Correlações entre estrutura química, super-estrutura macromolecular e morfologia das blendas e redes poliméricas à base de quitina e poliuretano

Abstract

Resumo: Polímeros para aplicações biomédicas devem possuir propriedades físicoquimicas e mecânicas assim como biocompatibilidade adequada. Alguns polímeros sintéticos possuem as propriedades físicas requeridas mas não são suficientemente biocompatíveis. Por outro lado, polímeros naturais são biocompatíveis mas suas propriedades mecânicas são inadequadas. A mistura de polímero sintético e natural na forma de blendas e materiais ligados quimicamente constitui um recurso que reúne as propriedades de ambos num único material. A quitina é um polímero natural com grande potencial de aplicação que já está sendo explorado para uso na área de saúde, devido a características favoráveis, tais como baixa toxicidade, biocompatibilidade, biodegradabilidade e mucoadesividade. A combinação deste polímero com os poliuretanos que são polímeros versáteis, e cuja estrutura pode ser desenhada de modo a apresentar biodegradabilidade, usando-se segmentos biodegradáveis em sua estrutura como a policaprolactanodiol (PCL) foi a estratégia usada nesta Tese para a obtenção de materiais que possam ter utilidade em aplicações biológicas. A combinação das propriedades da quitina com as do poliuretano foi realizada através da interconexão dos dois polímeros através da reação de condensação entre um pré-polímero uretânico com terminações isocianato (NCO) e os grupos NH e OH da quitina. A densidade de ligações cruzadas nas redes resultantes foi fixada através da proporção dos dois componentes, sendo que o comprimento do PU foi mantido constante (Mw= 66.000 g/mol e Mn=48.000 g/mol). A região da composição estudada situou-se entre 10 e 70% de PU, pois em concentrações superiores ocorre uma separação de fase macroscópica. Blendas de mesma composição também foram preparadas. A caracterização estrutural e morfológica foi feita com os métodos espectroscópicos usuais, como o FTIR, DMTA, difração de raios X e MEV. Os ensaios de biocompatibilidade demonstraram que o filme tem uma menor capacidade de adesão celular, em torno de 40% em relação ao controle positivo. Os ensaios in vivo demonstraram que para os tempos e locais testados, os materiais produziram estado inflamatório.

Abstract: Polymers for biomedical applications should convey at the same time biocompatibility with good physical- mechanical properties. Some synthetic polymers present the required physical characteristics, but are not biocompatible. On the other hand, natural polymers are biocompatible, but lack the adequate mechanical properties. The combination of natural polymers with synthetic ones in blend form or covalently linked is a resource that provides the obtainment of both features in only one material. Chitin is a natural polymer with a great potential application, and is being already explored in the health area, due to favorable characteristics such as low toxicity, biocompatibility, and mucoadhesiviy. The combination of this polymer with polyurethanes, that are versatile materials and which structure can be designed in biodegradable form by using degradable segments, as polycaprolactonediol (PCL), was the strategy used in this Thesis for the preparation of material that could be useful in biological applications. The combination of the chitin and polyurethane properties was accomplished by the interconnection of the two polymers through the condensation reaction between the terminal isocyanate groups (NCO) of a urethane pre-polymer and the NH and OH of the chitin molecule. The crosslinking density was set by the ration between the two components, since the polyurethane block was kept constant (Mw= 66.000 g/mol, Mn=48.000 g/mol). The composition range studied spanned from 10 to 70% of the polyurethane component, at higher concentrations a macroscopic phase separation occurred. Blends of similar compositions were also prepared. The structural and morphological characterization was done with the usual spectroscopic methods, such as FTIR, DMTA, X-ray diffraction and MEV. The biocompatibility tests demonstrated that the film has a lower capacity of cellular adhesion, around 40% in relation to the positive control. The in vivo essays showed that for the periods of time and locations tested, the materials brought about a inflammatory reaction.