Fabricação de super-hidrofóbicas Materiais Poliméricos para aplicações biomédicas

O objetivo geral do experimento a seguir é fabricar malhas fibrosas biodegradáveis e revestimentos de nanopartículas ou micropartículas a partir de misturas de polímeros biomédicos e ajustar a capacidade de umedecimento desses materiais variando a composição da mistura de copolímeros. Isso é alcançado primeiramente pela síntese de copolímeros funcionais por meio de polimerização por abertura de anel, seguida da fixação de cadeias de hidrocarboneto C18. Em um segundo passo, os copolímeros são dissolvidos juntamente com policaprolactona ou lactídeo cog glicosídeo em um solvente orgânico e, posteriormente, eletrofiados ou eletroaspersos, resultando em malhas tridimensionais de microfibras ou revestimentos de nanopartículas e micropartículas, respectivamente.

Estudos de goniometria de ângulo de contato são então realizados sobre as malhas e revestimentos para compreender como o diâmetro da fibra, a composição do copolímero e a composição da mistura afetam a molhabilidade da superfície e levam à formação de biomateriais super-hidrofóbicos. Os resultados demonstram como a hidrofobicidade é aumentada com a elevação da concentração de copolímero na mistura eletrofiada, conforme determinado por estudos de ângulo de contato com água em avanço e recuo. As implicações dessa técnica estendem-se a situações como a quimioterapia, pois esses materiais podem atuar como depósitos locais de liberação controlada de agentes aprisionados, com a liberação do fármaco relacionado sendo controlável pela composição do polímero e pela rugosidade da superfície.

Para começar, sintetize o monômero necessário para o experimento seguindo as instruções no protocolo textual complementar. Em seguida, aqueça previamente um banho de óleo de silicone a 140 graus Celsius. Meça duas porções, cada uma de 2,1 gramas, de cinco benzel oxigenado um três dioxolano, e adicione-as a frascos redondos secos separados de 100 mililitros.

Em seguida, pese 5,7 gramas de DL-lactídeo e adicione-o a apenas um desses frascos. Adicione uma barra de agitação magnética a ambos os frascos e feche-os com tampões de borracha. Em seguida, pese 240 miligramas de estanho(II) 2-etilhexanoato em um pequeno frasco em forma de pera.

Encha com nitrogênio ambos os frascos contendo o monômero em um manifold lateral durante cinco minutos e, em seguida, adicione 4,24 mililitros de epsilon-caprolactona ao frasco contendo apenas cinco benzo oxi um três dioxina, dois próprio, sob atmosfera de nitrogênio. Em seguida, evacue a atmosfera dos três frascos aplicando vácuo alto de cerca de 300 militorr durante 15 minutos para remover qualquer traço de água. Depois, recarregue a atmosfera do frasco com nitrogênio e, novamente, aplique vácuo alto. Repita este ciclo por um total de três vezes.

Uma vez purgados e sob nitrogênio pela última vez, coloque os frascos do monômero no banho de óleo a 140 graus Celsius. Em seguida, adicione 500 microlitros de tolueno seco ao frasco em forma de pera contendo o catalisador de estanho, enquanto sob nitrogênio, adicionando cerca de 100 microlitros da solução do catalisador às misturas de monômero. Após todos os sólidos terem derretido, mantenha a mistura a 140 graus Celsius por não mais de 24 horas.

Em seguida, resfrie o polímero fundido até a temperatura ambiente. Após o resfriamento, dissolva os polímeros em 50 mililitros de diclorometano e, então, precipite a solução em 200 mililitros de metanol frio. Decante o sobrenadante e seque o polímero remanescente sob vácuo elevado.

Armazene os polímeros secos no congelador a menos vinte graus Celsius até uso posterior. Para uso posterior, dissolva cerca de seis gramas do polímero em 120 mililitros de tetrahedrano em um vaso de hidrogenação de alta pressão. Em seguida, adicione dois gramas de um catalisador de carbono com paládio.

Em seguida, adicione hidrogênio ao vaso utilizando um aparelho de hidrogenação. Hidrogene o vaso a 50 PSI durante quatro horas. Após a conclusão, filtre o catalisador de carbono de paládio utilizando um leito empacotado de terra de diatomáceas.

Em seguida, concentre o polímero até cerca de 50 mililitros sob rotação de aberração. Precipite o volume remanescente em metanol frio. A seguir, decante o sobrenadante e seque o volume restante sob vácuo elevado, dissolva o polímero seco juntamente com 1,5 equivalentes de ácido esteárico em 500 mililitros de clorometano seco.

Em seguida, adicione dois equivalentes de DCC e três flocos de quatro dimetil amino piridina. Agite a mistura sob nitrogênio à temperatura ambiente por 24 horas. Remova o material insolúvel por meio de uma série de três filtrações e concentrações repetidas.

No final, concentre a solução até 50 mililitros. Por fim, precipite o polímero concentrado em 175 mililitros de metanol frio e filtre o polímero utilizando um funil Büchner. Em seguida, seque o polímero sob vácuo elevado durante a noite para eletrofiação, ou dissolva o polímero durante a noite em concentração de 10 a 40% em uma mistura de clorofórmio e metanol na proporção de cinco para um, para policaprolactona, ou em uma mistura de tetra-hidrofuran e NN-dimetilformamida na proporção de sete para três, para PLGA, para eletrojateamento.

Prepare as soluções poliméricas em uma concentração menor, na faixa de dois a 10%, em um solvente como clorofórmio. Em seguida, carregue aproximadamente 4,5 mililitros da solução em uma seringa de vidro equipada com uma agulha de 18 gauge e coloque a seringa na bomba de infusão. Depois, ajuste a taxa de dispensação dessa solução para cinco mililitros por hora.

Cubra a placa coletora com folha de alumínio e fixe-a com fita crepe ao longo das bordas externas. Conecte o fio da fonte de alta tensão contínua à ponta da agulha e o aterramento ao cilindro coletor. Como primeira tentativa.

Defina a distância da ponta ao coletor em 15 centímetros para cobrir uma grande área. Ligue o tambor coletor rotativo e translacional a 45 RPM. Em seguida, inicie a bomba de seringa e ligue a fonte de alta tensão ajustada.

A cinco quilovolts, ajuste inicialmente a tensão, se necessário, para obter um cone de jato aceitável. Assim que a bomba de seringa parar, desligue a fonte de alta tensão, seguida pela bomba de seringa e pelo tambor motorizado. Deixe o compartimento de eletrofiação continuar ventilando por pelo menos 30 minutos.

Em seguida, remova o polímero coletado do cilindro e deixe os solventes residuais evaporarem em uma capela durante a noite. As lâminas de PGLA podem ser armazenadas à temperatura ambiente por pelo menos duas semanas, e as lâminas de policaprolactona podem ser armazenadas à temperatura ambiente por até dois meses. Corte tiras de 0,5 centímetro por três centímetros da malha ou do material revestido e coloque a tira fina na platina de um ângulo de contato.

Em seguida, utilize um goniômetro para dispensar uma gota de cinco microlitros de água usando uma agulha de calibre 24 e faça contato com a superfície do material. Continue adicionando lentamente mais 20 a 25 microlitros de água e capture a imagem da gota. Isso representa o ângulo de contato dinâmico de avanço da água. A seguir, retire lentamente a mesma gota enquanto simultaneamente captura o perfil da gota.

Repita este processo 10 vezes em várias localizações superficiais distintas para relatar um valor médio. As imagens de MEV revelam que as malhas eletrofiadas são o resultado de microfibras emaranhadas e que os revestimentos eletroaspersados são um conjunto de partículas de tamanhos variados. As misturas de eletrofiação e eletroaspersão revelam que a concentração de dopamina do copolímero afeta a hidrofobicidade.

Além disso, a composição do copolímero afeta a hidrofobicidade, sendo que um maior teor de PG C 18 resulta em ângulos de contato mais elevados. Como mostrado aqui, a molhagem em volume de malhas eletrofiadas submersas pode ser monitorada de forma não destrutiva ao longo do tempo utilizando tomografia computadorizada micro. No conjunto superior de imagens, a malha de policaprolactona pura molha rapidamente, à medida que a água infiltra o material em volume no primeiro dia.

Em contraste, a malha é revestida com 30%P-C-L-P-G-C 18 e permanece não molhada por mais de 75 dias, com ar permanecendo dentro da estrutura maciça. Esses resultados ilustram a importância de materiais maciços superhidrofóbicos para sua utilização em aplicações de não molhamento. Uma vez dominado, o procedimento de química de polímeros pode ser realizado em apenas três a quatro dias com um planejamento cuidadoso.

Além disso, uma vez identificados os parâmetros adequados de eletrofiação ou eletrosspraying, a fabricação de malhas e revestimentos de partículas pode ser realizada em um a três horas, dependendo da espessura desejada desses materiais.