Preparo de hidrogéis baseados em polipirrol e alginato para utilização em sistemas de liberação e na extração de contaminantes

Abstract

Resumo: Este trabalho descreve a síntese, caracterização e aplicação de hidrogéis condutores obtidos pela combinação do polissacarídeo alginato (ALG) com o polímero condutor polipirrol (PPI). Os resultados desta tese foram divididos em duas partes: a síntese química e a eletroquímica. Na primeira apresentam-se os resultados da síntese química do PPI na presença do ALG. A formação do compósito PPI-ALG foi acompanhada por espectroscopia UV-Vis e a polimerização do PPI foi confirmada por espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman, analise termogravimétrica e microscopias eletrônica de transmissão e varredura. Os hidrogéis compósitos à base de ALG e PPI foram avaliados como fase sorvente, para a extração de contaminantes de preocupação emergente, ou seja, compostos de média a alta polaridade. Duas abordagens sintéticas foram desenvolvidas para fins de comparação. Primeiramente, a dispersão resultante da polimerização química foi usada para formação do hidrogel compósito PPI-ALG e a segunda metodologia consistiu em mergulhar o hidrogel de ALG puro em solução de pirrol para promover a formação do PPI na superfície do hidrogel de ALG (ALG@PPI). Todas as fases de sorção, ou seja, ALG puro, PPI-ALG e ALG@PPI foram eficientes na extração da cafeína, atrazina e progesterona. Porém, quanto maior o teor de PPI, melhor o desempenho de extração, no entanto, ALG puro foi capaz de extrair os compostos indicando que o polissacarídeo contribui para o processo de extração agindo não apenas como matriz, mas também como fase de extração. Outra aplicação bastante interessante de hidrogéis baseados em ALG e PPI são em sistemas de liberação controlada, porém a síntese química desses compósitos apresenta baixa eletroatividade para esse tipo de aplicação, assim a síntese eletroquímica é uma alternativa para o controle eletroquímico. Na segunda parte deste trabalho o PPI foi eletroquimicamente polimerizado no interior de hidrogéis de ALG. É mostrado que esse novo material mantém as propriedades de intumescimento dos hidrogéis e a eletroatividade, dos polímeros condutores, características indispensáveis na aplicação desses hidrogéis em sistemas de liberação eletroquímica. A liberação do azul de metileno foi avaliada com o tempo em pH constante e com aplicação de diferentes potenciais. Foi observado que o dispositivo possui controle eletroquímico, ou seja, a variação do potencial aplicado provocou mudança no perfil de liberação, possibilitando assim, a verificação de um perfil do tipo liga/desliga. A habilidade dos hidrogéis compósitos de ligar/desligar comprovou que o sistema é capaz de acionar a liberação frente a impulsos elétricos. Palavras-chave: Hidrogéis compósitos. Polipirrol. Alginato. Fase extratora. Liberação controlada.

Abstract: This work describes the synthesis, characterization and application of conductive hydrogels obtained by combining the polysaccharide alginate (ALG) with the polypyrrole conducting polymer (PPI). The results of this thesis were divided into two parts: chemical and electrochemistry synthesis. The first presented results is about the chemical synthesis of the PPI in the presence of the ALG. The formation of the PPI-ALG composite was monitored by UV-Vis and polymerization of the PPI was confirmed by infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis and transmission and scanning electron microscopy. The composite hydrogels based on ALG and PPI were tested as the sorbent phase, for the extraction of contaminants of emerging concern, that is, medium to high polarity compounds. Two synthetic approaches were developed for comparison purposes. First the dispersion resulting of the chemical polymerization was used to form the PPI-ALG composite hydrogel and the second methodology consisted of dip the pure ALG hydrogel into pyrrole solution to promote the formation of PPI in the surface of the ALG hydrogel (ALG@PPI). All sorption phases, ie pure ALG, PPI-ALG and ALG@PPI were efficient in extracting caffeine, atrazine and progesterone. However, the higher the PPI content, the better the extraction performance; nevertheless, pure ALG was also able to extract the compounds indicating that the polysaccharide contributes to the extraction process acting not only as a support but also as extraction phase. Another interesting application of ALG and PPI based hydrogels is in controlled release systems, however the chemical synthesis of these composites presents low electroactivity for this type of application, so the electrochemical synthesis is an alternative for the electrochemical control. In the second part of this work the PPI was electrochemically polymerized inside ALG hydrogels. It is shown that this new material maintains the odd characteristics of hydrogels and conductive polymers as swelling properties and electroactivity, respectively, which makes it an interesting and suitable for drug delivery devices. The release of methylene blue was evaluated with time at constant pH and with application of different potentials. It was observed that the device has electrochemical control, that is, the variation of the applied potential caused a change in the release profile, thus enabling the verification of an on/off type profile. The ability of composite hydrogels on/off has proven that the system is capable of triggering the release against electrical impulses. Key-words: Composite hydrogels. Polypyrrole. Alginate. Extractive phase. Controlled drug delivery.