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Type: Tese
Title: Produção de fios contínuos a partir de nanofibras de policaprolactona/seda contendo pontos quânticos de carbono para aplicação em biotêxtil
Authors: Monique de Alvarenga Pinto Cotrim
First Advisor: Rodrigo Lambert Oréfice
First Referee: Eliane Ayres
Second Referee: Talita Martins
Third Referee: Juliano Elvis de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee4: André Ricardo Fajardo
Abstract: Biotêxteis constituem uma classe emergente dentro do campo de biomateriais. Devido a características intrínsecas, como leveza, resistência, adaptabilidade, esse tipo de estrutura pode imitar tecidos biológicos e ser empregada no reparo de regiões danificadas do corpo. A estrutura primária de um biotêxtil baseia-se em fibras, sendo que essas podem ser de origem natural, metálica, sintética, e processadas em estruturas não ordenadas (tecido não tecido) ou orientadas, como fios. Em biomateriais, a orientação das fibras pode atuar como sinalizador topográfico favorecendo a adesão celular ao material. Nesse contexto, o presente projeto investigou o desenvolvimento de fios contínuos de nanofibras eletrofiadas (NF-Y) a partir da blenda policaprolactona/seda (PCL/S) incorporada com pontos quânticos de carbono (CDs) com o propósito de aplicação em biotextil Micro/nanofibras da blenda PCL/S tem sido investigadas para aplicação biomédica, devido a combinação interessante entre propriedades mecânicas e bioatividade. Na primeira etapa do trabalho, foram investigados os efeitos na morfologia, resistência e processabilidade dos NF-Ys decorrentes da adição de seda (0-70%), variação da taxa de ejeção e velocidade de rotação funil coletor. Dentre as blendas investigadas, a proporção de PCL/S 50:50 demonstrou o melhor balanço entre processabilidade (continuidade do processo sem quebras recorrentes), propriedades mecânicas, maior uniformidade nos resultados e morfologia. Na segunda etapa, foi realizada a síntese dos CDs empregando proteína de seda como precursor e pirolise em micro-ondas, sendo o material obti do caracterizado por FTIR, RMN, UV-Vis, Fluorescência e MET. CDs com elevada fluorescência, diâmetro médio em torno de 9,4 nm e com grupamentos amina, amida e carboxila na superfície foram obtidos. Em seguida, os CDs foram incorporados (0-3% m/m) a solução de PCL/S 50:50 e eletrofiados em NF-Y a partir dos parâmetros estabelecidos na primeira etapa. Os NF-Ys PCL/S/CDs foram investigados por MEV, ensaios mecânicos, FTIR, ensaios de fluorescência e ensaio biológico. A adição de CDs aos NF-Ys de PCL/S resultou em estruturas com elevada fluorescência, contribuiu para o aumento da resistência mecânica (adição 1-2% CDs), e redução do diâmetro das nanofibras.Os melhores resultados em relação a intensidade da emissão fluorescente e resistência mecânica foram obtidos nos NF-Ys PCL/S 1% CDs. Somado a isso, os NF-Ys PCL/S/CDs apresentaram baixa toxicidade com resultados de viabilidade celular acima de 80%, mesmo quando o maior conteúdo de CDs (3% m/m) foi testado. Na última etapa do trabalho foi desenvolvido um protótipo de biotextil através da técnica de tricotagem em um dispositivo doméstico de i-cord. Os NF-Y desenvolvidos demonstraram potencial para serem empregados em biotêxteis, com várias possíveis funcionalidades como biosensor e atividade antimicrobiana. Através do uso de uma biomacromolécula que possui excelente desempenho mecânico, associada a um polímero sintético dúctil e biocompatível, e nanopartículas capazes de emitir fluorescência, buscou-se o desenvolvimento de um material têxtil, resistente, biodegradável, biocompatível e multifuncional.
Abstract: Biotextiles are an emergent field within biomaterials. Due to inherent properties such as lightweight, resistance, and tunability, this kind of structure can resemble biological tissues and be used to treat damaged body parts. In addition to that, textiles are flexible and able to adapt to complex anatomy. Biotextiles are primarily built from fibers, which can be natural, metallic, and synthetic, and combined into it randomly structures (nonwoven) or assembling it into oriented structures, such as yarns. In biomaterials, fiber orientation can act as a topographic clue that can contribute to cell adhesion. In this context, the present project proposed the development of continuous electrospun nanofiber yarns (NF-Ys), based on Polycaprolactone/silk/Carbon Quantum Dots (CDs) to be used in biotextiles. PCL/S micro/nanofibers can provide an interesting combination of mechanical properties and bioactivity. The present work was divided into three stages. Firstly, it investigated the effect of compositional and processing parameters, such as silk content (0-70%), flow rate, and rotatory collector speed on nanofibers morphology, tensile properties, and processability. Among the PCL/S formulations tested, PCL/S 50:50 demonstrated the most adequated balance between processability (continuity of electrospinning without breakage), tensile properties, and morphology. In the second phase, CDs were synthesized by microwave pyrolysis using silk protein as a precursor. CDs were investigated by TEM, FTIR, RMN, UV-Vis, and fluorescence assay. Highly fluorescent CDs were obtained with a mean diameter of 9,4 nm and having amide, amine, and carboxyl groups on the surface. The CDs were incorporated (0-3% w/w) to PCL/silk solution and electrospun into NF-Ys, and the resultant materials evaluated by SEM, mechanical tests, FTIR, Fluorescence and, biological assay (MTT). The addition of CDs to PCL/S NF-Ys resulted in highly fluorescent structures, contributed to increasing strength (1-2% CDs), and reduction of nanofiber diameter. NF-Y PCL/S 1% CDs had the best results considering fluorescence emission, and mechanical properties. In addition to that, PCL/S/CDs NF-Ys demonstrated low cytotoxicity, with cell viability results above 80%. In the last stage of this work, a biotextile prototype was knitted using an i-cord domestic device and PCL/S 1% CD. Such yarns show the potential to be assembled into larger structures such as biotextiles, with possible multi functionalities such as antimicrobial, and biosensing. By using a biomacromolecule that possesses outstanding mechanical properties, combined to a ductile polymer and highly fluorescent nanoparticles, it was proposed the production of fluorescent, resistant, biodegradable and biocompatible nanofiber yarns.
Subject: Materiais
Ciência dos materiais
Seda
Fluorescência
Carbono
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/36718
Issue Date: 28-Jul-2020
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