Biopolímeros para otimização de scaffolds em aplicações biomédicas: extração e caracterização

Abstract

Este trabalho foi desenvolvido em parceria com a Escola Superior Agrária de Coimbra (ESAC) e a Centro de Desenvolvimento Rápido e Sustentado do Produto (CDRSP). O objetivo principal foi encontrar fontes alternativas de celulose, mais sustentáveis e competitivas com a celulose proveniente da madeira (microcristalina). Este polímero foi combinado com policaprolactona (PCL) para produzir estruturas tridimensionais.As fontes selecionadas para a extração e purificação da celulose foram: carolo de milho, engaço de uva, folha de espiga de milho, casca de romã, bagaço de medronho e vagem de fava. O carolo de milho apresentou melhor rendimento de extração (26±1,2%) e maior grau de pureza. Em termos de análise térmica, todas as celuloses são similares à celulose microcristalina (controlo). Deste modo, para a construção de scaffolds foi selecionada a celulose de carolo de milho, e como polímero base, utilizou-se a PCL. As concentrações testadas foram 1 e 2% de celulose na mistura final.Os scaffolds produzidos foram caracterizados morfologicamente, apresentando-se todos muito similares, tendo 300 μm de poro e 300 μm de filamento. Realizou-se também a sua análise térmica e de compressão, uma vez que o objetivo é a sua aplicação no joelho. Não foram encontradas diferenças significativas entre os scaffolds produzidos com celulose microcristalina e a celulose de carolo de milho, logo a celulose resultante do carolo de milho apresenta-se como um bom substituto à celulose convencional, proveniente da madeira. Por fim, realizou-se um teste enzimático com lisozima, demonstrando que ao fim do primeiro mês, os scaffolds com 2% de celulose de carolo de milho registaram um ligeiro decréscimo das suas propriedades mecânicas, reflexo da ocorrência de alguma percentagem de degradação.Em suma, a celulose de carolo de milho apresenta-se como um bom substituto da celulose microcristalina para aplicações biomédicas.

This work was developed in partnership between the Coimbra Agriculture College (ESAC) and the Centre for Rapid and Sustainable Product Development (CDRSP). Its main objective is to find alternative sources of cellulose, more sustainable and competitive than wood cellulose (microcrystalline). This polymer was combined with polycaprolactone (PCL) to produce three dimensional structures.The sources selected for cellulose extraction and purification were: corncob, grape stalk, corncob husk, pomegranate peel, strawberry tree fruit and fava pod. Corncob presented a better extraction yield (26 ± 1.2%) and higher purity. In terms of thermal analysis, all celluloses are similar to microcrystalline cellulose (control). For that reason, the corncob cellulose was selected for the construction of scaffolds and the PCL was used as base polymer. The samples tested were 1 and 2% cellulose in the final mixture.The scaffolds produced were morphologically characterized. All showed to be quite similar, presenting 300 μm of pore size and 300 μm of filament size. It was also performed thermal and compression analysis, since the aim is to use the implant in the knee. No significant differences were shown between scaffolds, which were produced with microcrystalline cellulose and corncob cellulose, so corncob cellulose can be considered as a good substitute for conventional wood cellulose. Finally, an enzymatic test was performed with lysozyme, showing that at the end of the first month, scaffolds with 2% of corncob cellulose registered a small decreasing of its mechanical properties, reflecting the occurrence of some degradation.In short, corncob cellulose shows to be a good substitute for microcrystalline cellulose for biomedical applications.