Análise e desenvolvimento de membranas poliméricas de policaprolactona e poli(álcool vinílico) aditivadas com nanopartículas de óxido de zinco dopadas e co-dopadas com cério e níquel

Abstract

Resumo: A crescente resistência antimicrobiana aos antibióticos comerciais configura uma grave crise de saúde pública, contribuindo significativamente para o aumento das taxas de mortalidade associadas a infecções de difícil tratamento. Diante desse cenário, a busca por alternativas terapêuticas inovadoras torna-se essencial para mitigar os impactos desse fenômeno e reduzir a dependência dos antibióticos convencionais. Entre as estratégias mais promissoras, destacam-se os biomateriais antimicrobianos, que combinam funcionalidade biológica com alto potencial terapêutico. Nesse contexto, este estudo propõe o desenvolvimento de membranas eletrofiadas compostas por policaprolactona (PCL) e poli(álcool vinílico) (PVA) funcionalizadas com nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) puras, dopadas e codopadas com cério (Ce) e níquel (Ni), com o objetivo de potencializar suas propriedades antimicrobianas. As nanopartículas foram sintetizadas e caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura (MEV), confirmando a incorporação dos dopantes na estrutura do ZnO e a preservação da fase cristalina tipo wurtzita. A análise química realizada por espectroscopia de dispersão de energia (EDS), indicou que a eficiência da dopagem foi influenciada pela presença de vacâncias de oxigênio. A análise de fotoluminescência evidenciou que a dopagem das nanopartículas de ZnO induz a modificação do band gap, promovendo a transição óptica para a região do espectro visível. As membranas foram obtidas por eletrofiação e apresentaram morfologia homogênea, evidenciando a eficácia da mistura polimérica e dos parâmetros utilizados na técnica de eletrofiação, conforme indicado pelos espectros Raman. A análise por mapeamento químico via EDS confirmou a incorporação bem-sucedida das nanopartículas na matriz polimérica, apresentando uma distribuição uniforme, com pequenas aglomerações pontuais. Os resultados demonstraram que a codopagem influenciou significativamente as propriedades estruturais e físico-químicas do material, reforçando sua viabilidade para aplicações biomédicas

Abstract: The growing antimicrobial resistance to commercial antibiotics constitutes a serious public health crisis, contributing significantly to the increase in mortality rates associated with difficult-to-treat infections. Given this scenario, the search for innovative therapeutic alternatives becomes essential to mitigate the impacts of this phenomenon and reduce dependence on conventional antibiotics. Among the most promising strategies, antimicrobial biomaterials stand out, which combine biological functionality with high therapeutic potential. In this context, this study proposes the development of electroplated membranes composed of polyprolactone (PCL) and poly(vinyl alcohol) (PVA) functionalized with pure zinc oxide (ZnO) nanoparticles, doped and co-doped with cerium (Ce) and nickel (Ni), in order to enhance its antimicrobial properties. The nanoparticles were synthesized and characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), confirming the incorporation of dopants in the ZnO structure and the preservation of wurtzite-like crystalline phase. The chemical analysis performed by energy dispersion spectroscopy (EDS), indicated that the doping efficiency was influenced by the presence of oxygen vacancies. Photoluminescence analysis revealed that the doping of ZnO nanoparticles induces band gap modification, promoting optical transitions into the visible spectrum region.The membranes were obtained by electrospinning and presented homogeneous morphology, evidencing the effectiveness of the polymeric mixture and the parameters used in the electrospinning technique, as indicated by the Raman spectra. The analysis by chemical mapping by EDS confirmed the successful incorporation of nanoparticles in the polymeric matrix, presenting a uniform distribution with small point agglomerations. The results demonstrated that co-doping significantly influenced the structural and physicochemical properties of the material, reinforcing its viability for biomedical applications