Produção de biocompósitos por policondensação de L-ácido láctico em hidrogéis de celulose bacteriana

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2014.Desenvolver um biocompósito à base de poli(L-ácido láctico) (PLLA) e celulose bacteriana (CB) com uma boa dispersão das nanofibras de CB (hidrofílicas), na matriz de PLLA (hidrofóbica), pode gerar uma nova gama de materiais poliméricos biodegradáveis com aplicações em diversas áreas tecnológicas, incluindo a área biomédica. O objetivo deste trabalho foi produzir biocompósitos de PLLA e CB mediante a policondensação direta de L-ácido láctico, dentro dos hidrogéis de CB, sem uso de catalisadores. Biocompósitos foram produzidos por policondensação a 90 °C em períodos de 24 e 48 h. A caracterização dos biocompósitos de PLLA/CB produzidos foi feita por Espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Análise termogravimétrica (TGA) e Calorimetria exploratória diferencial (DSC). Avaliou-se também a absorção hídrica e a degradação hidrolítica, assim como a citotoxicidade do novo biomaterial. Na análise de MEV, os biocompósitos apresentaram uma microestrutura diferente da CB e do PLLA puros. As nanofibras de celulose ficaram retidas dentro da matriz de PLLA formada, mas conservando sua distribuição original, sugerindo que uma boa dispersão no biocompósito foi obtida. Pela análise de FTIR foi possível a confirmação da formação do PLLA, mas não foram detectados picos de absorção ou deslocamentos significativos que possam sugerir uma interação química entre a CB e o PLLA produzido. Por análise térmica foi determinado que a perda de massa é estável no intervalo entre 98,5 e 150 °C para os biocompósitos tanto após 24 como 48 h de polimerização. A temperatura de transição vítrea, Tg, apresentou uma considerável diminuição em comparação com a do PLLA puro, o que sugere que as fibras de CB na matriz de PLLA causaram um efeito similar ao ocasionado por plastificantes. Os resultados do teste de degradação hidrolítica mostraram que houve um processo hidrolítico nas amostras dos biocompósitos de 24 e 48 h de polimerização, os quais sofrem uma perda de massa de 4,64 e 5,17 %d-1, respectivamente. A avaliação da citotoxicidade mostrou que os biocompósitos apresentam menor viabilidade celular com respeito à CB pura, atribuída ao aumento de acidez do meio. A taxa de degradação hidrolítica pode explicar o processo de acidificação do meio de cultura que inviabilizou a adesão celular no biocompósito.Abstract : Developing a biocomposite based on poly(L-lactic acid) (PLLA) and bacterial cellulose (BC) with good dispersion of cellulose nanofibers (hydrophilic) inside the PLLA matrix (hydrophobic) can generate a new range of biodegradable polymeric materials with applications in different technological fields, including biomedical applications. The aim of this work was to produce biocomposites made of PLLA and BC by direct polycondensation of L-lactic acid within the BC hydrogels without using catalysts. Biocomposites were produced by polycondensation at 90 °C in periods of 24 and 48 h. The PLLA/CB biocomposites were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). We also evaluated water absorption and hydrolytic degradation of the material as well as its cytotoxicity. SEM analysis showed a different microstructure in the samples compared with pure BC and pure PLLA. The cellulose nanofibers were trapped inside the PLLA matrix; however, they keept their original spatial distribution, that is, there is a good dispersion of the fibers in the biocomposite. FTIR analysis confirmed the production of poly(L-lactic acid) but no significant displacements or absorption peaks that might suggest a chemical interaction between the CB and PLLA produced were detected. Thermal analysis determined that the weight loss is insignificant in the range of 98.5 to 150 °C for 24 h and 48 h of polymerization. The temperatures Tg and Tm were considerably reduced in comparison with the pure PLLA, suggesting that BC fibers inside the PLLA matrix caused a similar effect as the one caused by plasticizers addition. The hydrolitical degradation assay showed that there is a hydrolytic process in the biocomposites samples after 24 and 48 hours of polymerization, with a loss in mass of 4.64 and 5.17 % d-1, respectively. Cytotoxicity assay indicated that the present biocomposites have lower cell viability with respect to pure BC, caused by acidified culture medium. Their hydrolytic degradation rate explains the process of acidification of the cell culture medium preventing cell adhesion and better viability