nanofibers of biological materials

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de MateriaisCom a emergência da nanotecnologia tornou-se crítico estudar as propriedades de novos compostos, em particular os aminoácidos em escala nanométrica porque estes apresentam propriedades únicas ou propriedades realçadas comparativamente aos mesmos em escala macrométrica. Este projeto visa desenvolver e estudar as propriedades dos materiais biológicos, em particular de aminoácidos, com potenciais propriedades piezoelétricas. Trata-se de compostos cristalinos com momentos dipolares permanentes e elevados que estão relacionados com propriedades fundamentais de conectividade entre ossos, dentes, vertebras e tendões do corpo humano. Apresentam vantagens comparativamente com os materiais piezoelétricos inorgânicos normalmente utilizados porque são facilmente processados, têm boa solubilidade em diversos solventes, são transparentes, facilmente decompostos e amigos do ambiente. As soluções preparadas são de Polivinil álcool (PVA), Óxido de polietileno (PEO) e Polivinilpirrolidona (PVP), todos fornecidos pela Sigma-Aldrich. A incorporação dos aminoácidos foi efetuada em percentagens distintas em peso para se tentar atingir a maior incorporação possível deste nas fibras sem alterar as suas propriedades físicas iniciais e atingir o máximo de realce das propriedades em estudo. As soluções foram produzidas utilizando como solvente água destilada porque esta apresenta-se como o melhor solvente para os materiais a utilizar, não alterando as suas propriedades e com um elevado rendimento na dissolução dos mesmos. As nanofibras foram obtidas por electrospinning que é uma técnica de baixo custo, flexível para a síntese de fibras a partir de polímeros e com uma elevada compatibilidade com a formação de guias de onda para optoeletrónica. Esta é uma técnica em crescendo e já com elevadas aplicações no campo da engenharia de tecidos, biossensores, filtração, revestimentos de feridas, sistemas de distribuição de fármacos e imobilização de enzimas. A caracterização morfológica e estrutural das nanofibras produzidas efetua-se através das técnicas de MEV e DRX. A verificação da piezoeletricidade foi levada a cabo na Universidade de Aveiro com recurso à técnica de PFM.With the rise of nanotechnology it is critical to study the properties of new compounds, particularly the amino acids in a nanometric scale because these compounds demonstrate unique properties or highlighted properties when compared to those in a macrometric scale. The objective of this project is to develop and study the properties of biological materials, particularly amino acids, with potential piezoelectric properties. These are crystalline compounds with molecular dipolar moments which are permanent and in a high number and are among the fundamental properties of connective tissues reported for bones, teeth, vertebrate tendons, which might be related to the presence of a large number of charged amino acids. These organic compounds have advantages when compared to the piezoelectric inorganic materials which are normally used, because they are easily processed, they have good solubility in several solvents, are transparent, easily decomposed and environmentally friendly. The prepared solutions are composed of Polyvinyl Alcohol (PVA), Polyethylene Oxide (PEO) and Poly (vinylpirrolidone) (PVP) supplied by Sigma- Aldrich. The incorporation of the amino acids was done on a distinct rate of weight in order to achieve the highest possible incorporation of it on fibers without modifying their initial physical properties and to highlight the properties being studied as much as possible. The solutions were prepared using distilled water as a solvent because it is the least harmful solvent for the materials being used, not modifying its properties and with a high yield on their dissolution. The nanofibers were obtained by the electrospinning technique which is a low cost technique, flexible for the synthesis of fiber from polymers and with a high compatibility with the formulation of wave guides. Electrospinning is a globally rising technique already applied on several fields such as tissue engineering, biosensors, filtration, wound dressing, drug distribution systems and enzyme’s immobilization. The morphological and structural characterization of the produced nanofibers was performed through techniques such as SEM and XRD. The piezoelectric characterization was made in Aveiro University using the PFM technique