Nanofibras de poli (D,L-ácido lático) obtidas pela técnica de Electrospinning

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Severo Gonçalves, I. (FURG) ; Copello Veiga, M. (FURG) ; Araujo Aquino, S. (FURG) ; Vieira Costa, J.A. (FURG) ; Greque Morais, M. (FURG)

Resumo

Nanofibras produzidas a partir de poli (ácido lático) (PDLLA) apresentam potencial aplicação em embalagens, produtos farmacêuticos e na área de engenharia tecidual, pois este polímero apresenta características de interesse como biodegradabilidade, biocompatibilidade e atoxicidade. Desta forma o objetivo do trabalho foi produzir nanofibras de PDLLA utilizando a técnica de electrospinning. Nanofibras uniformes foram obtidas com concentração de 25% de polímero utilizando mistura de clorofórmio e acetona como solvente para solubilização do PDLLA. As condições de processo ideais foram 24,3 kV de tensão, 150 mm de distância entre capilar e coletor, 150 µL h-1 de taxa de alimentação e 0,45 mm de diâmetro de capilar, com as quais se obtiveram nanofibras com 807 ± 109 nm de diâmetro.

Palavras chaves

Electrospinning; Nanofibras; PDLLA

Introdução

Nanofibras representam um dos mais novos e promissores nanomateriais para uma série de aplicações. Suas características incluem uma elevada relação de superfície- volume, diâmetros nanométricos, alta porosidade, pequeno tamanho de poro e boa resistência mecânica (POTRČ et al., 2015). A técnica de electrospinning apresenta potencial para o processamento industrial, devido à possibilidade de aumento de escala, além de apresentar boa repetibilidade e controle das dimensões das fibras produzidas (RAMAKRISHNA et al., 2005). As nanofibras podem ser eletrofiadas a partir de polímeros sintéticos, naturais, biopolímeros ou mistura de ambos. O poli (ácido lático) (PLA) é um polímero com propriedades semelhantes aos plásticos de origem petroquímica e considerado promissor na substituição de polímeros derivados de combustíveis fósseis. Este polímero é um poliéster termoplástico alifático linear e apresenta interessantes propriedades como compatibilidade ao corpo humano, biodegradabilidade e bioabsortividade devido sua estereoquímica e massa molar (AURAS; HARTE; SELKE, 2004; SEEFELDT, 2012; LIM; AURAS; RUBINO, 2008). O polímero poli (ácido D,L-lático) (PDLLA) é produto da polimerização dos monômeros de ácido L-lático e ácido D-lático (JAMSHIDIAN et al., 2010). A presença dos isômeros D e L nas moléculas do polímero determina suas propriedades, variando de um polímero amorfo a um polímero semi ou altamente cristalino (PETERSSON; KVIEN; OKSMAN, 2007). A mistura racêmica das formas D e L não são cristalizáveis e tendem a degradar mais rapidamente comparados ao PLLA (ANDRADY, 2008). O PDLLA é um polímero de baixa toxicidade, degradado em componentes não tóxicos e possui aprovação pela FDA (Food and Drug Administration). A conveniência de produção de fibras por electrospinning a partir dos mais diversos polímeros faz com que este material seja aplicável em diversas áreas como engenharia tecidual (STEFFENS et al., 2013), processos de filtração e ultrafiltração (FENG; KHULBE; TABE, 2012), sensores (MIN et al., 2013), imobilização de enzimas (GE et al., 2012), agricultura (LEE; OBENDORF, 2007), embalagens (AGARWAL et al., 2014), entre outras. O objetivo do estudo foi produzir nanofibras uniformes de poli (D,L- ácido lático) através da técnica de electrospinning.

Material e métodos

O polímero utilizado para produção das nanofibras foi o poli (D,L- ácido lático) (PDLLA) de massa molar 75.000-120.000 g/mol (Sigma-Aldrich, Brasil). As soluções poliméricas foram preparadas nas concentrações de 7%, 10%, 12%, 15%, 20%, 22% e 25% (m/v) de PDLLA utilizando como solvente clorofórmio ou mistura de clorofórmio:acetona (3:1). As soluções foram homogeneizadas em agitador magnético por 12 h a temperatura ambiente. As nanofibras foram produzidas utilizando equipamento de electrospinning composto por uma bomba programável e uma fonte de alimentação de corrente contínua de alta tensão. A solução polimérica foi injetada utilizando 20 kV de voltagem, 150 mm de distância entre capilar e coletor, 1880 µL/h de taxa de alimentação e capilar com diâmetro de 0,45 mm. Os testes foram realizados com temperatura entre 20 e 25°C e umidade relativa entre 50 e 60%. Após obtenção de fibras uniformes e com intuito de reduzir seu diâmetro, foram feitas alterações nos parâmetros de processo. A taxa de alimentação foi reduzida para 150 µL/h e aumentou-se a voltagem para 24,3 kV. As nanofibras foram coletadas em coletor metálico do tipo estático. A morfologia das nanofibras obtidas foi observada em microscópio ótico com aumento de x100, onde foram geradas imagens e realizadas 30 medidas para obtenção da média dos diâmetros das fibras (Modelo Axio Scope.A1, Zeiss, Alemanha). Após obtenção dos resultados e escolha da melhor concentração de polímero, esta condição foi analisada em microscópio eletrônico de varredura (MEV) (Jeol JSM–6610 LV, Japão). Fixou-se a amostra em suporte metálico e recobriu-se com ouro, utilizando o metalizador diiode sputtering. O diâmetro foi determinado através da média de 30 medidas das fibras.

Resultado e discussão

A concentração de cada polímero para obtenção das nanofibras foi definida utilizando condições fixas de processo: tensão, taxa de alimentação e distância entre capilar e coletor (STEFFENS et al., 2013). Utilizando as concentrações de 7%, 10%, 12% e 15% de PDLLA solubilizado em clorofórmio, obteve-se apenas gotas (Figura 1 (a), (b), (c) e (d)). Em concentrações muito baixas de polímero, o grau de emaranhamento da cadeia polimérica é pequeno, ocasionando instabilidade no jato ao sair do capilar. Esta variação da instabilidade causa a formação de gotas ao invés de nanofibras (WANG et al., 2009).A utilização das concentrações de 20% e 22% de polímero, utilizando clorofórmio na solubilização, iniciou a formação de fibras de PDLLA (Figura 1 (e) e (f)), porém com muitas gotas na estrutura. Para a formação de nanofibras uniformes, é necessária uma concentração de polímero que permita o emaranhamento das cadeias da solução polimérica. A concentração de 25% de PDLLA proporcionou a formação de fibras uniformes usando clorofórmio e mistura de clorofórmio:acetona (3:1). Os solventes utilizados na solução polimérica devem ser semicondutores e por apresentar maior condutividade que o clorofórmio, soluções contendo acetona evitam a formação de gotas na estrutura, formando fibras uniformes (MILLÁS, 2012). A utilização da concentração de 25% de PDLLA formou fibras com diâmetro de 2748 ± 181 nm, utilizando clorofórmio como solvente, e 2527 ± 219 nm com clorofórmio:acetona. Com o intuito de reduzir os diâmetros obtidos, foram feitas alterações nos parâmetros do processo, como a redução da taxa de alimentação para 150 µL/h e o aumento da voltagem para 24,3 kV. O diâmetro das nanofibras obtidas com concentração de 25% de PDLLA modificando as condições de processo e utilizando clorofórmio:acetona (3:1) como solvente foi 807 ± 109 nm (Figura 2). As modificações na taxa de alimentação e tensão reduziu o diâmetro das nanofibras em 31,93% (PDLLA).

Concentrações de 7% (a), 10% (b), 12% (c), 15% (d), 20% (e) e 22% (f) de PDLLA em clorofórmio


Microfotografia das nanofibras com concentração de 25% de PDLLA com clorofórmio e acetona (3:1).

Conclusões

Nanofibras uniformes com diâmetro de 807 ± 109 nm foram obtidas a partir de 25% de PDLLA solubilizado em clorofórmio:acetona (3:1). Os parâmetros de processo utilizados foram taxa de alimentação de 150 µL/h, voltagem de 24,3 kV, diâmetro de capilar de 0,45 mm e distância de 150 mm entre capilar e coletor. As nanofibras de PDLLA obtidas através da técnica de electrospinning apresentam potencial aplicação em diversas áreas como processos de filtração, sensores, imobilização de enzimas, engenharia de tecidos e embalagens na indústria de alimentos.

Agradecimentos

CAPES, CNPq, Universidade Federal do Rio Grande e CEME-SUL.

Referências

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