Caracterizações físico-químicas e de viabilidade celular de uma nova poliuretana à base de Policaprolactona-diol e Trimetileno Carbonato

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gomes, Rodrigo Cesar
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17636
Resumo: Among the polymers widely investigated as materials for tissue engineering, polyurethane is very prominent. The need for devices with certain mechanical properties combined with the ability to be biodegradable and bioresorbable has been motivating the scientific community to find new biomaterials. This study aimed to synthesize, characterize and analyze the biological viability of a polyurethane based on Polycaprolatone-diol (PCL-diol) and Trimethylene Carbonate (TMC). The synthesis combined the mechanical properties present in Polyurethane and PCL, with increased elasticity due to the use of TMC. The synthesis of the prepolymer occurred via bulk polymerization between PCL-diol and TMC with a 50/50 mass ratio, using the SnOct2 catalyst. The GPC analysis of the prepolymer showed the Mn, the Mw and the PI between, respectively, 8,173 and 8,727 g.mol-1, 13,898 and 15,399 g.mol-1, 1.68 and 1.83. The formation of poly(PCL-TMC)urethane occurred via solution polymerization between the prepolymer and HDI, using the solvent 1,2-dichloroethane and a 1 : 2 molar ratio (prepolymer / HDI). The synthesis of prepolymer and polyurethane was confirmed by FTIR and 1H NMR. Using ASTM D882-02, the material was subjected to a mechanical tensile test showing the following results, elongation of 983.03 ± 289.20%, elastic modulus of 2.62 ± 0.17 Mpa and maximum stress of 0.61 ± 0.09 Mpa, demonstrating the elastomeric property of the material. DSC and TG techniques thermally characterized the synthesized polymer. The melting temperature was not observed in the DSC curve, indicating that the copolymer is amorphous, and the Tg found was -39.00 ºC. TG showed Tonset and Td, respectively 269.00 ºC and 288.00 ºC. The average value of contact angle found of 88.00° ± 1.96° showed that the material does not exhibit high hydrophilicity. The rheology study demonstrated the pseudoplastic characteristic of polyurethane and a low complex viscosity. No mass loss was observed in in vitro degradation for 48 weeks. The biocompatibility essay showed a small decrease in the number of mesenchimal stem cells on the day 1 after cell culture, but after 7 days the cells showed growth and adhesion compatible with the controls. The results demonstrating potential of the material in applications where elastomeric properties are required such as meniscus prostheses, cardiac devices etc.
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This study aimed to synthesize, characterize and analyze the biological viability of a polyurethane based on Polycaprolatone-diol (PCL-diol) and Trimethylene Carbonate (TMC). The synthesis combined the mechanical properties present in Polyurethane and PCL, with increased elasticity due to the use of TMC. The synthesis of the prepolymer occurred via bulk polymerization between PCL-diol and TMC with a 50/50 mass ratio, using the SnOct2 catalyst. The GPC analysis of the prepolymer showed the Mn, the Mw and the PI between, respectively, 8,173 and 8,727 g.mol-1, 13,898 and 15,399 g.mol-1, 1.68 and 1.83. The formation of poly(PCL-TMC)urethane occurred via solution polymerization between the prepolymer and HDI, using the solvent 1,2-dichloroethane and a 1 : 2 molar ratio (prepolymer / HDI). The synthesis of prepolymer and polyurethane was confirmed by FTIR and 1H NMR. Using ASTM D882-02, the material was subjected to a mechanical tensile test showing the following results, elongation of 983.03 ± 289.20%, elastic modulus of 2.62 ± 0.17 Mpa and maximum stress of 0.61 ± 0.09 Mpa, demonstrating the elastomeric property of the material. DSC and TG techniques thermally characterized the synthesized polymer. The melting temperature was not observed in the DSC curve, indicating that the copolymer is amorphous, and the Tg found was -39.00 ºC. TG showed Tonset and Td, respectively 269.00 ºC and 288.00 ºC. The average value of contact angle found of 88.00° ± 1.96° showed that the material does not exhibit high hydrophilicity. The rheology study demonstrated the pseudoplastic characteristic of polyurethane and a low complex viscosity. No mass loss was observed in in vitro degradation for 48 weeks. The biocompatibility essay showed a small decrease in the number of mesenchimal stem cells on the day 1 after cell culture, but after 7 days the cells showed growth and adhesion compatible with the controls. The results demonstrating potential of the material in applications where elastomeric properties are required such as meniscus prostheses, cardiac devices etc.Dentre os polímeros largamente investigados como materiais para a engenharia tecidual, a poliuretana tem o seu lugar de destaque. A necessidade de dispositivos com determinadas propriedades mecânicas aliadas à capacidade de ser biodegradável e biorreabsorvível vem motivando a comunidade científica a buscar cada vez mais novos biomateriais. O presente trabalho objetivou sintetizar, caracterizar físico-quimicamente e analisar a viabilidade biológica de uma poliuretana baseada em Policaprolatona-diol (PCL-diol) e Trimetileno Carbonato (TMC). Tal síntese buscou aliar as propriedades mecânicas presentes na Poliuretana e no PCL, com o aumento da elasticidade conferido pelo TMC. A síntese do pré-polímero ocorreu na polimerização em massa entre o PCL-diol e o TMC com relação 50/50 m/m, utilizando o SnOct2 como catalisador. A análise de GPC do pré-polímero apresentou Mn de 8.173 g.mol-1, Mw de 13.898 g.mol-1 e o IP de 1,68. A formação do poli(PCLTMC)uretana ocorreu via polimerização em solução entre o pré-polímero e o HDI, utilizando como solvente o 1,2-dicloroetano. Ambas as sínteses foram confirmadas através do FTIR e do RMN 1H. Utilizando a norma ASTM D882-02, o material foi submetido ao ensaio mecânico de tração apresentando os seguintes resultados: deformação de 983,03 ± 289,20%, módulo de elasticidade de 2,62 ± 0,17 MPa e tensão máxima de escoamento de 0,61 ± 0,09 MPa, mostrando o caráter elastomérico do material. A caracterização térmica ocorreu através das técnicas de DSC e TG. Não se observou na curva de DSC a temperatura de fusão, indicando que o copolímero formado é amorfo, e a Tg encontrada foi de -39,00 ºC. O TG indicou a Tonset e a Td, sendo respectivamente 269,00 ºC e 288,00 ºC. O valor médio de ângulo de contato encontrado de 88,00° ± 1,96° mostrou que o material não apresenta alta hidrofilicidade. O ensaio de reologia apresentou a característica pseudoplástica da poliuretana e uma viscosidade complexa baixa. Não se observou perda de massa na degradação in vitro durante 48 semanas submerso em PBS a 37 ºC. A avaliação da viabilidade de células-tronco mesenquimais demonstrou que embora tenha sido identificado uma leve diminuição na quantidade de células e na atividade metabólica em 1 dia, após 7 dias as células apresentaram crescimento e adesão compatível com os controles. Os resultados mostraram que a Poli(PCL-TMC)uretana possui potencial para aplicações elastoméricas como próteses meniscais, dispositivos cardíacos etc.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.474077/2020-0088882.426452/2019-01porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia e Monitoramento Ambiental - PPGBMA-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSíntesePoliuretanaPCLTMCBiocompatibilidadeBiomaterialsynthesispolyurethanebiocompatibilityBiomaterialENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::POLIMEROS E COLOIDESCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::SINTESE ORGANICACaracterizações físico-químicas e de viabilidade celular de uma nova poliuretana à base de Policaprolactona-diol e Trimetileno CarbonatoPhysicochemical and cellular viability characterizations of a new polyurethane based on Polycaprolactone-diol and Trimethylene Carbonateinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006003e4401a5-f33d-4395-983a-a94111401c5areponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdfTese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdfTese principalapplication/pdf4076258https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17636/1/Tese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdfff297ce1e313478e16f3ebdf3f99cb4dMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8913https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17636/2/license_rdf3185b4de2190c2d366d1d324db01f8b8MD52TEXTTese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdf.txtTese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdf.txtExtracted texttext/plain203232https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17636/3/Tese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdf.txt472346f54ba1e9ea77fa1c6bc8eb6357MD53THUMBNAILTese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdf.jpgTese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6167https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17636/4/Tese_Rodrigo_Cesar_Gomes.pdf.jpgb3fe6409ac73974aa434322517c11a83MD54ufscar/176362023-09-18 18:32:35.796oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17636Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:35Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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