Suspensões coloidais encontram um grande interesse prático e apresentam aplicações na área de material cerâmico. No processamento deste material, a qualidade do produto final depende das propriedades iniciais da suspensão. Portanto, a desaglomeração e dispersão do pó cerâmico são cruciais para que os defeitos sejam minimizados. Para isto, estabilizantes eficientes devem ser utilizados. A carboximetilquitosana (CMQ) é a uma cadeia macromolecular, que apresenta grupos funcionais (carboximetila e amino) que podem adquirir cargas quando dissolvidos em meio aquoso e, por isso, pode ser usada no controle de propriedades de suspensões em que a presença de grupos com cargas seja importante para os mecanismos de estabilização. Neste trabalho, a CMQ foi preparada pela reação entre quitosana e diferentes proporções de ácido monocloroacético. A reação foi realizada em dois meios, um em que ocorreu previamente a dissolução da quitosana em um sistema de solventes (dimetilacetamida/cloreto de lítio) e outro em meio heterogêneo, no qual o material permaneceu em suspensão. A carboximetilação com prévia dissolução da quitosana pode levar a uma distribuição mais homogênea dos grupos carboximetila, quando comparado à preparação em meio heterogêneo, o que poderá influenciar na eficiência da CMQ como estabilizante. As amostras de CMQ foram caracterizadas pelas técnicas de espectroscopia na região de infravermelho (IV), ressonância magnética nuclear (RMN) e análise termogravimétrica (TGA). A técnica de IV, aplicada também para as amostras na forma ácida, permitiu a determinação do grau de substituição médio (GS ), sendo encontrado valores que variaram de 0,6 a 1,1. A eficiência da CMQ como dispersante foi avaliada por meio de medidas viscosimétricas, de potencial zeta e diâmetro médio de partícula. Em geral, houve uma diminuição da viscosidade da suspensão de alumina com a adição da CMQ, com certo destaque para as amostras com GS em torno de 1,0. As medidas de potencial zeta mostraram um aumento da magnitude das cargas superficiais, quando na presença de CMQ, o que proporciona repulsão eletrostática entre as partículas. As medidas de diâmetro de partícula mostraram que, além da diminuição do valor médio na região do ponto de carga zero (pcz), em que a agregação é máxima, ocorreu uma diminuição na distribuição dos diâmetros das partículas, em todos os pHs considerados. Estes resultados confirmam a eficiência das amostras de CMQ como estabilizantes para suspensões aquosas de alumina. / Colloidal suspensions are of great practical interest, including applications in ceramic materials. In colloidal ceramic processing, the quality of the final product will depend on the properties of the initial powder suspension. Thus, an efficient deagglomeration and dispersion of the ceramic powder in a solvent is crucial for minimizing defects. This requires efficient dispersants. Carboxymethylchitosan (CMCh) corresponds to macromolecular chains containing groups carboxymethyl and amino, that can acquire charges when dissolved in water. Then, it can be used for the control of the properties of surface, when the presence of charged groups is important to the mechanisms of particles dispersion. In this work, carboxymethylchitosan was prepared reacting chitosan and different amount of monochloroacetic acid, in two different media. In the first one, chitosan was previously dissolved in a solvent system (dimethylacetamide/ lithium Chloride) and in the second one, corresponding to heterogeneous media, the reactants and products remained suspended during the whole process. The reaction with previous dissolution of chitosan may generate a more homogeneous distribution of carboxymethyl groups, which in turn can influence the CMCh efficiency as dispersant. The CMCh sample was characterized by infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance (NMR) and thermogravimetric analyses (TGA). The obtainment of IR spectra considering the samples of CMCh in their acid form, also allowed determining the average degree of substitution (DS), that ranged from 0.6 to 1.1. These samples were used as dispersants for aqueous alumina suspensions. In this work the efficiency of the carboxymethylchitosans as stabilizing agents was analyzed considering rheological, zeta potential and average particle size measurements. The addition of CMCh, mainly that with DS near 1.0, led to a suspension with lower viscosity. Zeta potential measurements show that the addition of CMCh results in an increase in the absolute value of zeta potential at the point of zero charge (pzc), what promote the electrostatic repulsion between the particles. The presence of CMCh led also to a suspension with lower average diameter of particles and narrow particle size distribution in all pH values considered in the present work. The results showed that the charged macromolecules (CMCh) obtained from a renewable source (chitosan), present a good performance as deflocculating agents of alumina suspensions.

Suspensões coloidais encontram um grande interesse prático e apresentam aplicações na área de material cerâmico. No processamento deste material, a qualidade do produto final depende das propriedades iniciais da suspensão. Portanto, a desaglomeração e dispersão do pó cerâmico são cruciais para que os defeitos sejam minimizados. Para isto, estabilizantes eficientes devem ser utilizados. A carboximetilquitosana (CMQ) é a uma cadeia macromolecular, que apresenta grupos funcionais (carboximetila e amino) que podem adquirir cargas quando dissolvidos em meio aquoso e, por isso, pode ser usada no controle de propriedades de suspensões em que a presença de grupos com cargas seja importante para os mecanismos de estabilização. Neste trabalho, a CMQ foi preparada pela reação entre quitosana e diferentes proporções de ácido monocloroacético. A reação foi realizada em dois meios, um em que ocorreu previamente a dissolução da quitosana em um sistema de solventes (dimetilacetamida/cloreto de lítio) e outro em meio heterogêneo, no qual o material permaneceu em suspensão. A carboximetilação com prévia dissolução da quitosana pode levar a uma distribuição mais homogênea dos grupos carboximetila, quando comparado à preparação em meio heterogêneo, o que poderá influenciar na eficiência da CMQ como estabilizante. As amostras de CMQ foram caracterizadas pelas técnicas de espectroscopia na região de infravermelho (IV), ressonância magnética nuclear (RMN) e análise termogravimétrica (TGA). A técnica de IV, aplicada também para as amostras na forma ácida, permitiu a determinação do grau de substituição médio (GS ), sendo encontrado valores que variaram de 0,6 a 1,1. A eficiência da CMQ como dispersante foi avaliada por meio de medidas viscosimétricas, de potencial zeta e diâmetro médio de partícula. Em geral, houve uma diminuição da viscosidade da suspensão de alumina com a adição da CMQ, com certo destaque para as amostras com GS em torno de 1,0. As medidas de potencial zeta mostraram um aumento da magnitude das cargas superficiais, quando na presença de CMQ, o que proporciona repulsão eletrostática entre as partículas. As medidas de diâmetro de partícula mostraram que, além da diminuição do valor médio na região do ponto de carga zero (pcz), em que a agregação é máxima, ocorreu uma diminuição na distribuição dos diâmetros das partículas, em todos os pHs considerados. Estes resultados confirmam a eficiência das amostras de CMQ como estabilizantes para suspensões aquosas de alumina. / Colloidal suspensions are of great practical interest, including applications in ceramic materials. In colloidal ceramic processing, the quality of the final product will depend on the properties of the initial powder suspension. Thus, an efficient deagglomeration and dispersion of the ceramic powder in a solvent is crucial for minimizing defects. This requires efficient dispersants. Carboxymethylchitosan (CMCh) corresponds to macromolecular chains containing groups carboxymethyl and amino, that can acquire charges when dissolved in water. Then, it can be used for the control of the properties of surface, when the presence of charged groups is important to the mechanisms of particles dispersion. In this work, carboxymethylchitosan was prepared reacting chitosan and different amount of monochloroacetic acid, in two different media. In the first one, chitosan was previously dissolved in a solvent system (dimethylacetamide/ lithium Chloride) and in the second one, corresponding to heterogeneous media, the reactants and products remained suspended during the whole process. The reaction with previous dissolution of chitosan may generate a more homogeneous distribution of carboxymethyl groups, which in turn can influence the CMCh efficiency as dispersant. The CMCh sample was characterized by infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance (NMR) and thermogravimetric analyses (TGA). The obtainment of IR spectra considering the samples of CMCh in their acid form, also allowed determining the average degree of substitution (DS), that ranged from 0.6 to 1.1. These samples were used as dispersants for aqueous alumina suspensions. In this work the efficiency of the carboxymethylchitosans as stabilizing agents was analyzed considering rheological, zeta potential and average particle size measurements. The addition of CMCh, mainly that with DS near 1.0, led to a suspension with lower viscosity. Zeta potential measurements show that the addition of CMCh results in an increase in the absolute value of zeta potential at the point of zero charge (pzc), what promote the electrostatic repulsion between the particles. The presence of CMCh led also to a suspension with lower average diameter of particles and narrow particle size distribution in all pH values considered in the present work. The results showed that the charged macromolecules (CMCh) obtained from a renewable source (chitosan), present a good performance as deflocculating agents of alumina suspensions.

Este trabalho teve como principal objetivo produzir membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana com propriedades físico-químicas e mecânicas adequadas para aplicações em Engenharia de Tecidos. Para isso, quitosanas com diferentes graus de acetilação (4,0%<GA<40%) e de elevada massa molar média viscosimétrica (Mv>750.000 g.mol-1) foram produzidas através da aplicação de processos consecutivos de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) à beta-quitina extraída de gládios de lulas Doryteuthis spp. A carboximetilação de quitosana extensivamente desacetilada (Qs-3; GA=4%) foi realizada pela reação com ácido monocloroacético em meio isopropanol/solução aquosa de NaOH, gerando a amostra CMQs-0 (GS≈0,98; Mv≈190.000 g.mol-1). A irradiação de ultrassom de alta intensidade foi empregada para tratar solução aquosa de CMQs-0 durante 1 h e 3 h, resultando nas amostras CMQs-1 (Mv≈94.000 g.mol-1) e CMQs-3 (Mv≈43.000 g.mol-1), respectivamente. Para a produção de membranas reticuladas, genipina foi adicionada em diferentes concentrações (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) às soluções aquosas das CMQs, que foram vertidas em placas de Petri e a reação de reticulação procedeu por 24 h. Em seguida, as membranas reticuladas (M-CMQs) foram liofilizadas, neutralizadas, lavadas e liofilizadas novamente, resultando em nove amostras, que foram caracterizadas quanto ao grau médio de reticulação (GR), grau médio de hidratação (GH), morfologia, propriedades mecânicas e quanto à susceptibilidade à degradação por lisozima. O grau médio de reticulação (GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de genipina empregada na reação, variando de GR≈3,3% (M-CMQs-01) a GR≈17,8% (M-CMQs-35). As análises de MEV revelaram que as membranas reticuladas M-CMQs são estruturas porosas que apresentam maior densidade de poros aparentes quanto maiores os valores de Mve GR. Entretanto, as membranas preparadas a partir de CMQs de elevada massa molar (Mv>94.000 g.mol-1) e pouco reticuladas (GR<10%), apresentaram propriedades mecânicas superiores em termos de resistência máxima à tração (>170 kPa) e elongação máxima à ruptura (>40%). Por outro lado, as membranas mais susceptíveis à degradação enzimática foram aquelas preparadas a partir de CMQs de baixa massa molar (Mv≈43.000 g.mol-1) e que exibiram baixos graus de reticulação (GR<11%). Hidrogéis estáveis de quitosana sem o uso de qualquer agente de reticulação externo foram produzidos a partir da gelificação de soluções aquosas de quitosana com solução de NaOH ou vapor de NH3. Os hidrogéis produzidos a partir de soluções de quitosana de elevada massa molar média ponderal (Mw≈640.000 g.mol-1) e extensivamente desacetilada (DA≈2,8%) em concentrações poliméricas acima 2,0%, exibiram melhores propriedades mecânicas com o aumento da concentração polimérica, devido à formação de numerosos emaranhamentos físicos das cadeias poliméricas em solução. Os resultados mostram que as propriedades físico-químicas e mecânicas dos hidrogéis de quitosana podem ser controladas variando a concentração do polímero e o processo de gelificação. A avaliação biológica de tais hidrogéis para a regeneração de miocárdio infartado de ratos revelou que os hidrogéis de quitosana preparados a partir de soluções de polímero a 1,5% foram perfeitamente incorporados sobre a superfície do epicárdio do coração e apresentaram degradação parcial acompanhada por infiltração de células mononucleares. / The aim of this study was to produce and characterize porous membranes of carboxymethylchitosan and chitosan-based hydrogel with physicochemical and mechanical properties appropriate for applications in tissue engineering. For this, chitosans with different degrees of acetylation (4,0%<GA<40%) and high viscosity average molecular weight (Mv>750.000 g.mol-1) were produced by application of consecutive processes of ultrasound-assisted deacetylation (USAD) of the beta-chitin extracted from squid pens (Doryteuthis spp.). The carboxymethylation of extensively deacetylated chitosan (Qs-3; DA=4%) was carried out by reaction with monochloroacetic acid in isopropanol/aqueous NaOH, producing CMQs-0 sample (GS≈0,98; Mv≈190.000 g.mol-1). The ultrasonic irradiation was employed to depolymerize the CMQs-0 samples by irradiation for 1 h and 3 h, resulting in CMQs-1 samples (Mv≈94.000 g.mol-1) and CMQs-3 (Mv≈43.000 g.mol-1), respectively. For the production of crosslinked membranes, genipin was added at different concentrations (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) in the aqueous solutions of CMQs, which were poured into Petri dishes and the crosslinking reaction proceeded for 24 h. Then, the crosslinked membranes (M-CMQs) were lyophilized, neutralized, washed, and lyophilized again resulting in nine samples which were characterized by crosslinking degree (CrD), swelling ration (SR), morphology, mechanical properties and the susceptibility to enzymatic degradation by lysozyme. The crosslinking degree (CrD) increased with increasing concentration of genipin used in the reaction, varying from CrD≈3.3% (M-CMQs-01) to CrD≈17.8% (M-CMQs-35). The SEM analysis showed that the crosslinked membranes M-CMQs are porous structures that have a higher apparent pores density with increasing values of Mv and CrD. However, the membranes prepared from high molecular weight CMQs (Mv>94.000 g.mol-1) and low crosslinked (GR<10%) showed superior mechanical properties in terms of ultimate tensile strength (>170 kPa) and maximum elongation at break (>40%). However, the more susceptible membrane to enzymatic degradation was prepared from low molecular weight CMQs (Mv≈43.000 g.mol-1) and low cross-linking degrees (GR<11%). Stable chitosan hydrogels without any external crosslinking agent was successfully achieved by inducing the gelation of a viscous chitosan solution with aqueous NaOH or gaseous NH3. The hydrogels produced from high molecular weight (Mw≈640.000 g.mol-1) and extensively deacetylated chitosan (DA≈2,8%) at polymer concentrations above ≈2.0% exhibited improved mechanical properties due to the increase of the chain entanglements and intermolecular junctions. The results also show that the physicochemical and mechanical properties of chitosan hydrogels can be controlled by varying their polymer concentration and by controlling the gelation kinetics, i.e. by using different gelation routes. The biological evaluation of such hydrogels for regeneration of infarcted myocardium revealed that chitosan hydrogels prepared from 1.5% polymer solutions was perfectly incorporated onto the epicardial surface of the heart and presented partial degradation accompanied by mononuclear cell infiltration.

Este trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar membranas de quitosana e de N,O-carboximetilquitosana reticuladas, que apresentassem propriedades físicas e químicas adequadas para desempenhar o papel de matriz para proliferação das células mesoteliais. As características estruturais e morfológicas das amostras purificadas de quitosana (amostra Q, adquirida da Yue Planting, China) e carboximetilquitosana na forma sódica (amostra NaCMQH, adquirida da Heppe Medical, Alemanha, e amostra NaCMQD, adquirida da Dayang Chemicals, China) foram investigadas através da espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho, condutimetria, solubilidade em função do pH e viscosimetria. As membranas de carboximetilquitosanas (amostras M-CMQHs e M-CMQDs) foram confeccionadas via liofilização, e glutaraldeído foi empregado como agente reticulante em diferentes concentrações para avaliar o seu efeito sobre o grau de reticulação e propriedades das membranas. As membranas foram caracterizadas quanto ao grau de reticulação, grau de hidratação, microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria, teste mecânico de tração e quanto a susceptibilidade à degradação enzimática. A amostra Q apresentou grau médio de acetilação (<span style=\"text-decoration: overline\">GA) de 23,60%, sendo solúvel em pH &le; 6,5. A amostra NaCMQH apresentou <span style=\"text-decoration: overline\">GA = 16,32% e grau médio de substituição (<span style=\"text-decoration: overline\">GS) de 1,68, sendo insolúvel no intervalo 2,5 &le; pH &le; 6,5, a amostra de NaCMQD apresentou <span style=\"text-decoration: overline\">GA = 3,31% e <span style=\"text-decoration: overline\">GS = 1,43, sendo insolúvel no intervalo 3,0 &le; pH &le; 7,0. A reticulação das membranas de carboximetilquitosana (amostras M-CMQHs e M-CMQDs) foi realizada com a finalidade de reduzir sua solubilidade e melhorar as propriedades mecânicas. O grau médio de reticulação (<span style=\"text-decoration: overline\">GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de glutaraldeído empregada na reação, variando de <span style=\"text-decoration: overline\">GR = 10,39 &plusmn; 0,37% ([glutaraldeído] = 2,5x10-3 mol L-1) a <span style=\"text-decoration: overline\">GR = 62,38 &plusmn; 1,71% ([glutaraldeído] = 5,0x10-3 mol L-1). As características morfológicas das amostras M-Q, M-CMQHs e M-CMQDs foram observadas pelo emprego de MEV, sendo observada a formação de estruturas porosas, com maior quantidade de poros aparentes quanto maior o <span style=\"text-decoration: overline\">GM de 175 poros mm-2 a 291 poros mm-2 com o aumento do grau de reticulação de 12,30% (amostra M-CMQH-2,5) para 35,82%, (amostra M-CMQH-50). A amostra M-Q apresentou baixa taxa de hidratação (321,16 &plusmn; 18,68%) e alto percentual de massa recuperada (90,62 &plusmn; 2,13%) após imersão por 24 horas em solução PBS, quando comparada às amostras M-CMQHs e M-CMQDs. As amostras M-CMQHs e M-CMQDs apresentaram aumento da resistência máxima à tração com o aumento de <span style=\"text-decoration: overline\"> <span style=\"text-decoration: overline\">GR, aumentando de 0,21 &plusmn; 0,16 MPa (amostra M-CMQD-2,5; <span style=\"text-decoration: overline\">GR &asymp; 10,39%) para 0,82 &plusmn; 0,33 MPa (amostra M-CMQH-50; <span style=\"text-decoration: overline\">GR &asymp; 62,38%). Entretanto, amostras com menor <span style=\"text-decoration: overline\">GR apresentaram aumento dos valores de percentual de elongação, sendo que a amostra M-CMQH-2,5 (<span style=\"text-decoration: overline\">GR &asymp; 12,30%) apresentou elongação máxima de 73,08 &plusmn; 2,20%. A amostra M-Q foi pouco susceptível à hidrólise enzimática ([GlcN] = 47x10-4 &plusmn; 1x10-4 mol L-1) devido à baixa solubilidade da quitosana em pH &gt; 6,5. Já com relação ao efeito do <span style=\"text-decoration: overline\">GR, houve redução da taxa de hidrólise enzimática de [GlcN] = 449x10-4 &plusmn; 15x10-4 mol L-1 para [GlcN] = 105x10-4 &plusmn; 11x10-4 mol L-1, quando o <span style=\"text-decoration: overline\">GR aumentou de 12,30% (amostra M-CMQH-2,5) para 28,64% (amostra M-CMQH-25). As amostras M-CMQH-5, M-CMQH-10, M-CMQD-10 e M-CMQD-25 apresentam as propriedades mais adequadas para o emprego como membranas para a prevenção das adesões pericárdicas, pois apresentam superfícies altamente porosas, com baixas taxa de hidratação e de solubilidade, resistência máxima à tração superior a 0,67 MPa, percentual de elongação superior à 30%, e degradação enzimática inferior a [GlcN] = 400x10-4 mol L-1 após 15 dias de incubação. / The aim of this study was to produce and characterize membranes of chitosan and cross-linked N,O-carboxymethylchitosan, displaying appropriate physical and chemical properties to act as matrices for the proliferation of mesothelial cells. The structural and morphological characteristics of the purified samples of chitosan (sample Q, acquired from Yue Planting, China) and sodium carboxymethylchitosan (sample NaCMQH, acquired from Heppe Medical, Germany, and sample NaCMQD, acquired from Dayang Chemicals, China) were determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR1H), infrared spectroscopy, conductometry, viscometry and pH-solubility tests. The carboxymethylchitosan membranes (M-CMQHs and M-CMQDs) were made up by means of lyophilization, with glutaraldehyde being used as a cross-linking agent at different concentrations to evaluate its effect on the cross-linking degree and on the membranes properties. The membranes were characterized in terms of cross-linking degree and hydration rate, by scanning electronic microscopy (SEM), thermogravimetry, ultimate tensile strength and the susceptibility to enzymatic degradation. The sample Q showed average degree of acetylation (<span style=\"text-decoration: overline\">DA) of 23.60%, being soluble at pH &le; 6.5. The sample NaCMQH presented <span style=\"text-decoration: overline\">DA=16.32% and average degree of substitution (<span style=\"text-decoration: overline\">DS) of 1.68, being insoluble in the region of 2.5 &le; pH &le; 6.5. The sample NaCMQD presented <span style=\"text-decoration: overline\">DA=3.31% and <span style=\"text-decoration: overline\">DS=1.43, being insoluble in the region of 3.0 &le; pH &le; 7.0. The cross-linking of carboxymethylchitosan membranes (M-CMQHs and M-CMQDs) was carried out to reduce its solubility and to improve its the physical properties. The higher the glutaraldehyde concentration employed in the reaction, the higher average cross-linking degree (<span style=\"text-decoration: overline\">CD), which ranged from 10.39 &plusmn; 0.37% ([glutaraldehyde] = 2,5x10-3 mol L-1) to 62.38 &plusmn; 1.71% ([glutaraldehyde] = 2,5x10-3 mol L-1). The morphological characteristics of the samples M-Q, M-CMQHs M-CMQDs were observed through SEM, evidencing the formation of porous structures with a larger quantity of apparent pores as <span style=\"text-decoration: overline\">DC increased, ranging from 175 pores mm-2 to 291 pores mm-2 when <span style=\"text-decoration: overline\">DC increased from 12.30% (sample CMQH-M-2.5) to 35.82% (sample M-CMQH-50). The sample M-Q showed low hydration rate (321.16 &plusmn; 18.68%) and high percentage of recovered mass (90.62 &plusmn; 2.13%) after immersion for 24 hours, when compared to samples M-CMQHs and M-CMQDs. Increasing the <span style=\"text-decoration: overline\">DC of the samples M-CMQHs and M-CMQDs resulted in improved mechanical properties as the ultimate tensile strength increased from 0.21 &plusmn; 0.16 MPa (M-CMQD-2.5, <span style=\"text-decoration: overline\">DC &asymp; 10.39%) to 0.82 &plusmn; 0.33 MPa (M-CMQH-50, <span style=\"text-decoration: overline\">DC &asymp; 62.38%). However, those samples with lower <span style=\"text-decoration: overline\">DC values presented an increase in strain at fracture, as the CMQH-M-2.5 sample (<span style=\"text-decoration: overline\">DC &asymp; 12.30%), which registered a strain at fracture of 73.08 &plusmn; 2.20%. The sample M-Q showed a low rate of enzymatic hydrolysis ([GlcN] = 47x10-4 &plusmn; 1x10-4 mol L-1) as a consequence of the low solubility of chitosan at pH &gt; 6.5. Concerning the effects of cross-linked degree, there was a reduction in the enzymatic hydrolysis rate from [GlcN] = 449x10-4 &plusmn; 15x10-4 mol L-1 to [GlcN] = 105x10-4 &plusmn; 11x10-4 mol L-1, when <span style=\"text-decoration: overline\">DC increased from 12.30% (M-CMQH-2.5) to 28.64% (M-CMQH-25). The samples M-CMQH-5, M-CMQH-10, M-CMQD-10 and M-CMQD-25 exhibit appropriate properties to act in the prevention of pericardial adhesions, owing to its highly porous surfaces, low hydration rate and insolubility, ultimate tensile strength exceeding 0.67 MPa, strain at fracture higher than 30% and enzymatic degradation rate lower than [GlcN] = 400x10-4 mol L-1 after 15 days of incubation.

Modificações químicas são executadas com o objetivo de preparar derivados de quitosana com melhores propriedades, inclusive a solubilidade, ampliando as suas possibilidades de aplicação. Neste projeto, gládios de lulas foram utilizados para a extração de beta-quitina, a qual foi submetida ao processo de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade visando à produção de quitosana extensivamente desacetilada. A quitosana extensivamente desacetilada foi então submetida à reação de carboximetilação, visando à preparação de O-carboximetilquitosana. Foram estudados os efeitos da razão molar quitosana/ácido monocloroacético e do tempo sobre a reação de carboximetilação de quitosana e as características do produto obtido. As características estruturais e morfológicas das amostras geradas neste projeto, a saber, beta-quitina, quitosana e os produtos de carboximetilação de quitosana, foram determinadas pelo emprego de espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho, análise elementar, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Medidas de viscosidade foram empregadas para a determinação de massas molares médias viscosimétricas de quitina, quitosana e O-carboximetilquitosana. A solubilidade de O-carboximetilquitosana em meios aquosos em função do pH e do grau médio de carboximetilação foi investigada por espectroscopia UV/visível e a estabilidade térmica foi estudada por análise termogravimétrica.A partir dos espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio das amostras de carboximetilquitosana foi constatado que a carboximetilação da quitosana ocorreu em extensões diferentes em função das condições reacionais. Também foi constatada a ocorrência de N-carboximetilação, evidenciada pelos sinais observados no intervalo de 3,0-3,4 ppm, atribuídos à mono e dissubstituição dos grupos amino. Porém, dada a baixa intensidade dos sinais, foi concluído que a carboximetilação dos grupos aminos ocorreu em baixa extensão. No intervalo 4,05-4,55 ppm foram observados os sinais correspondentes à ressonância dos hidrogênios dos grupos carboximetil (-CH2-COOD) introduzidos nas posições 3 e 6 das unidades de carboximetilquitosana. A espectroscopia no infravermelho também permitiu a distinção das características estruturais de beta-quitina, quitosana, carboximetilquitosana e a determinação dos graus médios de substituição das amostras carboximetiladas, que variaram no intervalo 0,21&lt;GS&lt;0,43. As análises de difração de raios X e as análises termogravimétricas mostraram que a carboximetilação de quitosana gerou derivados menos cristalinos, mais hidrofílicos e termicamente menos estáveis do que o polímero de partida. As amostras de carboximetilquitosana apresentaram solubilidade em meios ácido (pH&lt;3,0), neutro (pH&asymp;7,5) e alcalino (pH&gt;8,0) devido à ocorrência de cargas ao longo de suas cadeias nesses meios, mas foram insolúveis no intervalo 3,5&lt;pH&lt;7,5. Foi observada a ocorrência de despolimerização simultaneamente à carboximetilação, visto que as amostras de carboximetilquitosana apresentaram valores de massas molares viscosimétricas médias inferiores ao da quitosana de partida. Os resultados deste estudo mostram que o grau médio de substituição das amostras de carboximetilquitosana é fortemente afetado pelo excesso de ácido monocloroacético empregado na reação de derivatização de quitosana, porém o prolongamento da reação não gera derivados mais substituídos. / Chemical modifications are carried out to prepare chitosan derivatives with improved properties, including solubility, extending their application possibilities. In this project, beta-chitin extracted from squid pens was subjected to the ultrasound assisted deacetylation process (USAD Process) aiming the production of extensively deacetylated chitosan. The extensively deacetylated chitosan was submitted to the carboxymethylation reaction to result in O-carboxymethylchiotosan (O-CMC). The effects of the molar ratio of chitosan / monochloroacetic acid and of the reaction time on the carboxymethylation reaction and on the characteristics of the O-CMC samples were studied. The structural and morphological characteristics of the samples generated in this project, beta-chitin, chitosan and carboximethylchitosan, were determined by nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy, elemental analysis, X-rays diffraction and scanning electron microscopy. Viscosity measurements were employed to determine the viscosity average molecular weight of chitin, chitosan and O-CMC. The solubility of O-CMC samples in aqueous solution of different pHs was investigated by UV / visible spectroscopy while the thermal stability was studied by thermogravimetric analysis. The 1H-NMR spectra of the O-CMC samples revealed that the carboxymethylation of chitosan occurred in different extents depending on the reaction conditions. It was also revealed the occurrence of N-carboxymethylation, evidenced by the signals observed in the range of 3.0 ppm - 3.4 ppm, assigned to the mono and disubstitution of amino groups. However, as the signal intensity was low, it was concluded that the N-carboxymethylation occurred in low extension. In the interval 4.05 ppm - 4.55 ppm it were observed the signals corresponding to the resonance of the hydrogens of the carboxymethyl groups (-CH2-COOD) introduced in positions 3 and 6 of the repeating units of O-CMC. The infrared spectroscopy also allowed the distinction of the structural features of beta-chitin, chitosan, carboxymethylchitosan and the determination of the average degree of substitution of carboxymethylated samples, which varied in the range 0,21 &lt;GS &lt;0,43. The X-ray diffraction and thermogravimetric analysis showed that the carboximethylation of chitosan produced derivatives less crystalline, more hydrophilic and thermally less stable than the parent polymer. The O-CMC samples showed solubility in acid (pH &lt;3.0), neutral (pH &asymp; 7.5) and alkaline (pH&gt; 8.0) media due to the occurrence of charges along its chains, but the polymer was insoluble in the range 3.5 &lt;pH &lt;7.5. The occurrence of depolymerization simultaneously to the carboxymethylation reaction was observed since the O-CMC samples showed lower viscosity average molecular weight values as compared to the parent chitosan. The results of this study show that the average degree of substitution of the O-CMC samples is strongly affected by the excess of monochloroacetic acid used in the derivatization reaction of chitosan, but the extension of the reaction for longer times doesn\'t generate more substituted derivatives.

Este trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar membranas de quitosana e de N,O-carboximetilquitosana reticuladas, que apresentassem propriedades físicas e químicas adequadas para desempenhar o papel de matriz para proliferação das células mesoteliais. As características estruturais e morfológicas das amostras purificadas de quitosana (amostra Q, adquirida da Yue Planting, China) e carboximetilquitosana na forma sódica (amostra NaCMQH, adquirida da Heppe Medical, Alemanha, e amostra NaCMQD, adquirida da Dayang Chemicals, China) foram investigadas através da espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho, condutimetria, solubilidade em função do pH e viscosimetria. As membranas de carboximetilquitosanas (amostras M-CMQHs e M-CMQDs) foram confeccionadas via liofilização, e glutaraldeído foi empregado como agente reticulante em diferentes concentrações para avaliar o seu efeito sobre o grau de reticulação e propriedades das membranas. As membranas foram caracterizadas quanto ao grau de reticulação, grau de hidratação, microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria, teste mecânico de tração e quanto a susceptibilidade à degradação enzimática. A amostra Q apresentou grau médio de acetilação (<span style=\"text-decoration: overline\">GA) de 23,60%, sendo solúvel em pH &le; 6,5. A amostra NaCMQH apresentou <span style=\"text-decoration: overline\">GA = 16,32% e grau médio de substituição (<span style=\"text-decoration: overline\">GS) de 1,68, sendo insolúvel no intervalo 2,5 &le; pH &le; 6,5, a amostra de NaCMQD apresentou <span style=\"text-decoration: overline\">GA = 3,31% e <span style=\"text-decoration: overline\">GS = 1,43, sendo insolúvel no intervalo 3,0 &le; pH &le; 7,0. A reticulação das membranas de carboximetilquitosana (amostras M-CMQHs e M-CMQDs) foi realizada com a finalidade de reduzir sua solubilidade e melhorar as propriedades mecânicas. O grau médio de reticulação (<span style=\"text-decoration: overline\">GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de glutaraldeído empregada na reação, variando de <span style=\"text-decoration: overline\">GR = 10,39 &plusmn; 0,37% ([glutaraldeído] = 2,5x10-3 mol L-1) a <span style=\"text-decoration: overline\">GR = 62,38 &plusmn; 1,71% ([glutaraldeído] = 5,0x10-3 mol L-1). As características morfológicas das amostras M-Q, M-CMQHs e M-CMQDs foram observadas pelo emprego de MEV, sendo observada a formação de estruturas porosas, com maior quantidade de poros aparentes quanto maior o <span style=\"text-decoration: overline\">GM de 175 poros mm-2 a 291 poros mm-2 com o aumento do grau de reticulação de 12,30% (amostra M-CMQH-2,5) para 35,82%, (amostra M-CMQH-50). A amostra M-Q apresentou baixa taxa de hidratação (321,16 &plusmn; 18,68%) e alto percentual de massa recuperada (90,62 &plusmn; 2,13%) após imersão por 24 horas em solução PBS, quando comparada às amostras M-CMQHs e M-CMQDs. As amostras M-CMQHs e M-CMQDs apresentaram aumento da resistência máxima à tração com o aumento de <span style=\"text-decoration: overline\"> <span style=\"text-decoration: overline\">GR, aumentando de 0,21 &plusmn; 0,16 MPa (amostra M-CMQD-2,5; <span style=\"text-decoration: overline\">GR &asymp; 10,39%) para 0,82 &plusmn; 0,33 MPa (amostra M-CMQH-50; <span style=\"text-decoration: overline\">GR &asymp; 62,38%). Entretanto, amostras com menor <span style=\"text-decoration: overline\">GR apresentaram aumento dos valores de percentual de elongação, sendo que a amostra M-CMQH-2,5 (<span style=\"text-decoration: overline\">GR &asymp; 12,30%) apresentou elongação máxima de 73,08 &plusmn; 2,20%. A amostra M-Q foi pouco susceptível à hidrólise enzimática ([GlcN] = 47x10-4 &plusmn; 1x10-4 mol L-1) devido à baixa solubilidade da quitosana em pH &gt; 6,5. Já com relação ao efeito do <span style=\"text-decoration: overline\">GR, houve redução da taxa de hidrólise enzimática de [GlcN] = 449x10-4 &plusmn; 15x10-4 mol L-1 para [GlcN] = 105x10-4 &plusmn; 11x10-4 mol L-1, quando o <span style=\"text-decoration: overline\">GR aumentou de 12,30% (amostra M-CMQH-2,5) para 28,64% (amostra M-CMQH-25). As amostras M-CMQH-5, M-CMQH-10, M-CMQD-10 e M-CMQD-25 apresentam as propriedades mais adequadas para o emprego como membranas para a prevenção das adesões pericárdicas, pois apresentam superfícies altamente porosas, com baixas taxa de hidratação e de solubilidade, resistência máxima à tração superior a 0,67 MPa, percentual de elongação superior à 30%, e degradação enzimática inferior a [GlcN] = 400x10-4 mol L-1 após 15 dias de incubação. / The aim of this study was to produce and characterize membranes of chitosan and cross-linked N,O-carboxymethylchitosan, displaying appropriate physical and chemical properties to act as matrices for the proliferation of mesothelial cells. The structural and morphological characteristics of the purified samples of chitosan (sample Q, acquired from Yue Planting, China) and sodium carboxymethylchitosan (sample NaCMQH, acquired from Heppe Medical, Germany, and sample NaCMQD, acquired from Dayang Chemicals, China) were determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR1H), infrared spectroscopy, conductometry, viscometry and pH-solubility tests. The carboxymethylchitosan membranes (M-CMQHs and M-CMQDs) were made up by means of lyophilization, with glutaraldehyde being used as a cross-linking agent at different concentrations to evaluate its effect on the cross-linking degree and on the membranes properties. The membranes were characterized in terms of cross-linking degree and hydration rate, by scanning electronic microscopy (SEM), thermogravimetry, ultimate tensile strength and the susceptibility to enzymatic degradation. The sample Q showed average degree of acetylation (<span style=\"text-decoration: overline\">DA) of 23.60%, being soluble at pH &le; 6.5. The sample NaCMQH presented <span style=\"text-decoration: overline\">DA=16.32% and average degree of substitution (<span style=\"text-decoration: overline\">DS) of 1.68, being insoluble in the region of 2.5 &le; pH &le; 6.5. The sample NaCMQD presented <span style=\"text-decoration: overline\">DA=3.31% and <span style=\"text-decoration: overline\">DS=1.43, being insoluble in the region of 3.0 &le; pH &le; 7.0. The cross-linking of carboxymethylchitosan membranes (M-CMQHs and M-CMQDs) was carried out to reduce its solubility and to improve its the physical properties. The higher the glutaraldehyde concentration employed in the reaction, the higher average cross-linking degree (<span style=\"text-decoration: overline\">CD), which ranged from 10.39 &plusmn; 0.37% ([glutaraldehyde] = 2,5x10-3 mol L-1) to 62.38 &plusmn; 1.71% ([glutaraldehyde] = 2,5x10-3 mol L-1). The morphological characteristics of the samples M-Q, M-CMQHs M-CMQDs were observed through SEM, evidencing the formation of porous structures with a larger quantity of apparent pores as <span style=\"text-decoration: overline\">DC increased, ranging from 175 pores mm-2 to 291 pores mm-2 when <span style=\"text-decoration: overline\">DC increased from 12.30% (sample CMQH-M-2.5) to 35.82% (sample M-CMQH-50). The sample M-Q showed low hydration rate (321.16 &plusmn; 18.68%) and high percentage of recovered mass (90.62 &plusmn; 2.13%) after immersion for 24 hours, when compared to samples M-CMQHs and M-CMQDs. Increasing the <span style=\"text-decoration: overline\">DC of the samples M-CMQHs and M-CMQDs resulted in improved mechanical properties as the ultimate tensile strength increased from 0.21 &plusmn; 0.16 MPa (M-CMQD-2.5, <span style=\"text-decoration: overline\">DC &asymp; 10.39%) to 0.82 &plusmn; 0.33 MPa (M-CMQH-50, <span style=\"text-decoration: overline\">DC &asymp; 62.38%). However, those samples with lower <span style=\"text-decoration: overline\">DC values presented an increase in strain at fracture, as the CMQH-M-2.5 sample (<span style=\"text-decoration: overline\">DC &asymp; 12.30%), which registered a strain at fracture of 73.08 &plusmn; 2.20%. The sample M-Q showed a low rate of enzymatic hydrolysis ([GlcN] = 47x10-4 &plusmn; 1x10-4 mol L-1) as a consequence of the low solubility of chitosan at pH &gt; 6.5. Concerning the effects of cross-linked degree, there was a reduction in the enzymatic hydrolysis rate from [GlcN] = 449x10-4 &plusmn; 15x10-4 mol L-1 to [GlcN] = 105x10-4 &plusmn; 11x10-4 mol L-1, when <span style=\"text-decoration: overline\">DC increased from 12.30% (M-CMQH-2.5) to 28.64% (M-CMQH-25). The samples M-CMQH-5, M-CMQH-10, M-CMQD-10 and M-CMQD-25 exhibit appropriate properties to act in the prevention of pericardial adhesions, owing to its highly porous surfaces, low hydration rate and insolubility, ultimate tensile strength exceeding 0.67 MPa, strain at fracture higher than 30% and enzymatic degradation rate lower than [GlcN] = 400x10-4 mol L-1 after 15 days of incubation.

Modificações químicas são executadas com o objetivo de preparar derivados de quitosana com melhores propriedades, inclusive a solubilidade, ampliando as suas possibilidades de aplicação. Neste projeto, gládios de lulas foram utilizados para a extração de beta-quitina, a qual foi submetida ao processo de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade visando à produção de quitosana extensivamente desacetilada. A quitosana extensivamente desacetilada foi então submetida à reação de carboximetilação, visando à preparação de O-carboximetilquitosana. Foram estudados os efeitos da razão molar quitosana/ácido monocloroacético e do tempo sobre a reação de carboximetilação de quitosana e as características do produto obtido. As características estruturais e morfológicas das amostras geradas neste projeto, a saber, beta-quitina, quitosana e os produtos de carboximetilação de quitosana, foram determinadas pelo emprego de espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho, análise elementar, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Medidas de viscosidade foram empregadas para a determinação de massas molares médias viscosimétricas de quitina, quitosana e O-carboximetilquitosana. A solubilidade de O-carboximetilquitosana em meios aquosos em função do pH e do grau médio de carboximetilação foi investigada por espectroscopia UV/visível e a estabilidade térmica foi estudada por análise termogravimétrica.A partir dos espectros de ressonância magnética nuclear de hidrogênio das amostras de carboximetilquitosana foi constatado que a carboximetilação da quitosana ocorreu em extensões diferentes em função das condições reacionais. Também foi constatada a ocorrência de N-carboximetilação, evidenciada pelos sinais observados no intervalo de 3,0-3,4 ppm, atribuídos à mono e dissubstituição dos grupos amino. Porém, dada a baixa intensidade dos sinais, foi concluído que a carboximetilação dos grupos aminos ocorreu em baixa extensão. No intervalo 4,05-4,55 ppm foram observados os sinais correspondentes à ressonância dos hidrogênios dos grupos carboximetil (-CH2-COOD) introduzidos nas posições 3 e 6 das unidades de carboximetilquitosana. A espectroscopia no infravermelho também permitiu a distinção das características estruturais de beta-quitina, quitosana, carboximetilquitosana e a determinação dos graus médios de substituição das amostras carboximetiladas, que variaram no intervalo 0,21&lt;GS&lt;0,43. As análises de difração de raios X e as análises termogravimétricas mostraram que a carboximetilação de quitosana gerou derivados menos cristalinos, mais hidrofílicos e termicamente menos estáveis do que o polímero de partida. As amostras de carboximetilquitosana apresentaram solubilidade em meios ácido (pH&lt;3,0), neutro (pH&asymp;7,5) e alcalino (pH&gt;8,0) devido à ocorrência de cargas ao longo de suas cadeias nesses meios, mas foram insolúveis no intervalo 3,5&lt;pH&lt;7,5. Foi observada a ocorrência de despolimerização simultaneamente à carboximetilação, visto que as amostras de carboximetilquitosana apresentaram valores de massas molares viscosimétricas médias inferiores ao da quitosana de partida. Os resultados deste estudo mostram que o grau médio de substituição das amostras de carboximetilquitosana é fortemente afetado pelo excesso de ácido monocloroacético empregado na reação de derivatização de quitosana, porém o prolongamento da reação não gera derivados mais substituídos. / Chemical modifications are carried out to prepare chitosan derivatives with improved properties, including solubility, extending their application possibilities. In this project, beta-chitin extracted from squid pens was subjected to the ultrasound assisted deacetylation process (USAD Process) aiming the production of extensively deacetylated chitosan. The extensively deacetylated chitosan was submitted to the carboxymethylation reaction to result in O-carboxymethylchiotosan (O-CMC). The effects of the molar ratio of chitosan / monochloroacetic acid and of the reaction time on the carboxymethylation reaction and on the characteristics of the O-CMC samples were studied. The structural and morphological characteristics of the samples generated in this project, beta-chitin, chitosan and carboximethylchitosan, were determined by nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy, elemental analysis, X-rays diffraction and scanning electron microscopy. Viscosity measurements were employed to determine the viscosity average molecular weight of chitin, chitosan and O-CMC. The solubility of O-CMC samples in aqueous solution of different pHs was investigated by UV / visible spectroscopy while the thermal stability was studied by thermogravimetric analysis. The 1H-NMR spectra of the O-CMC samples revealed that the carboxymethylation of chitosan occurred in different extents depending on the reaction conditions. It was also revealed the occurrence of N-carboxymethylation, evidenced by the signals observed in the range of 3.0 ppm - 3.4 ppm, assigned to the mono and disubstitution of amino groups. However, as the signal intensity was low, it was concluded that the N-carboxymethylation occurred in low extension. In the interval 4.05 ppm - 4.55 ppm it were observed the signals corresponding to the resonance of the hydrogens of the carboxymethyl groups (-CH2-COOD) introduced in positions 3 and 6 of the repeating units of O-CMC. The infrared spectroscopy also allowed the distinction of the structural features of beta-chitin, chitosan, carboxymethylchitosan and the determination of the average degree of substitution of carboxymethylated samples, which varied in the range 0,21 &lt;GS &lt;0,43. The X-ray diffraction and thermogravimetric analysis showed that the carboximethylation of chitosan produced derivatives less crystalline, more hydrophilic and thermally less stable than the parent polymer. The O-CMC samples showed solubility in acid (pH &lt;3.0), neutral (pH &asymp; 7.5) and alkaline (pH&gt; 8.0) media due to the occurrence of charges along its chains, but the polymer was insoluble in the range 3.5 &lt;pH &lt;7.5. The occurrence of depolymerization simultaneously to the carboxymethylation reaction was observed since the O-CMC samples showed lower viscosity average molecular weight values as compared to the parent chitosan. The results of this study show that the average degree of substitution of the O-CMC samples is strongly affected by the excess of monochloroacetic acid used in the derivatization reaction of chitosan, but the extension of the reaction for longer times doesn\'t generate more substituted derivatives.

Este trabalho teve como principal objetivo produzir membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana com propriedades físico-químicas e mecânicas adequadas para aplicações em Engenharia de Tecidos. Para isso, quitosanas com diferentes graus de acetilação (4,0%&lt;GA&lt;40%) e de elevada massa molar média viscosimétrica (Mv&gt;750.000 g.mol-1) foram produzidas através da aplicação de processos consecutivos de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) à beta-quitina extraída de gládios de lulas Doryteuthis spp. A carboximetilação de quitosana extensivamente desacetilada (Qs-3; GA=4%) foi realizada pela reação com ácido monocloroacético em meio isopropanol/solução aquosa de NaOH, gerando a amostra CMQs-0 (GS&asymp;0,98; Mv&asymp;190.000 g.mol-1). A irradiação de ultrassom de alta intensidade foi empregada para tratar solução aquosa de CMQs-0 durante 1 h e 3 h, resultando nas amostras CMQs-1 (Mv&asymp;94.000 g.mol-1) e CMQs-3 (Mv&asymp;43.000 g.mol-1), respectivamente. Para a produção de membranas reticuladas, genipina foi adicionada em diferentes concentrações (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) às soluções aquosas das CMQs, que foram vertidas em placas de Petri e a reação de reticulação procedeu por 24 h. Em seguida, as membranas reticuladas (M-CMQs) foram liofilizadas, neutralizadas, lavadas e liofilizadas novamente, resultando em nove amostras, que foram caracterizadas quanto ao grau médio de reticulação (GR), grau médio de hidratação (GH), morfologia, propriedades mecânicas e quanto à susceptibilidade à degradação por lisozima. O grau médio de reticulação (GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de genipina empregada na reação, variando de GR&asymp;3,3% (M-CMQs-01) a GR&asymp;17,8% (M-CMQs-35). As análises de MEV revelaram que as membranas reticuladas M-CMQs são estruturas porosas que apresentam maior densidade de poros aparentes quanto maiores os valores de Mve GR. Entretanto, as membranas preparadas a partir de CMQs de elevada massa molar (Mv&gt;94.000 g.mol-1) e pouco reticuladas (GR&lt;10%), apresentaram propriedades mecânicas superiores em termos de resistência máxima à tração (&gt;170 kPa) e elongação máxima à ruptura (&gt;40%). Por outro lado, as membranas mais susceptíveis à degradação enzimática foram aquelas preparadas a partir de CMQs de baixa massa molar (Mv&asymp;43.000 g.mol-1) e que exibiram baixos graus de reticulação (GR&lt;11%). Hidrogéis estáveis de quitosana sem o uso de qualquer agente de reticulação externo foram produzidos a partir da gelificação de soluções aquosas de quitosana com solução de NaOH ou vapor de NH3. Os hidrogéis produzidos a partir de soluções de quitosana de elevada massa molar média ponderal (Mw&asymp;640.000 g.mol-1) e extensivamente desacetilada (DA&asymp;2,8%) em concentrações poliméricas acima 2,0%, exibiram melhores propriedades mecânicas com o aumento da concentração polimérica, devido à formação de numerosos emaranhamentos físicos das cadeias poliméricas em solução. Os resultados mostram que as propriedades físico-químicas e mecânicas dos hidrogéis de quitosana podem ser controladas variando a concentração do polímero e o processo de gelificação. A avaliação biológica de tais hidrogéis para a regeneração de miocárdio infartado de ratos revelou que os hidrogéis de quitosana preparados a partir de soluções de polímero a 1,5% foram perfeitamente incorporados sobre a superfície do epicárdio do coração e apresentaram degradação parcial acompanhada por infiltração de células mononucleares. / The aim of this study was to produce and characterize porous membranes of carboxymethylchitosan and chitosan-based hydrogel with physicochemical and mechanical properties appropriate for applications in tissue engineering. For this, chitosans with different degrees of acetylation (4,0%&lt;GA&lt;40%) and high viscosity average molecular weight (Mv&gt;750.000 g.mol-1) were produced by application of consecutive processes of ultrasound-assisted deacetylation (USAD) of the beta-chitin extracted from squid pens (Doryteuthis spp.). The carboxymethylation of extensively deacetylated chitosan (Qs-3; DA=4%) was carried out by reaction with monochloroacetic acid in isopropanol/aqueous NaOH, producing CMQs-0 sample (GS&asymp;0,98; Mv&asymp;190.000 g.mol-1). The ultrasonic irradiation was employed to depolymerize the CMQs-0 samples by irradiation for 1 h and 3 h, resulting in CMQs-1 samples (Mv&asymp;94.000 g.mol-1) and CMQs-3 (Mv&asymp;43.000 g.mol-1), respectively. For the production of crosslinked membranes, genipin was added at different concentrations (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) in the aqueous solutions of CMQs, which were poured into Petri dishes and the crosslinking reaction proceeded for 24 h. Then, the crosslinked membranes (M-CMQs) were lyophilized, neutralized, washed, and lyophilized again resulting in nine samples which were characterized by crosslinking degree (CrD), swelling ration (SR), morphology, mechanical properties and the susceptibility to enzymatic degradation by lysozyme. The crosslinking degree (CrD) increased with increasing concentration of genipin used in the reaction, varying from CrD&asymp;3.3% (M-CMQs-01) to CrD&asymp;17.8% (M-CMQs-35). The SEM analysis showed that the crosslinked membranes M-CMQs are porous structures that have a higher apparent pores density with increasing values of Mv and CrD. However, the membranes prepared from high molecular weight CMQs (Mv&gt;94.000 g.mol-1) and low crosslinked (GR&lt;10%) showed superior mechanical properties in terms of ultimate tensile strength (&gt;170 kPa) and maximum elongation at break (&gt;40%). However, the more susceptible membrane to enzymatic degradation was prepared from low molecular weight CMQs (Mv&asymp;43.000 g.mol-1) and low cross-linking degrees (GR&lt;11%). Stable chitosan hydrogels without any external crosslinking agent was successfully achieved by inducing the gelation of a viscous chitosan solution with aqueous NaOH or gaseous NH3. The hydrogels produced from high molecular weight (Mw&asymp;640.000 g.mol-1) and extensively deacetylated chitosan (DA&asymp;2,8%) at polymer concentrations above &asymp;2.0% exhibited improved mechanical properties due to the increase of the chain entanglements and intermolecular junctions. The results also show that the physicochemical and mechanical properties of chitosan hydrogels can be controlled by varying their polymer concentration and by controlling the gelation kinetics, i.e. by using different gelation routes. The biological evaluation of such hydrogels for regeneration of infarcted myocardium revealed that chitosan hydrogels prepared from 1.5% polymer solutions was perfectly incorporated onto the epicardial surface of the heart and presented partial degradation accompanied by mononuclear cell infiltration.

Este trabalho teve por objetivo a produção de membranas porosas à base de carboximetilquitosana (CMQ) para serem empregadas no tratamento de lesões de pele. Inicialmente, &beta;-quitina extraída de gládios de lula foi submetida a processo de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (processo DAIUS), resultando em quitosana com grau médio de desacetilação (GD) 63 % e massa molecular média viscosimétrica (Mv) 10,3 &plusmn; 0,4 x 105 g mol-1. Carboximetilquitosana (CMQ) foi sintetizada sob condição heterogênea a partir da reação entre quitosana DAIUS e ácido monocloracético em meio alcalino por 4 horas a 30 °C, resultando em CMQ com Mv= 1,51 &plusmn; 0,06 x 105 g mol-1, graus médios de substituição e de desacetilação (GS) = 1,1 e GD= 70 %, respectivamente. Na segunda etapa do presente estudo, membranas porosas à base de CMQ e poli (álcool vinílico) (PVA) foram produzidas através de processo de liofilização de soluções aquosas de CMQ e PVA, ou de blendas contendo diferentes proporções mássicas CMQ/PVA, a saber 75/25, 50/50, 25/75. Em todos casos a concentração polimérica foi 0,5 % (m/v). As membranas foram caracterizadas quanto a morfologia, porosidade, capacidade de hidratação e propriedades mecânicas e térmicas (TG). Adicionalmente, foram avaliados os efeitos da reticulação com genipina nas propriedades físico-químicas e mecânicas das membranas. Os resultados dessa etapa revelaram que os materiais obtidos apresentaram superfícies porosas e poros interligados, exibindo elevadas porosidade (68,3 &plusmn; 2,5 % - 88,4 &plusmn; 1,12 %) e capacidade de hidratação (1080 &plusmn; 51 % - 2500 &plusmn; 27 %). Foi observado que a presença de PVA na blenda polimérica empregada para produzir as membranas CMQ/PVA resultou em materiais pouco solúveis em meio aquoso e termicamente mais estáveis quando comparados às membranas CMQ e PVA. Assim, a membrana preparada a partir da blenda com menor conteúdo de PVA (membrana (CMQ/PVA)75/25) exibiu maior estabilidade térmica quando comparada à membrana CMQ, sendo que estas apresentaram Tonset 280 °C e 264 °C, respectivamente. Os ensaios de tração revelaram que a partir de blendas ricas em PVA resultaram membranas mais resistentes, porém menos sujeitas a alongamento quando comparadas à membrana CMQ. Assim, as membranas (CMQ/PVA)75/25) e (CMQ/PVA)25/75 apresentaram valores de tensão na ruptura 2,6 &plusmn; 0,22 KPa e 20,91 &plusmn; 1,19 KPa, respectivamente, entretanto a última amostra apresenta menor capacidade de alongamento (5,38 &plusmn; 0,33 %) quando comparada à membrana CMQ (9,12 &plusmn; 0,62 %). De maneira geral, o processo de reticulação permitiu a obtenção de membranas estáveis em meio aquoso, e também mais porosas e mais resistentes, como as membranas R(CMQ/PVA)75/25), cuja porosidade é 88,4 &plusmn; 1,12 %, e R(CMQ), cuja tensão na ruptura é 42,18 &plusmn; 2,10 KPa. Contudo, as membranas reticuladas apresentaram menores estabilidade térmica, capacidade de absorção de água (1062,4 &plusmn; 18,2 % (R(CMQ/PVA)25/75)) e de alongamento (1,62 &plusmn; 0,23 % (R(CMQ/PVA)75/25)). Os resultados obtidos nessa etapa do estudo indicaram que, as membranas que apresentaram maior potencial para aplicação como curativo para lesões de pele foram a composta somente por CMQ reticulada com genipina (R(CMQ)) e aquela não-reticulada constituída por CMQ/PVA na proporção mássica de 25/75 ((CMQ/PVA)25/75). Com o objetivo de potencializar a sua utilização no tratamento de lesões de pele e conferir novas propriedades às membranas R(CMQ) e (CMQ/PVA)25/75, nanopartículas de ZnO ou de TiO2 foram adicionadas a essas formulações em diferentes proporções em relação à massa total de polímero, a saber 1 %, 2,5 % e 5 %, totalizando quatro novos conjuntos de amostras. Além das caracterizações físico-químicas e mecânicas, os quatro novos conjuntos de membranas também foram submetidos a ensaios in vitro de suscetibilidade à degradação enzimática e de citotoxicidade em relação à linhagem de células de fibroblastos Balb/C 3T3 clone A 31. Os resultados dessa etapa revelaram que a incorporação de nanopartículas resultou em membranas com poros mais definidos e com maior capacidade de absorção de água, a qual atingiu 3326 &plusmn; 106 % no caso da membrana (CMQ/PVA)25/75_5TiO2. Em relação à propriedades térmicas e mecânicas, os conjuntos se comportaram de maneiras diferentes de acordo com a natureza e o teor de nanopartículas e em função do material de partida. Assim, os valores de Tonset das membranas R(CMQ)_5ZnO, R(CMQ)_5TiO2 e R(CMQ) são 273 °C, 280 °C e 243 °C, respectivamente, revelando que a estabilidade térmica foi favorecida pela presença de elevado teor de nanopartículas de ZnO ou de TiO2. Entretanto, os valores de Tonset das membranas (CMQ/PVA)25/75 e (CMQ/PVA)25/75_5TiO2 foram 280 °C e 243 °C, respectivamente, revelando que a estabilidade térmica foi desfavorecida pela presença de nanopartículas de TiO2, o que não ocorreu quando nanopartículas de ZnO foram incorporadas, sugerindo a ocorrência de processo de degradação de PVA, possivelmente catalisado por TiO2. Os ensaios de tração indicam que as nanopartículas podem não estar homogeneamente dispersas na maioria das membranas estudadas, pois os resultados não permitem racionalizar tendências de comportamentos mecânicos em função da natureza e do teor de nanopartículas, e em função da membrana considerada. Assim, no caso da membrana (CMQ/PVA)25/75, a inserção de carga elevada (5 %) de nanopartículas de TiO2 resultou em membrana mais resistente à tração, mas a incorporação de teores medianos (2,5 %) de nanopartículas de ZnO tornou tal membrana mecanicamente mais frágil, o que também foi observado no caso da membrana R(CMQ), mesmo quando teor elevado de nanopartículas de TiO2 foi incorporado. A capacidade de alongamento das membranas também foi afetada pela natureza e teor de nanopartículas, mas também nesse caso não são observadas tendências claras. Desta forma, no caso das membranas (CMQ/PVA)25/75, com nanopartículas tanto de ZnO quanto de TiO2, assim como para a membrana R(CMQ) com nanopartículas de ZnO, a inserção das nanopartículas resultou em membranas com maior capacidade de alongamento. Já a incorporação de nanopartículas de TiO2 nas membranas R(CMQ) gerou membranas com menor capacidade de alongamento. Por outro lado, a presença de nanopartículas nas membranas não afetou a susceptibilidade à degradação enzimática, sendo verificado que apenas a composição da matriz polimérica influenciou a estabilidade das membranas. As membranas compostas somente por CMQ reticuladas com genipina degradaram completamente após quatro dias, ao passo que as amostras contendo PVA, independentemente da presença de nanopartículas ou de reticulação com genipina, foram apenas parcialmente susceptíveis à ação da enzima. Por fim, todas as amostras, com exceção da amostra R(CMQ)_5ZnO, se mostraram atóxicas em relação a fibroblastos Balb/C 3T3 clone A 31. De forma geral, as membranas constituídas por CMQ/PVA contendo nanopartículas de ZnO ou de TiO2 exibiram características físico-químicas, mecânicas e biológicas mais promissoras quando considerada a potencial aplicação desses materiais como curativos para lesões de pele. / This work aimed to produce porous carboxymethylchitosan-based membranes to be used in the treatment of skin lesions. Thus, &beta;-chitin extracted from squid pens was subjected to ultrasound assisted deacetylation (USAD process), resulting in USAD chitosan with acetylation degree (GD) 63% and viscosity-average molecular weight (Mv) 10.3 &plusmn; 0.4 x 105 g mol-1. Carboxymethylchitosan (CMCh) was synthesized under heterogeneous condition from the reaction between USAD chitosan and monochloroacetic acid in alkaline medium for 4 hours at 30 °C, resulting in CMCh with Mv= 1,51 &plusmn; 0,06 x 105 g mol -1, average degrees of substitution and deacetylation (GS) = 1,1 and GD= 70 %, respectively. In the second step of the present study, porous membranes based on CMCh and polyvinyl alcohol (PVA) were produced by freeze-drying aqueous solutions of CMQ and PVA, or blends containing different weight ratios CMCh/PVA, namely 75/25, 50/50, 25/75. In all cases the polymer concentration was 0.5% (w/v). The membranes were characterized with respect to morphology, porosity, hydration capacity and mechanical and thermal properties (TG). Additionally, the effects of crosslinking with genipin on the physicochemical and mechanical properties of membranes were evaluated. The results of this step revealed that the materials presented porous surfaces and interconnected pores, exhibiting high porosity (68.3 &plusmn; 2.5% - 88.4 &plusmn; 1.12%) and swelling capacity (1080 &plusmn; 51% - 2500 &plusmn; 27%). It was observed that the presence of PVA in the polymer blends employed to produce the CMCh/PVA membranes resulted in materials poorly soluble in aqueous medium and thermally more stable as compared to CMCh and PVA membranes. Thus, the membrane prepared from the blends with lower content of PVA (membrane (CMCh/PVA)75/25) showed higher thermal stability when compared to the CMCh membrane, which presented Tonset 280 ° C and 264 ° C, respectively. The tensile tests showed that from PVA rich blends, the membranes were more resistant were produced, but less subject to elongation as compared to the CMCh membrane. Thus, the membranes (CMCh/PVA)75/25) and (CMCh/PVA)25/75 presented rupture tensile values of 2.6 &plusmn; 0.22 KPa and 20.91 &plusmn; 1.19 KPa, respectively. The latter sample presented a lower elongation capacity (5.38 &plusmn; 0.33%) as compared to the CMCh membrane (9.12 &plusmn; 0.62%). In general, the crosslinking process allowed to obtain membranes stable in aqueous media, and also more porous and more resistant, such as membranes R(CMCh/PVA)75/25, whose porosity is 88.4 &plusmn; 1.12 %, and R(CMCh), whose tensile strength at break is 42.18 &plusmn; 2.10 KPa. However, the crosslinked membranes presented lower thermal stability, water absorption capacity (1062.4 &plusmn; 18.2 % (R(CMCh/PVA)25/75)) and elongation (1.62 &plusmn; 0.23% (R(CMCh/PVA)75/25)). The results obtained in this stage of the study indicated that the membranes that presented the greatest potential for application as a curative for skin lesions were composed only of CMCh reticulated with genipine (R(CMCh)) and the non-reticulated CMCh/PVA mass ratio of 25/75 ((CMCh/PVA)25/75). In order to potentiate its use in the treatment of skin lesions and confer new properties on R(CMCh) and (CMCh/PVA)25/75 membranes, ZnO or TiO2 nanoparticles were added to these formulations in different proportions in relation to the total polymer mass, to know, 1%, 2.5% and 5%, totaling four new sets of samples. In addition to the physicochemical and mechanical characterization, the four new membrane sets were also submitted to in vitro enzymatic degradation susceptibility tests with respect to the Balb / C 3T3 fibroblast cell line clone A 31. The results of this step revealed that the incorporation of nanoparticles resulted in membranes with more defined pores and with greater water absorption capacity, which reached 3326 &plusmn; 106 % in the case of the membrane (CMCh/PVA)25/75_5TiO2. Regarding the thermal and mechanical properties, the assemblies behaved differently according to the nature and content of nanoparticles and as a function of the membrane composition. Thus, the Tonset values of membranes R(CMCh)_5ZnO, R(CMCh)_5TiO2 and R(CMCh) are 273 °C, 280 °C and 243 °C, respectively, showing that thermal stability was favored by the presence of high content of ZnO or TiO2 nanoparticles. However, Tonset values of the membranes (CMCh/PVA)25/75 and (CMCh/PVA)25/75_5TiO2 were 280 °C and 243 °C, respectively, showing that thermal stability was disadvantaged by the presence of nanoparticles of TiO2, which did not occur when nanoparticles of ZnO were incorporated, suggesting the occurrence of a degradation process of PVA, possibly catalyzed by TiO2. The tensile tests indicate that the nanoparticles may not be homogeneously dispersed in most of the studied membranes, because the results do not allow to rationalize tendencies of mechanical behavior according to the nature and content of nanoparticles, and depending on the membrane considered. Thus, in the case of the membrane (CMCh/PVA)25/75, the high load insertion (5%) of TiO2 nanoparticles resulted in a more tensile membrane, but the incorporation of medium contents (2.5%) of nanoparticles of ZnO made such a membrane mechanically more fragile, which was also observed in the case of membrane R(CMCh), even when high content of TiO2 nanoparticles was incorporated. The elongation capacity of the membranes was also affected by the nature and content of nanoparticles, but also in this case no clear trends were observed. Thus, in the case of membranes (CMCh/PVA)25/75, with nanoparticles of both ZnO and TiO2, as well as for membrane R(CMCh) with nanoparticles of ZnO, the insertion of the nanoparticles resulted in membranes with greater capacity of stretching. Already the incorporation of TiO2 nanoparticles in membranes R(CMCh) generated membranes with less capacity of elongation. Already the incorporation of TiO2 nanoparticles in the membranes R(CMCh) generated membranes with less capacity of elongation. The presence of nanoparticles in the membranes did not affect the susceptibility to enzymatic degradation, being verified that only the composition of the polymer matrix influenced the stability of the membranes. Membranes composed only of CMCh crosslinked with genipine completely degraded after four days, whereas samples containing PVA, regardless of the presence of nanoparticles or crosslinking with genipine, were not susceptible to the action of the enzyme. Finally, all samples, except for sample R(CMCh)_5ZnO, were shown to be nontoxic in relation to Balb / C 3T3 fibroblasts clone A 31. In general, membranes consisting of CMCh/PVA containing ZnO nanoparticles or of TiO2 exhibited the most promising physical-chemical, mechanical and biological characteristics when considering the potential application of these materials as curatives for skin lesions.

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