Nanobiofabricação de estruturas 3D com nanopartículas de prata antimicrobianas utilizando técnicas manuais e robóticas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho, Beatriz Santos
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/35487
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2019.
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spelling Nanobiofabricação de estruturas 3D com nanopartículas de prata antimicrobianas utilizando técnicas manuais e robóticasSíntese verdeNanopartículas de prataAtividade antimicrobianaEngenharia de tecidosDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Pós-Graduação em Nanociência e Nanobiotecnologia, 2019.As nanopartículas metálicas (NPMs) podem ser sintetizadas por rotas químicas, as quais comumente utilizam-se de reagentes tóxicos e geram resíduos prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. Uma alternativa é a síntese via rotas verdes, as quais utilizam-se reagentes menos tóxicos e biodegradáveis. Entre as NPMs estão as nanopartículas de prata (AgNPs) que entre outras características, apresentam atividade antimicrobiana. Para a síntese verde de AgNPs podem ser utilizados diferentes tipos de recursos biológicos para a biorredução da prata, como plantas, células e biomoléculas. Além disso, a biofabricação 3D consiste na utilização de materiais biológicos como matéria-prima na produção de miméticos de tecidos e estruturas com propriedades específicas. Já a nanobiofabricação é uma vertente que consiste na utilização de nanomateriais - por exemplo AgNPs - e materiais biológicos - como biopolímeros e células - como insumos na produção de estruturas funcionais. Adicionalmente, um dos desafios na engenharia de tecidos é a produção de estruturas 3D a partir de hidrogéis com atividade antimicrobiana para evitar contaminações de microrganismos em cultivo celular 3D. Sendo assim, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de estruturas biopoliméricas contendo AgNPs em sua composição ou imobilizadas em estruturas termoplásticas para avaliação da atividade antibacteriana. As rotas de síntese de AgNPs foram realizadas utilizando extratos de chá preto (CP) e verde (CV) com sachês novos (I) e usados (II). As AgNPs foram caracterizadas por espectrofotometria UV-vis, espalhamento de luz dinâmico (DLS), potencial Zeta e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A AgNP (CV) apresentou maior absorbância, indicando maior formação de AgNPs. As medidas das quatro AgNPs, como o Z-average foi entre 80 e 140 nm; o PdI entre 0,3 e 0,4; e o potencial Zeta negativo, com instabilidade incipiente. Ambas AgNPs dos extratos I e II apresentaram atividade antibacteriana contra E. coli em até 50%. No entanto, a AgNP (CP) apresentou concentração inibitória mínima (CIM) em 256 μM. Foram utilizadas as AgNPs de CP e CV do extrato II para a produção de 3 composições de hidrogéis baseados em alginato de sódio. Também foram utilizadas técnicas de escaneamento 3D e fotogrametria para a digitalização 3D de materiais botânicos. Os modelos CAD foram obtidos a partir das técnicas de digitalização 3D para a utilização de um modelo CAD nos processos de fabricação e biofabricação 3D. Posteriormente, utilizou-se técnicas de biofabricação como fiação úmida, gotejamento e bioimpressão 3D e foram produzidas fibras, esferoides e modelos 3D, respectivamente. As estruturas 3D contendo AgNPs apresentaram atividade antibacteriana e foram seccionadas para caracterização de sua estrutura interna por microscopia de luz e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As estruturas se demonstraram estáveis, com atividade antibacteriana e estrutura interna favorável à aplicação em cultivo celular 3D. Além disso, as AgNPs de CP e CV do extrato II foram imobilizadas em modelos 3D impressos em termoplástico de ABS. A superfície de termoplástico foi caracterizada utilizando MEV, e apesar das imagens apresentarem indícios de AgNPs imobilizadas, não foi possível observar atividade antibacteriana nos ensaios com os mesmos modelos 3D impressos em termoplástico.Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP/DF); Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES); Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Matter and Form.Metal nanoparticles (MNPs) can be synthesized by chemical routes, which commonly use toxic reagents and generate residues that are harmful to health and the environment. An alternative is the synthesis via green routes, which use less toxic and biodegradable reagents. Among the MNPs are silver nanoparticles (AgNPs) that, among other characteristics, have antimicrobial activity. For the green synthesis of AgNPs different types of biological resources can be used for the bioreduction of silver, such as plants, cells and biomolecules. In addition, 3D biofabrication consists of the use of biological materials as raw material in the production of tissue mimetics and structures with specific properties. Nanobiofabrication is a component that consists of the use of nanomaterials - for example AgNPs - and biological materials - as biopolymers and cells - as inputs in the production of functional structures. Additionally, one of the challenges in tissue engineering is the production of 3D structures from hydrogels with antimicrobial activity to avoid contamination of microorganisms in 3D cell culture. Thus, the main objective of this work was the production of biopolymer structures containing AgNPs in their composition or immobilized in thermoplastic structures to evaluate antibacterial activity. AgNP synthesis routes were performed using black (BT) and green (GT) tea extracts with new (I) and used (II) sachets. AgNPs were characterized by UV-vis spectrophotometry, dynamic light scattering (DLS), Zeta potential and transmission electron microscopy (TEM). AgNP (GT) showed higher absorbance, indicating a higher formation of AgNPs. The measurements of the four AgNPs, such as Z-average, were between 80 and 140 nm; the PdI between 0.3 and 0.4; and the negative Zeta potential, with incipient instability. Both AgNPs from extracts I and II showed antibacterial activity against E. coli in up to 50%. However, AgNP (BT) showed minimal inhibitory concentration (MIC) in 256 μM. The BT and GT AgNPs of extract II were used for the production of 3 hydrogel compositions based on sodium alginate. We also used 3D scanning and photogrammetry techniques for the 3D scanning of botanical materials. The CAD models were obtained from 3D scanning techniques for the use of a CAD model in 3D manufacturing and biofabrication processes. Subsequently, biofabrication techniques such as wet spinning, dripping and 3D bioprinting were used and fibers, spheroids and 3D models were produced, respectively. The 3D structures containing AgNPs showed antibacterial activity and were sectioned to characterize their internal structure by light microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The structures were shown to be stable, with antibacterial activity and internal structure favorable to the application in 3D cell culture. In addition, BT and GT AgNPs from extract II were immobilized in 3D models printed on ABS thermoplastic. The thermoplastic surface was characterized using SEM, and although the images showed signs of immobilized AgNPs, it was not possible to observe antibacterial activity in the assays with the same 3D models printed in thermoplastic.Instituto de Ciências Biológicas (IB)Departamento de Genética e Morfologia (IB GEM)Programa de Pós-Graduação em Nanociência e NanobiotecnologiaSilva, Luciano Paulino daBonatto, Cínthia CaetanoCarvalho, Beatriz Santos2019-09-27T20:25:22Z2019-09-27T20:25:22Z2019-09-272019-03-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCARVALHO, Beatriz Santos. Nanobiofabricação de estruturas 3D com nanopartículas de prata antimicrobianas utilizando técnicas manuais e robóticas. 2019. 94 f., il. Dissertação (Mestrado em Nanociência e Nanobiotecnologia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.http://repositorio.unb.br/handle/10482/35487A concessão da licença desta coleção refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-03-14T16:43:50Zoai:repositorio.unb.br:10482/35487Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-03-14T16:43:50Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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