Nanocristais de celulose: propriedades antimicrobianas e aplicação em revestimentos anti-incrustação biológica

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Noronha, Victor Teixeira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Nanocristais de celulose; Materiais antimicrobianos; Controle de incrustação biológica; Recobrimentos antimicrobianos; Nanopartículas de prata
• Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/71685

Nanocristais de celulose (CNCs) despontam como um nanomaterial sustentável com diferentes perspectivas de aplicações, incluindo sua utilização no desenvolvimento de novos agentes antimicrobianos. Embora alguns estudos já tenham discutido sobre a atividade antibacteriana dos CNCs, seu mecanismo de ação ainda não foi totalmente compreendido. Dessa forma, o presente trabalho buscou realizar um estudo sistemático da capacidade antimicrobiana desse nanomaterial, avaliando estas propriedades sob perspectivas biológicas e físico-químicas. Inicialmente, foi efetuada a avaliação da capacidade antimicrobiana dos CNCs em sua forma dispersa em água e como recobrimento de superfícies. A toxicidade dos CNCs em suspensão contra Escherichia coli se mostrou dependente da concentração, apresentando um valor de concentração inibitória (IC50) próximo a 200 μg/mL. As superfícies recobertas pelos CNCs foram capazes de inativar 90% das células de E. coli aderidas, mostranto seu potencial para aplicação como agente anti-incrustação biológica. Ensaios adicionais avaliando a capacidade oxidativa dos CNCs, sua habilidade em romper vesículas lipídicas e a morfologia de bactérias expostas ao nanomaterial evidenciaram o estresse mediado por contato como provável mecanismo de toxicidade. Posteriormente, os CNCs foram conjugados à superfície de membranas compósitas de filme fino (TFC) e suas propriedades fisico-químicas, atividade antibacteriana e performance em sistema de filtração de bancada foram avaliadas. Análises de microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier mostraram a presença dos CNCs quimicamente ligados à superfície da membrana. As membranas funcionalizadas com CNCs apresentaram robusta atividade antibacteriana, inativando cerca de 89% das células de E. coli aderidas, sem apresentar impactos negativos nas propriedades de transporte, nem no desempenho de filtração da membrana. Por fim, buscou-se optimizar as propriedades antimicrobianas dos CNCs através da combinação do nanomaterial com nanopartículas de prata (AgNPs). Análises de espectroscopia e microscopia demostraram o sucesso na obtenção do material híbrido (CNC/Ag) combinando as duas nanoestruturas. Recobrimentos à base de CNC/Ag foram obtidos e sua atividade antimicrobiana foi avaliada para E. coli e Bacillus subtilis. Os recobrimentos apresentaram taxas de inativação de bactérias aderidas superiores a 99%, demonstrando também atividade antimicrobiana contra bactérias em forma planctônica, com concentrações inibitórias mínimas de 25 e 100 μg/mL para B. subtilis e E. coli, respectivamente. Ensaios complementares também avaliaram os mecanismos de toxicidade do nanomaterial híbrido nas bactérias. Os resultados suscitaram uma estratégia de “ataque-ataque” promovida pelo nanomaterial híbrido: enquanto os CNCs danificam bactérias através de perfuração por contato direto, os íons Ag+ oriundos das AgNPs adentram nas células, interagindo com grupos contendo enxofre e nitrogênio presente em biomoléculas e organelas, resultando na interrupção de processos vitais para manutenção das células. Dessa forma, o presente trabalho permitiu uma abrangente avaliação da interação entre os nanocristais de celulose e bactérias, possibilitando o estabelecimento de possíveis mecanismos de toxicidade, bem como mostrando sua aplicabilidade em sistemas de filtração e apresentando alternativas para o aprimoramento de sua capacidade antimicrobiana.