Production and characterization of the physicochemical and antimicrobial properties of alginate based nanocomposite biofilms containing ZnO nanoparticles
Orientadores: Ângela Maria Moraes, Andréa Cristiane Krause BierhalzDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Neste trabalho teve-se por objetivo analisar a influência de diferentes conteúdos de nanopartículas de óxido de zinco (ZnOnano) e de diferentes graus de reticulação nas propriedades de filmes de alginato plastificados com glicerol, visando-se a aplicação dos filmes como constituintes de curativos para lesões de pele ou de embalagens para alimentos. Preparados por casting, com e sem reticulação com Ca++, três grupos de filmes com e sem ZnOnano foram obtidos: não reticulados com cálcio (SC), reticulados em primeiro estágio (RP) e reticulados em primeiro e segundo estágio (RS). Observou-se que o uso de ZnOnano reforçou a matriz polimérica, não tendo sido possível obter filmes SC sem nanopartículas. O efeito da reticulação com Ca++ foi mais intenso que o da adição de ZnOnano para partículas menores que 100 nm. O uso do primeiro e do segundo estágio de reticulação modificou as propriedades dos filmes nanocompósitos, reduzindo sua permeabilidade ao vapor d¿água e espessura, melhorando as propriedades mecânicas e aumentando a estabilidade térmica. O efeito de reforço pelas nanopartículas nas propriedades mecânicas dos filmes RP foi potencializado com a redução do tamanho médio das ZnOnano (<50 nm). Contudo, o efeito do segundo estágio de reticulação mostrou-se superior ao uso das nanopartículas, independentemente do tamanho das mesmas, supondo-se que a presença das ZnOnano nos filmes reticulados RS possa ter reduzido a densidade de reticulação. A tonalidade e intensidade da cor foram alteradas, e a transparência dos filmes foi reduzida com o aumento no conteúdo de ZnOnano (<100 nm). Os filmes RS apresentaram, em média, permeabilidade ao vapor d¿água igual a 3,30 g?mm/m2?dia?kPa, tensão na ruptura de 64 MPa, 2% de alongamento e módulo de Young de 4.700 MPa. A opacidade do filme nanocompósito RS fabricado com 3% do ZnOnano (<50 nm) foi igual a 7,3% em comparação a 10,1% alcançado para o filme RS preparado com o 3% do ZnO (<100 nm). Os filmes nanocompósitos RS apresentaram atividade antimicrobiana contra Staphylococcus aureus e efeito bacteriostático contra Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa. Assim, como os filmes à base de alginato de cálcio preparados na presença de nanopartículas de ZnO apresentam atividade antimicrobiana, melhoria em variadas propriedades, além de aumento da estabilidade, conclui-se que os mesmos são uma alternativa promissora no desenvolvimento de curativos e embalagens antimicrobianasAbstract: he present work had the goal of analyzing the influence of different contents of zinc oxide nanoparticles (ZnOnano) and of different degree of cross-linking on the properties of alginate films plasticized with glycerol, aiming their application as wound dressings or antimicrobial food packaging. Prepared by casting, with and without cross-linking with Ca++, three groups of films with and without ZnOnano were obtained: non cross-linked with calcium (SC), cross-linked in one stage (RP) and cross-linked in two stages (RS). The use of ZnOnano reinforced the polymeric matrix, since it was not possible to obtain SC films without ZnOnano. On the other hand, the cross-linking with Ca++ effect was more intense than the addition of ZnOnano smaller than 100 nm. The increase in cross-linking degree, achieved by using the two stages of reticulation, altered the nanocomposite films properties, reducing their water vapor permeability and thickness, improving the mechanical resistance and increasing the thermal stability. The reinforcement effect of ZnOnano on mechanical properties of RP films was enhanced with the reduction on nanoparticle average size (< 50 nm). However, the increase in calcium concentration, accomplished with the use of the second stage of cross-linking, proved to be superior in comparison to nanoparticle incorporation, regardless of the particle average size used, so that the presence of ZnOnano on the RS cross-linked films might have reduced the cross-linking density. The color properties were altered and the transparency was decreased with the increase of zinc oxide nanoparticles. The RS films presented, on average, water vapor permeability of 3.30 g?mm/m2?dia?kPa, tensile strength of 64 MPa, 2% of elongation and Young modulus of 4,700 MPa. The opacity of RS nanocomposite film containing 3% of (<50 nm) was 7.3% in comparison to 10,1% obtained for the RS nanocomposite film manufactured with 3% of ZnO (<100 nm). The RS nanocomposite films presented antibacterial activity against Staphylococcus aureus and bacteriostatic effect against Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. Therefore, as the calcium alginate based films prepared in the presence of ZnO nanoparticles present antimicrobial activity, improvement on many properties, besides increased stability, it is concluded that they are promising alternative in the development of wound dressings and antimicrobial food packagesMestradoEngenharia QuímicaMestre em Engenharia Química33003017034P8CAPE
