Estrutura e Propriedades da Quitosana Nanocristalina

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Pighinelli, L. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Paz, L.R. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Guimarães, F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL-UFRGS) ; Zanin, G. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Broquá, J. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Silva, M.M. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Reis, V.O. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Kmiec, M. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Flach, M.A. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA) ; Dias, P.S.R. (UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL-ULBRA)

Resumo

O objetivo deste estudo é desenvolver um novo método para obter a quitosana nanocristalina (QNC) e a sua caracterização. A quitosana e seus derivados são polímeros com excelentes propriedades que possibilitam a sua aplicação nas áreas de medicina regenerativa, toxicologia, farmacêutica, tratamento de efluentes e etc. O material obtido no estudo foi caracterizado por FTIR, ressonância magnética nuclear (RMN) e análise de tamanho de partícula. Os resultados de FTIR indicam que a QNC mostra os mesmos grupos funcionais da quitosana inicial. O resultado da RMN mostra o percentual dos grupos acetilados e desacetilados antes e após do processo de purificação da QNC. O tamanho médio de partícula da QNC no final do processo foi de 55,52nm. O processo obtido mostrou-se rápido, prático e eficiente.

Palavras chaves

Quitosana; Quitosana Nanocristalina; Biomateriais Funcionais

Introdução

A quitosana (poli (β-(1.4)-D-glucosamina) é um polímero obtido a partir de tratamento químico ou biológico dos rejeitos da indústria pesqueira (cascas de camarão e escamas de peixe), que após tratamento, podem ser empregados para obtenção de biomateriais biodegradáveis, atóxicos, biocompatíveis, bactericidas, bioativos e anti-inflamatórios para aplicações nas áreas de medicina regenerativa, tratamento de água e efluentes, farmacêutica, cosmética, toxicológica, indústria de alimentos e entre outras. A produção de quitosana é economicamente viável e ecologicamente correta devido à grande quantidade de resíduos disponíveis, que, ao invés de causarem prejuízos ao meio ambiente, os mesmos apresentam potencial para serem aplicados no desenvolvimento de biomateriais com elevado grau tecnológico. Os grupos amínicos da estrutura da quitosana concedem caráter catiônico à molécula, fazendo com que o material seja caracterizado como um polieletrólito linear com cargas de alta densidade que podem interagir com superfícies de carga negativa, como polissacarídeos aniônicos, proteínas e demais estruturas [2]. A quitosana nanocristalina (QNC) obtida, é uma forma modificada da quitosana, produzida a partir do método de coagulação de sais de acetato de quitosana (AQ). Esse material é caracterizado pelas propriedades especiais da quitosana inicial, o que indica que o processo de obtenção usado nesse trabalho não interfere nas propriedades essenciais desse polímero. Essa forma de quitosana se destaca em aplicações médicas, especialmente em curativos e sistemas de transporte de drogas, e também nas demais áreas da saúde, engenharias e etc.

Material e métodos

Quitosana foi dissolvida com solução de ácido acético e, posteriormente, foram elaboradas quatro soluções, A,B, C e D, contendo 1:0,4, 2:0,8, 3:0,9 e 2:2, teor de polímero e de ácido acético (%), respectivamente. A dissolução ocorreu sob constante mistura à temperatura ambiente por 2 horas e a 1.000 rpm até obter uma solução de acetato de quitosana homogênea. Após, cada solução foi filtrada e amostras de filmes foram preparadas em placas abertas do tipo Petry e a secagem ocorreu à temperatura ambiente. Em seguida, as soluções remanescentes de acetato de quitosana foram usadas para preparar as soluções de quitosana nanocristalina, chamadas de A-I, B-II, C- III e D-IV, conforme Tabela 1. Essas soluções foram obtidas sob agitação constante na rotação de 1.000 rpm por um misturador à temperatura ambiente por 2 horas. Durante esse tempo, foi adicionado gradualmente uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), com as concentrações correspondeste as de ácido acético presentes dos sais correspondentes, para que a coagulação da quitosana ocorresse até pH 7,4 . O processo de obtenção da quitosana nanocristalina está apresentado conforme Figura 1. Com relação à análise de FTIR, foi realizada em um espectrofotômetro Perkin Elmer, modelo Spectrum, na faixa espectral de 4000 a 650 cm-1 e com 8 varreduras de resolução de 4 cm-1. As medições foram realizadas no modo de refletância total atenuada. O espectro de RMN foi obtido com o objetivo de melhorar a resolução dos picos, com as seguintes condições: acumulado de 16 varreduras e LB de 0,30 Hz. A largura espectral e os pontos foram de 5000 Hz e 64 K, respectivamente. O estudo comparativo do tamanho de partícula do acetato de quitosana e quitosana nanocristalina foi realizado com a utilização do equipamento ZETASIZER NANO ZS90.

Resultado e discussão

Após estudo comparativo, observou-se que o espectro de FTIR da quitosana nanocristalina é semelhante ao do acetato de quitosana, variando somente as intensidades das bandas que são relacionadas às concentrações de polímero. A Tabela 2 apresenta os espectros de FTIR do acetato de quitosana e da quitosana nanocristalina. O acetato de quitosana e a quitosana nanocristalina mostraram, na região de 3200 cm-1, vibrações de estiramento entre N-H e O-H, relacionadas com a absorção de água. A faixa de 2800 a 2880 cm-1 é atribuída à ligação C-H (simétrica). A banda na região de 1631 cm-1, correspondente à ligação dupla de C com O da amida, é característica de quitosana que não é completamente desacetilada, e em 1540 cm-1, a banda é designada para deformação de NH2. As bandas entre 1150 cm-1 e 899 cm- 1 referem-se ao grupo químico COC (glicose - β - 1-4). O grau de desacetilação (GD) é considerado um dos principais parâmetros na caracterização de quitosana, e é definido como a proporção em percentual de grupos aminas livre em relação ao número de grupos aminas totais presentes na cadeia do polímero. O grau de desacetilação do acetato de quitosana e da quitosana nanocristalina foi de 64 e 84%, respectivamente, o que significa que houve aumento da reatividade da QNC devido ao aumento do GD, apresentado conforme Figura 2. A variação do tamanho de partícula das amostras de acetato de quitosana (2:0,8) e quitosana nanocristalina (2:2) foi analisada com a utilização de filtros mesh 0,450 μm. Os resultados, conforme Tabela 3, indicam tamanho médio de partícula de 266,0 nm para o acetato de quitosana e 55,52 nm para a quitosana nanocristalina.

Tabela 1, Tabela 2 e Figura 1.


Figura 2 e Tabela 3.

Conclusões

Foi desenvolvido um novo método para obter a QNC muito rápido, prático e com alta produtividade. Os resultados de FTIR não mostraram nenhuma alteração na estrutura do polímero, após processo de aglomeração e purificação.A RMN mostrou uma redução dos grupos desacetilados no acetato de quitosana, se comparado a quitosana inicial, com variação do GD de 95 a 62%. Por outro lado, na QNC, após aglomeração, o GD passou a ser 82%, indicando maior reatividade da estrutura. A análise do tamanho médio de partícula indicou 266 nm no AQ 2:0,8 e 56 nm QNC 2:2, com a utilização de filtros de Mesh 0,450 μm.

Agradecimentos

Análises de FTIR realizadas no ISI Eng. de Polímeros,RMN realizadas na ULBRA, análises de tamanho de partícula realizadas na UFRGS e suporte do Laboratório Biomatter.

Referências

[1] Muzzarelli, C., & Muzzarelli, R. A. A. (2002). Natural and artificial chitosan–inorganic composites. Journal of Inorganic Biochemistry, 92, 89–94.
[2]. PIGHINELLI Luciano, KUCHARSKA Magdalena, WAWRO Dariuz. Preparation of Microcrystalline chitosan: (MCCh0/tricalcium phosphate complex with Hydroxiapatite in sponge and fibre from for hard tissue regeneration, p. 19 – 2012.
[3] Guimarães, M. F.1, Pighinelli, L.1, Becker, C. M.2, Zehetmeyer G.2, Rasia, M. G.2 , Corrêa, D. S.1, Paz, R. L.1, Zannin, B. G.1, Kmiec, M.1, Tedesco, M. F.1, Reis, V.1, Silva, M. M.1, Feijó, C. T.1.