Hybrid gels of cellulose nanocrystals and polysilsesquioxane

Orientador: Maria do Carmo GonçalvesDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: Nanocristais de celulose (CNC) têm sido empregados em diversas áreas em razão de suas características atrativas como baixo custo, disponibilidade, biocompatibilidade, ótimas propriedades mecânicas e funcionalidade. O objetivo deste trabalho foi a obtenção de géis baseados em nanocristais de celulose, utilizando-se 3-isocianatopropiltrietoxissilano (IPTS), uma molécula tetrafuncional, que permite tanto a funcionalização dos CNC, como a ocorrência de reações de hidrólise e condensação dos grupos alcoxissilanos, resultando assim em uma rede de polissilsesquioxano (PSS). Diferentes condições de síntese foram avaliadas para este propósito: tempo de reação, catalisador, concentração de CNC, temperatura e razão molar entre o número de hidroxilas superficiais dos CNC e de IPTS. A técnica de espectroscopia no infravermelho foi utilizada para confirmar a modificação dos CNC, através da presença de picos característicos do grupo carbamato. A técnica de difração de raios X possibilitou a quantificação da fração cristalina, correspondente à quantidade de CNC presente, que foi calculada utilizando o método de Segal. Os espectros de ressonância magnética nuclear de 29Si permitiram a análise estrutural dos domínios de PSS. Foi possível obter géis anfifílicos e hidrofóbicos, dependendo-se do catalisador utilizado para a hidrólise e condensação dos alcoxissilanos. A morfologia dos géis liofilizados foi investigada por microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão. A porosidade dos géis foi avaliada por medidas de sorção em água (géis anfifílicos) e em tolueno (géis hidrofóbicos). Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que a síntese de géis híbridos de CNC/PSS foi bem-sucedida, e que diferentes condições experimentais levam tanto a modificações da morfologia dos poros, quanto ao balanço do seu caráter hidrofóbico/hidrofílico. Essas características, aliadas à biocompabilidade de seus componentes, tornam esses géis biomateriais atraentes para aplicação como carreadores de fármacosAbstract: Cellulose nanocrystals (CNC) have been used in many areas due to some characteristics such as their low cost, biodegradability, biocompatibility, remarkable mechanical properties and functionality. The aim of this work is to use 3-isocyanatepropyltrietoxysilane (IPTS), a tetrafunctional silane, which can act as a CNC surface modifying agent as well as a crosslink promoter, resulting in polysilsesquioxane network (PSS). Different synthesis conditions were carried out for this purpose: reaction time, catalyst, CNC concentration, temperature and CNC superficial hydroxyl groups/IPTS molar ratio. Infrared spectroscopy was used to confirm CNC functionalization, by presence of carbamate group characteristic peaks. X-ray diffraction enabled crystalline fraction quantification, relative to amount of CNC present, which was calculated using Segal¿s method. 29Si nuclear magnetic resonance spectra allowed structural characterization of PSS domains. Amphiphilic and hydrophobic gels were achieved, depending on catalyst used for hydrolysis and condensation of alkoxysilanes. Freeze dried gels morphology was investigated by field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Gels porosity was estimated by sorption measures in water (for amphiphilic gels) and toluene (for hydrophobic gels). The results presented in this work showed the synthesis of CNC/PSS hybrid gels was well succeeded and different synthesis conditions influenced such as pore morphology as well as their hydrophobic/hydrophilic balance. Their characteristics added to CNC and PSS biocompatibility make these gels useful for biomedical applications, such as a drug deliveredMestradoFísico-QuímicaMestra em Química136786/2015-4CNP