron microscopic images of nanocomposites have been obtained. The results show that with the use of DCB, the tensile strength of graphene has been improved from 64.46 to 69.32 MPa, and its flexural strength has been increased from 97.17 to 104.77 MPa. DCB is found to be more effective than DMF and ethanol for making stable and homogeneous graphene dispersion and composites.

Extended Hildebrand solubility approach applied to some structurally related sulfonamides in ethanol + water mixtures

Extended Hildebrand Solubility Approach (EHSA) was applied to evaluate the solubility of sulfadiazine, sulfamerazine, and sulfamethazine in some ethanol + water mixtures at 298.15 K. Reported experimental equilibrium solubilities and some fusion properties of these drugs were used for the calculations. In particular, a good predictive character of EHSA (with mean deviations lower than 3.0%) has been found by using regular polynomials in order four correlating the interaction parameter W with the Hildebrand solubility parameter of solvent mixtures without drug. However, the predictive character of EHSA was the same as that obtained by direct correlation of drug solubilities with the same descriptor of polarity of the cosolvent mixtures.