Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/88134
Title: Esterilização supercrítica de aerogéis compostos por polímeros naturais para aplicações biomédicas
Other Titles: Supercritical fluid sterilization of biopolymer-based aerogels for biomedical applications
Authors: Bento, Cristiana Sofia Amaral
Orientador: Braga, Mara Elga Medeiros
Empadinhas, Nuno Miguel da Silva
Keywords: biopolímeros; esterilização supercrítica; dióxido de carbono; aeroegel; medicina regenerativa; biopolymers; supercritical sterilization; carbon dioxide; aerogel; regenerative medicine
Issue Date: 27-Sep-2019
Serial title, monograph or event: Esterilização supercrítica de aerogéis compostos por polímeros naturais para aplicações biomédicas
Place of publication or event: FCTUC
Abstract: A utilização de biopolímeros na área biomédica tem vindo a crescer, devido às suas propriedades, como a biocompatibilidade e biodegradabilidade. Contudo a sua utilização exige métodos de esterilização eficazes que não comprometam as suas propriedades físico-químicas e os métodos habitualmente utilizados, como autoclavagem, radiação gama ou óxido de etileno, afetam essas propriedades. O dióxido de carbono supercrítico surge então como alternativa na esterilização de materiais sensíveis à temperatura. O objetivo deste trabalho passa por desenvolver um método de produção eficaz de aerogéis de base natural associado a um método de esterilização para aplicação em medicina regenerativa. Para tal foi testada a utilização de scCO2 na esterilização de aerogéis e hidrogéis de origem natural. Desenvolveram-se duas matrizes poliméricas distintas, uma de alginato e gelatina reticulada com cloreto de cálcio e outra de quitosano desacetilado e pectina. A primeira matriz foi seca e esterilizada com CO2 supercrítico. Já a segunda matriz cuja secagem não foi possível, foi apenas esterilizada. Foram testadas duas condições de esterilização com diferentes diferenciais de pressão, 100 e 250 bar, tendo sido a eficiência do método comparada com o processo de autoclavagem. As amostras foram esterilizadas dentro e fora de uma embalagem própria para esterilização. Os resultados da avaliação microbiológica com recurso a amostragem e plaqueamento em diferentes meios de cultura demonstraram uma maior eficácia do processo de esterilização com o ∆P=250 bar, surgindo contaminação em apenas uma das amostras analisadas. Procedeu-se ao isolamento e identificação desse contaminante através de métodos moleculares. O isolado foi identificado como sendo uma espécie do género Bacillus (bactérias formadoras de esporos). A eliminação de espécies deste género com recurso a CO2 supercrítico é limitada. No caso da condição de esterilização com ∆P=100 bar verificou-se o crescimento de microrganismos nos meios de cultura correspondentes às amostras esterilizadas dentro da embalagem de esterilização e não foi verificado crescimento nos meios de cultura correspondentes às amostras autoclavadas. Foram estabelecidos diferentes pontos de controlo ao longo do processamento das amostras de modo a identificar a origem da contaminação, tendo-se verificado que os polímeros no estado puro e a célula de alta pressão, na qual ocorre a esterilização, se encontram contaminados. Nas análises realizadas de modo a identificar alterações nas propriedades físico-químicas, verificou-se que todos os processos de esterilização testados alteram as amostras a nível químico, causando a quebra de ligações e possível desnaturação ou degradação dos constituintes poliméricos. No caso da autoclavagem esta degradação foi evidenciada pela cor amarelada e aspeto vítreo das amostras após processamento. No que toca à porosidade, verificou-se que as amostras esterilizadas com scCO2 não sofreram alterações, contudo nas esterilizadas em autoclave houve um colapso dos poros. As análises revelaram que o ∆P=100 bar tem um menor impacto nas propriedades mecânicas do material.
The use of biopolymers in the biomedical field has been growing due to their properties such as biocompatibility and biodegradability. However, their use requires effective sterilization methods that do not compromise their physicochemical properties and the methods commonly used as autoclaving, gamma radiation or ethylene oxide affect these properties. Supercritical carbon dioxide appears as an alternative in the sterilization of thermosensitive materials.The purpose of this work is developing an effective production method of natural-based aerogels associated with a sterilization method to apply in regenerative medicine.In this work was tested the use of scCO2 in the sterilization of natural origin aerogels and hydrogels. Two distinct polymeric matrices were developed, an alginate and gelatin one, cross-linked with calcium chloride, and a deacetylated chitosan and pectin one. The first matrix was dried and sterilized with supercritical CO2. The second matrix whose drying was not possible was only sterilized.Two sterilization conditions were tested with different pressure differentials, 100 and 250 bar, and the efficiency of the method was compared to autoclaving. The samples were sterilized in and out of a sterilization packaging.The results of microbiological evaluation using sampling and plating in different culture media demonstrated greater efficiency of the sterilization process with ∆P = 250 bar, with contamination appearing in only one of the analysed samples. This contaminant was isolated and identified by molecular methods. The isolate was identified as a species of the genus Bacillus (spore-forming bacteria). Elimination of species of this genus using supercritical CO2 is limited. In the case of the sterilization condition with ∆P = 100 bar the growth of microorganisms was verified in the culture media corresponding to the samples sterilized inside the sterilization package and no growth in the culture media corresponding to the autoclaved samples was detected. Different control points were established throughout the sample processing to identify the source of contamination, and the pure polymers and the high-pressure cell in which sterilization occurs were found to be contaminated.In the analyses carried out to identify changes in the physicochemical properties, it was discovered that all sterilization processes tested changed the samples at the chemical level, causing the breakage of bonds and possible denaturation or degradation of the polymeric constituents. In the case of autoclaving this degradation is evidenced by the yellowish colour and glassy appearance of the samples after processing. As far as porosity is concerned, it was discovered that the samples sterilized with scCO2 were not affected, but in those sterilized by autoclave the pores collapsed. Analysis revealed that ∆P=100 bar has a minor impact on the mechanical properties of the material.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/88134
Rights: embargoedAccess
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