Filmes de Poli(álcool vinílico) e grafeno para aplicações biomédicas

Abstract

Em engenharia um dos maiores desafios é compreender como é que os materiais podem ser aplicados no corpo humano de forma a imitá-lo ou estimulá-lo e auxiliar na recuperação do seu normal funcionamento. O poli(álcool vinílico) (PVA) é um polímero utilizado numa vasta gama de aplicações, incluindo aplicações biomédicas, devido às suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. No entanto, a higroscopicidade do PVA e a sua solubilidade em meio aquoso têm limitado as suas aplicações biomédicas. Assim, o principal objetivo deste trabalho consistiu em desenvolver estratégias adequadas para diminuir a sua solubilidade em água. Neste trabalho foram investigadas duas metodologias com o intuito de aumentar a estabilidade de filmes de PVA em meio aquoso: a reticulação molecular e o aumento de cristalinidade. Assim, tentou-se reticular o PVA recorrendo ao agente reticulante de origem natural Genipin. Por outro lado, recorreu-se a diferentes tratamentos térmicos, designadamente recozimentos e ciclos de congelamento-descongelamento, para aumentar o grau de cristalinidade do PVA. A aplicação de cargas em polímeros, com por exemplo o grafeno, tem atraído a atenção de investigadores que procuram a produção de materiais compósitos com propriedades superiores, sobretudo mecânicas, elétricas e térmicas. Como existem alguns estudos que mostram que o grafeno também pode melhorar a resposta celular quando é utilizado como reforço em compósitos para aplicações biomédicas, foram produzidos filmes compósitos de PVA com diferentes percentagens de grafeno. Posteriormente, foi analisado o efeito das diferentes metodologias de estabilização nos filmes de PVA e nos compósitos, ambos produzidos por evaporação por solvente. Os filmes de PVA e de PVA com grafeno sujeitos aos diferentes métodos de estabilização foram posteriormente analisados por termogravimetria (TGA), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), análise mecânica dinâmica (DMA), espectroscopia de Raman, espetroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR-ATR), microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e ensaios de solubilidade. Neste trabalho verificou-se um aumento da cristalinidade e consequentemente um aumento da estabilidade em meio aquoso das amostras estabilizadas por recozimento. Verificou-se ainda uma melhoria das propriedades das amostras onde se incorporou até 1 % de grafeno. Com estes resultados foi possível concluir que tanto o polímero como os compósitos sujeitos a recozimento apresentavam características adequadas a possíveis aplicações biomédicas como scaffolds.

In engineering, one of the biggest challenges is to understand how materials can be applied to the human body in order to imitate or stimulate it and to assist in the recovery of its normal functioning. Polyvinyl alcohol (PVA) is a polymer used in a wide range of applications, including biomedical applications, due to its physical, chemical and mechanical properties. However, PVA's hygroscopicity and aqueous solubility have limited its biomedical applications. Thus, the main objective of this work was to develop suitable strategies to decrease its water solubility. In this work, two methodologies were investigated in order to increase the stability of PVA films in aqueous media: molecular crosslinking and crystallinity enhancement. Thus, it was attempted to crosslink PVA using the natural crosslinking agent Genipin. On the other hand, different thermal treatments were used, namely annealing and freeze-thaw cycles, to increase the crystallinity degree of PVA. The application of fillers in polymers, such as graphene, has attracted the attention of researchers looking for the production of composite materials with better properties, especially mechanical, electrical and thermal. As there are some studies showing that graphene can also improve cell response when used as reinforcement in composites for biomedical applications, PVA composite films with different percentages of graphene were produced. Subsequently, the effect of different stabilization methodologies on PVA films and composites, both produced by solvent evaporation, was analyzed. The PVA films and PVA films with graphene subjected to the different stabilization methods were further analyzed by thermogravimetry (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR-ATR), scanning electron microscopy (SEM) and solubility tests. In this work, there was an increase in crystallinity and therefore an increase in the aqueous stability of the samples stabilized by annealing. There was also an improvement in the properties of the samples containing up to 1% graphene. With these results it was possible to conclude that both the polymer and the composites that were annealed presented suitable characteristics for possible biomedical applications as scaffolds.