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A libertação controlada de agentes ativos pode ser classificada de acordo com o mecanismo de libertação: difusão, erosão, expansão seguida de difusão e degradação. [5], [54]

2.2.1. Difusão

A libertação por difusão consiste na passagem do agente ativo através da matriz polimérica do sistema de libertação controlada. Esta transferência de massa deve-se à presença de um gradiente de concentração de agente ativo, pelo que este move-se do interior do sistema (onde existe concentrado) para o seu exterior (onde a sua concentração é nula) até se atingir o equilíbrio de concentração entre ambos. A difusão do agente ativo pode ocorrer pelos poros da matriz polimérica (nível macroscópico) ou pelas cadeias poliméricas (nível molecular). [5], [54], [73]

Um sistema de libertação controlada por difusão obtido por mistura homogénea do agente ativo com o polímero designa-se sistema matricial ou monolítico. À medida que a difusão ocorre, a concentração no interior da matriz diminui ao mesmo tempo que a concentração aumenta gradualmente no exterior, diminuindo a taxa de libertação do agente ativo, porque este tem de percorrer distâncias cada vez maiores, como se pode visualizar na Figura 8. [5], [54], [73]

Figura 8 –Representação esquemática da libertação de agentes ativos ao longo do tempo a partir de um sistema monolítico de

libertação controlada por difusão. O gradiente de concentração do agente ativo está representado por uma gradação de cor, sendo que a cor cinzento-escuro indica uma maior concentração e a cor branca uma concentração muito menor do mesmo. Com o avançar do tempo as moléculas de agente ativo que se encontram na zona mais concentrada do sistema têm de percorrer distâncias maiores para saírem do mesmo. [5]

No caso de o polímero funcionar como um reservatório para o agente ativo, isto é, rodear o agente ativo com um filme ou membrana para limitar a sua libertação, devendo este estar saturado no seu núcleo, como se pode observar na Figura 9. Este revestimento uniforme e

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de espessura constante permite que a difusão do agente ativo ocorra a uma taxa constante durante o tempo de vida do sistema de libertação, ou seja, com uma cinética de ordem zero. No final da libertação, o interior do sistema encontrar-se-á oco. [1], [5], [54], [55], [73]

Figura 9 – Representação esquemática da libertação de agentes ativos a partir de um sistema de libertação controlada por difusão na forma de reservatório. O gradiente de concentração do agente ativo encontra-se representado por uma gradação da cor, sendo que a cor cinzento-escuro indica uma maior concentração do agente ativo e a cor branca uma concentração muito menor do mesmo. Com o avançar do tempo verifica-se que as moléculas de agente ativo que se encontram no núcleo do sistema, apesar de em menor concentração, percorrem sempre a mesma distância para saírem do mesmo.[5]

2.2.2. Erosão do Polímero

O mecanismo de libertação controlada por erosão do polímero pode ser dividido em três tipos. [2], [3], [5], [73]

A erosão de tipo I diz respeito aos polímeros solúveis em água, insolubilizados através de ligações covalentes. Estes polímeros são inapropriados para a produção de fibras porque voltam a solubilizar quando as ligações ou o seu próprio esqueleto sofrem clivagem hidrolítica. [2], [3], [5]

A erosão de tipo II refere-se a polímeros inicialmente insolúveis em água que solubilizam após hidrólise, ionização ou protonação de um grupo pendente. Um exemplo de polímeros de interesse são os que solubilizam por ionização de grupos de ácido carboxílico. [2], [3], [5]

A erosão de tipo III está relacionada com a conversão de polímeros hidrofóbicos em pequenas moléculas solúveis em água através da clivagem do esqueleto do polímero. [2], [3], [5]

Atualmente existem duas abordagens em desenvolvimento com base neste mecanismo: o envolvimento do núcleo contendo o agente ativo com uma membrana bioerodível, e a dispersão do agente ativo no polímero para obtenção de um sistema monolítico bioerodível. [5]

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2.2.3. Sistema de Expansão Seguida de Difusão

Este tipo de sistema de libertação controlada consiste num polímero, inicialmente seco, que absorve água ou um fluido corporal e incha, sem ocorrer a sua dissolução. Quanto maior o volume de fluido absorvido, maior o volume atingido durante a expansão do polímero. Deste modo, com o aumento da porosidade por alargamento da malha polimérica, o agente ativo aprisionado é libertado para o meio externo por difusão, Figura 10. Estes polímeros, designados hidrofílicos, conseguem absorver até cerca de 60 % a 90 % de fluido. [5], [56]

Figura 10 – Representação esquemática da libertação de agentes ativos aprisionados num sistema de libertação controlado por expansão de um polímero sensível a estímulos seguida de difusão. O esquema (a) representa um sistema de reservatório no qual o agente ativo se encontra no núcleo e o polímero expansível na membrana. O esquema (b) representa um sistema monolítico no qual o polímero expansível e o agente ativo encontram-se homogeneamente misturados. Em ambos os casos, a libertação do agente ativo apenas se inicia após a expansão do polímero. [5]

A característica mais importante e útil destes polímeros é o facto de o aumento de volume ser desencadeado por um estímulo proveniente do ambiente que rodeia o sistema de libertação (mudança de pH, temperatura, força iónica, luz, campo magnético, entre outros), sendo este dependente do próprio polímero. Este género de polímeros poderia ser incorporado numa matriz polimérica resistente, na forma de fibras, para libertação de agentes ativos por difusão após o desencadeamento da sua expansão por um determinado estímulo ambiental. [5], [56]

2.2.4. _Degradação

O mecanismo de degradação está presente quando um polímero biodegradável se degrada no interior do corpo, eliminando a necessidade de remoção após a completa libertação do agente ativo. Esta degradação pode ocorrer por hidrólise uniforme da matriz polimérica, mas alguns polímeros degradam-se apenas à superfície, sendo a velocidade de libertação do agente ativo proporcional à área superficial do sistema de libertação, Figura 11. [5][

(a)

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Figura 11 – Representação esquemática da libertação de agentes ativos a partir de um sistema de libertação controlada por degradação do volume do sistema, em (a), e por degradação da superfície do sistema, em (b). [5]