Impressão 3D de nanocompósitos: as bactérias como fornecedoras de matéria-prima

Abstract

Os biomateriais utilizados em engenharia de tecidos são, normalmente, poliméricos. Dada a procura, cada vez maior, de materiais biodegradáveis, sobretudo de origem natural, os biopolímeros produzidos pelas bactérias são, de acordo com a literatura, adequados para aplicações biomédicas. Para além de propriedades como a biocompatibilidade, os scaffolds requerem um desempenho termomecânico superior aos polímeros biodegradáveis. Em resposta a este desafio, são produzidos compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras naturais.Neste estudo foi avaliado o biopolímero produzido pela bactéria Phyllobacterium myrsinacearum, nunca referido na literatura científica ou em patentes. A caracterização revelou que a celulose bacteriana (CB) é, contrariamente a toda a celulose produzida por bactérias referida na literatura, hidrófoba. O biopolímero é constituído por fibrilas de comprimento micrométrico e com diâmetro nanométrico que apresenta uma estrutura semicristalina. Apresenta também propriedades mecânicas superiores às reportadas na literatura, nomeadamente no que diz respeito ao seu módulo de elasticidade e dureza.Os nanocompósitos de policaprolactona reforçados com CB foram produzidos por modificação ex situ e impressos tridimensionalmente por processo aditivo (3D). Tanto os homopolímeros de PCL (PCL 6800 e PCL 8502A) como os compósitos (PCL 6800/CB e PCL 8502A/CB) foram caracterizados quanto à sua cristalinidade, estrutura química, comportamento térmico e molhabilidade. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e flexão. A partir das caracterizações efetuadas foi concluído que as fibras de CB se comportam, eficazmente, como reforço mecânico

Usually biomaterials used in tissue engineering are polymers. Given the demand for biodegradable materiais, mainly those of natural source, biopolymers produced by bacteria are, according to the literature, suitable for biomedical applications. Besides biocompatibility, scaffolds require a superior thermomechanical performance when compared to biodegradable polymers. As an answer to this challenge, composite materials of polymeric matrix reinforced with natural fibers are produced. In the present study, the biopolymer produced by the bacteria Phyllobacterium myrsinacearum, which was never reported in cientific literature or patents, was evaluated. The characterization revelead that bacterial cellulose (BC) is, instead of all cellulose produced by bacteria in literature, hydrophobic. The biopolymer consists on fibrils of micrometric length and nanometric diameter, and presents semicrystaline structure. It also presents superior mechanical properties compared to those reported in the literature, namely those which concern elastic modulus and hardeness. The CB-reinforced polycaprolactone nanocomposites were produced by ex situ modification and printed by additive manufacturing (3D printing). The hompolymers (PCL 6800/CB e PCL 8502A/CB) and composites (PCL 6800/CB e PCL 8502A/CB) were characterized by their crystallinity, chemical structure, thermal behaviour and wettability. The mechanical properties were evaluated by tensile and flexural tests. After characterization it was concluded that BC fibers acted, effectively, as a mechanical reinforcement.