Orientadora : Profª. Drª. Maria Rita Sierakowski / Orientadora : Profª Drª Izabel Cristina Riegel Vidotti / Autor não autorizou a inclusão na Biblioteca Digital / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 22/04/2013 / Inclui referências / Resumo: O desenvolvimento de filmes de celulose bacteriana (CB) a partir de uma polpa
desfibrilada mecanicamente foi efetuado neste trabalho, visando obter
biocompósitos com a inclusão de aditivos como suportes para o cultivo de células e
possível aplicação como biomaterial. Na polpa produzida foram incorporados
hidrocolóides (HC): uma xiloglucana extraída das sementes da Tamarindus indica,
XGT, outra de sementes de Hymenaea courbaril, XGJ, e a goma gelana (GL) de
origem bacteriana. Dispersões foram preparadas com a inclusão (m/m) dos HC
isolados ou em blendas com grau de substituição (GS) de 10, 20 e 30% da massa
(~10mg) de uma membrana de CB comercial (MC). Os filmes obtidos, após
secagem (48h, 40oC), foram caracterizados por difração de Raios X, DRX,
microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de força atômica (MFA),
termogravimetria (TG), ensaios de tensão, citotoxicidade, biocompatibilidade, e de
adesão celular, de acordo com o grau de substituição (GS) dos HC. Por MEV e
MFA, após a inclusão da XGT (MCT), XGJ (MCJ), GL (MCG) e das blendas (MCGT
e MCGJ), assim como na membrana somente reconstituída (MCR), verificou-se que
as superfícies dos filmes apresentaram-se mais heterogêneas e rugosas, na ordem
MCT>MCJ>MCR>MCG>MC, também confirmadas por medidas de ângulo de
contato (AC). Por AC, observou-se um aumento da heterogeneidade em relação ao
GS (10%>20%>30%), influenciando na energia livre de superfície (ELS). Pelas
componentes da ELS, obtidas pelos métodos de Wu e van Oss (LW-AB), as
superfícies dos filmes mudam de dispersiva (apolar) para polar em relação a MC,
apresentando espécies doadoras de elétrons (base de Lewis). Tais características
geraram variações na adesão de células L929 sobre os biocompósitos, quando
comparadas a MC e MCR, onde as formulações de MCG com 10 e 30% de GS
mostraram melhores resultados entre os biocompósitos e similares aos controles.
Tais resultados são oriundos da provável presença das carboxilas presente na
estrutura da GL e que se encontram na superfície dos filmes, conforme observado
em uma banda em 1608 cm-1 nos espectros de infravermelho com reflectância
atenuada (ATR-FTIR). E, por espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), um
pico com 289 eV no espectro de C1s, referente a energia da de ligação C-O de ácido
foi observado, indicando uma adsorção dos HC na superfície da CB, sem alterar a
estrutura cristalina da CB. Porém, pelas medidas de DRX, os biocompósitos
apresentaram índices de cristalinidade inferiores aos controles (MC e MCR) devido à
contribuição amorfa dos HC. Além disso, a incorporação dos HC não gerou filmes
com baixa estabilidade térmica e não alterou as propriedades mecânicas da matriz
celulósica. Em complemento, a inclusão (10%) do fluconazol em biocompósitos
contendo 10% de gelana (MCGFZL) não apresentou potencial antifúngico frente à
Candida albicans em meio ágar. Porém, em testes de adesão celular utilizando
células-tronco mesenquimais humanas, os biocompósitos MCG e MCGFZL
apresentaram maior adesão (MCG10%<MCG20%<MCG30%~MCGFZL) que os
controles (MC, MCR e a superfície de poliestireno). Dessa forma, a mudança das
características na superfície da CB com a inclusão dos HC mostrou ser uma
ferramenta útil no desenvolvimento de materiais com aplicações biológicas.
Palavras chave: Celulose bacteriana. Hidrocolóides. Biocompósitos. Filmes. adesão
celular. Xiloglucana. Gelana. Propriedades de superfície. / Abstract: The development of bacterial cellulose films (BC) from a mechanically defibrillated
pulp was efectued in this work, with the inclusion of addictives, in order to obtain
biocomposites such as a media for growing cells and possible application as
biomaterial. To the BC pulp was added the hydrocolloids (HC): a xyloglucan
extracted from Tamarindus indica seeds (XGT), another from Hymenaea courbaril
seeds (XGJ) and a gellan gum (GL) from bacterial source. Dispersions of BC pulp
were prepared with an inclusion (wt%) of isolate HC or in mixtures with substitution of
10, 20 and 30 wt% of HD, based on comercial BC mass (~10 mg). The films wer
obtained after drying process (48h at 40oC) and characterised by x-ray diffraction
(DRX), scanning electron microscopy (MEV), atomic force microscopy (AFM),
contact angle (AC), termogravimetric (TG) analysis, tensile tests, citotoxicity,
biocompatibility and cell adhesion, evaluated according to substitution degree (SD) of
HC. By MEV and AFM, after inclusion of XGT (MCT), XGJ (MCJ), GL (MCG) and in
blends (MCGT and MCGJ), as well in reconstituted BC (MCR), was observed that
the surface of the films showed more heterogeneous and rougher in order
MCG>MCJ>MCR>MCG>MC, being confirmed by AC results, that shown the
increase of heterogeneity in relation to SD (10wt%>20wt%>30wt%), influencing in
the surface free energy (SFE). The evaluation of SFE components, obtained by Wu
and van Oss (LW-AB) methods, the surfaces of the films changed from dispersive
(apolar) to polar in relation to MC, indicating more electron donor species (Lewis
base) in the surface. These characteristics have generated different ways in the
adhesion of L929 cells over the films compared with MC and MCR, where the
formulations of MCG with 10%wt and 30%wt of GS shown the best results between
the formulations and similarities with the controls (MC and MCR). Such results are
probably by presence of carboxyl groups in the GL structure, confirmed by
attenuated total reflectance infrared spectroscopy (ATR-FTIR) with a characteristic
band at 1608 cm-1 and a peak with 289 eV related to acid C-O bonds in the C1s
spectrum of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), indicating only the adsorption
of HC on surface without change the structure of BC after regeneration. Still, the
DRX results showed the increase of amorphous contribution in the formulations with
HC, decreasing the crystallinity index in the BC matrix. Furthermore, the HC
adsorptions not generate films with thermal instability and not change the mechanical
properties of BC matrix. In addition, the inclusion of 10wt% of fluconazole in the films
of 10wt% of gellan (MCGFZL) was performed; however, there was no antifungal
activity against Candida albicans in the agar medium. On the other hand, the human
mesenchymal stem cells adhesion tests was performed with MCG and MCGFZL, and
the films showed more cell adhesion (MCG10%>MCG20%>MCG30%~MCGFZL)
than controls (MC, MCR and polystyrene surface). Thus, the change of surface
characteristic of BC with the HC inclusion showed a useful tool to development of
material with biological applications.
Key words: Bacterial cellulose. Hydrocolloids. Biocomposites. Films. Cell adhesion.
Xyloglucan. Gellan. Surface properties.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/37244 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Souza, Clayton Fernandes de |
| Contributors | Sierakowski, Maria Rita, 1953-, Riegel, Izabel Cristina, Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 141f. : il. algumas color., tabs., grafs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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