Desenvolvimento de metodologias para caracterização de aditivos e materiais funcionalizados para libertação de agentes ativos

Abstract

Atualmente, o desenvolvimento de novos materiais com funcionalidades acrescidas tem sido um dos focos da investigação científica. A encapsulação surge como estratégia tecnológica promissora na possibilidade de incorporação e libertação controlada de substâncias ativas em novos materiais, tendo em vista a aplicabilidade em áreas como a indústria farmacêutica, têxtil, alimentar, cosmética, biomédica, entre outras. A integração destas substâncias ativas em diferentes substratos leva à criação de produtos inovadores com funcionalidades acrescidas e com capacidade de resposta às necessidades do mercado. O objetivo da dissertação consistiu no desenvolvimento de sistemas encapsulados de base biológica e de novas metodologias de análise e caracterização do loading dos agentes ativos, bem como do seu perfil de libertação, quando presentes na forma de pó ou incorporados em substratos têxteis funcionalizados. Inicialmente, estudou-se a possibilidade de encapsulação do óleo essencial de eucalipto e de vitamina E, em sistemas biológicos de etilcelulose, ácido mirístico, ácido polilático e quitosano, através das técnicas de emulsão seguida de evaporação de solvente, coacervação e gelificação iónica. A evaporação de solvente revelou-se o melhor método de encapsulação face aos restantes, tendo sido obtidas partículas bem definidas através desta metodologia. As partículas de etilcelulose revelaram-se as mais promissoras, com uma dimensão compreendida entre os 0,2 e 2,7 µm, uma eficiência de encapsulação entre os 19,1 e 74,1% e com um loading máximo de 40,4%. As partículas de base celulósica com maior capacidade de libertação de agente ativo foram as de óleo essencial de eucalipto, tendo sido conseguida a libertação de 18,5%. Relativamente à libertação controlada por resposta ao estímulo de pH das partículas de quitosano, verificou-se uma maior capacidade de libertação de vitamina E em meio ácido (pH 3,0), face ao meio neutro (pH 7,4), tendo sido alcançada uma libertação máxima de 9,4 e 93,3%, respetivamente. As partículas de etilcelulose e óleo essencial de eucalipto foram aplicadas por spray coating com um wet pickup de 40 e 90% em substratos têxteis de algodão, para estudar a libertação do agente ativo, tendo sido verificada em ambos os casos, a capacidade de libertação do óleo essencial do sistema encapsulado integrado no têxtil. Assim, foi demonstrado que a incorporação de partículas de etilcelulose com óleo essencial de eucalipto é promissora para aplicações a nível têxtil.

The development of new materials with increased functionality has been, currently, the focus of scientific research. Encapsulation emerges as a promising technique in the possibility of incorporation and controlled release of active substances in new materials, in view of the possible applicability in areas such as the pharmaceutical, textile, food, cosmetics, biomedical industry, among others. The integration of these active substances in different substrates leads to the creation of innovative products with added functionality and responsiveness to market needs. The objective of this dissertation consisted in the development of biologically-based encapsulated systems and new methodologies for analyzing and characterizing the loading of active agents, as well as their release profile, when present in powdered form or incorporated into functionalized textile substrates. Initially, it was studied the possibility of encapsulating eucalyptus essential oil and vitamin E in biological systems of ethylcellulose, myristic acid, polylactic acid and chitosan, using emulsion solvent evaporation, coacervation and ionic gelation techniques. Solvent evaporation proved to be the best encapsulation method compared to the others, with well-defined particles having been obtained by this methodology. Cellulose-based matrix particles proved to be the most promising, with a size between 0.2 and 2.7 µm and an encapsulation efficiency between 19.11 and 74.08% and with a maximum loading of 40.36%. The cellulose-based particles with the greatest capacity for releasing the active agent were those of eucalyptus essential oil, with a release of 18.5%. Regarding the controlled release in response to the pH stimulus of the chitosan particles, there was a greater ability to release vitamin E in an acid medium (pH 3.0), compared to a neutral pH medium (pH 7.4), achieving a maximum release of 9.4 and 93.3%, respectively. The ethylcellulose and eucalyptus essential oil particles were applied by spray coating with a wet pickup of 40 and 90% onto cotton textile substrates, to study the release of the active agent, and in both cases, the release capacity of the essential oil from the encapsulated system integrated into the textile was verified. Therefore, it was demonstrated that the incorporation of ethylcellulose particles with eucalyptus essential oil is promising for textile applications.