Synthesis, characterization and processing of bioreabsorbable polymers to use in Tissue Engineering

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Ingrid Rocha Barbosa SchiavonTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A busca por materiais que possam substituir funções totais ou parciais de um órgão ou tecido têm adquirido atenção e empenho do mundo científico nos últimos anos. A obtenção de biomateriais que possuam as características necessárias para as aplicações médicas e que não apresentem toxicidade é fundamental para o sucesso da Engenharia de Tecidos. Desta forma, este projeto foi elaborado buscando a síntese, caracterização e processamento de biomateriais para serem utilizados em Engenharia de Tecidos. O estudo envolve o processo de polimerização de Poli (L-Lactídeo) (PLLA) e do Poli (Glicolídeo) (PGA), assim como seus copolímeros PLGA. Também foram obtidas argilas bentoníticas organofilizadas para a produção de nanocompósitos de PLLA utilizando o processo de polimerização in situ. A cinética de polimerização por abertura de anel do PLLA foi estudada utilizando a técnica de DSC. Foram realizadas comparações da Energia de Ativação (Ea) utilizando três métodos isoconversionais: Ozawa ¿ Flynn- Wall (OFW), Kissinger ¿Akahira-Sunose (KAS) e Vyazovkin. Os polímeros de PLLA e PGA produzidos com diferentes quantidades de catalisador, iniciador e tempo reacional foram caracterizados através das técnicas de FTIR, TGA, DSC, GPC e DRX. Os copolímeros PLGA, também foram caracterizados através de FTIR, TGA e DSC. O processo de organofilização realizado para as argilas bentoníticas ocorreu de forma satisfatória e foram utilizadas para a obtenção dos nanocompósitos. Um novo processo foi desenvolvido para a obtenção de nanocompósito de PLLA, que consistiu na polimerização por abertura de anel sem a inertização do meio reacional e a adição da argila ocorreu de forma lenta após a completa fusão do monômero. O resultado obtido deste novo processo foi a obtenção de um nanocompósito de PLLA com indícios de que foi totalmente esfoliado, além de apresentar as características de FTIR, TGA e DSC que confirmam que o polímero formado é o PLLA. O processamento do PLLA e do nanocompósito de PLLA foi realizado através da técnica de Eletrofiação. Foram realizadas análises morfológicas e biológicas das nanofibras obtidas de PLLA e de seu nanocompósito e os ensaios biológicos realizados indicam que os materiais não apresentam toxicidade para o meio de cultura estudadoAbstract: The search for materials that can replace total or partial functions of an organ or tissue have gained attention and commitment of the scientific world in recent years. Obtaining biomaterials with the necessary characteristics for medical applications and which show no toxicity is critical to the success of Tissue Engineering. Thus, this project has been prepared seeking the synthesis, characterization and processing of biomaterials for use in Tissue Engineering. The study involves the process of in situ polymerization of Poly (L-Lactide) (PLLA) and Poly (Glycolide) (PGA) and their copolymers PLGA. It was also obtained organoclay for the production of nanocomposites PLLA using the process of in situ polymerization. The kinetics of ring opening polymerization of PLLA was performed by using DSC technique. Comparisons of Activation Energy (Ea) were made by using three isoconversinal methods: Ozawa ¿ Flynn ¿ Wall (OFW), Kissinger ¿ Akahira ¿ Sunose (KAS) and Vyazovkin. The PLLA and PGA polymers produced different amounts of catalyst, initiator and time reaction were characterized by FTIR, TGA, DSC, GPC and XRD techniques. The PLGA copolymers have also been characterized by FTIR, DSC and TGA. The organophilization process performed for bentonite clay occurred in a satisfactory manner and was used to obtain the nanocomposite. A new process has been developed for obtaining nanocomposite PLLA, which was the ring opening polymerization without blanketing the reaction medium and the addition of clay was slowly after complete melting of the monomer. The result of this new process produced a nanocomposite of PLLA with evidences that was completely exfoliated. The processing of the nanocomposite PLLA and pure PLLA was performed using the electrospinning techinique. Morphological and biological analyzes of the resulting nanofibers were made and the tests performed indicate that the pure and nanocomposite PLLA materials does not present toxicity to the medium of studied cultureDoutoradoDesenvolvimento de Processos QuímicosDoutora em Engenharia Quimica2012/06545-6FAPES

Development of nylon 6 nanocomposites in a batch reactor : in situ polymerization in experimental unit

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Carolina Burgos CostaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Este projeto envolve o estudo e desenvolvimento de materiais compósitos (polímero/carga) nanoestruturados (nanocompósitos), produzidos em uma unidade experimental de polimerização, destinada ao desenvolvimento de Nylon -6 (Poliamida-6 ou PA-6) para novas aplicações como plástico de engenharia. O estudo envolve o processo de polimerização de PA-6 e nanocompósitos de PA-6/argila organofílica a partir do monômero 'ÉPSILON '-Caprolactama, como também a produção das argilas organofílicas. A mistura é feita em um reator de bancada em batelada no qual argilas bentoníticas sódica e organofilizada são adicionadas à massa reacional (matriz polimérica) durante o processo de polimerização. Os estudos para o desenvolvimento de PA-6 e de seus nanocompósitos com diferentes características pretendem correlacionar os parâmetros reacionais e operacionais às propriedades finais do polímero obtido. Para isto, estudos de simulação do processo de polimerização foram desenvolvidos, juntamente com análises experimentais do produto. Dessa forma, a PA-6 e os nanocompósitos produzidos por meio do processo de polimerização in situ foram avaliados levando em consideração a eficiência da incorporação ou grau de esfoliação da argila no polímero, a massa molecular dos polímeros/nanocompósitos obtidos e suas características térmicas, determinadas por análises de DSC e TGA. Com base nos resultados obtidos, conclui-se que a polimerização in situ de nanocompósitos de PA-6/Argila Organofílica, utilizando o processo de polimerização hidrolítica da PA-6, é um processo viável de produção de nanocompósitos, uma vez que foi observada, através da técnica de DRX, uma possível formação de nanocompósitos esfoliados e/ou intercalados. Além disso, as simulações do processo de polimerização da PA-6, com ou sem a adição de argilas, apresentaram boa concordância com os valores obtidos experimentalmenteAbstract: This project involves the study and development of composite materials (polymer / filler) nanostructured (nanocomposites), produced in an experimental polymerization unit, for the development of Nylon-6 (Polyamide-6 or PA-6) for new applications such as engineering plastics. The study involves the PA-6 and PA-6/organoclay nanocomposites polymerization process using 'ÉPSILON '-caprolactam monomer, as well as the production of organoclays. The blend is done in a batch reactor in which organophilizated and sodic bentonite are added to the reaction mass (polymeric matrix) during the polymerization process. The studies on the development of PA-6 and its nanocomposites with different characteristics intend to correlate the reaction and operational parameters to the final properties of the obtained polymer. Thus, simulation studies of the polymerization process were developed, along with experimental analysis of the product. In this sense, PA-6 and nanocomposites produced by the in situ polymerization process were evaluated taking into account the incorporation efficiency or the exfoliation rate of the clay in the polymer, the molecular weight of polymers / nanocomposites obtained and their thermal characteristics, determined by DSC and TGA analysis. Based on these results, the conclusion is that the in situ polymerization of PA-6 and PA-6/organoclay nanocomposites using the PA-6 hidrolitic polymerization process, is a viable process for the production of nano-composites, since it was observed through the DRX technique a possible formation of exfoliated and/or intercalary nanocomposites. In addition, the PA-6 polymerization process simulations, with or without the addition of clays, presented a good fit with the experimental valuesMestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic

Synthesis, characterization and processing of bioreabsorbable polymers to use in Tissue Engineering

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Maria Ingrid Rocha Barbosa SchiavonTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A busca por materiais que possam substituir funções totais ou parciais de um órgão ou tecido têm adquirido atenção e empenho do mundo científico nos últimos anos. A obtenção de biomateriais que possuam as características necessárias para as aplicações médicas e que não apresentem toxicidade é fundamental para o sucesso da Engenharia de Tecidos. Desta forma, este projeto foi elaborado buscando a síntese, caracterização e processamento de biomateriais para serem utilizados em Engenharia de Tecidos. O estudo envolve o processo de polimerização de Poli (L-Lactídeo) (PLLA) e do Poli (Glicolídeo) (PGA), assim como seus copolímeros PLGA. Também foram obtidas argilas bentoníticas organofilizadas para a produção de nanocompósitos de PLLA utilizando o processo de polimerização in situ. A cinética de polimerização por abertura de anel do PLLA foi estudada utilizando a técnica de DSC. Foram realizadas comparações da Energia de Ativação (Ea) utilizando três métodos isoconversionais: Ozawa ¿ Flynn- Wall (OFW), Kissinger ¿Akahira-Sunose (KAS) e Vyazovkin. Os polímeros de PLLA e PGA produzidos com diferentes quantidades de catalisador, iniciador e tempo reacional foram caracterizados através das técnicas de FTIR, TGA, DSC, GPC e DRX. Os copolímeros PLGA, também foram caracterizados através de FTIR, TGA e DSC. O processo de organofilização realizado para as argilas bentoníticas ocorreu de forma satisfatória e foram utilizadas para a obtenção dos nanocompósitos. Um novo processo foi desenvolvido para a obtenção de nanocompósito de PLLA, que consistiu na polimerização por abertura de anel sem a inertização do meio reacional e a adição da argila ocorreu de forma lenta após a completa fusão do monômero. O resultado obtido deste novo processo foi a obtenção de um nanocompósito de PLLA com indícios de que foi totalmente esfoliado, além de apresentar as características de FTIR, TGA e DSC que confirmam que o polímero formado é o PLLA. O processamento do PLLA e do nanocompósito de PLLA foi realizado através da técnica de Eletrofiação. Foram realizadas análises morfológicas e biológicas das nanofibras obtidas de PLLA e de seu nanocompósito e os ensaios biológicos realizados indicam que os materiais não apresentam toxicidade para o meio de cultura estudadoAbstract: The search for materials that can replace total or partial functions of an organ or tissue have gained attention and commitment of the scientific world in recent years. Obtaining biomaterials with the necessary characteristics for medical applications and which show no toxicity is critical to the success of Tissue Engineering. Thus, this project has been prepared seeking the synthesis, characterization and processing of biomaterials for use in Tissue Engineering. The study involves the process of in situ polymerization of Poly (L-Lactide) (PLLA) and Poly (Glycolide) (PGA) and their copolymers PLGA. It was also obtained organoclay for the production of nanocomposites PLLA using the process of in situ polymerization. The kinetics of ring opening polymerization of PLLA was performed by using DSC technique. Comparisons of Activation Energy (Ea) were made by using three isoconversinal methods: Ozawa ¿ Flynn ¿ Wall (OFW), Kissinger ¿ Akahira ¿ Sunose (KAS) and Vyazovkin. The PLLA and PGA polymers produced different amounts of catalyst, initiator and time reaction were characterized by FTIR, TGA, DSC, GPC and XRD techniques. The PLGA copolymers have also been characterized by FTIR, DSC and TGA. The organophilization process performed for bentonite clay occurred in a satisfactory manner and was used to obtain the nanocomposite. A new process has been developed for obtaining nanocomposite PLLA, which was the ring opening polymerization without blanketing the reaction medium and the addition of clay was slowly after complete melting of the monomer. The result of this new process produced a nanocomposite of PLLA with evidences that was completely exfoliated. The processing of the nanocomposite PLLA and pure PLLA was performed using the electrospinning techinique. Morphological and biological analyzes of the resulting nanofibers were made and the tests performed indicate that the pure and nanocomposite PLLA materials does not present toxicity to the medium of studied cultureDoutoradoDesenvolvimento de Processos QuímicosDoutora em Engenharia Quimica2012/06545-6FAPES

PLLA synthesis and membrane production through rotary jet spinning process poly (L-lactic acid) synthesis and physico-chemical analysis

Poly (L-lactic acid) (PLLA) is a well-established polymer, which is widely used in a wide range of fields; however, it is a high cost material, presenting great difficulties for its purchase. Therefore, the present work proposes PLLA synthesis in the laboratory, as an alternative to turn this more feasible; its processing through rotary jet spinning to obtain fibrous membranes; its physico-chemical analyses for material characterization; and, in vitro cell viability analyses with osteoblasts and fibroblasts. Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), and Live/Dead® assays were the characterization analyzes of the obtained membrane. PLLA membranes had initial degradation at 200 °C, and none harmful chemical elements were present. In vitro test verified the compatibility of the membranes with two cell lines, indicating a possible and potential application of these membranes in the medical field71050345043COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPESFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESPsem informaçã