Impressão 3D de membranas assimétricas à base de derivado cationizado de quitosana e whiskers de beta-quitina visando aplicações biomédicas

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Semensato, Leonardo Henrique
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 3D printing; aplicações biomédicas; asymmetric membranes; beta-chitin whiskers; biomedical applications; cationized chitosan; impressão 3D; membranas assimétricas; quitosana cationizada; whiskers de beta-quitina
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-11122023-120900/

O objetivo principal do presente trabalho foi de produzir, através de impressão 3D por direct ink writing (DIW), membranas assimétricas com potenciais aplicações biomédicas utilizando cloreto de N-(2-hidroxil)-propil-3-trimetilamônio quitosana (QCat), whiskers de beta-quitina e genipina como agente reticulante. Para tanto, quitosana foi produzida a partir de beta-quitina empregando desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) e a mesma beta-quitina de partida foi submetida à acidólise para produção de whiskers. O derivado QCat foi sintetizado a partir da reação da quitosana obtida na etapa anterior com cloreto de glicidiltrimetilamônio (CGTMA) em meio levemente ácido. A tinta para impressão 3D DIW foi produzida a partir da solubilização de QCat em suspensão aquosa de whiskers de beta-quitina com subsequente adição de genipina, e as membranas foram impressas com duas camadas de diferentes geometrias. A beta-quitina de partida, os whiskers, a quitosana DAIUS e o derivado QCat foram caracterizados empregando espectroscopias no infravermelho (FTIR) e de ressonância magnética nuclear (RMN) de 1H e 13C, viscosimetria capilar em regime diluído, titulação condutimétrica, difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia de força atômica (AFM), análise termogravimétrica (TGA), além de ensaios de concentração inibitória mínima (MIC) e concentração bactericida mínima (MBC). O comportamento reológico da tinta utilizada para impressão 3D DIW foi avaliado através de ensaios de pseudoplasticidade, viscoelasticidade e tixotropia para amostras com e sem adição de genipina. As membranas assimétricas foram caracterizadas através de espectroscopia no infravermelho, TGA, medidas de ângulo de contato, capacidade de intumescimento, teste de disco-difusão e susceptibilidade à degradação enzimática in vitro. A síntese do derivado QCat foi evidenciada através de seu espectro no infravermelho, que exibiu banda em 1486 cm-1, e pelo espectro de RMN de 1H, que exibiu pico em 3,2 ppm. QCat apresentou grau médio de substituição (GS) próximo a 30%, fator que conferiu hidrossolubilidade em ampla faixa de pH e atividade antimicrobiana contra E. Coli e S. aureus, conforme evidenciado nos ensaios de MIC e MBC. Os whiskers apresentaram grau médio de polimerização viscosimétrico (GPv) aproximadamente 47 vezes menor que a beta-quitina, evidenciando que a acidólise causou severa despolimerização. A tinta para impressão 3D apresentou pseudoplasticidade, tixotropia, comportamento semelhante ao de um sólido quando submetida à baixa deformação oscilatória e comportamento semelhante ao de um líquido quando submetida à alta deformação oscilatória, que são características ideais para fluidos utilizados em impressão 3D DIW. As membranas assimétricas apresentaram ângulo de contato de 59,4° ± 7,6° para a camada externa, capacidade de intumescimento em tampão PBS próxima a 35% e degradação total após 7 dias de incubação in vitro com lisozima. Por fim, as membranas assimétricas apresentaram inibição por contato contra E. coli e S. aureus no teste de disco-difusão, qualidade notável considerando aplicações biomédicas. As próximas etapas do trabalho serão centradas na otimização dos processos de homogeneização e formulação da tinta para impressão 3D, o que possibilitará a produção e caracterização de materiais totalmente homogêneos. Além disso, serão avaliadas alternativas à reticulação com genipina empregando fotorreticulação.