Estudo das interações laponita-polifosfato para obtenção de coacervados

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Salvador, Elane da Silva
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPB
Texto Completo: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/4526
Resumo: O desenvolvimento de biomateriais com propriedades biológicas e estruturais para aplicabilidades na Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa (TERM) tem como desafio a presença de componentes biocompatíveis na sua matriz, apresentar característica de shear-thinning e ser capaz de manter sua integridade estrutural quando inseridos em um microambiente fisiológico. A presente pesquisa tem como objetivo explorar a síntese de novos materiais envolvendo o sistema Laponita-polifosfato (LRD-polyP), com o intuito de desenvolver coacervados que possam ser utilizados em aplicações futuras na medicina regenerativa. Foram exploradas a adição de cátion divalente e metanol aos clusters de LRD-polyP, a fim de promover a coacervação do sistema. Usando espectroscopia de relaxação dielétrica, foram avaliadas as propriedades elétricas diretamente relacionadas à estrutura molecular de todos os materiais em estudo. No que se refere aos sistemas Laponita-polifosfato-cálcio (LRD-polyP-Ca2+), as amostras foram caracterizadas usando outras análises como a Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e reologia. Os resultados obtidos mostraram através de observações visuais que as soluções de polyP na presença de Ca2+ formam um precipitado denso e viscoso, denominado coacervados. Já os clusters LRD-polyP na presença de íons de cálcio sofrem a separação de fases líquido-líquido, com precipitação de flocos brancos. A razão de concentração [P]/[Ca2+] foi um fator determinante na formação de géis fracos e coacervados. Quanto à presença do metanol, foi observada a formação de um gel fraco de aparência turva. Através da análise termogravimétrica foi possível observar que as amostras apresentam uma ótima estabilidade térmica, sendo resistente a altas temperaturas. As análises reológicas revelaram que os materiais apresentaram propriedades de shear-thinning e que o aumento na concentração de Ca2+ e Laponita, trouxe melhorias para propriedades mecânicas desses materiais. Através da análise de espectroscopia de relaxação dielétrica foi possível verificar melhorias nos caminhos de condução e na condutividade dos materiais. Para as amostras LRD-polyP-Ca2+, a condutividade exibiu um aumento à medida que as concentrações de Ca2+ aumentaram e manteve-se praticamente inalterável com o aumento na concentração de Laponita e polifosfato. A relaxação dielétrica da permissividade para as amostras em que houve aumento de Ca2+ mudou para frequências mais altas, indicando uma maior dinâmica de prótons do portador de carga. Em relação ao sistema LRD-polyP na presença de metanol, houve uma diminuição da constante dielétrica da solução à medida que se aumentou a concentração de metanol, implicando na diminuição da condutividade iônica e revelando o efeito de desidratação do sistema. Os biomateriais para regeneração de tecidos devem ter boas propriedades de condução iônica, apresentar componentes biocompatíveis, resistência mecânica e estrutural, sendo capazes de manter sua integridade estrutural após ser injetado num meio fisiológico. Os sistemas baseados nas interações LRD-polyP na presença do cálcio apresentaram características intrísecas de biomateriais injétaveis, tornando-os promissores para aplicações na engenharia de tecidos.
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Foram exploradas a adição de cátion divalente e metanol aos clusters de LRD-polyP, a fim de promover a coacervação do sistema. Usando espectroscopia de relaxação dielétrica, foram avaliadas as propriedades elétricas diretamente relacionadas à estrutura molecular de todos os materiais em estudo. No que se refere aos sistemas Laponita-polifosfato-cálcio (LRD-polyP-Ca2+), as amostras foram caracterizadas usando outras análises como a Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e reologia. Os resultados obtidos mostraram através de observações visuais que as soluções de polyP na presença de Ca2+ formam um precipitado denso e viscoso, denominado coacervados. Já os clusters LRD-polyP na presença de íons de cálcio sofrem a separação de fases líquido-líquido, com precipitação de flocos brancos. A razão de concentração [P]/[Ca2+] foi um fator determinante na formação de géis fracos e coacervados. Quanto à presença do metanol, foi observada a formação de um gel fraco de aparência turva. Através da análise termogravimétrica foi possível observar que as amostras apresentam uma ótima estabilidade térmica, sendo resistente a altas temperaturas. As análises reológicas revelaram que os materiais apresentaram propriedades de shear-thinning e que o aumento na concentração de Ca2+ e Laponita, trouxe melhorias para propriedades mecânicas desses materiais. Através da análise de espectroscopia de relaxação dielétrica foi possível verificar melhorias nos caminhos de condução e na condutividade dos materiais. Para as amostras LRD-polyP-Ca2+, a condutividade exibiu um aumento à medida que as concentrações de Ca2+ aumentaram e manteve-se praticamente inalterável com o aumento na concentração de Laponita e polifosfato. A relaxação dielétrica da permissividade para as amostras em que houve aumento de Ca2+ mudou para frequências mais altas, indicando uma maior dinâmica de prótons do portador de carga. Em relação ao sistema LRD-polyP na presença de metanol, houve uma diminuição da constante dielétrica da solução à medida que se aumentou a concentração de metanol, implicando na diminuição da condutividade iônica e revelando o efeito de desidratação do sistema. Os biomateriais para regeneração de tecidos devem ter boas propriedades de condução iônica, apresentar componentes biocompatíveis, resistência mecânica e estrutural, sendo capazes de manter sua integridade estrutural após ser injetado num meio fisiológico. Os sistemas baseados nas interações LRD-polyP na presença do cálcio apresentaram características intrísecas de biomateriais injétaveis, tornando-os promissores para aplicações na engenharia de tecidos.The development of biomaterials with biological and structural properties for applicability in Tissue Engineering and Regenerative Medicine (TERM) is challenged by the presence of biocompatible components in their matrix, presence of shear-thinning characteristics and being able to maintain their structural integrity when inserted in a physiological microenvironment. The present research aims to explore the synthesis of new materials involving the LRD-polyP (Laponite-polyphosphate) system, in order to develop coacervates that can be used in future applications in regenerative medicine. The addition of divalent cations and methanol to the LRD-polyP clusters were explored in order to promote the coacervation of the system. Using dielectric relaxation spectroscopy, electrical properties directly related to the molecular structure of all materials under study were evaluated. Regarding the LRD-polyP-Ca2+ systems, the samples were characterized using other analyzes such as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and rheology. The results obtained through visual observations showed that that polyP solutions in the presence of Ca2+ form a dense and viscous precipitate, called coacervates. The LRD-polyP clusters in the presence of calcium ions underwent liquid-liquid phase separation, with precipitation of white flocculates. The concentration ratio [P]/[Ca2+] was a determining factor in the formation of weak and coacervated gels. As for the presence of methanol, the formation of a weak gel with a cloudy appearance was observed. Through thermogravimetric analysis, it was possible to observe that the samples present an excellent thermal stability, being resistant to high temperatures. The rheological analysis revealed that the materials showed shear-thinning properties and that the increase in the concentration of Ca2+ and Laponite brought improvements to the mechanical properties of these materials. Through the analysis of dielectric relaxation spectroscopy, it was possible to verify improvements in the conduction paths and in the conductivity of the materials. For LRD-polyP-Ca2+ samples, the conductivity exhibited an increase as Ca2+ concentrations increased and remained practically unchanged with increasing Laponite and polyphosphate concentrations. The dielectric relaxation of the permittivity for the samples in which there was an increase in Ca2+ changed to higher frequencies, indicating a greater dynamic of the charge carrier protons. Regarding the LRD-polyP system in the presence of methanol, there was a decrease in the dielectric constant of the solution as the methanol concentration increased, implying a decrease in ionic conductivity and revealing the dehydration effect of the system. Biomaterials for tissue regeneration must have good ionic conduction properties, present biocompatible components, mechanical and structural strength, and be able to maintain their structural integrity after being injected into a physiological medium. Systems based on LRD-polyP interactions in the presence of calcium showed intrinsic characteristics of injectable biomaterials, making them promising for applications in tissue engineering.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESFundação de Apoio à Pesquisa do Estado da Paraíba - FAPESQUniversidade Estadual da ParaíbaPró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGPBrasilUEPBPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQOliveira, Rodrigo José deFerreira, Guilherme AugustoGraça, Manuel Pedro FernandesSalvador, Elane da Silva2023-04-12T20:47:54Z2999-12-312022-08-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSALVADOR, Elane da Silva. Estudo das interações laponita-polifosfato para obtenção de coacervados. Dissertação. 2022. 138f. 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