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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Dissertação de Mestrado
Caracterização de matriz polimérica de hidrogel
termosensível sintetizada a partir de alginato-Ca
2+
e poli(N-
isopropil acrilamida), do tipo IPN e semi-IPN
Mestranda: Márcia Regina de Moura
Orientador: Prof. Dr. Edvani Curti Muniz
Maringá, Abril de 2005.
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Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
I
meus pais Paulo e Olívia
aos meus irmãos Ana Paula e Luis Gustavo
e ao meu noivo Fauze.
Pela oportunidade, amor e amizade.
A
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II
Se eu pudesse...
“ Se eu pudesse deixar algum presente a você,
deixaria aceso o sentimento de amar
a vida dos seres humanos.
A consciência de aprender tudo
o que foi ensinado pelo tempo a fora.
Lembraria os erros que foram cometidos
para que não mais se repetissem.
A capacidade de escolher novos rumos.
Deixaria para você, se pudesse,
o respeito à aquilo que é indispensável.
Além do pão, o trabalho.
Além do trabalho, a ação.
E, quando tudo mais faltasse,
um segredo:
O de buscar no interior de si mesmo
a resposta e a força para
encontrar a saída.”
Mahatma Gandhi
III
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelo dom da vida e capacitação.
Ao Prof. Dr. Edvani Curti Muniz, pela orientação dedicada, apoio, amizade e
paciência.
Ao Prof. Dr. Adley F. Rubira, pelo apoio, aprendizado e amizade.
Ao Prof. Dr. Eduardo Radovanovic, pela obtenção e análises das imagens de MEV.
A Prof. Dr. Ana Adelina W. Hechenleitner, pelo incentivo e amizade.
A todos os professores do Departamento de Química que contribuíram direta
ou indiretamente na minha formação.
Ao Claudemir, da secretaria de pós-graduação.
Ao colega Gilsinei M. Campese, pelas análises de propriedades mecânicas e amizade.
A empresa Gelita South América (Maringá) e à Universidade Estadual de Londrina
(UEL) locais onde foram realizadas as análises das propriedades mecânicas dos
hidrogéis.
Aos colegas do laboratório, pelo auxílio, atenção, paciência e amizade.
Aos colegas do Grupo de Materiais Poliméricos e Compósitos, pelo auxílio e
amizade.
Ao Fauze pela ajuda, incentivo e companheirismo na realização do trabalho.
A Capes, pela concessão da bolsa de mestrado.
A todos, que de alguma maneira contribuíram para a realização desse trabalho.
IV
CONTRIBUIÇÃO EM CONGRESSOS
1. Moura, M. R. de, Radovanovic, E., Rubira, A. F., Muniz, E. C., Coeficiente
de partição em hidrogéis tipo IPN, constituídos de matrizes de alginato de
cálcio e de poli(N-isopropil acrilamida). Apresentado no 27º Encontro
Nacional da Sociedade Brasileira de Química e XXVI Congresso Latino
Americano de Química, Salvador – BA, 2004.
2. Moura, M. R. de, Aouada, F. A., Rubira, A. F., Muniz, E. C., Síntese e
caracterização de hidrogéis termosensíveis constituídos de alginato-Ca
2+
e
poli(N-isopropil acrilamida). Apresentado no XII Encontro de Química da
Região Sul, Guarapuava – PR, 2004.
3. Moura, M. R. de, Guilherme, M. R., Campese, G. M., Radovanovic, E.,
Rubira, A. F., Muniz, E. C., Propriedades mecânicas e morfológicas de
matrizes porosas de hidrogéis termosensíveis de PNIPAAm e alginato-Ca
2+
.
Apresentado no XVI Congresso de Engenharia e Ciência de Materiais,
Porto Alegre – RS, 2004.
4. Moura, M. R. de, Aouada, F. A., Rubira, A. F., Muniz, E. C., Synthesis of
Thermo-sensitive hydrogels constituted of alginate-Ca
2+
(CA) / PNIPAAm
and evaluation of the LCST through different techniques. Apresentado no X
International Macromolecular Colloquium, Gramado – RS, 2005.
V
PUBLICAÇÕES
1. Guilherme M. R., Moura M. R. de, Radovanovic E., Geuskens G., Rubira A.
F., Muniz E. C., Novel thermo-responsive membranes composed of
interpenetrated polymer networks of alginate-Ca
2+
and poly(N-
isopropylacrylamide), Polymer, 2005, in press.
2. Moura M. R. de, Guilherme M. R., Campese G. M., Radovanovic E., Rubira,
A. F., Muniz E. C., Porous alginate-Ca
2+
hydrogels having interpenetrated
PNIPAAm networks: Interrelationship between compressive stress and
porous morphologies. Submetido à revista European Polymer Journal.
3. Moura M. R. de, Radovanovic E., Rubira A. F., Muniz E. C . Evaluating
proteins release, and interactions with, membranes composed of
interpenetrated polymer networks of alginate-Ca
2+
and poly(N-
isopropylacrylamide), a ser submetido ao Biomaterials.
4. Moura M. R. de, Aouada F. A., Rubira A. F., Muniz E. C. Synthesis of
hydrogels constituted of alginate-Ca
2+
(CA) / PNIPAAm and evaluation of
the LCST values through different techniques, a ser submetido ao Journal
Membrane Science.
VI
ÍNDICE GERAL
Índice de Abreviaturas...........................................................................................X
Índice de Figuras...................................................................................................XI
Índice de Tabelas..............................................................................................XVIII
Resumo................................................................................................................XIX
Abstract................................................................................................................XXI
CAPÍTULO I - Considerações Iniciais...................................................................1
1.1– Biomateriais....................................................................................................3
1.2– Hidrogéis.........................................................................................................4
1.3– Características do poli (N-isopropil acrilamida) (PNIPAAm)....................11
1.4– Alginato..........................................................................................................14
1.5– Técnicas para caracterização de hidrogéis................................................16
1.5.1 – Intumescimento................................................................................16
1.5.2 – Coeficiente de partição....................................................................17
1.5.3 – Microscopia eletrônica de varredura (MEV)...................................18
1.5.4– Propriedades mecânicas de hidrogéis............................................19
1.6– Objetivos........................................................................................................22
VII
CAPÍTULO II
2.1 – Introdução....................................................................................................24
2.2 – Parte Experimental......................................................................................25
2.2.1 – Reagentes..............................................................................................25
2.2.2 – Equipamentos.......................................................................................26
2.2.3 – Síntese de hidrogéis tipo IPN..............................................................27
2.2.4 – Coeficiente de partição........................................................................28
2.2.5 – Medidas de luz transmitida..................................................................28
2.2.6 – Medidas de contração volume............................................................29
2.2.7 – Medidas de Intumescimento................................................................30
2.2.8 – Medidas de ângulo de contato............................................................30
2.2.9 – Estado da água em hidrogéis..............................................................31
2.2.10 – Medidas de intumescimento-contração...........................................31
2.2.11 – Determinação das propriedades mecânicas dos hidrogéis...........32
2.2.12 – Propriedades morfológicas dos hidrogéis.......................................33
2.2.13 – Determinação da quantidade Ca
2+
....................................................33
2.2.14 – Caracterização do complexo formado entre alginato e PNIPAAm,
através da análise de espectros de FTIR.......................................................34
2.2.15 – Liberação de proteína em diferentes temperaturas........................34
2.3 – Resultados e Discussão..............................................................................36
2.3.1 – Medidas de coeficiente de partição....................................................36
2.3.2 – Intensidade relativa de luz transmitida...............................................39
VIII
2.3.3 – Determinação da contração dos hidrogéis em várias temperaturas..41
2.3.4 – Comparação dos valores da LCST obtidos por diferentes técnicas.....43
2.3.5– Análise da morfologia dos hidrogéis através de microscopia
eletrônica de varredura....................................................................................44
2.3.6 – Medidas de Intumescimento................................................................48
2.3.7 – Ângulo de contato................................................................................52
2.3.8 – Estado da água presente nos hidrogéis.............................................53
2.3.9 – Propriedades mecânicas dos hidrogéis.............................................54
2.3.10 – Perfil de contração e expansão.........................................................62
2.3.11 – Determinação da quantidade de Ca
2+
...............................................63
2.3.12 – Caracterização do complexo formado..............................................64
2.3.13 – Liberação de proteína in vitro...........................................................65
2.4 – Conclusões...................................................................................................70
CAPÍTULO III
3.1 – Introdução....................................................................................................72
3.2 – Parte Experimental......................................................................................72
3.2.1 – Reagentes..............................................................................................72
3.2.2 – Equipamentos.......................................................................................73
3.2.3 – Síntese do PNIPAAm............................................................................73
3.2.4 – Preparação dos hidrogéis tipo semi-IPN............................................73
3.2.5- Preparação dos hidrogéis tipo IPN.......................................................74
3.2.6 – Medidas de Intumescimento................................................................74
IX
3.2.7 – Propriedades morfológicas dos hidrogéis.........................................75
3.2.8 – Determinação das Propriedades Mecânicas dos Hidrogéis.............75
3.3 – Resultados e Discussão..............................................................................76
3.3.1 – Intumescimento....................................................................................76
3.3.2 – Análise morfológica dos hidrogéis através de microscopia
eletrônica de varredura....................................................................................80
3.3.3 – Propriedades mecânicas dos hidrogéis IPN e semi-IPN..................83
3.4 – Conclusões...................................................................................................89
CAPÍTULO IV- Considerações Finais..................................................................90
CAPÍTULO V – Referências Bibliográficas.........................................................92
X
LISTA DE ABREVIATURAS
AFM Microscopia de força atômica
BSA Albumina de soro bovino
CA Alginato de cálcio
E Módulo de elasticidade
EDTA Etilenodiaminatetracético
f Força aplicada para compressão do hidrogel
FTIR Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier
IPN Rede polimérica interpenetrante
K Coeficiente de partição
LCST Temperatura crítica consoluta inferior
MBAAm N-N'- Metileno-bis-acrilamida
MEV Microscopia eletrônica de varredura
NIPAAm N-isopropil acrilamida
PNIPAAm Poli(N-isopropil acrilamida)
Q
SA
Grau de intumescimento
Alginato de sódio
SA
1
Alginato de sódio de baixa massa molar
SA
2
Alginato de sódio de alta massa molar
Semi-IPN Rede polimérica semi-interpenetrante
TEMED N-N-N'-N'- tetrametiletilenodiamina
σ
máx
Tensão máxima de compressão
ν
e
Densidade aparente de reticulação
XI
ÍNDICE DE FIGURAS
CAPÍTULO I
Figura 1.1:................................................................................................................5
Modelo representativo das estruturas dos hidrogéis
Figura 1.2:................................................................................................................6
Concentração de droga no sítio terapêutico de ação após sua liberação através
de injeções convencionais e através de um sistema de liberação controlada.
Figura 1.3:................................................................................................................7
Exemplos de mecanismo de controle de liberação. (Uhrich et al., 1999).
Figura 1.4:..............................................................................................................10
Esquema ilustrando uma rede IPN.
Figura 1.5:..............................................................................................................10
Esquema ilustrando uma rede semi-IPN.
Figura 1.6:..............................................................................................................11
Representação estrutural do monômero do NIPAAm.
Figura 1.7:..............................................................................................................11
Representação estrutural do PNIPAAm.
Figura 1.8:..............................................................................................................14
Conformação dos ácidos β - D – manurônico (M) e α - L – glucorônico (G).
Figura 1.9:..............................................................................................................15
Representação esquemática da interação Ca
2+
e molécula de alginato com
formação da estrutura “caixa de ovo”.
XII
Figura 1.10:............................................................................................................16
Representação esquemática de um hidrogel interagindo com moléculas de
água.
CAPÍTULO II
Figura 2.1:..............................................................................................................28
Esquema utilizado para medir o coeficiente de partição.
Figura 2.2:..............................................................................................................29
Modelo do equipamento utilizado na medida da luz transmitida.
Figura 2.3:..............................................................................................................36
Estrutura molecular do alaranjado II.
Figura 2.4:..............................................................................................................37
Coeficiente de partição para o alaranjado II em função da temperatura para os
hidrogéis constituídos de CA e PNIPAAm, tipo IPN, para o sistema (1-1-P).
Figura 2.5:..............................................................................................................39
Coeficiente de partição para o alaranjado II em função da temperatura para os
hidrogéis de CA e PNIPAAm, tipo IPN, para o sistema (2-1-P).
Figura 2.6:..............................................................................................................40
Intensidade relativa de luz transmitida através dos hidrogéis do sistema (1-1-P) (A)
e (2-1-P)(B) em função da temperatura.
Figura 2.7:..............................................................................................................41
Hidrogel (1-1-5) intumescido até equilíbrio, em várias temperaturas.
XIII
Figura 2.8:..............................................................................................................42
Dependência de volume normalizado em função da temperatura para hidrogéis
tipo IPN, dos sistemas (1-1-P) (A) e (2-1-P) (B).
Figura 2.9:..............................................................................................................43
Variação na temperatura de transição de fase (LCST) em função da quantidade
de PNIPAAm dos hidrogéis (1-1-P), obtidos por diferentes métodos.
Figura 2.10:............................................................................................................45
Micrografias, obtidas por MEV, da superfície de hidrogéis CA/PNIPAAm (2-1-5)
após serem liofilizados nas temperaturas indicadas.
Figura 2.11:............................................................................................................46
Esquema das estruturas obtidas no processo de liofilização.
Figura 2.12:............................................................................................................47
Micrografia, obtida por MEV, da superfície dos hidrogéis (1-1-0) (A) e (0-0-5) (B),
após serem liofilizados na temperatura de 25º C.
Figura 2.13:............................................................................................................48
Dependência de tamanho de poros (ξ) com a temperatura para hidrogéis
constituídos de rede de alginato-Ca
2+
entrelaçada com rede de PNIPAAm do
sistema (2-1-P).
Figura 2.14:............................................................................................................49
Dependência do grau de intumescimento com a temperatura para hidrogéis
(1-1-P), tipo IPN.
Figura 2.15:............................................................................................................50
Dependência do grau de intumescimento com a temperatura para hidrogéis
(2-1-P), tipo IPN.
XIV
Figura 2.16:............................................................................................................51
Dependência do grau de intumescimento de hidrogéis (1-C-5) tipo IPN com a
temperatura.
Figura 2.17:............................................................................................................52
Dependência do ângulo de contato com a temperatura para os hidrogéis (1-1-P).
Figura 2.18:............................................................................................................53
Termogramas de DSC para hidrogéis IPN do sistema (1-1-P).
Figura 2.19:............................................................................................................55
Dependência da tensão máxima de compressão (σmax) com a temperatura
para os hidrogéis IPN do sistema (1-1-P).
Figura 2.20:............................................................................................................56
Dependência da σmax com a temperatura para os hidrogéis IPN do sistema (2-1-P).
Figura 2.21:............................................................................................................58
Módulo de elasticidade dos hidrogéis do sistema (1-1-P) em função da temperatura.
Figura 2.22:............................................................................................................59
Módulo de elasticidade de hidrogéis do sistema (2-1-P) em função da temperatura.
Figura 2.23:............................................................................................................60
Densidade aparente de reticulação dos hidrogéis (1-1-P) em função da temperatura.
Figura 2.24:............................................................................................................61
Densidade aparente de reticulação dos hidrogéis (2-1-P) em função da temperatura.
XV
Figura 2.25:............................................................................................................62
Dependência do grau de intumescimento em função do tempo: em ciclos entre
25 ºC e 40 ºC.
Figura 2.26:............................................................................................................63
Quantidade de Ca
2+
existente nos hidrogéis tipo IPN.
Figura 2.27:............................................................................................................65
Espectros de FTIR dos hidrogéis IPN de CA/PNIPAAm e das redes individuais de
CA e PNIPAAm.
Figura 2.28:............................................................................................................66
Quantidade (%) de proteína liberada, BSA, a partir de hidrogéis (1-1-P) constituídos
de alginato-Ca
2+
e PNIPAAm, realizados a 22,0 ºC.
Figura 2.29:............................................................................................................67
Quantidade (%) de protéina liberad, BSA, a partir de hidrogéis (2-1-P) constituídos
de alginato-Ca
2+
e PNIPAAm.
Figura 2.30:............................................................................................................68
Quantidade de BSA liberada a partir de hidrogéis 1-1-5,0 nas temperaturas de 22 ºC
e 37 ºC.
CAPÍTULO III
Figura 3.1:..........................................................................................................................77
Intumescimento de hidrogéis (1-1-P) tipo semi-IPN em função da temperatura.
Figura 3.2:..........................................................................................................................78
Intumescimento de hidrogéis (2-1-P) tipo semi-IPN em função da temperatura.
XVI
Figura 3.3:..........................................................................................................................79
Intumescimento de hidrogéis (1-1-P), tipo IPN em função da temperatura.
Figura 3.4:..........................................................................................................................80
Micrografias da superfície de hidrogéis IPN, obtidas por MEV, nas temperaturas
indicadas.
Figura 3.5:..........................................................................................................................81
Micrografia, obtida por MEV, da superfície do hidrogel (1-1-5) semi-IPN, na
temperatura de 25 ºC.
Figura 3.6:..........................................................................................................................83
Dependência da tensão máxima de compressão (σmáx) com a temperatura para
diferentes hidrogéis semi-IPN do sistema (1-1-P).
Figura 3.7:..........................................................................................................................84
Dependência da tensão máxima de compressão (σmáx) com a temperatura para os
hidrogel (1-1-5) do tipo semi-IPN e IPN.
Figura 3.8:..........................................................................................................................85
Módulo de elasticidade dos diferentes hidrogéis do sistema (1-1-P) em função da
temperatura.
Figura 3.9:..........................................................................................................................86
Dependência do módulo elasticidade (E) com a temperatura para hidrogéis (1-1-5)
do tipo semi-IPN e IPN.
Figura 3.10:........................................................................................................................87
Densidade aparente de reticulação do hidrogel (1-1-P) semi-IPN em função da
temperatura.
XVII
Figura 3.11:........................................................................................................................88
Densidade aparente de reticulação do hidrogel (1-1-5) semi-IPN e IPN em função da
temperatura.
XVIII
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1.1...............................................................................................................18
Resultados das razões de coeficiente de partição.
Tabela 2.1:.............................................................................................................45
Tamanho médio de poros, ξ, nas temperaturas de 25, 30 e 40 ºC, para
hidrogéis do sistema (1-1-P) IPN. Os valores estão dados em μm.
Tabela 2.2:.............................................................................................................54
Teores de água total (EWC), água livre e água ligada em hidrogéis de Alginato-Ca
2+
e
PNIPAAm dos tipo IPN, estimados através de grau de intumescimento e análises
de DSC.
Tabela 2.3:.............................................................................................................69
Valores de n (coeficiente difusional) para hidrogéis utilizados no processo de
liberação à 22 ºC.
Tabela 3.1:.............................................................................................................82
Valores de tamanho médio de poros, ξ, nas temperaturas de 25, 33 e 40 ºC,
para diversos hidrogéis do sistema (1-1-P), do tipo IPN e semi-IPN, constituído de
alginato-Ca
2+
e PNIPAAm . Os valores de ξ são dados em μm.
XIX
RESUMO
Neste trabalho foram sintetizados hidrogéis associando as propriedades do
alginato com as do poli(N-isopropil acrilamida) (PNIPAAm). Assim, hidrogéis
termosensíveis contendo alginato de cálcio (CA) e PNIPAAm foram sintetizados e
caracterizados. O presente estudo se divide em duas partes: na primeira parte
foram sintetizados hidrogéis com redes de CA e de PNIPAAm entrelaçadas (tipo
IPN); na segunda parte
foram sintetizados hidrogéis tipo semi-IPN nos quais
cadeias lineares de PNIPAAm são entrelaçadas na rede de CA e também
hidrogéis do tipo IPN. O alginato utilizado na primeira parte
do trabalho possui
massa molar 3,0 x 10
5
g Mol
-1
e o utilizado na segunda parte tem massa molar cerca de
quatro vezes maior, 1,3 x 10
6
g Mol
-1
.
Os hidrogéis foram caracterizados por meio de
diferentes técnicas e suas propriedades foram correlacionadas com as suas
estruturas.
Nos hidrogéis (IPN) sintetizados na primeira parte
verificou-se significativa
influência da quantidade de PNIPAAm no valor da LCST (Lower Critical Solution
Temperature). Nos hidrogéis com maior quantidade de PNIPAAm, o valor da
LCST tende a diminuir, aproximando-se de 32 ºC, valor da LCST de PNIPAAm em
água. Ao serem aquecidos a temperaturas acima da LCST, os hidrogéis tipo IPN
apresentaram significativa contração, devido à transição de hidrofílica para
hidrofóbica do PNIPAAm, tornando-se opalescentes. A opalescência nesses
hidrogéis foi monitorada por meio de medidas de intensidade de luz transmitida
através do hidrogel em função da temperatura. O decréscimo no tamanho médio
de poros devido à contração foi quantificado por meio de micrografias obtidas por
MEV. Ainda, ao serem aquecidos os hidrogéis apresentaram aumento na
XX
resistência mecânica, decréscimo considerável nos valores de intumescimento e
acréscimo nos valores de ângulo de contato. A quantidade de Ca
2+
presente no
hidrogel, necessária para a formação da rede de alginato, foi determinada por
espectrofotometria de absorção atômica. Verificou-se que a quantidade de Ca
2+
diminui devido a presença de PNIPAAm no hidrogel. Por meio de análises de
FTIR, foi observada a presença de bandas características da formação de
complexo entre o alginato e o PNIPAAm. Estudos relativos à liberação da proteína
albumina de soro bovino (BSA) indicaram que a quantidade de BSA liberada é
significativamente maior e mais rápida quando o hidrogel está abaixo da LCST.
Outro aspecto importante nesses hidrogéis é que podem ser potencialmente
utilizados como biomateriais já que o valor da LCST pode ser ajustado à
temperatura do corpo, por controlar as quantidades de NIPAAm e de alginato na
sínteses do hidrogel.
Os hidrogéis tipo semi-IPN sintetizados na segunda parte
apresentaram
apenas leve contração e pequena redução nos valores de grau de intumescimento
quando aquecidos acima da LCST do PNIPAAm. A resistência mecânica dos
hidrogéis do tipo semi-IPN não é influenciada pela temperatura.
A diferença no comportamento entre os hidrogéis IPN (redes de CA e
PNIPAAm entrelaçadas) e semi-IPN foi atribuída à existência de uma só rede
nesses últimos (rede de CA). A contração dos hidrogéis IPN, que ocorre em
menor escala nos hidrogéis com alginato de maior massa molar, foi atribuída ao
colapso da rede de PNIPAAm que arrasta a rede de CA (menos rígida). Nos
hidrogéis semi-IPN as cadeias lineares de PNIPAAm colapsadas são suportadas
mecanicamente pela rede de CA que não se contrai.
XXI
ABSTRACT
In this work, hydrogels joining the properties of the alginate and poly(N-
isopropyl acrylamide) (PNIPAAm) were synthesized. Thus, temperature-responsive
hydrogels based in alginate-Ca
2+
(CA) and PNIPAAm were synthesized and
characterized. The present study was divided in two parts: in the first part
IPN
hydrogels based in CA interpenetrated network in a previously synthesized
PNIPAAm network were obtained; in the second part
semi-IPN hydrogels
composed of linear chains of PNIPAAm entrapped in the CA network were
synthesized and IPN hydrogels as well. The alginate utilized in the first part
present
molar mass 3,0 x 10
5
g Mol
-1
while the molar mass of that utilized in the second part is
around 1,3 x 10
6
g Mol
-1
. The hydrogels were characterized through different techniques
and their properties were correlated with the respective structures.
The values of LCST (Lower Critical Solution Temperature) of hydrogels (IPN)
synthesized in the first part
are influenced by the PNIPAAm content. If the CA content is
fixed in 1%, as higher is the amount of PNIPAAm, lower is the LCST values that
converge to approximately 32 ºC, the value of LCST of PNIPAAm in water. Above the
LCST, IPN hydrogels presented significant contraction, due to the transition hydrophilic to
hydrophobic of PNIPAAm chains and these hydrogels became opalescent. The
opalescence was measured by light intensity transmitted through the hydrogels as a
function of temperature. The decrease in the porous size due to the contraction was
determined through SEM. When warmed above the LCST, the IPN hydrogels presented
increase in the mechanical properties, but the values of swelling degree decrease and the
values of drop water contact angle increase. The amount of Ca
2+
in the hydrogels,
responsible for the alginate network formation, was determined by atomic absorption
XXII
spectrofotometry. It was verified that the incorporated amount of Ca
2+
decrease as the
PNIPAAm content is raised and it was attributed to the complex formation among alginate
and PNIPAAm chains, confirmed by FTIR spectroscopy. Studies concerning the release
of bovine serum albumin (BSA) demonstrate that the amount of BSA released is
significantly greater and more faster if the IPN hydrogel is below the LCST. As the LCST
of these IPN hydrogels can be adjusted to the body temperature by controlling the
amounts of NIPAAm and CA concentration used in the hydrogel synthesis, these
materials presented potential to be applied a biomaterials.
The semi-IPN hydrogels synthesized on second part
presented slight contraction
and reduction in the swelling degree values even above the LCST of PNIPAAm. The
mechanical properties of the semi-IPN hydrogels is not influenced by temperature and the
LCST values of such hydrogels do not vary with the amount of CA and PNIPAAm.
The differences in the behavior of IPN hydrogels (CA network and chain
entrapped PNIPAAm) compared to the semi-IPN hydrogels were attributed the existence
of only one network (CA network) in the last ones. As the contraction of IPN hydrogels
occurs with less intensity in the hydrogels from alginate with higher molar mass, it was
suggested that the collapsing of the PNIPAAm network induces the contracting of CA
network (less rigid). In the semi-IPN hydrogels, the collapsed PNIPAAm chains are
mechanically supported by CA network, thus no contraction occurs.
1
CAPÍTULO I
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Os primeiros registros dos costumes das antigas tribos humanas já
apontavam a relação de nossa espécie com os materiais, tanto é que vários
períodos do progresso humano recebem os nomes de "Idade da Pedra", "Idade
do Bronze", "Idade do Ferro" e assim por diante. Nossos ancestrais nunca
imaginaram que ao lascar e polir pedaços de pedra, para criar instrumentos
que facilitavam a caça e os trabalhos do dia a dia, estariam alicerçando o
primeiro passo de tantas outras gerações que, após a pedra lascada,
descobririam materiais que facilitariam a vida do homem moderno. Com o
avanço do conhecimento e da ciência, os cientistas intensificaram seus estudos
e visões sobre os materiais, descobrindo sua natureza utilizando-se de
microscópios. Isso possibilitou a identificação de novas propriedades dos
materiais, suas limitações e como manipulá-los de maneira a produzir novas
variabilidades de aplicações. Foi um grande salto para o homem que então
iniciou pesquisas mais profundas e, desta forma, dominou os materiais, suas
estruturas, seus arranjos de átomos e, como conseqüência, seus processos de
fabricação e transformação. Seja em nossa casa, nosso carro, em nosso
aparelho de TV, nos computadores, nas próteses cirúrgicas ou até mesmo em
nossas roupas, existem milhares de variedades de materiais presentes em
nosso cotidiano.
2
O termo Material é definido como qualquer substância que pode ser
usada em aplicações práticas. Para facilitar o estudo na área de materiais
estes foram divididos em cinco grandes grupos: materiais naturais, materiais
cerâmicos, materiais metálicos, polímeros e compósitos (Van Vlack, 1970).
Nos anos 70 surgiu o termo “novos materiais”, com objeto de estudar os
materiais recém-descobertos ou já desenvolvidos e que evoluíram
tecnologicamente na fabricação e no uso de suas funções. Dentro da classe de
novos materiais encontramos os chamados biomateriais. Os biomateriais são
substâncias de origem natural ou sintética. Apresentam biocompatibilidade, o
que abre possibilidade para a utilização desses materiais na substituição total
ou parcial de sistemas biológicos.
Os biomateriais têm contribuído significativamente para o avanço da
medicina moderna. A partir da colaboração entre engenheiros biomédicos,
engenheiros de materiais, químicos, físicos, biólogos e médicos, a área de
biomateriais tem amadurecido, tornando-se uma área de pesquisa
multidisciplinar de grande importância tecnológica e de bem estar para a
sociedade.
Um rápido progresso vem sendo conseguido nessa área, resultando na
síntese de novos materiais poliméricos e cerâmicos, na aquisição de
conhecimentos sobre interações entre biomateriais e tecidos biológicos para o
reparo de cartilagens (Köse et al., 2005; Coverte et l., 2003; Suh et al., 2000;
Wyre et al., 2000; Malmonge et al., 1999), no cultivo de células (Declercq et
al., in press; Lakard et al., 2004; Lu et al., 2003; Hoffman, 2002), além do
avanço dos sistemas para liberação controlada de fármacos (Gupta et al.,
3
2002; Luo et al., 2001). No tópico a seguir é elaborada uma discussão mais
ampla sobre biomateriais.
1.1 - Biomateriais
Segundo a Conferência da Sociedade Européia de Biomateriais (1986),
“biomaterial é todo material não vivo usado em um dispositivo médico (ou
biomédico), objetivando a interação com o sistema biológico”. Os biomateriais
são utilizados na reconstrução e regeneração óssea em geral, incluindo os
tratamentos odontológicos.
Algumas características são fundamentais para utilizar biomateriais em
organismos vivos:
- ser biocompatível;
- não ser tóxico nem carcinogênico;
- ser quimicamente estável;
- ter estabilidade mecânica adequada;
- ter peso, forma e densidade adequados;
- ser relativamente barato;
- ser biofuncional, desempenhar a função para o qual foi fabricado com a
máxima eficiência.
Dentro dessas características a mais importante é a biocompatibilidade,
pois a biofuncionalidade de um material só poderá se manifestar caso haja
biocompatibilidade. Um material de ótima biocampatibilidade é aquele que não
resulta em reações teciduais adversas e que possui a habilidade para induzir
no hospedeiro uma resposta adequada a uma aplicação específica.
Dependendo da aplicação do biomaterial, a biodegradabilidade é também uma
4
característica importante, como por exemplo, em suporte de crescimento de
tecidos e em sistemas de liberação de fármaco, nas quais as matrizes
implantadas não são retiradas após o término de sua função e sim degradadas
pelo organismo.
Uma grande vantagem do ponto de vista tecnológico é que praticamente
grande parte das classes de materiais podem ser utilizadas como biomateriais.
Assim, podemos ter biomateriais metálicos, cerâmicos, poliméricos, entre
outros.
Os hidrogéis poliméricos constituem uma classe de biomateriais
bastante adequados para a aplicação no cultivo de células e no processo de
liberação de fármaco (Luo et al., 2004; Gupta et al., 2002).
1.2 – Hidrogéis
Hidrogéis são polímeros capazes de absorver elevada quantidade de
água. Estruturalmente são constituídos por uma rede polimérica tridimensional,
formada por cadeias macromoleculares interligadas por ligações covalentes, as
chamadas reticulações (Muta et al., 2001; Cai and Gupta, 2001; Guilherme et
al., 2005). Caracterizam-se por apresentarem hidrofilicidade e insolubilidade. A
hidrofilicidade é devido à presença de grupos hidrofílicos tais como: -OH,
-COOH, -CONH
2
,-SO
3
H, entre outros, e a insolubilidade e estabilidade de
forma são devidos à rede tridimensional.
Hidrogéis podem ser do tipo químico e do tipo físico (Figura 1.1). Essa
classificação se deve à diferença na síntese do hidrogel, pois hidrogéis do tipo
químico, conhecidos também como hidrogéis permanentes, são formados por
reações químicas. Os hidrogéis do tipo físico, conhecidos também como
5
hidrogéis temporários, são formados através de interações físicas (Hoffman,
2002).
Figura1.1: Modelo representativo das estruturas dos hidrogéis
Os hidrogéis podem ser naturais (ágar, ácido hialurônico, alginato,
quitosana), semi-sintéticos (polímeros naturais modificados, por exemplo
dextrana reticulada, galactomanana) e sintéticos (poliacrilamida, poli(HEMA),
PVC, etc.). Podem ser classificados como neutro ou iônico, dependendo da
natureza dos grupos lateralmente ligados às cadeias poliméricas. A rede pode
ser formada por homopolímeros ou copolímeros (Peppas et al., 2000). Os
hidrogéis podem ser ambientes responsivos, ou seja, podem variar seu
intumescimento dependendo do pH, força iônica e temperatura (Khare e
Peppas, 1995).
Os hidrogéis apresentam algumas vantagens que os tornam
interessantes para a utilização em aplicações médicas. Dentre estas vantagens
destacam-se:
- a capacidade de intumescer em água, o que os assemelha a muitos tecidos
vivos;
- a sua consistência elastomérica minimiza o atrito entre tecidos e hidrogel;
- a permeabilidade: permite o fluxo de fluidos corpóreos pelo material, pois
hidrogéis apresentam porosidade;
- facilidade de obtenção em diferentes formas;
6
- permite a incorporação e liberação controlada de fármacos.
A interação entre hidrogéis e células é algo que está sendo muito
discutido na ciência de materiais biomédicos e vários artigos foram publicados
sobre esse assunto (Jen et al., 1996; Kong et al., 2003; Luo et al., 2004;
Haque et al., 2005).
A liberação controlada de fármaco representa uma das áreas mais
avançadas da ciência dos biomateriais. Sua importância pode ser representada
esquematicamente através da Figura 1.2, que compara o efeito da liberação
através de um sistema convencional e um sistema de liberação controlada
(Brannon-Peppas, 1997).
(a) (b)
Figura 1.2 - Concentração de droga no sítio terapêutico de ação após sua
liberação através de (a) injeções convencionais e através de (b) sistema de
liberação controlada.
Na Fig. 1.2 é mostrado que dentro do corpo a concentração da droga
pode atingir três níveis: nível sub-terapêutico, em que sua concentração está
abaixo da necessária; nível terapêutico em que o fármaco tem a função
terapêutica; e nível tóxico, em que a concentração do fármaco é excessiva. Na
Nível
Terapêutico
Sub-
Terapêutico
Nível
Tóxico
7
Figura é mostrado também que o sistema de liberação controlado de fármaco
apropriado permitiu que a concentração do fármaco permanecesse dentro da
concentração terapêutica desejada (Reddy et al., 1999). No caso do sistema
convencional da Figura 1.2, as injeções do fármaco foram realizadas a cada 6
horas, por um período de 24 horas. Nesse caso, a concentração do fármaco
não foi estável, variando grandemente de concentração, permanecendo
somente por determinado tempo na concentração terapêutica, decaindo ao
nível sub-terapêutico sendo, então, necessária outra injeção. Existem três
principais formas de se controlar a liberação do fármaco: retardando sua
dissolução, inibindo sua difusão através da matriz ou controlando o fluxo de
solução que contém a droga (Uhrich et al., 1999). Esses mecanismos estão
exemplificados na Fig.1.3.
Figura 1.3: Exemplos de mecanismo de controle de liberação. (Uhrich et
al., 1999).
8
Os hidrogéis emergiram como uma opção promissora nessa área, seu
uso estende-se a aplicações farmacêuticas e biomédicas. Moléculas de
diferentes tamanhos podem difundir para dentro e fora do hidrogel, permitindo
sua utilização como redes poliméricas secas ou intumescidas, em sistemas
para administração oral, nasal, bucal, ocular, entre outros.
Hidrogéis podem responder estímulos externos por meio de mudanças
em seu comportamento químico ou físico, resultando, por exemplo, na
liberação do fármaco aprisionada de forma controlada.
Sabe-se que ocorrem variações de pH em vários sítios do corpo
humano, tais como no tratogastrointestinal, na vagina e em vasos sangüíneos.
Isso pode ser interessante para liberação de fármaco baseada na resposta
frente ao pH. Redes poliméricas sensíveis ao pH são usadas em liberação de
insulina, em que as enzimas glucose oxidase e catalase estão imobilizadas em
um hidrogel sensível ao pH, tendo como copolímero base o hidroxietil
metacrilato, junto a uma solução saturada de insulina (Brandon- Peppas,
1997) . Nesse caso, o intumescimento do hidrogel é desencadeado pela
difusão da glucose no hidrogel, que resulta na conversão da glucose a ácido
glucônico, abaixando o pH no hidrogel e causando o intumescimento. Uma
diminuição na concentração de glucose leva à contração do hidrogel e diminui
a liberação de insulina. Esse sistema de liberação de drogas auto-regulatório
permite que a liberação ocorra de acordo com as necessidades do corpo.
(Gupta et al., 2002).
A utilização de polímeros biodegradáveis para sintetizar os hidrogéis,
que são utilizados no processo de liberação, é muito importante. Os polímeros
naturais são, freqüentemente, biodegradáveis como, por exemplo, o colágeno,
9
a celulose e a quitosana e são muito utilizados como matrizes em liberação de
fármacos. Um exemplo é a aplicação de quitosana enxertada com poli (ácido
acrílico), formando um copolímero, na confecção de nanoesferas para se
estudar a liberação controlada em função do tempo, utilizando-se de eosina,
um corante solúvel em água, como marcador (Nascimento et al., 2001).
Há também muito interesse no processo de liberação em hidrogéis
sensíveis à temperatura, ou seja, hidrogéis que liberam o fármaco a partir de
alterações na temperatura. Um polímero termo-sensível bastante utilizado
atualmente, na síntese desses hidrogéis é o poli(N-isopropil acrilamida),
PNIPAAm. As características e algumas aplicações desse material serão vistas
mais adiante na seção (1.3).
Para que possamos utilizar os hidrogéis nas mais diversas áreas, é
necessário que apresentem boa propriedade mecânica.
Os hidrogéis em geral apresentam propriedades mecânicas pobres,
quando comparados aos demais materiais poliméricos (Muniz e Geuskens,
2001). Porém, é possível a obtenção de hidrogéis com boas propriedades
mecânicas a partir da formação de redes interpenetrantes (IPN) ou semi
interpenetrantes (semi – IPN).
Um hidrogel do tipo rede IPN (Figura 1.4) pode ser formado pela
combinação de dois polímeros diferentes, ambos na forma reticulada, sendo
que pelo menos um deles é sintetizado ou reticulado na presença do outro
(Lorenzo et al., 2005; Changez et al., 2005; Zhang et al., 2004; Turner et al.,
2004). Não existem ligações covalentes unindo o polímero A ao polímero B,
isto é, no processo de polimerização/reticulação moléculas do polímero A
10
reagem com moléculas do polímero A e moléculas do polímero B reagem
apenas com moléculas do polímero B.
Figura 1.4: Esquema ilustrando uma rede IPN.
Pode ser feita a combinação de um polímero na forma reticulada e outro
na forma linear. Neste caso tem-se a chamada rede semi interpenetrada ou
semi-IPN (Figura 1.5). As cadeias do polímero linear B permanecem
entrelaçadas na rede do polímero A, restringindo assim alterações da estrutura
da rede (Guilherme et al., 2004; Chowdhury et al., 2004; Harmon et al.,
2003).
Figura 1.5: Esquema ilustrando uma rede semi-IPN.
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
polímero linear
polímero reticulado
n
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
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Q
Q
Q
Q
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Q
Q
Q
Q
polímero linear
polímero reticulado
n
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
polímero B reticulado
polímero A reticulado
n
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
polímero B reticulado
polímero A reticulado
nn
11
1.3- Características do poli (N-isopropil acrilamida) (PNIPAAm)
O N-isopropil acrilamida (NIPAAm) é o monômero que apresenta a
seguinte estrutura (Figura 1.6).
CH
2
CH
C
O
NH
C
CH
3CH
3
H
Figura 1.6: Representação estrutural do monômero do NIPAAm.
Esse monômero pode polimerizar formando um polímero hidrofílico e
não tóxico que passa a chamar poli(N-isopropil acrilamida) ou simplesmente
PNIPAAm. O PNIPAAm pode ser sintetizado pelos seguintes métodos:
polimerização iniciada por radicais livres, iniciadas por reação redox,
polimerizações iônicas. Nesses métodos é necessário o uso de iniciadores
(Schild, 1992).
Um seguimento estrutural do PNIPAAm está representado na Figura 1.7.
Figura 1.7: Representação estrutural do PNIPAAm.
12
O PNIPAAm apresenta diagrama de fase tipo LCST (Lower Critical
Solution Temperature) (Tanaka et al., 1977) . Ou seja, é um polímero que
apresenta mudança de fase com o aumento na temperatura, tornando-se um
material insolúvel em água (Bell and Peppas, 1995; Erbil et al., 2004). Na
transição a estrutura hidrofílica do PNIPAAm passa para uma estrutura
hidrofóbica. O diagrama de fase apresentado por esse material apresenta
temperatura consoluta inferior, que em água está próxima de 32 ºC.
Segundo Schild, 1992, o comportamento de um polímero em um
determinado solvente pode ser estudado com base nas interações formadas
entre os seguimentos do polímero e as moléculas do solvente. Se for utilizada
água como solvente, o grupo amida do PNIPAAm pode formar interações de
hidrogênio com as moléculas de água, as moléculas de água se ordenam ao
redor da molécula e também ao redor do grupo isopropil, que desfavorece a
formação de interações de hidrogênio. Com o arranjo da água em torno dos
grupos apolares, a entropia de mistura (ΔS
m
) sofre um decréscimo e assume
valores negativos, com o aumento na temperatura o termo entrópico domina
sobre o termo entálpico e ocorre uma separação de fase acima da temperatura
consoluta mínima (LCST).
Pelo fato do PNIPAAm apresentar LCST, este promove reorientação dos
grupos polares e apolares em função da temperatura. Em temperaturas
inferiores a LCST, o PNIPAAm possui características hidrofílicas, as cadeias de
PNIPAAm estão expandidas, devido a interações de hidrogênio entre os grupos
polares desse polímero e as moléculas de água. Acima da LCST, ocorre o
enfraquecimento das interações de hidrogênio, favorecendo as interações intra
e intermoleculares entre os grupos amida do polímero, expondo os grupos
13
isopropil. Devido à inversão de pontos de interação, ocorre a compactação do
material e predominância de uma característica mais hidrofóbica (Ruel-
Gariépy and Leroux, 2004). Assim, o PNIPAAm é um polímero sensível à
temperatura muito utilizado atualmente (Canavan et al., 2005) e hidrogéis
termosensíveis sintetizados a partir de PNIPAAm e em combinação com outros
polímeros, estão sendo muito estudados.
Hoffman et al., 1986, propôs a aplicação de PNIPAAm e seus
copolímeros para a liberação controlada de fármacos. O fármaco, distribuído
uniformemente dentro da matriz do hidrogel, deixa a matriz durante a contração
do hidrogel que ocorre devido ao aumento da temperatura acima da LCST.
Assim, o gel se contrai e libera o fármaco. Conseqüentemente, as moléculas do
fármaco poderão difundir-se pelo corpo.
A habilidade do PNIPAAm e seus copolímeros de exibir natureza
hidrofílica abaixo da LCST e natureza hidrofóbica acima da LCST atraíram
muitos pesquisadores com intuito de criar substratos para crescimento de
células aderentes (Yamato et al., 1999; Kwon et al., 2000).
A utilização de hidrogéis termosensíveis como substrato para
crescimento de células é muito importante. Esta importância reside
principalmente no descolamento dessas células, pois para serem descoladas,
em substratos convencionais, as células necessitam da introdução de
substâncias químicas como o EDTA ou enzimas proteolíticas, este método
prejudica a estrutura celular. Assim, no final do processo a quantidade de
células viáveis é muito pequena. Com a utilização de substratos contendo
PNIPAAm, pode-se evitar esse tipo de extratificação e as células podem ser
14
descoladas da superfícies apenas pelo resfriamento do sistema, não
prejudicando a estrutura celular (Hendrick et al., 2001; Curti et al., 2004).
1.4 - Alginato
O alginato é um polissacarídeo extraído de algas marrons da classe
Phaeophyceae. É um polímero linear de alta massa molar com seções rígidas
e regiões flexíveis. É formado por monômeros de ácido β-D-manurônico (M) e
ácido α-L-glucurônico (G), ligados de forma linear por ligações glicosídicas α(1-
4) contendo três tipos de estruturas de blocos: blocos de ácido β-D-manurônico
(M), blocos de ácido α-L-glucurônico (G), e uma mistura desses blocos (MG).
Conforme apresentado na Figura 1.8, a composição molecular específica de
uma amostra de alginato depende da alga da qual é extraído podendo ocorrer
variações nas porcentagens de ácido β - D – manurônico (M) e
α - L – glucorônico (G) (Draget et al., 1997)
.
Figura 1.8: Conformação dos ácidos β - D – manurônico (M) e
α - L – glucorônico (G).
β
-D-manurônico
α-L-glucurônico
15
A forte interação entre alginato e cátions divalentes, como Ca
2+
, Cu
2+
ou
Zn
2+
, sugere que o alginato tenha a habilidade de formar gel. O mecanismo de
formação do gel de alginato pode ser explicado pelo modelo “caixa de ovos”
proposto por Grant et al., 1973, para as interações de segmentos G com íons
cálcio (Figura 1.9). As regiões de blocos G são alinhadas lado a lado,
resultando na formação de uma cavidade onde os íons de cálcio fazem uma
junção entre as cadeias semelhante ao ovo em uma caixa de ovos, formando
uma rede tridimensional. A força do gel está diretamente relacionada com a
quantidade de zonas de junção e a natureza das associações envolvidas
nestas zonas (Oakenfull et al., 1987).
Figura 1.9: Representação esquemática da interação Ca
2+
e molécula de
alginato com formação da estrutura “caixa de ovo”.
A principal vantagem do gel de alginato é a sua habilidade de ser
termoestável podendo ser armazenado à temperatura ambiente. Além dessa
característica, hidrogéis de alginato apresentam grande biocompatibilidade,
hidrofilicidade, porosidade, baixo custo e biodegradabilidade. Estas
propriedades fazem do alginato um biopolímero de grande utilização na área
biomédica, principalmente como substrato para cultura de células e liberação
de fármacos, onde a porosidade do material é de grande importância (Treml e
16
Kohler, 2000; Chan e Henger, 2002; Ribeiro et al., 2005; Keshaw et al.,
2005; Nokhodchi e Tailor, 2004)
Utilizando-se biopolímero como o alginato, pode-se obter hidrogéis
termosensíveis com estabilidade mecânica satisfatória (Drury et al., 2004; Kim
et al., 2002; Ju et al., 2001).
1.5 – Técnicas para caracterização de hidrogéis
1.5.1- Intumescimento
Polímeros reticulados quimicamente não dissolvem em nenhum
solvente, uma vez que as cadeias estão ligadas covalentemente umas as
outras. Mas, na presença de solventes onde as respectivas cadeias lineares
são solúveis, os polímeros reticulados intumescem, incorporando solvente
enquanto as cadeias puderem ser distendidas.
Quando o hidrogel desidratado é imerso em água, ocorre o
intumescimento absorvendo água até atingir um equilíbrio entre as forças
favoráveis à entrada de água para dentro da estrutura polimérica (potencial
osmótico, ligações de hidrogênio entre água e polímero, flexibilidade da cadeia,
etc.) e as forças de coesão da rede (reticulações) (Flory e Rehner, 1943).
Figura 1.10: Representação esquemática de um hidrogel interagindo
com moléculas de água.
n
nn
n
n
nn
n
nn
n
H
2
O
n
nn
n
H
2
O
H
2
O
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2
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nn
n
n
nn
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nn
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2
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2
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2
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2
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2
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2
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2
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2
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OH
2
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2
OH
2
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H
2
OH
2
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2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
H
2
OH
2
O
17
A pressão osmótica favorece a entrada de água para ocupar os
espaços livres dentro da rede polimérica. As fortes interações atrativas entre as
estruturas químicas no polímero e a água também contribuem para o aumento
do intumescimento. A medida que a água entra, ocupando os espaços entre as
cadeias poliméricas, estas se estendem buscando uma nova configuração, pois
a presença da água no sistema requer a expansão e reordenação das cadeias.
À medida que as cadeias são alongadas para uma configuração
entropicamente menos favorável, existe uma força resistiva, que aumenta com
a densidade de ligações cruzadas. O equilíbrio é atingido quando estas forças
se igualam (Anseth et al., 1996).
O grau de intumescimento, Q é definido como a razão entre a massa do
hidrogel intumescido em equilíbrio e massa do hidrogel seco (Flory and
Rehner, 1943). Saber o quanto um hidrogel intumesce é um parâmetro muito
importante para várias aplicações dos hidrogéis. O intumescimento pode ser
alterado por alguns fatores como: densidade de reticulação, temperatura,
mudança de pH, entre outras. Neste trabalho, os ensaios de intumescimento
foram realizados, em princípio, com o intuito de avaliar a densidade de
reticulação do material e a influência da temperatura, pois os hidrogéis
sintetizados são termosensíveis.
1.5.2- Coeficiente de partição
A partir do valor do coeficiente de partição (K) é possível inferir sobre a
interação entre hidrogel-água. O valor de K é determinado a partir da razão:
concentração do corante na fase gel e concentração do corante na água. Com
base nessa razão podemos observar a Tabela 1.1.
18
Tabela 1.1: Resultados das razões de coeficiente de partição
K > 1
Maior quantidade de corante no gel
K = 1
Quantidade igual de corante no gel e na água
K < 1
Maior quantidade de corante na água
No caso, o corante serve como uma sonda para avaliar a hidrofilicidade
do hidrogel. Se o corante é hidrofílico e K > 1 significa que o hidrogel, nas
condições em que K foi medido, é hidrofílico (Guilherme et al, 2003).
1.5.3- Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
A técnica microscopia eletrônica de varredura (MEV) é geralmente
utilizada para observar a morfologia de amostras espessas, ou seja,
basicamente não transparentes ao feixe de elétrons. A razão principal de sua
utilização está associada à alta resolução e à grande profundidade de foco,
resultando em imagens tridimensionais. O equipamento de MEV consiste
basicamente de uma coluna ótica-eletrônica, da câmara para a amostra,
sistema de vácuo, controle eletrônico e sistema de imagens. As imagens são
construídas ponto a ponto, de modo similar à formação de uma imagem de
televisão. Um feixe de elétrons de alta energia (1-30 kV) é focalizado num
ponto da amostra, o que causa emissão de elétrons com grande espalhamento
de energia, que são coletados e amplificados para fornecer um sinal elétrico
(Goodhew and Humphreys, 1988). Este sinal é utilizado para modular a
intensidade do feixe de elétrons no tubo de raios catódicos (TRC). Para
construir a imagem completa, o feixe de elétrons é varrido sobre a superfície da
19
amostra enquanto que um feixe no TRC é varrido sincronicamente sobre um
rastro geometricamente similar. A interpretação da imagem de MEV é direta,
pois geralmente é possível associar a imagem observada às características
superficiais da amostra.
Para serem analisadas por esta técnica as amostras devem ser
condutoras, para evitar o acúmulo de carga. Dessa forma, para materiais que
não são bons condutores, tais como cerâmicas, vidros, ou polímeros, é
necessário fazer o recobrimento da superfície com uma camada muito fina de
um metal condutor. Normalmente é utilizado o ouro (Laurer et al., 1998).
Atualmente, muitos trabalhos publicados sobre hidrogéis apresentam
como uma das técnicas de caracterização microscopia eletrônica de varredura
(Arun e Reddy, 2005; Yoo et al, 2004).
Nesse trabalho será determinada, por meio de microscopia eletrônica de
varredura, a porosidade dos hidrogéis e a dependência do tamanho médio dos
poros com a temperatura.
1.5.4- Propriedades mecânicas de hidrogéis
Por se tratarem de propriedades intrínsecas, as propriedades mecânicas
de um hidrogel são extremamente importantes para prever que tipo de
formulação ou estruturas são apropriadas para uma dada aplicação.
Entretanto, estas mesmas propriedades são altamente dependentes das
condições em que são mensuradas. O comportamento mecânico de hidrogéis
pode ser melhor entendido usando teorias de elasticidade e viscoelasticidade,
desenvolvidas inicialmente para elastômeros (Anseth et al., 1996) . As teorias
são baseadas no tempo independente e tempo dependente de recuperação da
20
orientação e estrutura da cadeia polimérica. Usando essas teorias para
descrever o comportamento mecânico, é possível a análise da estrutura do
polímero. Ainda, com base nessas teorias, observa-se que as cadeias do
hidrogel, em resposta a uma força externa, apresentam um escoamento,
modificando a sua estrutura inicial. Após a retirada da força aplicada, as
cadeias tendem a se arranjar e ocupar novamente a posição inicial. Também é
possível a determinação da massa molar efetiva entre retículos (Mc), e,
conseqüentemente, o número de cadeias elasticamente ativas por volume do
material.
As propriedades mecânicas dos hidrogéis estão diretamente
relacionadas com suas estruturas e, por isso, podem ser controladas o que é
importante para a aplicação do hidrogel. Algumas maneiras de controlar as
propriedades mecânicas dos hidrogéis são as seguintes: alterar a composição
do comonômero, aumentar (ou diminuir) a densidade do reticulação e mudar as
formas de polimerização do hidrogel. A densidade de reticulação de hidrogéis
pode ser facilmente aumentada pela adição de maior quantidade de agente
reticulante, o que leva a um aumento da resistência mecânica e da temperatura
de transição vítrea. No entanto, hidrogéis altamente reticulados podem tornar-
se quebradiços (Gutowska et al., 1994). Matzelle et al., 2003, caracterizaram
hidrogéis de PNIPAAm e PAAm com vários graus de reticulação, avaliando as
propriedades mecânicas através de microscopia de força atômica (AFM), em
temperaturas controladas. Os módulos de elasticidade para hidrogéis de
PNIPAAm e PAAm foi determinado através de medidas de indentação como
função da carga aplicada à amostra. Foi observado um aumento da dureza na
superfície do hidrogel de PNIPAAm quando a temperatura ultrapassou 33 °C,
21
temperatura de transição do PNIPAAm. Foi verificado que a densidade de
reticulação tem forte influência no módulo de elasticidade em temperaturas
acima da LCST, enquanto que pouca influência deste fator foi observada em
temperaturas abaixo de 33 ºC.
Para entendermos melhor as propriedades mecânicas dos materiais é
necessário ter em mente a definição de tensão e deformação.
Tensão é a relação entre a carga aplicada e a área resistente. A tensão
é expressa em Kgf/cm
2
ou N/m
2
= Pa. É mais usual expressar em MPa=N/mm
2
.
A tensão máxima que um material suporta em determinadas condições de
carregamento é uma característica importante de cada material. A deformação
é definida como a relação entre: variação de comprimento (após aplicar
determinada carga no material) e o comprimento inicial (base de comprimento
marcado no material) conforme a seguinte equação (para medidas de
compressão):
onde L
0
é o comprimento inicial; L
f
é o comprimento final após aplicar
determinada carga ao material.
Assim, controlando as condições de síntese do hidrogel e em
conseqüência suas propriedades mecânicas, poderão ser sintetizados
hidrogéis para as mais diversas aplicações.
L
0
-L
f
L
0
=
ΔL
L
=
λ
L
0
-L
f
L
0
=
ΔL
L
=
λ
1.1
22
1.6- Objetivos
Os objetivos do trabalho são:
- Primeira Parte
⇒ Sintetizar hidrogéis termosensíveis tipo (IPN), baseados em redes do
polímero poli(N-isopropil acrilamida) entrelaçadas em redes alginato-Ca
2+
com
diferentes concentrações de:
i) NIPAAm;
ii) Alginato de sódio.
⇒ Estudar a influência da temperatura nas propriedades dos hidrogéis.
⇒ Estudar as propriedades hidrofóbicas do hidrogel, através do coeficiente de
partição do alaranjado II.
⇒ Analisar a morfologia dos hidrogéis, utilizando microscopia eletrônica de
varredura (MEV).
⇒ Avaliar a resistência do hidrogel através de medidas de suas propriedades
mecânicas.
⇒ Analisar a potencialidade dos hidrogéis através da liberação de BSA
(caracterização como biomaterial).
- Segunda Parte
⇒ Sintetizar hidrogéis termosensíveis do tipo IPN e semi-IPN, baseados em
poli(N-isopropil acrilamida) e alginato-Ca
2+
;
⇒ Estudar a influência da temperatura no intumescimento, nas propriedades
mecânicas e morfológicas dos hidrogéis IPN e semi-IPN baseados em
PNIPAAm e alginato-Ca
2+
;
23
⇒ Correlacionar as propriedades dos hidrogéis semi-IPN com as dos hidrogéis
IPN;
⇒ Investigar a influência da massa molar do alginato nas propriedades dos
hidrogéis tipo IPN.
24
Capítulo II: Síntese e caracterização de hidrogéis do tipo IPN constituídos
de alginato- Ca
2+
(SA
1
) e PNIPAAm.
2.1- Introdução
Os biomateriais têm contribuído significativamente para o avanço da
medicina moderna. Um rápido progresso vem sendo conseguido nessa área,
resultando na síntese de novos biomateriais poliméricos, na aquisição de
conhecimentos sobre interações entre biomateriais e tecidos biológicos,
desenvolvimento de órgãos artificiais híbridos, envolvendo cultivo de células,
além do avanço dos sistemas para liberação controlada de fármacos (Jones et
al., 2005; Cohn et al., 2005; Ribeiro et al., 2004; Drury et al., 2003; Becker
et al., 2002).
Os hidrogéis, em geral, apresentam baixos valores de propriedades
mecânicas, quando comparados aos demais materiais poliméricos. É
importante a obtenção de hidrogéis com boas propriedades mecânicas. Isto
pode ser conseguido através da formação de redes interpenetrantes (IPN) ou
redes semi-interpenetrantes (semi-IPN).
Em nosso laboratório, o desenvolvimento de hidrogéis para utilização
como biomateriais baseia-se na síntese de hidrogéis sensíveis à temperatura e
também em modificações de superfície de polímeros (Reis et al., 2003; Curti
et al.,2004; Guilherme et al., 2004). Devido a resposta à temperatura, por
exemplo contração / expansão, os hidrogéis termosensíveis são citados na
literatura como “biomateriais inteligentes” (Hoffman, 2002).
25
Para desenvolver “biomateriais inteligentes” utiliza-se, entre outros
polímeros, o poli(N-isopropil acrilamida), ou PNIPAAm, um polímero
termosensível (Bell et al., 1995; Shild, 1992).
Utilizando-se biopolímeros, como o alginato, pode-se obter hidrogéis
inteligentes quando combinados com polímeros termosensíveis, com
estabilidade mecânica satisfatória (Ju et al., 2001). O alginato-Ca
2+
(CA) possui
excelentes propriedades como, por exemplo, resistência ao cisalhamento,
biocompatibilidade e estabilidade mecânica, embora produza estruturas
altamente porosas (Orive et al., 2005; Taqieddin et al., 2004). Essas
propriedades fazem do alginato um biopolímero de grande utilização na área
biomédica, principalmente como substrato para cultura de células, onde a
porosidade do material é de grande importância (Gürsoy et al., 2000; Lee et
al., 2001; Simpson et al., 2005; Benyahia et al., 2005). Neste capítulo,
procuramos estudar as características físico-químicas dos hidrogéis
constituídos de CA e de PNIPAAm, tais como interação com corante, grau de
intumescimento, propriedades mecânicas e morfológicas em função da
temperatura. A notação (A-C-P) foi utilizada para identificar os sistemas
contendo PNIPAAm e CA, onde A, C e P representam concentrações nominais
em % m/v de SA, cloreto de cálcio e de NIPAAm, respectivamente.
2.2- Parte experimental
2.2.1- Reagentes
Alginato de sódio (SA
1
), Mv = 3,0x10
5
g mol
-1
(Aldrich).
N-isopropilacrilamida (NIPAAm, Aldrich).
N,N,N’,N’-tetrametiletilenodiamino (TEMED, Aldrich).
26
Persulfato de sódio (NA
2
S
2
O
8,
Aldrich).
N,N’
,
-metileno-bis-acrilamida (MBAAm, Plusone).
Cloreto de cálcio (CaCl
2,
Synth).
Alaranjado II (Fluka).
EDTA (Nuclear).
BSA, soro albumina bovino (Sigma).
2.2.2-Equipamentos
Aparelho para medida de ângulo de contato, marca Tantec.
Banho termostatizado marca Tecnal, modelo TE-184 (precisão 0,1 º C).
Espectrofotômetro UV-vis marca Shimadzu.
Laser He-Ne, potência 1mV, fabricado pela Opto, São Carlos-SP.
Fotodiodo fabricado pela EG&G Optoeletronic, modelo HUV200B.
Micrômetro (Mercer, England).
Texturômetro, marca Texture Analyzer, modelo (TAX.T2i).
Microscópio eletrônico de varredura, marca Shimadzu, modelo SS-
550 Superscan.
Liofilizador, marca Christ gefriertrocknungsanlagen, - 55 ºC.
Espectrofotômetro Varian, modelo Spectra 10Plus, chama de ar
C
2
H
2.
Espectrômetro Bomem FTIR, modelo MB100.
Câmera digital marca Sony, modelo MVC-FD73.
27
2.2.3- Síntese de hidrogéis tipo IPN
A razão de ácido manurônico e ácido glucurônico para este alginato é de
1,56 (Kim et al., 2002). Em um béquer foram preparadas soluções aquosas de
alginato de sódio (SA
1
) [com concentrações 1% e 2% (m/v)]. À solução foi
adicionado NIPAAm de tal forma a obter concentração final de 2,5%, 5,0% ou
10,0% (m/v). Metileno-bis-acrilamida (MBAAm) foi utilizado como agente de
reticulação, sendo mantido em concentração de 1% em relação à concentração
molar de NIPAAm. O sistema foi mantido sob agitação constante, até completa
solubilização. Ainda, sob agitação lenta, o béquer foi vedado e a mistura
desoxigenada por borbulhar N
2
por 15 minutos. Após este tempo, foi
adicionado 1 mL de solução aquosa de Na
2
S
2
O
8
(concentração de 20 mg mL
-1
)
e, em seguida, a mistura foi inserida entre duas placas de vidro, separadas por
uma borracha de 3 mm de espessura. Usando presilhas metálicas, o sistema
foi mantido fechado durante 24 horas à temperatura ambiente (cerca de 25º C),
tempo e temperatura suficientes para haver a completa polimerização do
NIPAAm. Neste estágio, apenas o NIPAAm está polimerizado. Após 24 horas,
uma das placas de vidro foi removida e em seguida o sistema foi imerso em
solução aquosa de cloreto de cálcio, 1% (m/v), sendo mantido assim por mais
24 horas. Neste estágio ocorre o entrelaçamento da rede de PNIPAAm e da
rede de alginato-Ca
2+
. Então, a membrana de IPN foi transferida para um
béquer contendo 500 mL de água destilada/deionizada, para remover o
excesso de íons Ca
2+
, permanecendo imersa por mais 24 horas à temperatura
ambiente.
28
2.2.4 - Coeficiente de partição
Parte do hidrogel intumescido, de volume conhecido, foi adicionado a um
recipiente contendo 25,0 mL de solução aquosa de alaranjado II (6,0 x 10
-6
mol L
-1
).
Após 24 horas foi medida a concentração do corante na solução sobrenadante
(concentração final)( Fig. 2.1). Através da diferença entre a concentração final e
a concentração inicial de corante foi determinada a solubilidade do corante no
hidrogel. O coeficiente de partição, K, foi determinado como sendo a razão
entre as solubilidades do corante no hidrogel e na água. As medidas foram
realizadas em diferentes temperaturas entre 25 e 45 ºC, mantendo o recipiente
fechado para evitar evaporação de água. As concentrações do corante
alaranjado II foram determinadas através de espectroscopia UV-Vis a λ = 486 nm.
Figura 2.1: Esquema utilizado para medir o coeficiente de partição.
2.2.5- Medidas de luz transmitida
As temperaturas de transição hidrofílica/hidrofóbica do PNIPAAm nos
hidrogéis tipo IPN, constituídos de alginato-Ca
2+
/PNIPAAm, foram medidas
baseando-se no método utilizado por Crispim et al., 1999. Um esquema do
aparato utilizado está representado na Figura 2.2.
29
Figura 2.2: Modelo do equipamento utilizado na medida da luz transmitida
Um pedaço do hidrogel, em forma circular, intumescido em equilíbrio, foi
imerso em uma cela de vidro transparente com camisa para controle de
temperatura, contendo 20 mL de água destilada já na temperatura desejada.
Um banho termostatizado foi acoplado à cela e os experimentos foram
conduzidos no interior de um caixa escura, completamente fechada, evitando
assim, a interferência de luz espúria. Mediu-se a intensidade da luz transmitida
através da amostra, usando, como detector, um fotodiodo, acoplado a um
multímetro. A intensidade de luz transmitida, proveniente de um laser He-Ne
(632,8 nm), foi registrada em função de temperatura. As medidas foram
realizadas em temperaturas entre 25 ºC e 50 ºC. Antes de cada medida os
hidrogéis foram deixados 1 hora na temperatura desejada.
2.2.6- Medidas de contração volume
Hidrogel, cortado em forma circular, foi colocado em um béquer
contendo 40 mL de água destilada/deionizada. O béquer foi colocado em um
banho termostatizado. Foram medidas as dimensões dos hidrogéis nas
temperaturas: 25 à 45 ºC, permanecendo 1 hora em cada temperatura.
30
Utilizando um micrômetro e uma régua, foram determinadas as dimensões dos
hidrogéis. Assim, foi calculada a variação de volume apresentada pelo hidrogel,
com base nos dados de espessura e raio do hidrogel. Os valores médios
obtidos foram baseados em triplicatas.
2.2.7– Medidas de Intumescimento
O hidrogel foi colocado em contato com água e deixado intumescer até
equilíbrio, nas temperaturas de 25, 30, 33, 35 e 40 ºC. Neste trabalho, o grau
de intumescimento foi determinado através da seguinte equação:
d
w
W
W
Q =
(2.1)
onde Ww e Wd são respectivamente a massa do hidrogel intumescido, em
equilíbrio, e a massa do hidrogel seco, respectivamente.
2.2.8 – Medidas de ângulo de contato
O ângulo de contato foi medido através da deposição de uma gota de
água (Mili-Q
®
) sobre a superfície dos hidrogéis intumescidos, em diferentes
temperaturas. Para realizar as medidas foi utilizado o aparelho Tantec Contact
Angle Meter. O excesso de água na superfície do hidrogel foi retirado com o
auxílio de um lenço de papel. O hidrogel foi colocado sobre a superfície plana
de uma chapa metálica, cuja temperatura era controlada por um banho
termostático.
31
2.2.9 -Estado da água em hidrogéis
O estado da água nos hidrogéis foi investigado através de medidas de
DSC com análises realizadas em temperaturas de –20 até 120 ºC com taxa de
aquecimento de 5 ºC/min. Primeiramente, foi determinada a quantidade de
água total (EWC) presente no hidrogel, através de medidas de intumescimento
que pode ser expressa por [(Ww – Wd) / Ww] x 100, sendo Ww e Wd as
massas dos hidrogéis IPN intumescidos e secos, respectivamente. A
quantidade de água livre foi calculada através dos valores de entalpia de fusão
obtidos dos respectivos termogramas (Qendo). A quantidade de água ligada foi
calculada através da seguinte equação (Ju et al, 2002):
W
b
(%) = W
t
– (Q
endo
/ Q
f
) x 100 (2. 2)
onde W
b
é a quantidade de água ligada (%); W
t
é a quantidade de água em
equilíbrio [EWC (%)], Qf é a entalpia de fusão da água (79,7 cal g
-1
) (Ju et al.,
2002).
2.2.10- Medidas de intumescimento-contração
As medidas de intumescimento-contração dos hidrogéis IPN foram
realizadas através de mudanças na temperatura em torno da LCST do
PNIPAAm. Os hidrogéis foram imersos em água na temperatura de 25 ou
40 ºC, por um período de 24h. Os valores de intumescimento em cada
temperatura nos diversos ciclos foram calculados com base na equação 2.1.
32
2.2.11- Determinação das propriedades mecânicas dos hidrogéis
Neste trabalho, a tensão de compressão de hidrogéis foi determinada
em texturômetro mantendo-se a profundidade de indentação de 1 mm e com o
corpo de prova descendo na velocidade de 0,2 mm.seg
.-1
. A força de
compressão medida foi considerada como a força máxima requerida para que
haja a deformação elástica do gel fixada em 1mm. Ensaios de compressão
foram realizados em temperatura controlada, variando-se de 25 a 40 ºC. A
tensão de compressão foi obtida da força necessária para comprimir o gel, por
meio da equação (Gutowska, et al., 1994);
(
)
2
0
−
−==
λλσ
E
S
f
(2.3)
onde σ é a tensão de compressão (Pa m
-2
), f é a força exercida, S
o
é a área
seccional do corpo de prova que comprime o hidrogel e λ é a deformação
relativa.
Usando a equação (2.3), foi determinado o módulo de elasticidade (E)
para cada hidrogel nas temperaturas de 25 ºC a 40 ºC. O valor de E é
determinado como sendo a inclinação da reta obtida pela equação (2.3), σ vs.
(λ -λ
-2
).
A densidade aparente de reticulação,
ν
e
, foi determinada utilizando a
seguinte equação (Gutowska et al., 1994):
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
2
3
2
0,
λλνφ
φ
σ
φ
ep
RT
p
p
(2.4)
33
onde
0,p
φ
e
p
φ
são, respectivamente, as frações volumétricas de polímero no
gel no estado relaxado ( logo após a polimerização) e no estado intumescido.
2.2.12-Propriedades morfológicas dos hidrogéis
Membranas de hidrogéis, sintetizadas como descrito anteriormente,
foram imersas em água nas temperaturas de 25, 30 e 40 ºC, durante 24 horas.
Após esse período, as amostras foram removidas e em seguida foram
congeladas mergulhando-as em nitrogênio líquido. As membranas congeladas
foram liofilizadas durante 24h com temperatura de -55 ºC. Micrografias dos
hidrogéis constituídos de rede de alginato-Ca
2+
entrelaçada com rede de
PNIPAAm foram obtidas utilizando microscópio eletrônico de varredura. Todas
as micrografias foram obtidas da superfície de fratura dos hidrogéis liofilizados.
O tamanho médio de poros foi determinado utilizando como referência a barra
indicativa da ampliação, inserida em cada micrografia.
2.2.13– Determinação da quantidade Ca
2+
Para determinar a quantidade de íons cálcio que formam ligações
iônicas com o alginato, os hidrogéis IPN foram colocados em uma solução de
etilenodiaminotetraacético (EDTA) a 0,1 mol L
-1
. A quantidade de íons Ca
2+
incorporada nos grupos carboxílicos do alginato foi determinada por medidas
espectrofotométricas de absorção atômica a 422,7 nm utilizando chama de ar
C
2
H
2
. A calibração do aparelho foi realizada utilizando-se uma amostra de Ca
2+
padrão.
34
2.2.14- Caracterização do complexo formado entre alginato e
PNIPAAm, através da análise de espectros de FTIR
A partir dos hidrogéis sintetizados, estes foram secos(pó) e misturados
com brometo de potássio (KBr) e prensadas em alta pressão, formando
pastilhas. Espectros FTIR foram obtidos registrando 128 varreduras de 4000 a
450 cm
-1
, com resolução de 2 cm
-1
. As análises de FTIR foram realizadas em
hidrogéis compostos somente por PNIPAAm, alginato e em hidrogéis contendo
os dois componentes. Para obter pós dos sistemas compostos, esses foram
deixados em equilíbrio na temperatura de 25 ou 40 ºC e após foram liofilizados.
2.2.15 – Liberação de proteína em diferentes temperaturas
Foi preparada uma solução aquosa de BSA (soro albumina bovino), com
uma concentração final de 0,19% (m/v) em solução de tampão Tris
(hidroximetil) aminometano (Tris-Cl, 0,1M, pH =7,4). Para carregamento da
proteína no hidrogel, este foi previamente seco, colocado na solução de BSA e
deixado em contato com a solução por um período de dois dias na temperatura
de 22 ºC. Após este período, o hidrogel foi retirado da solução e foi medida a
concentração de proteína contida no hidrogel através da diferença entre a
concentração da BSA na solução inicial e da concentração da BSA na solução
sobrenadante após o carregamento. As concentrações das soluções de BSA
foram determinadas através de medidas utilizando um espectrofotômetro UV,
λ= 277 nm com base em uma curva de calibração do BSA feita no mesmo
comprimento de onda.
Os experimentos de liberação in vitro foram realizados na temperatura
de 22 ºC e 37 ºC, afim de observarmos a influência da temperatura desses
35
materiais em processos de liberação. A cada 20 minutos de permanência do
hidrogel em solução de Tris-Cl, foi retirado uma alíquota e medida a quantidade
de BSA na solução (UV, λ=277nm). Após a medida, a alíquota era recolocada
na solução de origem, para que não fosse alterado o volume do sistema. Os
resultados foram obtidos em termos de porcentagem de liberação em função
do tempo:
Quantidade de liberação (%)= (Mt / M∞ ) x 100 (2.5)
onde Mt é a quantidade (%) de BSA liberada pelo hidrogel no tempo t e M∞ é
a quantidade total de BSA carregada no hidrogel.
A fim de obtermos informações sobre o tipo de mecanismo de transporte
do fármaco, que possibilita a liberação, foi utilizada a equação desenvolvida por
Ritger e Peppas, 1987:
M
t
/ M
∞
= Kt
n
(2.6)
onde n é o coeficiente difusional, que fornece informação sobre o tipo de
mecanismo de transporte que impulsiona a liberação , K é a constante cinética
característica dos materiais existentes no hidrogel, M
t
é a quantidade de BSA
liberada pelo hidrogel no tempo t e M
∞
é a quantidade de BSA total carregada
no hidrogel.
36
2.3- Resultados e discussão
2.3.1- Medidas de coeficiente de partição
A molécula de alaranjado II, como apresentado na Figura 2.3, apresenta
em sua estrutura grupo azo-conjugado onde estão envolvidos dois átomos de
nitrogênio.
Figura 2.3: Estrutura molecular do alaranjado II.
Os elétrons são dispostos ao longo da cadeia molecular onde quatro
átomos de oxigênio aumentam a densidade eletrônica. Este fato favorece a
formação de ligações de hidrogênio, deixando este material com algum caráter
hidrofílico (Guilherme et al., 2003).
Na Figura 2.4 é apresentada a relação entre coeficiente de partição, K, e
temperatura para hidrogéis com 1% de alginato, utilizando como corante o
alaranjado II.
De acordo com a Figura 2.4, verificou-se que para o hidrogel composto
somente por CA (sem a matriz de PNIPAAm) o valor de K situa-se ao redor de
0,74 entre 25 ºC e 40 ºC. Isto evidencia que nestes hidrogéis não ocorre
alteração significativa no valor de K nesse intervalo de temperatura.
Nos hidrogéis com matrizes de CA e de PNIPAAm entrelaçadas,
observou-se significativa alteração no valor de K. Abaixo da LCST, valores de
NaO
3
S
HO
N
N
37
K aumentam com a temperatura, e acima da LCST os valores de K tendem a
diminuir. Abaixo da LCST o hidrogel permanece hidrofílico, o que induz um
aumento no valor de K. Acima da LCST do PNIPAAm, o hidrogel passa a
apresentar característica mais hidrofóbica, o que diminui sua interação com o
corante hidrofílico. Assim, próximo da LCST há decréscimo no valor de K.
Figura 2.4: Coeficiente de partição para o alaranjado II em função da
temperatura para os hidrogéis constituídos de CA e PNIPAAm, tipo IPN, para o
sistema (1-1-P).
Pode-se perceber alteração significativa no valor do máximo de K da
LCST deste material com a quantidade de PNIPAAm no hidrogel. Com uma
concentração de 2,5% de PNIPAAm, o hidrogel apresenta LCST em torno de
40 ºC.
Quando o teor de PNIPAAm é 10,0%, a LCST do hidrogel com 1% de
CA passa a ser em torno de 32,5 ºC. Esta variação no valor da LCST foi
atribuída à diferença na hidrofilicidade dos materiais que constituem o hidrogel,
25 30 35 40 45 50
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
K (Coeficiente de Partição)
Temperatura / ºC
1-1-2,5
1-1-5,0
1-1-10,0
1-1-0
38
que refletem em sua estrutura. Por exemplo, no hidrogel (1-1-2,5) a quantidade
de PNIPAAm é pequena, assim a matriz apresenta menor compactação. Desta
forma, as cadeias de PNIPAAm possuem maior liberdade de movimento dentro
da matriz polimérica. Presume-se que mais energia será necessária para que
ocorra a transição hidrofílica / hidrofóbica do PNIPAAm, quando comparada à
matriz (1-1-10). Neste hidrogel, na temperatura de 32,5 ºC, a energia já é
suficiente para que o PNIPAAm sofra a transição.
Na Figura 2.5 é apresentada a relação entre coeficiente de partição do
alaranjado II, K, e temperatura para hidrogéis com 2% de alginato. Como pode
ser observado, nesses hidrogéis, o valor da LCST não varia com a
concentração de PNIPAAm.
A LCST se encontra em torno de 35,0 ºC para todos os hidrogéis IPN do
sistema (2-1-P). A maior quantidade de alginato no hidrogel faz com que a
transição de hidrofílica para hidrofóbica aconteça em uma única temperatura.
Diferentemente da matriz com 1% (m/v) de alginato.
De acordo com os resultados apresentados pode-se observar que
valores de LCST para determinado material são fortemente dependentes da
entropia inerente ao sistema. No sistema (1-1-P), hidrogéis com maiores
quantidades de PNIPAAm induzem maior compactação, diminuem a entropia
do meio, e induzem transição de fase em temperaturas menores. Entretanto,
nos hidrogéis (2-1-P) a quantidade de PNIPAAm não provoca alteração
significativa na compactação do sistema, pois o hidrogel (2-1-0) já se apresenta
bastante compactado.
39
25 30 35 40 45
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
K ( Coeficente e Partição )
Temperatura / ºC
2-1-2,5
2-1-5,0
2-1-10,0
2-1-0
Figura 2.5: Coeficiente de partição para o alaranjado II em função da
temperatura para os hidrogéis constituídos de CA e PNIPAAm, tipo IPN, para o
sistema (2-1-P).
Assim, pressupõe-se que a entropia deste sistema não é alterada
significativamente pela concentração de PNIPAAm e assim a LCST não é
dependente da quantidade de PNIPAAm.
2.3.2- Intensidade relativa de luz transmitida
Os valores de LCST obtidos para os hidrogéis IPN do sistema (1-1-P) e
(2-1-P) foram também obtidos a partir de medidas de intensidade relativa de luz
transmitida através do hidrogel, em função da temperatura, como as
apresentadas na Figura 2.6. Nestas curvas, a LCST no hidrogel é determinada
com base no aumento de opalescência deste, com o acréscimo na
temperatura. A opalescência é devido à transição de fase do PNIPAAm de
hidrofílica para hidrofóbica, em que são expostos os grupamentos isopropilas.
40
Isto proporciona menor hidrofilicidade, ou seja, diminui a interação da matriz
polimérica com a água. O valor da LCST foi admitido como sendo o ponto de
inflexão de cada uma das curvas da Figura 2.6.
25 30 35 40 45 50
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
LCST
1-1-2,5
1-1-10
1-1-5
Intensidade Relativa de
Luz Transmitida
Temperatura/ ºC
25 30 35 40 45
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
2-1-10
2-1-2,5
2-1-5
Intensidade Relativa de
Luz Transmitida
Temperatura/ ºC
Figura 2.6: Intensidade relativa de luz transmitida através dos hidrogéis do
sistema (1-1-P)(A) e (2-1-P)(B) em função da temperatura.
No hidrogel (1-1-2,5), com menor quantidade de PNIPAAm entre os
hidrogéis estudados nesta dissertação, a completa opalescência é observada
próxima à temperatura de 40 ºC. Este fato mostra que a transição de fase
apresentada pelo PNIPAAm neste hidrogel ocorre em temperaturas superiores
à do PNIPAAm puro, que em água é cerca de 32,5 ºC (Shild, 1992), e está de
acordo com o valor da LCST obtido da Figura 2.4 para aquele hidrogel.
No hidrogel (1-1-10) a queda da intensidade relativa de luz transmitida
é menor se comparada aos outros hidrogéis do sistema (1-1-P), devido à maior
quantidade do PNIPAAm na matriz deste, que provoca alguma opalescência
mesmo abaixo da LCST.
A LCST nestes hidrogéis é: 40 ºC (1-1-2,5); 35 ºC (1-1-5) e 33 ºC
(1-1-10).
A
B
LCST
41
A queda da intensidade relativa de luz transmitida é semelhante para
todos os hidrogéis constituídos de 2% de alginato (Figura 2.6 B). O valor da
LCST nestes hidrogéis é aproximadamente 35 ºC. Como já visto na Figura 2.5,
a variação de LCST com a temperatura não é significativa neste sistema.
2.3.3-Determinação da contração dos hidrogéis em várias
temperaturas
Na Figura 2.7 são apresentadas fotos do hidrogel (1-1-5) intumescidos
até equilíbrio, em três diferentes temperaturas. O hidrogel foi corado, usando
pequenas quantidades de azul de metileno, para melhor contraste. Como pode
ser observado, o hidrogel contrai quando aquecido. Assim, foi possível calcular,
com base no raio e espessura das amostras, o volume para cada hidrogel
analisado, em várias temperaturas.
T= 25 ºC T= 35 ºC T= 45 ºC
Figura 2.7: Hidrogel (1-1-5) intumescido até equilíbrio, em várias temperaturas.
Na Figura 2.8
(A) é apresentada a dependência do volume relativo
normalizado com respeito ao volume do hidrogel a 25 ºC, com a temperatura
para os hidrogéis (1-1-P), do tipo IPN.
Podemos observar que ocorre uma diminuição no volume do material,
com o aumento da temperatura para todos os hidrogéis IPN. O hidrogel (1-1-2,5)
42
apresenta um decréscimo menor no volume, quando comparado aos demais
IPN do sistema (1-1-P), devido a menor quantidade de PNIPAAm presente na
matriz, conseqüentemente menor compactação, ou seja, apresenta maior
quantidade de água livre. No hidrogel (1-1-10) o decréscimo é maior que o
apresentado pelo hidrogel (1-1-2,5), pois a quantidade de PNIPAAm presente
no hidrogel é maior, favorecendo a contração do material. A LCST dos
hidrogéis é próxima aos valores encontrados através de medidas de coeficiente
de partição e de intensidade relativa de luz transmitida, já discutida
anteriormente.
25 30 35 40 45 50
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Volume relativo
Temperatura/ ºC
1-1-2,5
1-1-5,0
1-1-10,0
25 30 35 40 45
0,78
0,81
0,84
0,87
0,90
0,93
0,96
0,99
1,02
Volume relativo
Temperatura / ºC
2-1-2,5
2-1-5,0
2-1-10,0
Figura 2.8: Dependência de volume normalizado em função da temperatura
para hidrogéis tipo IPN, dos sistemas (1-1-P) (A) e (2-1-P) (B).
A contração apresentada pelos hidrogéis IPN do sistema (2-1-P), Figura
2.8B, é menor que a apresentada pelos hidrogéis do sistema (1-1-P). Nestes,
a quantidade de PNIPAAm presente no hidrogel, também auxilia na contração,
uma vez que o hidrogel (2-1-2,5) é o que apresenta menor contração. A
transição de fase para todos os hidrogéis IPN (2-1-P), está próxima de 35º C, o
que está coerente com as curvas das Figuras 2.5 e 2.6. Por comparação das
Figuras 2.8(A) e 2.8(B) é possível concluir que os hidrogéis IPN do sistema
A
B
43
(2-1-P) são mais compactos do que os do sistema (1-1-P): a variação do
volume relativo destes últimos com a temperatura é de até 85% enquanto nos
hidrogéis IPN do sistema (2-1-P) a variação máxima do volume relativo é pouco
mais de 20%. A diferença de compactação da matriz é devido ao alginato-Ca
2+
,
fato já discutido anteriormente.
2.3.4- Comparação dos valores da LCST obtidos por diferentes
técnicas
Na Figura 2.9 é apresentada a dependência da temperatura de transição
de fase (LCST) do PNIPAAm com o aumento na quantidade de PNIPAAm
obtidas através da determinação de K, medidas de intensidade relativa de luz
transmitida e medida de volume relativo. Observou-se que os valores
encontrados de LCST pelas três técnicas são muito próximos.
Um fato importante observado na Figura 2.9, e deve ser enfatizado, é
que há a possibilidade de ajustar a temperatura de transição de fase do
PNIPAAm nos hidrogéis (1-1-P) próxima da temperatura do corpo humano, 37 ºC.
Esta característica possibilita a aplicação destes materiais em sistemas
biológicos, e como outros tipos de biomateriais.
246810
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
T
LCST
/ º C
Quantidade de PNiPAAm %
K
V/V
0
I/I
0
44
Figura 2.9: Variação na temperatura de transição de fase (LCST) em função da
quantidade de PNIPAAm dos hidrogéis (1-1-P), obtidos por diferentes métodos.
2.3.5-Análise da morfologia dos hidrogéis através de microscopia
eletrônica de varredura
Como foi observado anteriormente, hidrogéis constituídos de rede de
alginato-Ca
2+
entrelaçada com rede de PNIPAAm apresentam grande
sensibilidade à temperatura. A significativa contração observada próximo da
LCST do PNIPAAm induz modificações importantes nas propriedades
morfológicas dos hidrogéis, como se verá nas micrografias apresentadas a
seguir.
Shapiro et al. (1997), observaram que esponjas sintetizadas a partir de
alginato apresentam alta porosidade. Verificaram que tal porosidade é
fortemente dependente da reticulação do material e da quantidade de alginato
presente nas esponjas que foram sintetizadas para serem aplicadas em
suporte para crescimento de células.
No nosso trabalho observamos que a porosidade dos hidrogéis do tipo
IPN é altamente dependente das mudanças de temperatura, da quantidade de
PNIPAAm e de alginato de cálcio.
As micrografias do hidrogel 2-1-5, tipo IPN, obtidas em três diferentes
temperaturas estão representadas na Figura 2.10.
Em temperaturas inferiores a LCST do PNIPAAm, neste caso a 25 ºC,
os hidrogéis apresentam uma estrutura altamente porosa. Com o aumento na
temperatura foi observado um decréscimo significativo no tamanho dos poros.
O aumento na temperatura provoca colapso nas cadeias de PNIPAAm,
que arrastam as redes de alginato-Ca
2+
, que são mais flexíveis, contraindo o
45
hidrogel. Acima da LCST as cadeias dos polímeros se re-arranjam, diminuindo
o tamanho médio de poros.
Figura 2.10: Micrografias, obtidas por MEV, da superfície de hidrogéis
CA/PNIPAAm (2-1-5) após serem liofilizados nas temperaturas indicadas.
O decréscimo no tamanho dos poros com o aumento na temperatura
pode ser observado na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Tamanho médio de poros, ξ, nas temperaturas de 25, 30 e 40 ºC, para
hidrogéis do sistema (1-1-P) IPN. Os valores estão dados em μm.
Temperatura (ºC)
Hidrogéis
25 30 40
(1-1-2,5)
67,0 ± 9,0 36,0 ± 4,0
7,0 ± 1,8
(1-1-5)
61,0 ± 6,0 34,7± 3,2 0,40± 0,03
(1-1-10)
40,1 ± 7,2 20,0 ± 7,8 13,0 ± 3,9
Na temperatura de 25 ºC, os valores de ξ para os hidrogéis (1-1-2,5) e
(1-1-5) são aproximadamente 67 ± 9 e 61 ± 6 μm, respectivamente. A 25 ºC, o
hidrogel (1-1-2,5) apresenta valor de ξ maior, pois como possui menor
600X
25ºC
600X
30ºC
400X
40ºC
46
concentração de PNIPAAm em seu interior, possui menor densidade de
cadeias poliméricas e uma maior incidência de espaços preenchidos
anteriormente pela água. Logo, sua matriz possui capacidade de absorver
maior quantidade de água quando abaixo da LCST do PNIPAAm e, por isso,
apresenta poros maiores.
A 40 ºC os hidrogéis (1-1-2,5), (1-1-5) e (1-1-10) passam a apresentar
valores de ξ entre 0,4 e 13 μm. Assim, em temperaturas superiores a LCST, os
hidrogéis apresentam tamanhos de poros que independem da concentração de
PNIPAAm.
O tamanho médio dos poros é preservado no processo de congelamento
da amostra com N
2,
seguido do processo de liofilização. Antes do
congelamento os hidrogéis haviam atingido o equilíbrio de intumescimento.
Com a liofilização do hidrogel, a água deixa o material e os poros
permanecem com a mesma característica apresentada quando intumescido,
como observado na Figura 2.11.
Figura 2.11: Esquema das estruturas obtidas no processo de liofilização.
Liofilizar
47
Na Figura 2.12 (A) pode-se observar que o hidrogel (1-1-0) apresenta
estrutura porosa e folheada, similar à estrutura do hidrogel composto apenas
por PNIPAAm, apresentada na Figura 2.12 (B).
Os tamanhos médios dos poros destes materiais não foram
determinados, pois apresentam muita irregularidade. Já nos hidrogéis tipo IPN
há maior regularidade no tamanho de poros, favorecendo a determinação de
um valor médio confiável para os mesmos.
.
350X
(
A
)
400X
(
B
)
48
Figura 2.12: Micrografia, obtida por MEV, da superfície dos hidrogéis (1-1-0) (A)
e (0-0-5) (B), após serem liofilizados na temperatura de 25º C.
Nos hidrogéis tipo (2-1-P), em que a concentração de alginato é maior
se comparada com os hidrogéis (1-1-P), os valores de ξ são também menores,
Fig 2.13. Assim, a matriz (2-1-P) é mais densa, por apresentar quantidade
maior de alginato, aumentando a compactação e conduzindo a diminuição no
tamanho médio de poros.
25 30 35 40
0
5
10
15
20
25
ξ (μm)
Temperatura / ºC
2-1-10,0
2-1-5,0
2-1-2,5
Figura 2.13: Dependência de tamanho de poros (ξ) com a temperatura para
hidrogéis constituídos de rede de alginato-Ca
2+
entrelaçada com rede de
PNIPAAm do sistema (2-1-P).
2.3.6- Medidas de Intumescimento
A estrutura morfológica dos hidrogéis pode ser compreendida também
pela análise da quantidade de água que o material absorve após intumescido
em equilíbrio. A determinação do grau de intumescimento é muito importante
para descrever a hidrofilicidade do hidrogel (Karadağ et al., 2005).
49
Hidrogéis constituídos de rede de PNIPAAm em rede de CA,
apresentam significativa variação no grau de intumescimento, quando
aquecidos acima da LCST do PNIPAAm, como se pode observar na Figura
2.14. O decréscimo em Q é acompanhado da contração do hidrogel. Acima da
LCST, a rede do PNIPAAm colapsa arrastando a rede de alginato-Ca
2+
. Apesar
de mecanicamente resistente, a rede de alginato-Ca
2+
é flexível. Pode ser
visualizado na Figura 2.14 que o hidrogel de alginato-Ca
2+
puro apresenta
aumento no grau de intumescimento quando aquecido.
25 30 35 40 45 50
0
10
20
30
40
50
60
70
(1-1-10)
(1-1-5)
(1-1-0)
(1-1-2.5)
Grau de intumescimento (Q)
Temperatura / ºC
Figura 2.14: Dependência do grau de intumescimento com a temperatura para
hidrogéis (1-1-P), tipo IPN.
Neste caso, um incremento na temperatura favorece as interações entre
moléculas de alginato e de água. No hidrogel (1-1-10), o decréscimo nos
valores de Q é menos acentuado devido à presença de um alto teor de
PNIPAAm, deixando o material mais compacto, com poros relativamente
menores.
50
Matrizes de rede de PNIPAAm entrelaçada à rede de alginato-Ca
2+
apresentam grau de intumescimento menor quando comparadas à rede de
alginato-Ca
2+
. Ainda, um substancial decréscimo no valor de Q é observado
quando os hidrogéis são aquecidos acima da LCST do PNIPAAm.
O alto valor para o grau de intumescimento apresentado pelo hidrogel
(1-1-2,5), cerca de 60, a 25 ºC, justifica a discussão anterior, de que este
material apresenta poros maiores.
Na Figura 2.15 é apresentada a dependência entre grau de
intumescimento e temperatura para hidrogéis tipo IPN, para o sistema (2-1-P).
O comportamento da matriz (2-1-0) é similar ao apresentado pelo
hidrogel (1-1-0). A diferença está nos valores de intumescimento obtidos. No
sistema (2-1-P) a maior quantidade de alginato faz com que ocorra maior
compactação no hidrogel que reflete em menores valores do grau de
intumescimento, quando comparados com os respectivos hidrogéis do sistema
(1-1-P).
25 30 35 40 45 50
10
20
30
40
50
2-1-10,0
2-1-5,0
2-1-2,5
2-1-0
Grau de intumescimento (Q)
Temperatura / ºC
Figura 2.15: Dependência do grau de intumescimento com a temperatura para
hidrogéis (2-1-P), tipo IPN.
51
A contração apresentada pelos hidrogéis (2-1-P) é menor se comparada
aos hidrogéis (1-1-P) devido à maior densidade de cadeias poliméricas
naqueles materiais. A variação no grau de intumescimento do hidrogel (2-1-2,5)
(cerca de 50%) é maior que a apresentada pelos hidrogéis (2-1-5,0) e (2-1-
10,0). Isso se deve à maior quantidade de água na matriz, devido ao menor
teor de PNIPAAm. Com o aumento na quantidade de PNIPAAm nos hidrogéis,
a variação no grau de intumescimento com a temperatura diminui, isto é, o gel
fica menos sensível à temperatura.
A influência da concentração do agente de reticulação do alginato, ou
seja, o Ca
2+
,
no grau de intumescimento é apresentada na Figura 2.16.
Figura 2.16: Dependência do grau de intumescimento de hidrogéis (1-C-5) tipo
IPN com a temperatura.
Abaixo da LCST, o hidrogel (1-5-5) intumesce menos que o hidrogel (1-
1-5), pois o hidrogel obtido em solução com 1% m/v de cloreto de cálcio
25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
30
1-5-5
1-1-5
Grau de intumescimento (Q)
Temperatura / ºC
52
(reticulante) está menos reticulado. Obviamente, quanto maior teor de íons
cálcio interagindo com o alginato, maior a densidade de reticulação.
2.3.7 – Ângulo de contato
A hidrofilicidade dos hidrogéis de alginato e PNIPAAm foi também
avaliada através de medidas de ângulo de contato em função da temperatura.
A dependência do ângulo de contato em função da temperatura para os
hidrogéis está representada na Figura 2.17.
25 30 35 40 45
35
40
45
50
55
60
65
70
75
Ângulo de contato / graus
Temperatura / ºC
1-1-2,5
1-1-5,0
1-1-10,0
Figura 2.17: Dependência do ângulo de contato com a temperatura para os
hidrogéis (1-1-P).
De acordo com as curvas da Figura 2.17, observa-se que o ângulo de
contato aumenta com o incremento da quantidade de PNIPAAm no hidrogel, o
que está diretamente relacionada à diminuição da hidrofilicidade do hidrogel
pela presença do PNIPAAm.
O acréscimo no ângulo de contato está de acordo com os resultados de
intumescimento que foram descritos anteriormente. Em temperaturas próximas
53
ou acima da LCST, grupos isopropilas do PNIPAAm são expostos causando
menor hidrofilicidade à superfície (Curti et al., 2002).
2.3.8- Estado da água presente nos hidrogéis
Na Figura 2.18 pode ser observado termogramas de DSC de hidrogéis
IPN do sistema (1-1-P).
-30 -20 -10 0 10 20 30
Endo
Temperatura / ºC
1-1-10,0
1-1-5,0
1-1-2,5
Figura 2.18: Termogramas de DSC para hidrogéis IPN do sistema (1-1-P).
O estado da água presente nos hidrogéis foi determinado através de
DSC (Lee et al., 2003). As quantidades de água livre e de água total foram
obtidas com base na área do pico endotérmico do hidrogel intumescido e do
grau de intumescimento na temperatura de 25º C, respectivamente. A
quantidade de água ligada foi calculada como sendo a diferença entre a
quantidade de água livre e a quantidade de água total (Ju et al., 2001). Na
Tabela 2.2 encontram-se os valores de água total (EWC), livre e ligada para os
hidrogéis IPN.
54
Tabela 2.2: Teores de água total (EWC), água livre e água ligada em hidrogéis de
Alginato-Ca
2+
e PNIPAAm do tipo IPN, estimados através de grau de intumescimento e
análises de DSC.
Hidrogel EWC (%)
*
Água livre (%) Água ligada (%)
(1-1-2,5) 98,18 83,31 14,87
(1-1-5,0) 96,62 76,43 20,20
(1-1-10,0) 93,80 70,41 23,39
*Temperatura 25
0
C
Pode ser observado que concentrações maiores de cadeias poliméricas,
que conduzem ao aumento da compactação do hidrogel, provocam diminuição
na quantidade total de água no hidrogel, EWC. Esse fato está relacionado com
a diminuição de espaços existentes na matriz do hidrogel que poderiam ser
ocupados pela água. Em adição a isso, o aumento da quantidade de cadeias
poliméricas leva a uma diminuição na quantidade de água livre no hidrogel,
novamente pela maior ocupação dos espaços na matriz pelo hidrogel.
Desta forma, o hidrogel (1-1-10) é o que apresenta estrutura mais
compacta, pois apresenta menor quantidade de água livre. Por outro lado com
mais cadeias poliméricas no hidrogel, há maior quantidade de água ligada às
cadeias poliméricas, conforme apresentado na Tabela 2.2.
2.3.9- Propriedades mecânicas dos hidrogéis
Para a maioria das aplicações utilizando hidrogéis, é importante que
estes apresentem boas propriedades mecânicas (Jones et al., 2005; Muniz
and Geuskens, 2001).
55
A resistência dos hidrogéis à compressão foi determinada através de
testes de tensão máxima de compressão(σmax).
A σmax foi determinada medindo-se a força (f) necessária para
comprimir em 1 mm as membranas de hidrogéis. Valores de f foram obtidos em
quatro pontos distintos da membrana. A espessura média das membranas dos
hidrogéis sintetizados em nosso trabalho é cerca de 3 mm. Na Figura 2.19, são
apresentadas curvas de σmax em função da temperatura para os hidrogéis do
tipo (1-1-P).
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
3
6
9
12
15
18
21
24
27
(1-1-10)
(1-1-5,0)
(1-1-2,5)
(1-1-0)
Tensão máxima de
compressão (
σ
max
) KPa
Temperatura/ °C
Figura 2.19: Dependência da tensão máxima de compressão (σmax) com a
temperatura para os hidrogéis IPN do sistema (1-1-P).
A σmax para um hidrogel composto apenas por PNIPAAm é de
aproximadamente 3,2 KPa a 25 ºC (Zhang et al., 2005; Zhang et al., 2004). A
tensão para o hidrogel (1-1-0), que é constituído somente de rede de alginato-
Ca
2+
, é 6,2 KPa a 25 °C e 10,5 KPa a 40 °C . Para o hidrogel (1-1-2,5) a σmax
é 6,8 KPa a 25 °C e 13,1 KPa a 40 °C. Ainda, o gel (1-1-5) apresenta σmax
igual a 11,1 KPa a 25°C e 20,01 KPa a 40 °C. Para o hidrogel (1-1-10) a σmax
56
é 12,6 KPa a 25 °C e 25,4 KPa a 40 °C. Esses resultados mostram que os
valores de σmax de compressão para hidrogéis que contêm a rede de alginato
entrelaçada com a rede de PNIPAAm são mecanicamente mais resistentes que
matrizes que contêm apenas redes individuais. Podemos observar na Figura
2.19 que a mudança na rigidez dos hidrogéis está relacionada principalmente a
dois fatores: i) a quantidade de PNIPAAm no material; ii) temperatura. O
aumento na rigidez dos hidrogéis em temperaturas superiores a LCST do
PNIPAAm, foi relacionada com o colapso das cadeias do polímero
termosensível. Conseqüentemente, é necessária uma força adicional para que
ocorra deformação de 1 mm do gel colapsado. Maiores quantidades de
PNIPAAm a temperatura constante, deixam a matriz do hidrogel mais
compacta. Assim, houve a expectativa de que hidrogéis com maior teor de
alginato seriam mecanicamente mais resistentes. Na Figura 2.20 aparece a
dependência da σmax de compressão com a temperatura para hidrogéis
sintetizados a partir de alginato a 2% (m/v).
.
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
5
10
15
20
25
30
Tensão máxima de
compressão (
σ
max
) KPa
(2-1-10)
(2-1-5,0)
(2-1-2,5)
(2-1-0)
Temperatura/ °C
Figura 2.20 – Dependência da σmax com a temperatura para os hidrogéis IPN
do sistema (2-1-P).
57
Comparando os valores de σmax para os hidrogéis com 1 e 2% (m/v)
em CA, Fig. 2.19 e 2.20, verifica-se um pequeno aumento de σmax com o teor
de CA. Os hidrogéis IPN do sistema (2-1-P) apresentam menor sensibilidade à
temperatura quando comparados aos hidrogéis IPN do sistema (1-1-P). Para o
hidrogel (2-1-2,5) a σmax é 13,1 KPa a 25 °C e 16,7 KPa a 40 °C, o hidrogel
(2-1-5) apresenta σmax a 25 °C de 13,5 KPa e 24,5 KPa a 40 °C, e para o
hidrogel (2-1-10) a σmax é 21,9 KPa a 25 °C e de 26,3 KPa a 40 °C.
O pequeno aumento nos valores de σmax observado para os hidrogéis
do sistema (2-1-P), como apresentado pela Figura 2.20, deve-se à maior
concentração do suporte, o alginato-Ca
2+
, que os torna um pouco mais
resistentes, quando comparados aos hidrogéis do sistema (1-1-P). Porém o
aumento em σmax não é tão expressivo, tendo em mente que a quantidade de
alginato-Ca
2+
foi dobrada. Atribuímos esse comportamento à alta flexibilidade
característica do hidrogel de alginato.
Na Figura 2.21 é apresentada a dependência do módulo de elasticidade
(E) com a temperatura para hidrogéis do tipo IPN, (1-1-P).
O módulo de elasticidade do hidrogel (1-1-0) diminui com a temperatura.
Esse fato está de acordo com os dados de intumescimento, pois com o
acréscimo na temperatura ocorre aumento nos valores de Q o que deixa as
redes mais flexíveis.
Nos hidrogéis com 2,5, 5,0 e 10,0% (m/v) de PNIPAAm pode-se
observar que o módulo de elasticidade aumenta com a concentração de
PNIPAAm. Esse aumento é atribuído à maior rigidez que o material adquire
com a presença de maiores quantidades de PNIPAAm, o que representa maior
densidade de cadeias de polímeros.
58
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
(1-1-10)
(1-1-5,0)
(1-1-2,5)
(1-1-0)
Modulo de Elasticidade (E) KPa
Temperatura / °C
Figura 2.21: Módulo de elasticidade dos hidrogéis do sistema (1-1-P) em
função da temperatura.
O aumento no módulo de elasticidade do material com a temperatura
está relacionado ao colapso do PNIPAAm que arrasta a rede de alginato,
diminuindo os espaços existentes nesse hidrogel que estariam ocupados pelo
solvente. Assim, a resistência do material a aplicação de força externa torna-se
maior (Muniz and Geuskens, 2001).
Na Figura 2.22 é apresentada a dependência de E com a temperatura
para os hidrogéis com 2% (m/v). Quanto maior o valor do módulo de
elasticidade menor a capacidade de deformação elástica do material, ou seja,
em grandes deformações o material com grande valor de E altera
permanentemente sua forma (Van Vlack, 1970).
59
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
(2-1-10)
(2-1-5,0)
(2-1-2,5)
(2-1-0)
Módulo de Elasticidade (E) KPa
Temperatura/ °C
Figura 2.22: Módulo de elasticidade de hidrogéis do sistema (2-1-P) em função
da temperatura.
A densidade aparente de reticulação (
υ
e
) foi calculada a partir dos dados
de σmax e E, conforme descrito na parte experimental. Observando a Figura
2.23, pode-se verificar que o valor da densidade aparente de reticulação para o
hidrogel contendo somente alginato (1-1-0), diminui de 1,035 x 10
-4
(mol.cm
-3
),
a 25°C, para 0,643.10
-4
(mol cm
-3
), a 40 ºC. Isto já era esperado, pois esse
hidrogel expande-se com o aumento da temperatura, o que obviamente conduz
ao decréscimo em v
e
. Para os demais hidrogéis do sistema (1-1-P) o valor da
densidade aparente de reticulação aumenta em concentrações maiores de
PNIPAAm no hidrogel e com o aumento da temperatura.
60
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
(1-1-10)
(1-1-5,0)
(1-1-2,5)
(1-1-0)
Densidade Aparente de
Reticulação mol/cm
3
x10
4
Temperatura / °C
Figura 2.23 – Densidade aparente de reticulação dos hidrogéis (1-1-P) em
função da temperatura.
Concentrações maiores de PNIPAAm fazem com que o hidrogel fique
mais compacto devido à maior quantidade de cadeias poliméricas por unidade
de volume do hidrogel. Assim, aumenta o número de interações e de
entrelaçamentos entre cadeias. Em temperaturas superiores à LCST é
observado que o hidrogel intumesce menos, ou seja, ele possui uma
característica mais hidrofóbica. Assim, os valores de densidade aparente de
reticulação estão de acordo com esses resultados, pois em temperaturas
superiores à LCST, o PNIPAAm se contrai, o que causa aumento em v
e
.
Analisando a Figura 2.24 e comparando-a com as curvas da Fig 2.23,
pode-se observar que alterando a concentração do alginato de 1 para 2%(m/v)
na síntese do hidrogel, causa aumento significativo na densidade aparente de
reticulação.
61
25 30 35 40 45
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
(2-1-5,0)
(2-1-10)
(2-1-2,5)
(2-1-0)
Densidade Aparente
de Reticulação mol/cm
3
x10
4
Temperatura/ °C
Figura 2.24 – Densidade aparente de reticulação dos hidrogéis (2-1-P)
em função da temperatura.
Para o hidrogel (2-1-0) ocorre diminuição no valor da densidade
aparente de reticulação com a temperatura, como já havia acontecido para o
hidrogel (1-1-0). Esse decréscimo foi de 1,16x10
-4
(mol cm
-3
) para
0,81x10
-4
(mol cm
-3
) quando a temperatura foi aumentada de 25 para 40 ºC.
Para o gel (2-1-2,5) o valor da densidade aparente de reticulação foi de 1,21x
10
-4
(mol cm
-3
) a 25 ºC para 1,53x10
-4
(mol cm
-3
) a 40 ºC. Para o hidrogel (2-1-
5,0) o aumento foi de 1,21x10
-4
(mol cm
-3
) para 2,02x10
-4
(mol cm
-3
) quando a
temperatura foi aumentada de 25 para 40 ºC. O mesmo fato ocorreu com o
hidrogel (2-1-10) que teve o valor da densidade aparente de reticulação
aumentado de 1,34 10
-4
(mol cm
-3
) para 1,66x10
-4
(mol cm
-3
) quando a
temperatura passou de 25 para 40 ºC, valor esse menor que o apresentado
pelo gel (2-1-5).
62
2.3.10- Perfil de contração e expansão
A etapa seguinte desenvolvida no estudo do grau de intumescimento de
hidrogéis CA/PNIPAAm foi observar o comportamento do material em
temperaturas alternadas, em ciclos de aquecimento e resfriamento do hidrogel a
40 ºC e a 25 ºC, respectivamente. Os resultados deste estudo estão ilustrados
na Figura 2.25.
Figura 2.25: Dependência do grau de intumescimento em função do tempo: em
ciclos entre 25 ºC e 40 ºC.
A expansão/contração dos hidrogéis IPN constituídos de redes de CA e
PNIPAAm entrelaçadas, em ciclos de temperatura entre 25 ºC e 40 ºC, é
reversível. Assim, as estruturas/conformações dos hidrogéis não são alteradas
de forma permanente no processo de expansão ou de contração.
50 100 150 200 250 300
0
10
20
30
40
50
Grau de intumescimento
40 ºC
25 ºC
Tempo / h
1-1-2.5 1-1-5 1-1-10
63
2.3.11- Determinação da quantidade de Ca
2+
Na Figura 2.26 pode-se observar que a quantidade de Ca
2+
presente nos
hidrogéis, responsáveis pela reticulação da rede de alginato, varia com a
quantidade de alginato de sódio e é dependente da concentração de PNIPAAm
na solução em que os hidrogéis foram preparados.
Figura 2.26: Quantidade de Ca
2+
existente nos hidrogéis tipo IPN.
Nos sistemas (1-1-P) e (2-1-P) a quantidade de Ca
2+
decresce com o
aumento na quantidade de PNIPAAm nos hidrogéis. É conhecido que ocorre
interação entre grupos carboxilatos, do alginato, e grupos H-N-R, do PNIPAAm
(Kyung et al., 2002). Assim, é possível que a presença de PNIPAAm no
hidrogel estimule a interação do alginato com o PNIPAAm e uma menor
quantidade de alginato estaria disponível para complexação com Ca
2+
.
0
500
1000
1500
2000
2500
10,0 %
5,0 %
0 %
2,5 %
μg / Ca
Quantidade de PNIPAAm %
(2,0-1,0-P) (1,0-1,0-P)
64
2.3.12- Caracterização do complexo formado
De acordo com o espectro de FTIR obtido (Figura 2.27), pode-se
observar no espectro o aparecimento de duas bandas 1618 cm
-1
e 1419 cm
-1
referentes ao hidrogel composto somente de alginato-Ca
2+
. A banda em 1618
cm
-1
foi atribuída ao estiramento assimétrico do grupamento COO
-
e a banda
em 1419 cm
-1
foi atribuída ao estiramento simétrico de vibração do grupo COO
-
(Wang et al., 2002; Sócrates, 2001). No espectro referente ao PNIPAAm
observa-se uma banda em 1643 cm
-1
foi referente a amida primária; uma
banda em 1539 cm
-1
atribuída a deformação angular característica de amida
secundária e uma banda em 1460 cm
-1
foi atribuída ao estiramento referente
ao grupamento CH
2
.
De acordo com os espectros dos hidrogéis nas temperaturas de 25 ºC e
40 ºC, pode-se observar uma banda em 1647 cm
-1
e outra banda em 1545 cm
-1
.
A banda em 1647 cm
-1
foi atribuída ao íon carboxilato e a banda em 1545cm
-1
foi atribuída à deformação simétrica do NH
3
+
(Ju et al., 2002; Nam and Lee,
1997). O aumento na intensidade destas duas bandas indica a formação de
complexo. As bandas em 1647 cm
-1
e 1545 cm
-1
são largas a 25 ºC e se tornam
mais definidas a 40 ºC. Este fato é indicativo que a formação do complexo é
mais favorável em temperaturas superiores à LCST.
65
Figura 2.27 - Espectros de FTIR dos hidrogéis IPN de CA/PNIPAAm e das
redes individuais de CA e PNIPAAm.
2.3.13- Liberação de proteína in vitro
Todos os hidrogéis foram carregados através da imersão do hidrogel em
solução de BSA de 0,19% (m/v). A liberação in vitro de BSA suportada em
matriz de hidrogel (1-1-P) é mostrada na Figura 2.28. A liberação de BSA nas
matrizes com 2,5 % de PNIPAAm, foi a mais rápida quando comparada aos
outros hidrogéis IPN do sistema (1-1-P). Por exemplo, o hidrogel (1-1-2,5)
libera cerca de 40 % de BSA em 1,2 horas. Para liberar a mesma quantidade
de BSA o hidrogel (1-1-5) demora cerca de 6,0 horas e o hidrogel (1-1-10)
libera a mesma quantidade de BSA somente após 9,5 horas. Dessa forma,
pode-se perceber que a velocidade de liberação dessa proteína é favorecida
em menores quantidades de PNIPAAm nos hidrogéis.
66
Em relação à quantidade de proteína liberada, o hidrogel (1-1-2,5) é o
que libera maior quantidade de BSA, presente em sua matriz. Isso ocorre
devido à menor compactação da matriz, maior tamanho médio de poros e
interação com o solvente.
0 5 10 15 20 25 30 35
0
20
40
60
80
100
T=22,0 ºC
% Proteína Liberada
tempo / horas
1-1-2,5
1-1-5,0
1-1-10,0
Figura 2.28: Quantidade (%) de proteína liberada, BSA, a partir de hidrogéis
(1-1-P) constituídos de alginato-Ca
2+
e PNIPAAm, realizados a 22,0 ºC.
Nas primeiras horas de liberação observa-se um aumento brusco na
quantidade liberada. Este fato está relacionado à liberação inicial do BSA que
estava contida na superfície do hidrogel (Zhang et al., 2005). Após 20 horas, a
liberação é praticamente constante, ou seja, o hidrogel já liberou toda a
quantidade de BSA que é capaz.
Observou-se que os hidrogéis não liberam toda a BSA incorporada em
sua matriz. Este fato é devido a dois fatores principais: à interação entre o BSA
e a matriz do hidrogel que inibe a total liberação; à baixa quantidade de BSA
67
incorporada ao hidrogel, que forma um baixo gradiente de concentração
(mecanismo que provoca a liberação), dificultando a liberação.
Na Figura 2.29 é apresentada a liberação in vitro de BSA suportada em
matrizes de hidrogéis do sistema (2-1-P).
0 5 10 15 20 25 30
0
20
40
60
80
100
T=22 ºC
% Proteína Liberada
tempo / horas
2-1-2,5
2-1-5,0
2-1-10,0
Figura 2.29: Quantidade (%) de proteína liberada, BSA, a partir de hidrogéis
(2-1-P) constituídos de alginato-Ca
2+
e PNIPAAm.
A liberação de BSA nos hidrogéis (2-1-P) é mais lenta que a
apresentada pelos hidrogéis do sistema (1-1-P), devido à maior compactação
daquela matriz, causada pela quantidade de alginato (2%).
Como estamos trabalhando com hidrogéis termosensíveis, é importante
avaliar a quantidade de proteína liberada em temperaturas inferiores e
superiores a LCST.
68
Na Figura 2.30 é apresentada a dependência entre quantidade
acumulada de proteína liberada com o tempo, nas temperaturas de 22º C e
37º C.
O perfil de liberação de BSA pelos hidrogéis a 37 ºC é similar ao
observado a 22 ºC. No início, os perfis de liberação são praticamente iguais
nas duas temperaturas. Mas, em tempos maiores a quantidade de BSA
liberada torna-se menor a 37 ºC. Resultados similares foram obtidos por Wu et
al., 2005. Após 25 horas, o hidrogel (1-1-5,0) liberou 63,6 % de BSA na
temperatura de 22 ºC e 49,5 % na temperatura de 37 ºC.
0 5 10 15 20 25 30 35
0
10
20
30
40
50
60
70
1-1-5,0
T=37 ºC
T=22 ºC
tempo / horas
% Proteína Liberada
Figura 2.30: Quantidade de BSA liberada a partir de hidrogéis 1-1-5,0 nas
temperaturas de 22 ºC e 37 ºC
Em temperaturas superiores a LCST o PNIPAAm colapsa arrastando a
rede de alginato e retendo as partículas de BSA, impedindo assim a sua
liberação de forma mais rápida, como ocorre a 22 ºC.
69
A variação nos valores de n (coeficiente difusional) em relação aos
diferentes hidrogéis está representada na Tabela 2.3. Os valores de n foram
obtidos por linearização da equação 2.6. Verificou-se que o processo de
liberação apresenta curvas de ln Mt/M∞ vs ln t lineares até 60 % de liberação.
Das inclinações dessas curvas obteve-se os valores de n.
Tabela 2.3: Valores de n (coeficiente difusional) para hidrogéis utilizados
no processo de liberação à 22 ºC.
Os valores de n expressam, com já foi relatado, o tipo de transporte que
ocorre no processo de liberação da BSA. Assim, é conhecido que valores de
n=0,5; 0,5 < n < 1 e n =1 indicam difusão Fickiana, transporte anômalo e
transporte por relaxação, respectivamente (Nam et al., 2004). Esses valores
são verdadeiros quando trabalhamos com hidrogéis no formato de cubos.
Como pode ser observado na Tabela 2.3, os valores de n se encontram na
faixa que corresponde ao transporte anômalo, ou seja, no processo de
liberação em que o transporte que governado pela difusão como pela relaxação
das cadeias do hidrogel. Nos hidrogéis cuja quantidade de PNIPAAm é maior,
observou-se aumento nos valores de n, ou seja, a passagem da proteína
através do hidrogel tende a ser facilitado pela relaxação da rede.
Hidrogel
n
1-1-2,5 0,51
1-1-5
1-1-10
2-1-2,5
2-1-5
2-1-10
0,65
0,67
0,56
0,66
0,72
70
2.4 - Conclusões
Neste capítulo foram estudados hidrogéis constituídos de rede de
alginato-Ca
2+
entrelaçada com rede de PNIPAAm, tipo IPN. Os parâmetros de
coeficiente de partição, intensidade relativa de luz e contração foram estudados
com variação na temperatura. Os valores de coeficiente de partição são
fortemente dependentes da temperatura e do teor de PNIPAAm. Em
temperaturas acima da LCST do PNIPAAm, foi constatado através de medidas
de intensidade relativa de luz transmitida, aumento da opalescência nos
hidrogéis. Existe evidente contração dos hidrogéis tipo IPN em temperaturas
acima da LCST do PNIPAAm.
Foi verificada variação nos valores de LCST dos hidrogéis IPN com 1%
de CA. Através das três técnicas analisadas (coeficiente de partição, I/I
0
e
V/V
0
), os valores de LCST dos hidrogéis apresentaram valores praticamente
constantes, nos hidrogéis com a mesma composição. Nos hidrogéis com 2%
de alginato os valores de LCST não dependem do teor de PNIPAAm e
permanecem constante. Assim, a temperatura de transição de hidrofílica para
hidrofóbica do PNIPAAm em determinados hidrogéis, pode ser ajustada à
temperatura do corpo humano.
A 25 ºC, portanto abaixo da LCST do PNIPAAm, os hidrogéis são
materiais altamente porosos. No entanto, acima da LCST do PNIPAAm, foi
observado que hidrogéis apresentaram significativo decréscimo no tamanho
médio dos poros, devido ao colapso das cadeias de PNIPAAm.
Hidrogéis mais porosos apresentam maior afinidade pela água. Um
aumento na densidade de cadeias no hidrogel provocou uma diminuição no
grau de intumescimento.
71
Hidrogéis que apresentam maior quantidade de alginato-Ca
2+
e de
PNIPAAm, apresentam maior resistência, maior rigidez e possuem maior
densidade de reticulação. A 40 ºC, os hidrogéis tendem a serem mais
resistentes do que a 25 ºC.
Os hidrogéis podem ser aplicados em situações onde o tamanho médio
de poros é um fator importante, tal como processos de separação e substratos
para crescimento de células.
A termosensibilidade dos hidrogéis não varia, depois de vários ciclos de
aquecimento/resfriamento. Conclui-se que a transição é reversível.
Com base nas medidas de absorção atômica concluiu-se que a
quantidade de Ca
2+
diminui com o aumento da quantidade de PNIPAAm. Esse
fato é uma evidência de que há formação de complexo entre alginato e
PNIPAAm. O complexo formado foi caracterizado através de FTIR. O
aparecimento de duas bandas em 1647 e 1545 cm
-1
nã presentes nos
espectros de alginato e de PNIPAAm é um indício de que há formação do
complexo.
A liberação da proteína albumina de soro bovino é dependente do
processo de contração do hidrogel. Em temperaturas superiores á LCST,
ocorre liberação em menor grau do que em temperaturas abaixo da LCST.
Hidrogéis com tamanho médio de poros maiores liberam mais proteína quando
comparados com hidrogéis mais compactos (poros menores).
72
Capítulo III: Síntese e caracterização de hidrogéis do tipo IPN e semi-IPN
constituídos de alginato-Ca
2+
(SA
2
)
e PNIPAAm.
3.1- Introdução
Como demonstrado no capítulo anterior é possível sintetizar hidrogéis de
alginato-Ca
2+
e PNIPAAm na forma de IPN. A síntese de hidrogéis do tipo
semi-IPN contendo alginato-Ca
2+
e PNIPAAm já é relatada na literatura (Chen
et al., 2004; Guilherme et al., 2002; Ju et al., 2001).
Neste capítulo são descritas as sínteses de hidrogéis do tipo IPN e semi-
IPN. Os hidrogéis foram sintetizados com alginato de sódio de massa molar
1,3 x 10
6
g/mol
,uma vez que já é conhecido que hidrogéis do tipo semi-IPN,
sintetizados com alginato de menor massa molar (3,0 x 10
5
g/mol) e PNIPAAm,
não conservam as características termosensíveis do PNIPAAm (Guilherme et
al., 2002). Os hidrogéis sintetizados foram caracterizados a fim de se observar
as diferenças existentes nesses dois tipos de hidrogéis. A caracterização foi
feita através de determinação do grau de intumescimento em equilíbrio, análise
da resistência mecânica e análise morfológica desses materiais. Devido a
presença de PNIPAAm nos hidrogéis, toda a caracterização desses materiais
foi realizada em diferentes temperaturas.
3.2- Parte experimental
3.2.1- Reagentes
Alginato de sódio com Mv = 1,3 x 10
6
g mol
-1
(SA
2
)
N-isopropilacrilamida (NIPAAm, Aldrich)
N,N,N’,N’-tetrametiletilenodiamino (TEMED, Aldrich)
73
Persulfato de sódio (NA
2
S
2
O
8,
Aldrich)
Cloreto de cálcio ( CaCl
2,
Synth )
3.2.2-Equipamentos
Banho termostatizado Tecnal, modelo TE-184 (precisão 0,1º C)
Micrômetro (Mercer, England)
Texturômetro, marca Texture Analyzer, modelo (TAX.T2i).
Microscópio eletrônico de varredura marca Shimadzu, modelo SS-
550 Superscan.
Liofilizador marca Christ gefriertrocknungsanlagen, - 55 ºC.
3.2.3- Síntese do PNIPAAm
Inicialmente, o monômero NIPAAm foi recristalizado em hexano. Em um
béquer contendo 100mL de água destilada/deionizada e 44,2 mMols de
NIPAAm e 0,4 g de persulfato de sódio utilizado como iniciador. Esta mistura
permaneceu sob agitação até a completa dissolução. Em seguida, a solução foi
desoxigenada por borbulhar N
2
. Após 30 minutos, foi adicionado 0,7mL de
tetrametiletilenodiamina (TEMED), utilizado como catalisador, e o frasco
permaneceu vedado sob agitação por mais 24 horas, a temperatura ambiente.
O PNIPAAm assim obtido foi purificado por precipitação do polímero de
solução aquosa a temperatura ambiente, em água a 60 ºC.
3.2.4- Preparação dos hidrogéis tipo semi-IPN
Em um béquer, contendo solução aquosa de PNIPAAm, foi adicionado
alginato (SA2) até atingir a concentração de 1 ou 2% (m/v). Após dissolução do
74
alginato a solução foi transferida para uma placa de vidro quadrada possuindo
bordas de borracha para a solução não transbordar. O sistema (placa +
solução polimérica) foi imerso em solução de cloreto de cálcio, agente de
reticulação do alginato. A concentração de Ca
2+
foi mantida em 1% (m/v). Após
24 horas a membrana formada foi transferida para um béquer contendo 500 mL
de água destilada/deionizada, para remover o excesso de íons Ca
2+
,
permanecendo por mais 24 horas à temperatura ambiente. Os hidrogéis semi-
IPN foram identificados com a mesma notação utilizada para identificar os
hidrogéis do tipo IPN sintetizados como descrito no Capítulo 2.
3.2.5- Preparação dos hidrogéis tipo IPN
Os hidrogéis do tipo IPN foram sintetizados de acordo com o item 2.2.3
do capítulo anterior. A diferença está no tipo de alginato utilizado na síntese,
que neste caso apresenta massa molar de 1,3 x10
6
g mol
-1
.
3.2.6– Medidas de Intumescimento
O hidrogel foi colocado em contato com água e deixado intumescer até
equilíbrio, nas temperaturas de 25, 30, 35 e 40 ºC. Neste trabalho, o grau de
intumescimento foi determinado através da seguinte equação:
d
w
W
W
Q =
(3.1)
onde Ww e Wd são, respectivamente, a massa do hidrogel intumescido, em
equilíbrio, e a massa do hidrogel seco.
75
3.2.7-Propriedades morfológicas dos hidrogéis
O procedimento aqui utilizado é similar ao descrito no Capítulo 2, item
2.3.12. Os hidrogéis foram imersos em água nas temperaturas de 25, 30 e
40 ºC, durante 24 horas. Após esse período, as amostras foram removidas e
em seguida foram congeladas mergulhando-as em nitrogênio líquido. As
membranas congeladas foram liofilizadas utilizando o equipamento Christ
gefriertrocknungsanlagen. Durante a liofilização a temperatura foi mantida em
- 55 ºC. O processo de liofilização durou cerca de 24 horas. As micrografias
foram obtidas utilizando um microscópio eletrônico de varredura Shimadzu,
modelo SS-550 Superscan. Todas as micrografias foram obtidas da superfície
de fratura dos hidrogéis liofilizados. O tamanho médio de poros foi determinado
utilizando como referência a barra indicativa da ampliação, inserida em cada
micrografia.
3.2.8-Determinação das propriedades mecânicas dos hidrogéis
Para a determinação das propriedades mecânicas foi adotado
procedimento similar ao descrito no Capítulo 2 item 2.2.11. Foi medida a força
necessária para comprimir o gel, e a tensão de compressão foi obtida por meio
da equação (3.2).
()
2
0
−
−==
λλσ
E
S
f
(3.2)
onde σ é a tensão aplicada, em Pa m
-2
, f é o valor da força exercida, S
o
é a
área do corpo de prova que comprime o hidrogel e λ é a deformação relativa.
O módulo elástico (E) de cada hidrogel foi determinado com base na
equação (3.2), em diferentes temperaturas. A densidade aparente de
76
reticulação,
ν
e ,
foi determinada utilizando a seguinte equação (3.3) (Gutowska
et al., 1994).
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
2
3
2
0,
λλνφ
φ
σ
φ
ep
RT
p
p
(3.3)
onde
0,p
φ
e
p
φ
são, respectivamente, as frações volumétricas de polímero no
gel no estado relaxado ( logo após a polimerização) e no estado intumescido.
3.3- Resultados e Discussôes
3.3.1- Intumescimento
Na Figura 3.1 é apresentada a dependência do grau de intumescimento
em função da temperatura para hidrogéis (1-1-P) do tipo semi-IPN.
Pode ser observado na Figura 3.1 que os hidrogéis tornam-se
gradativamente menos hidrofílicos, quando a temperatura é aumentada de
25 ºC para 40 ºC. O decréscimo nos valores de Q são maiores nos hidrogéis
com menor quantidade de PNIPAAm, 1,3% (m/v). Este fato é devido à menor
compactação do material, o que facilitaria o processo de contração. Deve ser
ressaltado que os hidrogéis semi-IPN apresentaram apenas leve contração se
aquecidos acima da LCST.
O hidrogel (1-1-1,3) apresentou maiores valores de Q que o hidrogel
(1-1-5) em temperaturas abaixo e acima da LCST do PNIPAAm. Isto significa
que aumentando o teor de PNIPAAm diminui a hidrofilicidade do material. O
hidrogel 1-1-0 apresenta menores valores de intumescimento abaixo da LCST
dos hidrogéis que contêm PNIPAAm, devido a hidrofilicidade do PNIPAAm,
77
que está presente na forma linear, juntamente com a hidrofilicidade do alginato.
Acima da LCST o PNIPAAm apresenta uma característica mais hidrofóbica, o
que ocasiona uma diminuição nos valores de Q.
25 30 35 40 45 50
54
56
58
60
62
64
66
68
1-1-0
1-1-5,0
1-1-2,5
1-1-1,3
Intumescimento (Q)
Temperatura/ ºC
Figura 3.1: Intumescimento de hidrogéis (1-1-P) tipo semi-IPN em função
da temperatura.
Na Figura 3.2 é apresentada a dependência do grau de intumescimento
em função da temperatura para hidrogéis (2-1-P) do tipo semi-IPN.
A contração apresentada pelos hidrogéis da Figura 3.2 é menor que a
dos hidrogéis da Figura 3.1. Esse comportamento pode ser interpretado
baseando-se na mobilidade das cadeias de PNIPAAm. Devido à formação da
rede com maior quantidade de alginato-Ca
2+
a mobilidade das cadeias de
PNIPAAm é diminuída e o colapso das cadeias de PNIPAAm não ocorre com
tanta intensidade como em uma matriz com menor quantidade de alginato.
78
25 30 35 40 45 50
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
2-1-1,3
2-1-0
2-1-5,0
2-1-2,5
Intumescimento(Q)
Temperatura/ ºC
Figura 3.2: Intumescimento de hidrogéis (2-1-P) tipo semi-IPN em função da
temperatura.
Na Figura 3.3 é apresentada a dependência do grau de intumescimento
em função da temperatura para hidrogéis (1-1-P), do tipo IPN.
Pode ser observado na Figura 3.3 que os hidrogéis IPN têm seus
valores de Q diminuídos com o aumento na temperatura. Este comportamento
é diferente do observado em hidrogéis de alginato-Ca
2+
puro (1-1-0), para o
qual ocorre pequeno acréscimo nos valores de Q com a temperatura.
79
25 30 35 40 45 50
0
10
20
30
40
50
60
70
1-1-10.0
1-1-5.0
1-1-2.5
1-1-0
Intumescimento/ Q
Temperatura / ºC
Figura 3.3: Intumescimento de hidrogéis (1-1-P), tipo IPN em função da
temperatura.
Comparando os hidrogéis semi-IPN (Figura 3.1) e os hidrogéis IPN
(Figura 3.3), verifica-se que nos hidrogéis semi-IPN a variação no valor de Q
com a temperatura é menor, pois as cadeias lineares de PNIPAAm estão
entrelaçadas entre a rede de alginato-Ca
2+
. Desta forma é mais difícil para o
PNIPAAm colapsado arrastar a rede de alginato-Ca
2+
. Assim, pode-se inferir
que a rede de alginato-Ca
2+
suporta mecanicamente as cadeias de PNIPAAm
colapsadas.
Podemos observar que os valores de Q para hidrogéis do tipo semi-IPN
são maiores que os valores para hidrogéis do tipo IPN, devido à estrutura
menos compacta formada pelos hidrogéis semi-IPN.
80
3.3.2- Análise morfológica dos hidrogéis através de microscopia
eletrônica de varredura
A difusão de solutos através de hidrogéis ocorre em regiões que são
ocupadas pelo solvente e são delimitadas pelas cadeias poliméricas. Qualquer
fator que reduz o tamanho destas regiões, ou seja, o tamanho médio de poros,
terá um papel fundamental para a maioria das aplicações dos hidrogéis.
Para uma melhor compreensão das características morfológicas dos
hidrogéis IPN e semi-IPN, foram realizadas análises microscópicas (MEV) das
superfícies de fratura dos hidrogéis liofilizados após intumescidos em diferentes
temperaturas.
Na Figura 3.4 podemos observar micrografias dos hidrogéis alginato-
Ca
2+
/PNIPAAm, do tipo IPN (1-1-5), nas temperaturas de 25 ºC e 33 ºC.
Figura 3.4: Micrografias da superfície de hidrogéis IPN, obtidas por MEV, nas
temperaturas indicadas.
T = 25º C
500 X
T = 33º C
500 X
81
Na temperatura de 25 ºC, portanto abaixo da LCST do PNIPAAm, o
hidrogel apresenta uma matriz bastante porosa. Na temperatura de 33 ºC este
mesmo hidrogel apresenta um pequeno decréscimo no tamanho de poros.
Na Figura 3.5 é apresentada a micrografia da superfície dos hidrogéis
(1-1-5) do tipo semi-IPN.
Figura 3.5: Micrografia, obtida por MEV, da superfície do hidrogel (1-1-5) semi-
IPN, na temperatura de 25 ºC.
Podemos observar que a matriz dos hidrogéis compostos de alginato-
Ca
2+
/PNIPAAm, do tipo semi-IPN, apresenta uma morfologia folheada,
semelhante à apresentada pelo hidrogel constituído somente pela rede de
alginato de cálcio (Capítulo 2). Os hidrogéis do tipo IPN apresentam maior
homogeneidade de poros, seja no tamanho quanto na forma: os poros são
menores, porém mais esféricos.
A diferença na morfologia observada entre hidrogéis semi-IPN e IPN
pode ser assim entendida: na formação dos hidrogéis do tipo semi-IPN as
cadeias do PNIPAAm (lineares) permanecem entrelaçadas na rede de alginato,
não influenciando na estrutura dessa rede. Já nos hidrogéis do tipo IPN, as
T = 25º C
500 X
82
duas redes estão entrelaçadas, portanto têm que se arranjar no espaço
delimitado pelo entrelaçamento, o que conduz modificações na morfologia.
Na Tabela 3.1 pode ser observada a dependência do tamanho médio de
poros dos hidrogéis do tipo semi-IPN e IPN, em função da temperatura.
Tabela 3.1 – Valores de tamanho médio de poros, ξ, nas temperaturas de 25, 33 e
40 ºC, para diversos hidrogéis do sistema (1-1-P), do tipo IPN e semi-IPN,
constituídos de alginato-Ca
2+
e PNIPAAm . Os valores de ξ são dados em
μm.
Temperatura (ºC)
Hidrogéis
(*)
25 33 40
IPN (1-1-2,5)
39,4± 2,5
18,4± 3,0 14,5 ± 1.8
IPN (1-1-5,0)
28,7 ± 3,2 12,7± 3,8 9,0± 1,2
Semi-IPN(1-1-2,5)
62,0± 5,2 61,2± 4,5 59,3 ± 3,9
Semi-IPN(1-1-5,0)
56,0 ± 4,4 55,0 ± 3,2 55 ± 3,6
* sintetizados com alginato de massa molar 1,3 x 10
6
g mol
-1
.
De acordo com os dados da Tabela 3.1 podemos observar que os
hidrogéis do tipo semi-IPN não apresentam variação significativa no tamanho
de poros com a temperatura. Ao serem aquecidos acima da LCST esses
hidrogéis não se contraem significativamente, portanto a porosidade
permanece praticamente constante mesmo quando aquecidos. Este fato
deveria estar refletido nos valores de grau de intumescimento. No entanto,
como apresentado anteriormente, o valor do grau de intumescimento decresce
com o aumento da temperatura. Este comportamento é explicado pela
formação do complexo que ocorre entre os grupos carboxílicos, do alginato, e
os grupamentos amidas, do PNIPAAm. A formação do complexo, que é mais
favorável acima da LCST, provoca exposição dos grupamentos isopropílicos,
83
apolares, do PNIPAAm que passam a revestir os poros do hidrogel, diminuindo
a sua interação com a água (Guilherme et al., 2002).
A contração apresentada pelos poros dos hidrogéis IPN que contêm SA
1
é maior que a contração dos hidrogéis com SA
2
, esse fato é devido à massa
molar do alginato do tipo SA
1
(3,0 x 10
5
g mol
-1
)
ser menor que a massa molar
do alginato SA
2
(1,3 x 10
6
). Assim, quanto menor a massa molar do alginato,
que constitui a rede alginato-Ca
2+
, mais prevalecerá a contração que é a
característica intrínseca da rede de PNIPAAm.
3.3.3- Propriedades mecânicas dos hidrogéis IPN e semi-IPN
Na Figura 3.6 é apresentada a dependência da tensão máxima de
compressão (σmáx) com a temperatura para diferentes hidrogéis tipo semi-IPN,
do sistema (1-1-P).
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
(1-1-5,0)
(1-1-2,5)
(1-1-1,3)
Tensão máxima de
compressão (
σ
max
) KPa
Temperatura/ °C
Figura 3.6: Dependência da tensão máxima de compressão (σmáx) com
a temperatura para diferentes hidrogéis semi-IPN do sistema (1-1-P).
84
Os hidrogéis do tipo semi-IPN praticamente não apresentam contração,
como foi mostrado anteriormente. Assim, os valores de σmáx desses hidrogéis
não apresentam grandes variações quando a temperatura é aumentada acima
da LCST do PNIPAAm.
Pode ser verificado que os hidrogéis tipo semi-IPN são mais resistentes
quando sintetizados em soluções contendo maior concentração em PNIPAAm.
Na Figura 3.7 pode ser observado que o hidrogel do tipo IPN apresenta
maior variação nos valores de σmáx com o acréscimo da temperatura. Esse
fato é devido à contração apresentada pelos hidrogéis do tipo IPN que não
observamos nos hidrogéis do tipo semi-IPN.
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
semi-IPN
IPN
Tensão máxima de
compressão (
σ
max
) KPa
Temperatura / ºC
1-1-5
Figura 3.7: Dependência da tensão máxima de compressão (σmáx) com a
temperatura para os hidrogel (1-1-5) do tipo semi-IPN e IPN.
O módulo de elasticidade é a medida de rigidez do material, ou seja,
para grandes valores de módulos, menores são as deformações, para um
mesmo nível de tensão.
85
O módulo de elasticidade resulta das forças de atração entre os átomos.
Logo, como as forças de atração não podem ser alteradas sem a variação da
natureza básica de um determinado material, o módulo de elasticidade é uma
propriedade intrínseca do material. Assim, é importante a análise da
dependência do módulo de elasticidade (E) com a temperatura para os
hidrogéis semi-IPN (Figura 3.8).
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
(1-1-5,0)
(1-1-2,5)
(1-1-1,3)
Módulo de Elasticidade (E), KPa
Temperatura/ °C
Figura 3.8: Módulo de elasticidade dos diferentes hidrogéis do sistema
(1-1-P), tipo semi-IPN, em função da temperatura.
Hidrogéis com maiores quantidades de PNIPAAm ficam mais rígidos o
que é refletido em aumento dos valores de E. Assim, os hidrogéis (1-1-2,5) e
(1-1-5,0) apresentam valores de E maiores do que o hidrogel (1-1-1,3).
Outro fator importante que deve ser levado em conta é o aumento nos
valores de E com o acréscimo na temperatura. Com o colapso das cadeias de
PNIPAAm a rigidez do material aumenta. É importante ressaltar que as cadeias
86
de PNIPAAm colapsadas são suportadas mecanicamente pela rede de
alginato-Ca
2+
.
Na Figura 3.9 é apresentada a dependência do módulo de elasticidade
de hidrogéis (1-1-5,0) IPN e semi-IPN com a temperatura.
24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
15
20
25
30
35
40
45
50
55
semi-IPN
IPN
Temperatura/ °C
Módulo de Elasticidade (E), KPa
1-1-5
Figura 3.9: Dependência do módulo elasticidade (E) com a temperatura para
hidrogéis (1-1-5) do tipo semi-IPN e IPN.
De acordo com as curvas da Figura 3.9, os valores de E são
significativamente maiores para hidrogéis do tipo IPN. Isso ocorre porque a
matriz IPN comporta a estrutura de duas redes entrelaçadas. Isto torna os
materiais mais compactos e mecanicamente mais resistentes.
A densidade aparente de reticulação (ν
e
) foi determinada através do
módulo de elasticidade e de dados de intumescimento, utilizando a equação
3.3.
Na Figura 3.10 é apresentada a dependência de ν
e
com a temperatura
para hidrogéis do tipo semi-IPN.
87
25 30 35 40
1,2
1,4
1,6
1,8
(1-1-5,0)
(1-1-2,5)
(1-1-1,3)
Densidade aparente de
reticulação mol/cm
3
x10
4
Temperatura/ °C
Figura 3.10: Densidade aparente de reticulação do hidrogel (1-1-P) semi-
IPN em função da temperatura.
Na Figura 3.10 podem ser observados maiores valores de densidade
aparente de reticulação nos hidrogéis com maiores quantidades de PNIPAAm,
e também aumento nos valores de ν
e
com a temperatura, em todos os semi-
IPNs.
O aumento em ν
e
pode ser correlacionado com a rigidez do material.
Isto é refletido nos valores de módulo de elasticidade apresentados
anteriormente. Dois fatores contribuem para que os semi-IPNs se tornem mais
rígidos: o colapso das cadeias de PNIPAAm em temperaturas superiores a
LCST; a pequena contração apresentada pelo hidrogel devido ao colapso do
PNIPAAm. No entanto, pode-se inferir que a contribuição deste último é menor
que o do primeiro fator. O aumento em ν
e
observado abaixo da LCST, pode ser
atribuído à interação entre cadeias de PNIPAAm. Acima da LCST o aumento
88
em ν
e
pode ser atribuído ao fato das cadeias de PNIPAAm serem suportadas
pela rede de alginato-Ca
2+
. Este comportamento foi verificado anteriormente
por Muniz e Geuskens, 2001, em hidrogéis de PNIPAAm em redes de
poliacrilamida, tipo semi-IPN.
Gutowska et al. (1994), analisaram a influência do aumento na
quantidade de um copolímero no retículo do PNIPAAm formando um hidrogel
semi-IPN, em medidas de densidade aparente de reticulação. Observaram que
um aumento na quantidade do material ocasiona um aumento na densidade
aparente de reticulação. Atribuíram esse aumento em ν
e
à forte interação
intramolecular (entre o copolímero e o próprio copolímero) e intermolecular
(entre o copolímero e o PNIPAAm).
Na Figura 3.11 é observada a dependência da densidade aparente de
reticulação de hidrogéis (1-1-5) IPN e semi-IPN com a temperatura.
22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
1-1-5
IPN
semi-IPN
Densidade aparente de
reticulação mol / cm
3
x 10
4
Temperatura / ºC
Figura 3.11: Densidade aparente de reticulação do hidrogel (1-1-5) semi-IPN e
IPN em função da temperatura.
89
De acordo com a Figura 3.11, pode ser observado que hidrogéis do tipo
IPN apresentam valores de densidade aparente de reticulação maiores que
hidrogéis do tipo semi-IPN. Esse fato está relacionado a maior compactação
apresentada pelos hidrogéis IPN, que facilita a formação de entrelaçamentos,
ou seja, interações não covalentes formadas entre a rede de alginato-Ca
2+
e a
rede de PNIPAAm.
3.4- Conclusões
Foi verificado que hidrogéis do tipo semi-IPN absorvem maior
quantidade de água do que os respectivos hidrogéis do tipo IPN. Apesar do
decréscimo nos valores de Q, os hidrogéis do tipo semi-IPN não apresentam
contração significativa.
A morfologia apresentada pelos hidrogéis do tipo semi-IPN é similar à
apresentada pelos hidrogéis compostos somente por alginato (Capítulo 2).
Os hidrogéis do tipo IPN apresentam maior resistência mecânica que os
hidrogéis do tipo semi-IPN. Com base nessa característica a densidade
aparente de reticulação dos hidrogéis IPN é maior.
Hidrogéis IPN sintetizados com alginato de maior massa molar (SA
2
)
apresentaram menor grau de contração quando comparados aos respectivos
hidrogéis IPN sintetizados com alginato (SA
1
), de menor massa molar.
Conclui-se que prevalece a contração da rede de PNIPAAm quando esta
é entrelaçada em rede de alginato de menor massa molar.
90
CAPÍTULO IV – CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta dissertação, foram investigadas propriedades importantes na área
de hidrogéis termo-sensíveis. Foram sintetizados hidrogéis termosensíveis
baseados no polímero poli(N-isopropil acrilamida), PNIPAAm, por associação
com o biopolímero alginato de sódio (SA). O presente estudo se divide em
duas partes: na primeira parte foram sintetizados hidrogéis do tipo IPN; na
segunda parte foram sintetizados hidrogéis tipo semi-IPN e também hidrogéis
do tipo IPN. O alginato utilizado na primeira parte do trabalho possui massa
molar 3,0 x 10
5
g mol
-1
e o utilizado na segunda parte tem massa molar cerca
de quatro vezes maior, 1,3 x 10
6
g mol
-1
.
Verificou-se que a concentração dos polímeros utilizados na síntese dos
hidrogéis IPN é importante para o controle dos valores de LCST que o
PNIPAAm, presente no hidrogel, apresentará após a síntese. As propriedades
mecânicas e morfológicas dos hidrogéis apresentaram variações significativas
com a variação na temperatura. Em temperaturas abaixo da LCST os hidrogéis
apresentaram poros de tamanho médio maior que em temperaturas acima da
LCST, porém a resistência mecânica dos mesmos é aumentada com o
aumento na temperatura.
A diferença no comportamento entre os hidrogéis IPN (redes de CA e
PNIPAAm entrelaçadas) e semi-IPN foi atribuída à existência de uma só rede
nesses últimos (rede de CA). A contração e redução nos valores de grau de
intumescimento quando os hidrogéis IPN são aquecidos, ocorrem em maior
escala nos hidrogéis com alginato de menor massa molar. Isto foi atribuído ao
colapso da rede de PNIPAAm que arrasta a rede de CA (menos rígida). A
91
contração favorece a formação de complexo entre o PNIPAAm e o alginato. A
formação do complexo foi evidenciada a partir dos espectros de FTIR.
A viabilidade desses hidrogéis na utilização em sistemas de liberação de
fármacos foi demonstrada através da liberação de BSA em diferentes
temperaturas. Outro fator importante é a possibilidade de ajustar a LCST dos
hidrogéis IPN próxima a temperatura do corpo (37 ºC), controlando a
quantidade de PNIPAAm e alginato no processo de síntese dos hidrogéis.
92
CAPÍTULO V - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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