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Document Type: Dissertação
Title: Produção e caracterização de filmes de PHB/PEG/ALG-e/NPsAg e PHB/ZnO/Ag com aplicação bactericida
Other Titles: PHB/ZnO/Ag and PHB/PEG/ALG-e/AgNPs bionanocomposite films for antibacterial applications
Authors: Silva, Mário Rodrigues Pereira da
Issue Date: 29-Oct-2018
Advisor: Almeida, Luís Eduardo
Co-advisor: Andrade, George Ricardo Santana
Resumo : A associação de aditivos poliméricos e nanopartículas (metálicas ou semicondutoras) à matriz de poli (3-hidroxibutitrato) (PHB) vem se difundido na literatura devido ao potencial de aplicação na área de engenharia médica, principalmente para confecção de biocurativos. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo produzir e caracterizar filmes poliméricos pela técnica de casting utilizando PHB associado ao polietileno glicol (PEG), alginato esterificado (ALG-e) e nanopartículas de prata (NPsAg) ou nanoestruturas hierárquicas de óxido de zinco (ZnO) decoradas com NPsAg (ZnO/Ag). NPsAg/citrato foram produzidas em suspensão aquosa e adicionadas aos géis poliméricos pela técnica de troca fase. Nanoestruturas de ZnO foram preparadas pelo método da precipitação na presença de tioureia e, posteriormente, decoradas com NPsAg por um método de fotorredução. Dados obtidos por MET e pela espectroscopia de absorção no UV-vis sugerem a presença de NPsAg/citrato aproximadamente esféricas com diâmetros por volta de 20 nm e banda de plasmon centrada em 410 nm. Por outro lado, quando as NPsAg são preparadas in situ na superfície do ZnO, a posição da banda de plasmon é significativamente afetada pela concentração inicial do precursor de íons Ag+. De acordo com dados de MEV e DRX, as partículas de ZnO apresentam morfologia de flores com estrutura cristalina tipo wurtzita. Para a amostra preparada com a maior concentração de AgNO3, um pico adicional em 38,5º sugere que as NPsAg possuem estrutura cúbica de face centrada. Os filmes contendo PHB/PEG/ALG-e/NPsAg foram caracterizados por MEV e por um ensaio de permeação a vapor de água (PVA), que sugerem que a presença de PEG aumenta a quantidade e distribuição de poros ou defeitos e, consequentemente, um aumento no PVA. Análises de TGA desse material demonstraram uma diminuição da temperatura degradação dos filmes de PHB contendo os aditivos poliméricos e NPsAg, sugerindo que as NPsAg possuem efeito catalítico. Os filmes PHB/ZnO e PHB/ZnO/Ag foram caracterizados por UV-vis-NIR, MEV e DRX, os quais corroboram a associação do PHB e as nanoestruturas adicionadas. Pelo ensaio de PVA desses filmes, observou-se uma maior permeação nos filmes contendo ZnO ou ZnO/Ag devido ao aumento de poros ou defeitos na superfície desses filmes. Finalmente, testou-se a atividade bactericida de todos os filmes preparados neste trabalho contra várias cepas bacterianas, incluindo Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Klebisiella pneumoniae, Escherichia coli e Staphylococcus epidermidis. Resultados preliminares para estes ensaios indicaram que o crescimento bacteriano foi inviabilizado na superfície dos filmes contendo NPsAg, ZnO ou ZnO/Ag. Os dados obtidos até o momento demonstram o potencial dos filmes com matriz de PHB e suas variações para utilização como biocurativos.
Abstract: In this work, films based on poly(3-hydroxybutyrate) containing polymeric additives, such as alginate and polyethylene glycol, silver nanoparticles or hierarchical ZnO/Ag hybrid nanostructures were prepared and tested as bactericidal agents. AgNPs/citrate were produced in aqueous suspension and added to polymeric gels by the phase exchange technique. Zinc oxide (ZnO) nanostructures were prepared by a precipitation method in the presence of thiourea and, subsequently, decorated with AgNPs by a simple photoreduction method. Citrate-stabilized silver nanoparticles present diameters around 20 nm and plasmon band centered at 410 nm, as shown by TEM and UV-vis-NIR spectroscopy. On the other hand, when the metal nanoparticles are prepared in situ on ZnO surface, the plasmon band position is significantly affected by the initial concentration of silver nitrate. According to MEV and XRD data, ZnO particles show a flower morphology with a wurtzite crystal structure. For the sample prepared with the highest concentration of AgNO3, an additional peak at 38.5° suggests that AgNPs have a FCC structure. The films containing PHB, PEG, ALG-e and AgNPs were characterized by MEV and correlated with the water-vapor permeability (WVP). The presence of PEG increases the quantity and distribution of pores or defects, which increases the WVP. Thermal analyzes (TGA) of this material demonstrated a decrease in the degradation temperature of the PHB films containing the polymer additives and AgNPs, suggesting a catalytic effect. PHB films with ZnO or ZnO/Ag were characterized by diffuse UV/vis reflectance spectroscopy, XRD, FTIR-ATR and SEM. The characterizations corroborate the presence of both PHB and ZnO, with oxide particles well-dispersed on the polymeric matrix. The PVA assay of these films presented a higher permeation for the films containing ZnO or ZnO/Ag due to the increase of pores or surface defects of these films. Finally, the bactericidal activity of the as-prepared films in this work was tested against various bacterial strains, including Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Klebisiella pneumoniae, Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis. Preliminary results for these assays indicated that bacterial growth was unviable on the surface of films containing AgNPs, ZnO or ZnO/Ag. The data obtained so far demonstrate the potential of PHB matrix films and their variations for using as bio-curatives.
Keywords: Ciência dos materiais
Curativos
Óxido de zinco
Partículas
Bactericidas
Biocurativos
Nanopartículas de prata
Matriz polimérica
Bio-curatives
Zinc oxide
Silver nanoparticles
Bactericidal
Polymeric matrix
Subject CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe
Program Affiliation: Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Citation: SILVA, Mário Rodrigues Pereira da. Produção e caracterização de filmes de PHB/PEG/ALG-e/NPsAg e PHB/ZnO/Ag com aplicação bactericida. 2018. 126 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2018.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/10153
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