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Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e Biociências

Bruna de Souza Barbeto

Síntese e Caracterização de Hidrogéis de Alginato Contendo Poli (acrilamida-co-

dialildimetilamônio)

Macaé, 2018

Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e Biociências




Dissertação apresentada à Universidade

Federal do Rio de Janeiro para obtenção

do grau de mestre em produtos bioativos

e biociências

Orientadores: Profa. Dra. Paula Alvarez Abreu

Prof. Dr. Jorge Amim Júnior

Macaé, 2018




Aprovada em _____ de ___________________ de 2018.

Profa. Dra. Nelilma Correia Romeiro

UFRJ Campus Macaé

Prof. Dr. Rodrigo de Siqueira Melo

UFRJ Campus Macaé

Profa. Dra. Daniela de Borba Gurpilhares

UFRJ Campus Macaé

AGRADECIMENTOS

A Deus, que nos momentos difíceis não me deixou desistir de alcançar meus objetivos e por

guiar meus caminhos até aqui.

À minha querida família, pela confiança em mim e por tornar meus sonhos, seus sonhos.

Agradeço o amor, carinho e compreensão.

À minha orientadora, professora Dra. Paula Alvarez Abreu, por ter me aceitado como aluna.

Obrigada por toda atenção e ensinamentos e preocupação com o trabalho. Agradeço também

ao professor Dr. Jorge Amim Júnior, obrigada por toda a paciência e pelos conhecimentos

passados a mim.

Ao meu namorado Deyvid, pela paciência, carinho, preocupação e incentivo dispensados a

mim durante os anos do curso.

Aos meus colegas de trabalho, que me acompanharam desde antes do processo de seleção.

Obrigada a ajuda, o interesse e os conselhos que cada um forneceu. Vocês tornaram essa

caminhada mais leve.

Aos servidores da secretaria do Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e

Biociências (PPG ProdBio), Andréa Couto Oliveira e Vinicius Pêgo. Obrigada pelas

conversas e pela solicitude em resolver meus pedidos. Vocês são essenciais ao bom

funcionamento do Programa.

À professora Dra. Vera Regina Leopoldo Constantino do Instituto de Química da

Universidade de São Paulo (IQ-USP). Agradeço também ao técnico Ricardo e à aluna de pós-

doutorado Vanessa.

Ao professor Dr. Gustavo Fernandes Souza Andrade do Laboratório de Nanoestruturas

Plasmônicas da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) (LabNan-UFJF) e à aluna de

doutorado Patricia Lopes de Oliveira.

Aos professores da banca, por aceitarem o convite e pelas contribuições que enriqueceram

este trabalho. Agradeço em especial aos professores Nelilma e Rodrigo, que me

acompanharam desde a primeira banca de acompanhamento.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1. Tipos de polímeros classificados em relação à cadeia polimérica .......................... 14

Figura 2. Estrutura química do cloreto de poli (dialildimetilamônio) (PDDA) ...................... 16

Figura 3. Estrutura química do poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio) (PAADDA) .......... 17

Figura 4. Estrutura química da poliacrilamida (PA) ............................................................... 18

Figura 5. Estrutura química do poliacrilato de sódio (PAS) ................................................... 18

Figura 6. Alga marrom da espécie Laminaria hyperborea ..................................................... 19

Figura 7. Estrutura do alginato ................................................................................................ 20

Figura 8. Esquemas representativos das estruturas dos hidrogéis químico e físico ................ 23

Figura 9. Estrutura tridimensional formada pela troca de Na+ por cátion divalente nos ácidos

gulurônicos do alginato ............................................................................................................ 24

Figura 10. Preparação e obtenção de hidrogéis de alginato pelo método de gelificação

ionotrópica externa ................................................................................................................... 38

Figura 11. Hidrogéis de alginato após a filtração .................................................................... 38

Figura 12. Hidrogéis de alginato após a secagem ................................................................... 39

Figura 13. Espectros de IV do hidrogel de ALG + Ca+2

e do PAADDA ................................ 42

Figura 14. Espectros de IV dos hidrogéis de ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e

ALG:PAADDA (3:1)................................................................................................................42

Figura 15. Espectros FT-Raman do hidrogel de ALG + Ca+2

e do PAADDA ....................... 43

Figura 16. Espectros FT-Raman dos hidrogéis de ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA

(2:1) e ALG:PAADDA (3:1). ................................................................................................... 44

Figura 17. Curvas TGA das amostras de hidrogéis e do PAADDA ....................................... 45

Figura 18. Curvas DTG-MS das amostras de hidrogéis e do PAADDA ................................ 46

Figura 19. Curvas de absorção de água dos hidrogéis de ALG + Ca +2

, ALG:PAADDA (1:1),

ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1). ........................................................................ 50

Figura 20. Gráfico do ponto de carga zero (pHpcz) dos hidrogéis de ALG + Ca +2

,

ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1). ................................... 51

Figura 21. Imagens de MEV dos hidrogéis de ALG + Ca +2

(A), ALG:PAADDA (1:1) (B),

ALG:PAADDA (2:1) (C) e ALG:PAADDA (3:1) (D) no aumento 55X ................................ 54



ALG:PAADDA (2:1) (C) e ALG:PAADDA (3:1) (D) no aumento 250X. ............................. 55

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Temperaturas onset das amostras de hidrogéis e do PAADDA .............................. 45

Tabela 2. Temperaturas de maior perda de massa para o PAADDA e para os hidrogéis ....... 47

Tabela 3. Tamanho dos hidrogéis milímetros (mm), a média, o desvio padrão e os valores

finais em micrômetros (µm). .................................................................................................... 53

LISTA DE ABREVIATURAS

CMC Carboximetilcelulose

ER Espectroscopia Raman

FTIR Espectroscopia vibracional na região do

infravermelho

GOX Glicose oxidase

HPMC Hidroxipropilmetilcelulose

MEV Microscopia Eletrônica de Varredura

PA

Poliacrilamida

PAADDA Poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio)

PAS Poliacrilato de sódio

PDDA Poli (dialildimetilamônio)

PEGAc Polietilenoglicol acrilato

PET Politereftalato de etileno

PMMA Polimetilmetacrilato

PVC Policloreto de vinila

PVP Poli (vinilpirrolidona)

TGA-MS

PEI

pHpcz

Análise Termogravimétrica acoplada ao

Espectrômetro de Massas

Polietilenoimina

Ponto de carga zero

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO...................................................................................................................13

1.1. Polímeros ......................................................................................................................... 13

1.1.1. Classificação dos Polímeros ..................................................................................... 14

1.1.2. Polímeros contendo amônio quaternário .................................................................. 15

1.1.2.1 Poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio) (PAADDA) ........................................ 17

1.2. Alginato ........................................................................................................................... 19

1.3. Hidrogéis ......................................................................................................................... 22

1.3.1. Aplicações dos hidrogéis de alginato modificados com polímeros ......................... 25

2. JUSTIFICATIVA...............................................................................................................31

3. OBJETIVOS........................................................................................................................32

4. MATERIAIS E MÉTODOS...............................................................................................33

4.1.Materiais ........................................................................................................................... 33

4.1.1. Reagentes .................................................................................................................. 33

4.1.2. Equipamentos ........................................................................................................... 33

4.2. Métodos ........................................................................................................................... 34

4.2.1. Preparo dos hidrogéis de alginato ............................................................................ 34

4.2.2. Caracterização dos hidrogéis de alginato ................................................................. 34

4.2.2.1. Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR) ......................... 34

4.2.2.2. Espectroscopia Raman (ER) ................................................................................ 34

4.2.2.3. Análise termogravimétrica acoplada ao espectrômetro de massas (TGA-MS).. 35

4.2.2.4. Absorção de água (intumescimento) ................................................................... 35

4.2.2.5. Determinação do ponto de carga zero (pHpcz) ................................................... 35

4.2.2.6. Determinação do tamanho dos hidrogéis ............................................................ 36

4.2.2.7. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ....................................................... 36

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................37

5.1. Preparo dos hidrogéis de alginato ................................................................................... 37

5.2. Caracterização dos hidrogéis de alginato ........................................................................ 40

5.2.1. Espectroscopia vibracional ....................................................................................... 40

5.2.2. Análise termogravimétrica acoplada ao espectrômetro de massas (TGA-MS) ........ 44

5.2.3. Absorção de água (intumescimento) ........................................................................ 49

5.2.4. Ponto de carga zero (pHpcz) ..................................................................................... 51

5.2.5. Determinação do tamanho dos hidrogéis .................................................................. 52

5.2.6. Microscopia eletrônia de varredura (MEV). ............................................................. 54

6. CONCLUSÕES...................................................................................................................57

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................58

RESUMO

Barbeto, Bruna de Souza. Síntese e Caracterização de Hidrogéis de Alginato Contendo

Poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio). Dissertação de Mestrado - Programa de Pós-

graduação em Produtos Bioativos e Biociências, Universidade Federal do Rio de Janeiro

Campus Macaé, Macaé, 2018.

O objetivo deste trabalho foi preparar hidrogéis de alginato na ausência e na presença do

PAADDA utilizando o método de gelificação ionotrópica externa e caracterizá-los através das

técnicas de: Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR), Espectroscopia

Raman (ER), Análise Termogravimétrica acoplada ao Espectrômetro de Massas (TGA-MS),

Intumescimento, medida do ponto de carga zero (pHpcz), medida do tamanho dos hidrogéis e

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os hidrogéis foram obtidos mantendo a

concentração de cloreto de cálcio constante, 3% (m/v) e variando a proporção de

ALG:PAADDA em 1:1, 2:1 e 3:1% (m/m). O método de preparo de hidrogéis foi eficiente na

obtenção dos mesmos. A observação de modos vibracionais característicos do PAADDA nos

espectros de IV e ER permitiram inferir que o polímero foi incorporado. As análises de TGA

apontaram aumento da estabilidade térmica. O estudo de absorção de água mostrou que os

hidrogéis contendo o PAADDA apresentaram maiores porcentagens de absorção. A

determinação de tamanho apontou um resultado já esperado de aumento de tamanho dos

hidrogéis conforme o aumento da quantidade de alginato ou aumento da quantidade de

PAADDA incorporada. As imagens de MEV mostraram que a superfície dos hidrogéis

apresentou alteração da morfologia na presença do polímero. A análise de pHpcz, permitiu

inferir qual pH é o ideal para promover uma adsorção futura de substâncias. Tendo como

exemplo outros estudos empregando hidrogéis de alginato, os hidrogéis desenvolvidos

poderiam ser utilizados para promover a incorporação e liberação de diversas substâncias.

ABSTRACT

Barbeto, Bruna de Souza. Synthesis and Characterization of Alginate Hydrogels

Containing Poly (acrylamide-co-diallyldimethylammonium). Dissertação de Mestrado -

Programa de Pós-graduação em Produtos Bioativos e Biociências, Universidade Federal do

Rio de Janeiro Campus Macaé, Macaé, 2018.

The objective of this work was to prepare alginate hydrogels in the absence and presence

of PAADDA using the external ionotropic gelation method and to characterize them through:

Infrared Vibrational Spectroscopy (FTIR), Raman Spectroscopy (ER), Coupled

Thermogravimetric Analysis to the Mass Spectrometer (TGA-MS), Swelling, Zero Load

Point Measurement (pHpcz), Hydrogen Size Measurement and Scanning Electron

Microscopy (SEM) techniques. The hydrogels were obtained by keeping the calcium chloride

concentration constant, 3% (w / v) and varying the ratio of ALG: PAADDA to 1: 1, 2: 1 and

3: 1% (w / w). The method of preparing hydrogels was efficient in obtaining the same. The

observation of characteristic vibrational modes of PAADDA in the IR and ER spectra allowed

to infer that the polymer was incorporated. The TGA analysis indicated increased thermal

stability. The water absorption study showed that the hydrogels containing PAADDA

presented higher absorption percentages. The size determination pointed to an already

expected result of increasing the size of the hydrogels with increase in the amount of alginate

or the amount of incorporated PAADDA. The MEV images showed that the surface of the

hydrogels presented alteration of the morphology in the presence of the polymer. The analysis

of pHpcz allowed us to infer which pH is ideal to promote a future adsorption of substances.

Taking other studies of alginate hydrogels as examples, the developed hydrogels could be

used to promote the incorporation and release of various substances.

13

1 INTRODUÇÃO

1.1 Polímeros

Polímeros são macromoléculas, formados por unidades repetitivas ligadas por

ligação covalente, cuja identidade é caracterizada de acordo com seu tamanho, estrutura

química e interações intra e intermoleculares. Tais unidades são chamadas de ―meros‖ e o seu

número determina o grau de polimerização do polímero (GUAN et al., 2015; JAHNO, 2005).

As macromoléculas, por sua vez, são moléculas em que o número de átomos ligados

ultrapassa as centenas e não possuem limite máximo de unidades formadoras. Estas moléculas

adquirem características distintas das unidades menores, mesmo as que possuem átomos

semelhantes (MANO & MENDES, 2004).

As características distintas, como: solubilidade, viscosidade e temperatura de

transição vítrea, apresentadas por tais moléculas ocorrem devido às interações

intramoleculares, as que ocorrem dentro da própria molécula, e as interações

intermoleculares, as que ocorrem entre a molécula e as demais. Tais interações podem ser:

ligações de hidrogênio, interações dipolo-dipolo e forças de Van der Waals (MANO &

MENDES, 2004; LAM et al., 2018).

As macromoléculas são, portanto, moléculas grandes, de alta massa molecular, que

podem ou não apresentar unidades formadoras repetitivas. Dessa foram, macromoléculas

podem ser ou não polímeros, mas todos os polímeros são macromoléculas (MANO &

MENDES, 2004; PANAYIOTOU, 2018).

A formação dos polímeros ocorre através de uma reação química denominada

polimerização. É caracterizada pelo crescimento de uma espécie química denominada

monômero, que é susceptível à incorporação de novas moléculas para a formação de

polímeros, através da adição de novos monômeros na extremidade terminal da macromolécula

em formação (BALLARD & ASUA, 2017). Essa reação pode ser continuada de maneira

indefinida se mantidas as condições ideais e mantendo-se o centro ativo terminal da reação

preservado (VERHEYEN et al., 2017).

Os polímeros apresentam as mais diversas aplicações em diferentes áreas (LANGER

& PEPPAS, 2003, MANO, 2012). Na área médica, apresentam um grande potencial de uso,

sendo aplicados como materiais para implantes, entre outros. Estes, por sua vez, são fáceis de

serem produzidos e manuseados e apresentam características mecânicas semelhantes aos

materiais biológicos (BARBANTI et al., 2005). São comumente empregados em suturas

cirúrgicas, stents e dispositivos ortopédicos. O polimetilmetacrilato (PMMA), por exemplo, é

14

usualmente utilizado na cimentação de próteses ortopédicas (JAHNO, 2005). Na área

farmacêutica os polímeros são empregados na produção de medicamentos, onde atuam como

excipientes, ou seja, qualquer substância, diferente do fármaco, cujo objetivo é auxiliar na

preparação, fornecer estabilidade física, química e biológica, melhorar a disponibilidade e

melhorar ou promover qualquer outro atributo relacionado à segurança e efetividade do

produto final (VILLANOVA & SÁ, 2009; VILLANOVA, ORÉFICE & CUNHA, 2010). O

poli (vinilpirrolidona) (PVP) e o vinil pirrolidona (copovidona) são exemplos de polímeros

empregados durante a produção de medicamentos sólidos, atuando como aglutinantes

(aumentando a coesão entre os pós, facilitando os processos de granulação e compressão), ou

como desintegrantes (facilitando a desintegração de comprimidos e cápsulas nos fluidos do

estômago) (AMERICAN PHARMACEUTICAL ASSOCIATION, 2006).

1.1.1 Classificação dos polímeros

Os polímeros possuem diferentes classificações e uma delas se refere ao arranjo da

cadeia. Um polímero é classificado como homopolímero se possuir apenas um tipo de mero

como unidade repetitiva de sua cadeia longa, enquanto aquele que tem mais de um tipo de

mero é denominado copolímero (GUAN et al., 2015; MELO et al., 2010).

Os copolímeros podem ser, ainda, subdivididos em copolímeros aleatórios, no caso

de não possuírem regularidade de sua sequência, ou copolímeros alternados, quando possuem

seus elementos organizadamente alternados. Há, ainda, os copolímeros em bloco, que

consistem em polímeros que alternam sequências de unidades químicas iguais (Figura 1)

(MANO & MENDES, 2004).

Figura 1. Tipos de polímeros classificados em relação à cadeia polimérica (MANO & MENDES,

2004).

Outra forma de classificação se refere à sua origem, que pode ser natural, como o

alginato, pectina, amido e celulose, ou sintética, como o politereftalato de etileno (PET), o

15

policloreto de vinila (PVC), o poli (dialildimetilamônio) (PDDA) e o poli (acrilamida-co-

dialildimetilamônio) (PAADDA) (GUAN et al., 2015).

1.1.2 Polímeros contendo amônio quaternário

Os sais de amônio quaternário têm sido usados como desinfetantes, aplicados em

formulações farmacêuticas em diferentes vias de administração, como oftalmológica,

dermatológica e ginecológica, além de cosméticos e shampoos, porém em concentrações

inferiores a 1% para evitar o aparecimento de edemas e dermatite. Suas propriedades biocidas

podem ser mantidas pelo acoplamento a substratos poliméricos por ligações não hidrolisáveis,

o que preserva a atividade biocida em superfícies revestidas com estes compostos por maiores

períodos de tempo (TEZEL & PAVLOSTATHIS, 2015).

Os polímeros que contêm amônio quaternário em sua estrutura química possuem

inúmeras aplicabilidades, que variam desde antimicrobianas, sendo usados para fins clínicos

(como desinfecção pré-operatória de pele abrasada, aplicação em membranas mucosas, e

desinfecção de superfícies) antissépticas e desinfetantes, usados para limpeza e desodorização

de superfícies duras em hospitais e até em indústrias alimentícias, como agentes floculantes

para suspensões coloidais e, para separar sistemas sólido/líquido em indústrias de tratamento

de efluentes (ZHANG et al., 2015; JAEGER et al., 2010). Diante destas aplicações, precisam

apresentar uma alta eficiência contra diferentes espécies de micro-organismos, devem manter

sua atividade durante o seu tempo de vida útil, não devem ser tóxicos para o meio ambiente e

devem ser produzidos a um preço acessível (SAUVET et al., 2003).

O mecanismo pelo qual atuam os agentes de amônio quaternário, incluindo os

polímeros, se dá através da ação sobre a membrana plasmática de bactérias (interna à parede

celular) e leveduras. A exposição a esses agentes catiônicos leva à adsorção e penetração do

composto pela parede celular, reação com a membrana citoplasmática através dos lipídeos ou

proteínas constituintes, gerando uma desorganização, a qual irá permitir o extravasamento do

conteúdo intracelular de baixo peso molecular, com consequente degradação de proteínas e

ácidos nucleicos, juntamente com a lise da parede celular por enzimas autolíticas

(CARMONA-RIBEIRO & CARRASCO, 2013).

O homopolímero cloreto de poli (dialildimetilamônio) (PDDA) (Figura 2) é um

exemplo de polímero antimicrobiano sintético que possui grupamentos de amônio quaternário

permanentemente carregados em suas unidades cíclicas. O PDDA tem sido considerado

seguro para a saúde humana, permitindo seu uso nos setores de produção de papel, tratamento

de água e processamento de produtos médicos e alimentícios (MELO et al., 2010).

16

Figura 2. Estrutura química do cloreto de poli (dialildimetilamônio) (PDDA) (CARMONA-

RIBEIRO & CARRASCO, 2013).

Os copolímeros também têm sido amplamente estudados em relação às suas

características e atividades antimicrobianas. Hong e colaboradores (2017) testaram um

copolímero sintético aleatório derivado do metacrilato. A estrutura do copolímero foi baseada

na ação antimicrobiana das estruturas catiônicas, responsáveis por melhorar a ligação da

substância às membranas plasmáticas bacterianas, de caráter aniônico. Como resultado,

puderam perceber que o copolímero apresentou atividade inibitória in vitro contra isolados de

cepas da bactéria Gram-positiva Staphylococcus aureus multirresistente, e apenas em pH

neutro semelhante ao de peles lesadas, mostrando que sua ação não afetaria a região saudável

da pele, características que o tornam um novo candidato para formulações tópicas. Além de

possuir efeitos inibitórios sobre colônias de S. aureus resistentes à vancomicina ou meticilina,

os ensaios de hemólise e toxicidade mostraram que não houve danos a eritrócitos e

fibroblastos humanos em uma ampla faixa de concentração, bem superior à faixa de inibição

bacteriana que seria usada na terapêutica.

Um outro estudo, desenvolvido por Sauvet e colaboradores (2003), envolveu a

síntese de copolímeros de siloxano contendo grupamentos de sais de amônio quaternário em

várias proporções e distribuições, com a finalidade principal de comparar a atividade

antimicrobiana dos copolímeros em blocos. Os resultados não mostraram diferenças

significativas para o efeito inibitório dos tipos de copolímeros em solução, porém o autor

alega que isto pode ter ocorrido devido à flexibilidade das cadeias de siloxano, o que não pode

ser extrapolado para os copolímeros em estado sólido, uma vez que a separação de fases pode

influenciar fortemente a distribuição dos grupamentos de amônio quaternário na superfície.

Adicionalmente, um estudo desenvolvido por Zhao e colaboradores (2016), teve o

objetivo de sintetizar copolímeros bifuncionais, mais especificamente copolímeros que

associassem tanto o caráter antimicrobiano quanto inibidor de embaçamento. Os copolímeros

seriam usados para revestir dispositivos médicos utilizados em procedimentos clínicos como

17

laparoscopias e endoscopias. O embaçamento das lentes pode gerar a perda de visão do

operador e a interrupção do procedimento, levando a complicações. O desenvolvimento de

uma rede de polímeros semi-interpenetrados, com polímeros parcialmente quaternizados,

produziu as duas características desejadas, através do balanço entre o caráter

hidrofílico/hidrofóbico do copolímero parcialmente quaternizado. As ligações covalentes das

unidades parcialmente quaternizadas levaram a uma alta eficiência microbicida, sendo que os

copolímeros se mostram eficazes contra colônias de Escherichia coli (Gram-negativa) e

Staphylococus epidermidis (Gram-positiva).

1.1.2.1 Poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio) (PAADDA)

O poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio) (PAADDA) (Figura 3) é um copolímero

solúvel em água. O PAADDA possui grupos de amônio quaternário em sua estrutura, o que

provavelmente confere uma atividade antimicrobiana através da interação destes grupos com

a parede bacteriana por mecanismo já relatado em estudos empregando polímeros com

estrutura semelhante (CARMONA-RIBEIRO & CARRASCO, 2013).

Figura 3. Estrutura química do poli (acrilamida-co-dialildimetilamônio) (PAADDA).

Catálogo Sigma-Aldrich®

O PAADDA apresenta as seguintes propriedades: número de cargas expressivo,

ótima solubilidade em água, alta eficiência, estrutura catiônica estável, utilização em ampla

faixa de pH, alta estabilidade dos monômeros, e obtenção por síntese simples e barata, sendo

seu preço inferior ao demais polímeros catiônicos do mercado internacional. Por possuir todas

estas características, tem sido utilizado em indústrias de produção de papel, tratamento de

água e, ainda, como aditivo em fins cosméticos e farmacêuticos (MCLEAN et al., 2011).

Além do bloco contendo o grupo de amônio quaternário, o PAADDA possui um

bloco contendo a poliacrilamida (PA) (Figura 4). A PA é um polímero de grande interesse

industrial e agrícola. Sua utilização vem sendo pesquisada nos processos de catálise, blendas

poliméricas e áreas biomédicas. É empregado em tratamento de água, mineração e produção

de papel, pois possui a habilidade de flocular sólidos em suspensões aquosas. A

poliacrilamida parcialmente hidrolisada também é empregada no melhoramento da extração

18

de petróleo, quando grandes quantidades ficam retidas na rocha petrolífera após os métodos

principais terem sido esgotados (MARGOLIS et al., 2015; SILVA et al., 2000).

Figura 4. Estrutura química da poliacrilamida (PA) (MARCONATO & FRANCHETTI,

2002).

A poliacrilamida é um polímero superabsorvente que absorve água por meio da

formação de ligações de hidrogênio. Era utilizada como componente de absorventes e fraldas

descartáveis, mas devido ao excessivo aumento de massa e volume do polímero foi

substituída pelo poliacrilato de sódio (PAS) (Figura 5), também considerado um

superabsorvente. Este foi introduzido em fraldas descartáveis no início da década de 80, tendo

revolucionado esse mercado, pois, além de permitir uma redução na massa média das fraldas

em torno de 50%, aumentou muito sua qualidade absorvente. Seu mecanismo de absorção

ocorre por osmose, onde a pressão osmótica faz com que o polímero absorva água para

equilibrar a concentração de íons sódio dentro e fora do polímero (MARCONATO &

FRANCHETTI, 2002; QIN, 2016).

Figura 5. Estrutura química do poliacrilato de sódio (PAS) (MARCONATO &

FRANCHETTI, 2002).

Esses materiais superabsorventes são duráveis e resistentes ao ataque de micro-

organismos, o que tem levado os pesquisadores a buscar novos materiais absorventes que

tenham menor durabilidade ao serem descartados no meio ambiente (BRAIHI, 2016; QIN,

2016).

Embora existam inúmeros estudos comprovando a alta toxicidade da acrilamida, o

mesmo não é relatado sobre a poliacrilamida. Apenas a forma monomérica é considerada

tóxica, ao contrário de sua forma polimérica. Ainda não há muitos dados acerca de sua

carcinogenicidade, mutagenicidade, teratogenicidade, danos sobre o DNA, alteração

bioquímicas e celulares, efeitos comportamentais e metabólicos, além de estudos

19

epidemiológicos. Baseado nos estudos existentes, o polímero foi considerado de baixo risco

em efeitos crônicos e agudos, efeitos respiratórios e dérmicos, e para reatividade alérgica

(ERKEKOGLU & BAYDAR, 2014).

Dessa forma, a principal preocupação em relação à sua toxicidade está no conteúdo

residual monomérico que o polímero pode apresentar. Normalmente, os níveis do monômero

acrilamida residual variam de 0,04% a 0,75% da massa total de polímero produzido

(ERKEKOGLU & BAYDAR, 2014).

1.2 Alginato

O alginato tem sido utilizado no campo farmacêutico e de alimentos, atuando nos

processos de microencapsulação (ZIA et al., 2015; FAJARDO et al., 2012). É um

polissacarídeo aniônico de ocorrência natural encontrado nas paredes celulares e

intracelulares de algas marrons, principalmente Laminaria hyperborea (Figura 6),

Ascophyllum nodosum e Macrocystis pyrifera. A principal função do alginato nas algas é

estrutural, conferindo resistência e flexibilidade ao tecido (VAUCHEL et al., 2009; FERTAH,

et al., 2017).

Figura 6. Alga marrom da espécie Laminaria hyperborea. Disponível em:

http://www.seaweed.ie/descriptions/Laminaria_hyperborea.php. Acesso em: 20 mar. 2018

O alginato extraído de diferentes partes das algas, ou submetido a fracionamento,

possui as características adequadas de viscosidade para as aplicações em que é utilizado.

Entretanto, algumas aplicações na área médica e farmacêutica necessitam de alginato com

características específicas, como a distribuição, a sequência dos blocos que o constituem e o

grau de acetilação. A obtenção de alginato com as características modificadas vem sendo

20

pesquisada através de sua produção por micro-organismos (MÜLLER, DOS SANTOS &

BRIGIDO, 2011; GARCIA-CRUZ, FOGGETTI & SILVA, 2008).

É um copolímero constituído de ácidos α-L-gulurônicos (G) e β-D-manurônicos (M)

com ligações glicosídicas 1 - 4 (Figura 7), sendo composto por resíduos dispostos em

diferentes proporções, os quais são dispostos em bloco, mas não apenas em blocos de

homopolímeros GG ou MM, consistindo em blocos alternados de G ou M (HU et al., 2015;

ALBERT, 2016, NAIDU et al., 2005).

Figura 7. Estrutura do alginato (Hu et al., 2015).

O uso do alginato como material encapsulante apresenta importância, por ser tratar

de um polímero natural de relativo baixo custo, de fácil obtenção, biocompatível, atóxico e

biodegradável, que não necessita da utilização de solventes orgânicos e nem de condições

rigorosas de temperatura para a formação das partículas (FUJIWARA et al., 2013; BELLICH

et al., 2011).

A indústria de alimentos utiliza a maior parte do alginato produzido atualmente.

Entre suas aplicações usuais estão o uso em sorvetes, produtos lácteos e misturas para bolos.

Uma aplicação promissora do alginato inclui sua utilização em filmes bioativos para cobertura

de alimentos. A adição de alginato em massas proporciona um melhoramento das

propriedades de pasta, modifica a textura do material e aumenta a capacidade de hidratação do

amido (PAWAR & EDGAR, 2012).

O alginato encontra aplicações também na indústria de bebidas, onde é utilizado para

melhorar as características sensoriais destes produtos. Em cervejas estabiliza a espuma e na

elaboração de sucos pode ser utilizado para manter os constituintes da mistura em suspensão

(PAWAR & EDGAR, 2012).

Na indústria têxtil a utilização do alginato melhora o desempenho das tintas

utilizadas nos processos de impressão favorecendo a aderência e a deposição destes materiais

sobre os tecidos (LI et al., 2017). Ainda, na indústria de papel a adição de alginato permite

21

que as propriedades para impressão destes materiais também melhorem (PAWAR & EDGAR,

2012).

O alginato também é utilizado em aplicações na área médica, onde vários produtos

farmacêuticos são imobilizados nesta substância. Sua utilização como excipiente de

medicamentos, curativos inteligentes, em formulações para prevenção de refluxo gástrico,

bem como materiais de impressão dental, já é conhecida (GOH, HENG & CHAN, 2012).

Entre outras aplicações encontradas na literatura, está o estímulo de moléculas relacionadas ao

sistema imune, como citocinas, interleucinas e fator de necrose tumoral alfa, cuja resposta

está associada à estrutura sequencial constituída exclusivamente de grupos manurônicos

(ØRNING et al., 2016). Por outro lado, estruturas constituídas somente de grupos gulurônicos

foram propostas para o tratamento de pacientes portadores de fibrose cística em função de sua

capacidade de modificar as características reológicas da mucina (YANG, XIE & HE, 2011).

Nanopartículas contendo alginato foram usadas na liberação controlada de inibidores

de proteases e na liberação de insulina e apresentaram bom desempenho na liberação destes

(BELLICH et al., 2011). Além disso, a avaliação de nanopartículas inaláveis de alginato

indicou que o material pode ser um carreador ideal para medicamentos no tratamento de

doenças respiratórias. A combinação das propriedades magnéticas de nanopartículas de ferro

com a biocompatibilidade do alginato resultou em um material que pode ser usado como

suporte de fármacos, cuja liberação pode ser controlada através de estímulos externos (GOH,

HENG & CHAN, 2012).

O biopolímero também é usado na elaboração de hidrogel de alginato, sendo

utilizado em engenharia tecidual (LIU et al., 2016). Trata-se de um suporte tridimensional

para células, também conhecido como scaffold, cujas características de firmeza, ligação e

liberação de moléculas bioativas e de dissolução podem ser controladas a partir de

modificações físico-químicas do biopolímero ou mesmo sobre os géis formados a partir do

alginato. Um exemplo desta possibilidade de uso é a imobilização de células tronco em

scaffolds construídos com alginato, onde se observou que materiais com maiores proporções

de resíduos gulurônicos são mais adequados para este fim (GOH, HENG & CHAN, 2012).

O alginato tem sido também utilizado em combinação com outros materiais

principalmente nas áreas biotecnológica e biomédica. Compósitos de alginato como alginato-

PEGAc (polietilenoglicol acrilato), um gel que combina as propriedades do alginato com as

características mucoadesivas do polietilenoglicol, demonstraram que o material não

apresentou citotoxicidade. Por exemplo, compósitos de colágeno, contendo albumina

encapsulada em esferas de alginato foram utilizados como suporte para o crescimento de

22

células epiteliais da córnea e o material obtido apresentou biocompatibilidade e excelentes

características de claridade ótica e resistência mecânica (VENKATESAN et al., 2015).

Novas possibilidades de aplicação do alginato envolvem sua utilização no transplante

de células (LIU et al., 2016). Entre os estudos apresentados na literatura é reportada sua

utilização para imobilizar células produtoras de insulina para reversão de diabetes tipo I e para

elaborar esferas de alginato/poli-L-lisina contendo Ilhotas de Langerhans, que foram avaliadas

como pâncreas endócrino bioartificial (REIS et al., 2008; DE VOS et al., 2006).

Um gel formado por alginato modificado com peptídeos para permitir sua ligação

com heparina, também é reportado como suporte para liberação controlada de fatores

angiogênicos e os estudos demonstraram o potencial terapêutico deste material na promoção

da angiogênese (KAREWICZ et al., 2010).

1.3 Hidrogéis

Hidrogéis são materiais compostos por polímeros sintéticos ou naturais, que possuem

a capacidade de absorver e reter uma grande quantidade de água e mantê-la dentro de suas

matrizes sem dissolução através de uma rede estável tridimensional (THAKUR et al., 2017a,

THAKUR et al., 2017b, WANG et al., 2017).

A capacidade de intumescimento dos hidrogéis é atribuída aos grupos funcionais

hidrofílicos (aminas primárias, hidroxilas, carboxilas) presentes nas matrizes dos polímeros

enquanto que as ligações cruzadas (reticulações ou interações físicas) entre as cadeias de

polímero tornam os hidrogéis insolúveis em água (THAKUR et al., 2017b; AHMED,2015).

Dependendo da natureza química dos grupamentos lateralmente ligados às cadeias

poliméricas, os hidrogéis podem ser classificados como neutros ou iônicos (PEPPAS et al.,

2000; AOUADA & MATTOSO, 2009).

Hidrogéis são geralmente produzidos a partir de reações químicas, na presença de

agentes reticulantes. O processo de reticulação consiste na formação de ligações entre as

cadeias de polímeros. Normalmente, a formação da estrutura reticulada ocorre a partir da ação

de um agente reticulante sobre o polímero em solução. A reticulação possibilita melhorar as

propriedades do hidrogel, tais como resistência mecânica, coesão, rigidez, de barreiras a

vapores, dentre outras. Além disso, a incorporação de materiais compatíveis à matriz dos

hidrogéis pode melhorar as propriedades, principalmente de sorção e dessorção dos hidrogéis

(TURBIANI & KIECKBUSCH, 2011).

23

Hidrogéis obtidos por reticulações químicas são conhecidos como hidrogéis do tipo

químico ou permanente, pois, uma vez obtidas, as redes não poderão mais ser dissolvidas. Já

hidrogéis temporários ou físicos são formados por interações físicas (por exemplo, forças de

van der Waals, ligações de hidrogênio) e suas redes podem ser dissolvidas através de um

determinado estímulo externo como, por exemplo, mudanças de pH, temperatura e solução

salina (Figura 8) (AOUADA & MATTOSO, 2009).

Figura 8. Esquemas representativos das estruturas dos hidrogéis químico e físico

(AOUADA & MATTOSO, 2009).

Os hidrogéis podem ser sintetizados a partir de materiais naturais ou sintéticos.

Hidrogéis preparados a partir de polímeros naturais podem apresentar propriedades mecânicas

não satisfatórias e podem conter patógenos que poderiam evocar respostas inflamatórias,

apesar de apresentarem vantagens, como: biocompatibilidade; biodegradabilidade e

atoxicidade (LIN & METTERS, 2007; STRACCIA et al., 2015). Por sua vez, grande parte

dos hidrogéis sintéticos não apresentam propriedades bioativas, o que diminui o campo de

aplicação desses materiais, principalmente nas áreas biomédicas. Por outro lado, hidrogéis

sintéticos apresentam excelentes propriedades mecânicas e hidrofílicas (KIRITOSHI &

ISHIHARA, 2004; AHMED, 2015). Hidrogéis sintetizados a partir de misturas de polímeros

sintéticos e naturais têm se tornado uma excelente estratégia para contornar essas

dificuldades, ampliando a gama de aplicações tecnológicas dos hidrogéis (PEPPAS et al.,

2000; LIN & METTERS, 2007).

Os hidrogéis de alginato, por exemplo, são formados na presença de cátions

divalentes (BUREY, BHANDARI & HOWES, 2012). O gel insolúvel em forma de esfera é

formado por ligações entre cadeias lineares (SOUZA, ZAMORA & ZAWADZKI, 2008).

Para formar as micropartículas, a solução de alginato de sódio é gotejada em uma solução

contendo cátions divalentes (geralmente de Ca+2

, sob a forma de cloreto de cálcio (CaCl2)).

As gotículas formam esferas de gel instantaneamente e aprisionam o composto de interesse

24

em uma estrutura tridimensional formada após a troca de íons de sódio a partir dos ácidos

gulurônicos com cátions divalentes (Figura 9) (ZIA et al., 2015).

Figura 9. Estrutura tridimensional formada pela troca de Na+ por cátion divalente nos ácidos

gulurônicos do alginato. O cátion divalente é representado pelo círculo vermelho (ZIA et al., 2015).

Um estudo desenvolvido por Vicini e colaboradores (2017) comparou a formação de

hidrogéis de alginato usando diferentes cátions divalentes, a saber Ba+2

, Ca+2

e Mg+2

, como

agentes reticuladores na formação dos mesmos. Conforme relatado na literatura, a afinidade

do alginato com os diferentes íons divalentes diminui na ordem: Pb+2

> Cu+2

> Cd+2

> Ba+2

>

Sr+2

> Ca+2

> Co+2

, Ni+2

, Zn+2

> Mn+2

.

Os resultados apresentados no estudo apontaram que as microesferas mostraram uma

tendência a absorver uma quantidade maior de Ca+2

comparado com Ba+2

, o que foi

confirmado pela afinidade do íon com o polímero. Os íons Ba+2

criaram, instantaneamente,

uma casca altamente reticulada ao redor das microesferas, o que dificultou a maior difusão

dentro das mesmas. Depois de 2 dias, as microesferas continham cerca de 28% p/p de íons

Ba+2

, no platô de adsorção. No entanto, os íons Ca+2

, devido à menor afinidade íon/polímero,

não criaram esta ligação altamente reticulada e sua permanência em uma solução saturada

permitiu uma maior absorção, até um valor de platô de 43% p/p. Foi confirmada a baixa

afinidade íon/polímero do Mg+2

e a quantidade absorvida foi muito menor em comparação

com os outros dois íons. Mesmo assim, foi possível observar uma ação gelificante em

água/etanol e um valor de platô foi alcançado em torno de 8% p/p (VICINI et al., 2017).

A principal desvantagem do alginato é que a estrutura macroporosa formada pela

rede de gel confere força e estabilidade fracas, o que pode causar repentina liberação de

substâncias terapêuticas. Uma das possíveis soluções é baseada em realizar misturas de

alginato com outros componentes poliméricos (ALBERT, 2016).

Devido à sua versatilidade e vantagens tecnológicas sobre outros materiais

poliméricos, os hidrogéis têm sido aplicados em diferentes campos industriais, desde a

25

medicina até o agronegócio. Dentre essas se destacam o uso tópico no tratamento de

queimaduras (KIYOZUMI et al., 2007), lentes de contato (SORBARA et al., 2009),

enchimento de ossos esponjosos (ZHANG et al., 2009; STAGNARO et al., 2018),

substituições de cartilagens (LEONE et al., 2008), liberação controlada de fármacos

(HUANG & YANG, 2007), substrato para cultura de células (NARITA et al., 2009),

músculos artificiais (BASSIL et al., 2008), capacitores (LEE & WU, 2008), baterias

(IWAKURA et al., 2005), sensores (YU et al., 2008), dispositivos ópticos e janelas

inteligentes (AOUADA et al., 2006).

Segundo Moura (2005) os hidrogéis apresentam algumas vantagens que os tornam

muito interessantes para aplicações médicas como, por exemplo: atoxicidade; capacidade de

intumescer em água e fluidos biológicos, o que os assemelha muito aos tecidos vivos;

consistência elastomérica, o que minimiza o atrito entre tecidos e o hidrogel; alta

permeabilidade, o que permite o fluxo de fluidos corpóreos pelo hidrogel devido à alta

porosidade; facilidade de obtenção em diferentes formas e permite a incorporação e liberação

controlada de fármacos de diferentes polaridades.

Azevedo e colaboradores (2002) mostraram a utilização de hidrogéis biodegradáveis

em sistemas de liberação controlada para fertilizantes e pesticidas, visto que a disponibilidade

de insumos no solo é um fator que contribui para o crescimento, aumento de produtividade e

qualidade de plantas e cultivares Adicionalmente, a presença de hidrogéis no solo otimiza a

disponibilidade de água, reduz as perdas por percolação e lixiviação de nutrientes e melhora a

aeração e drenagem do solo, acelerando o desenvolvimento do sistema radicular e da parte

aérea das plantas.

1.3.1 Aplicações dos hidrogéis de alginato modificados com polímeros

Diversos estudos mostraram que os hidrogéis de alginato foram modificados com

diferentes polímeros, sendo de origem natural, como: amido, pectina; ou de origem sintética,

como os polímeros sintéticos: PVA e PEI; e, ainda, com os derivados de celulose como:

metilcelulose, carboximetilcelulose (CMC) e hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), entre

outros materiais poliméricos. Os polímeros foram empregados com o objetivo de revestir os

hidrogéis de alginato com o intuito de promover liberação controlada ou sustentada de

fármacos, enzimas, células, proteínas, extratos vegetais e bactérias probióticas, melhorar a

biodisponibilidade oral, proteger os fármacos contra a acidez do pH estomacal, melhorar a

estabilidade química e térmica tanto das esferas quanto do material encapsulado, promover a

adsorção de corantes e, proteger micro-organismos benéficos presentes em sucos. Também foi

26

relatado o emprego destes hidrogéis para promover a liberação controlada de pesticidas e

inseticidas (MOURA, 2005).

Kulkarni e colaboradores (2000) estudaram o perfil de liberação controlada do

pesticida natural oleoso extraído da semente da árvore Azadirachta Indica A. Juss, conhecido

como NSO, encapsulado em hidrogéis formados por reticulação de alginato de sódio e

glutaraldeído. Os resultados mostraram que a eficiência de sorção do pesticida nos hidrogéis

variou de 10 a 30 %, dependendo do tamanho do diâmetro das partículas dos hidrogéis. A

taxa de liberação cumulativa alcançou 100 % (em torno de 18 horas) quando as redes dos

hidrogéis foram obtidas após 10 minutos de reticulação com glutaraldeído.

Roy e colaboradores (2009) desenvolveram microesferas de hidrogéis de alginato de

cálcio e amido utilizando cloreto de cálcio como agente de reticulação. As microesferas com

diferentes formulações foram carregadas com o inseticida Clorpirifos e sua cinética de

liberação foi investigada durante 7 dias por meio de espectroscopia UV-Visível. As melhores

condições de liberação, em torno de 80 % em 4 - 5 dias, foram obtidas para os hidrogéis

preparados a partir de 20 % de alginato e 80 % de amido e reticulados com cloreto de cálcio a

0,5 mol/L.

A biodisponibilidade oral aumentada do aceclofenaco foi conseguida utilizando co-

cristais de quitosana e aceclofenaco aprisionados na esfera de alginato. Os co-cristais

primários aumentaram a solubilidade do fármaco e a matriz polimérica espessa gelificada que

se formou a partir do intumescimento de esferas de alginato fez com que a liberação do

fármaco fosse contínua e sustentada, aumentando a sua biodisponibilidade. Como

consequência, a atividade anti-inflamatória do aceclofenaco foi significativamente melhorada

(GANESH et al., 2015).

A amoxicilina, utilizada no tratamento de Helicobacter pylori, um dos principais

agentes causadores de úlceras pépticas, foi encapsulada em hidrogéis de alginato e quitosana,

como revestimento polimérico mucoadesivo. In vitro, a amoxicilina foi liberada mais

rapidamente no fluido gástrico simulado do que no fluido intestinal simulado. Uma liberação

sustentada de amoxicilina foi conseguida por mais de seis horas no fluido gástrico simulado

ao aplicar as esferas para encapsulamento do fármaco (SAHASATHIAN, PRAPHAIRAKSIT

& MUAGSIN, 2010).

A formulação de microesferas de alginato e quitosana contendo glicose oxidase

(GOX), usada no tratamento de tumores sólidos foi o objetivo de um estudo realizado por Liu

27

e colaboradores (2009). A citotoxicidade in vitro e a eficácia in vivo das esferas encapsuladas

com GOX foram avaliadas em células de câncer de mama e tumores sólidos. Os resultados

mostraram que as esferas contendo GOX exibiram citotoxicidade para as células de câncer de

mama in vitro e sua eficácia aumentou com o aumento do tempo de incubação.

Adicionalmente, as esferas afetaram significativamente o crescimento do tumor com

toxicidade geral muito menor comparado a GOX livre.

A incorporação de ácido retinoico através de um método barato, simples e rápido,

melhorando a localização dérmica e a liberação na pele foi alcançada aplicando esferas de

alginato-quitosana. As micropartículas preparadas com 0,4% de quitosana (m / m) resultaram

em liberação do fármaco com perfil mais sustentado. Os resultados dos estudos de retenção in

vitro mostraram que as micropartículas aumentaram a retenção do fármaco no estrato córneo,

ocorrendo irritação na pele, mas mantiveram a concentração de ácido nas camadas mais

profundas da pele, onde ocorrem as patologias tratadas com o mesmo (LIRA et al., 2009).

Em um estudo relatado da literatura, microesferas de alginato foram empregadas para

carregar o peptídeo insulina. Sob as condições de pH do ambiente gastrointestinal, apenas

32% da insulina foi liberada durante o tempo de transição simulado (2 h no estômago e 4 h no

intestino). Além disso, o nível de glicose no sangue de ratos diabéticos foi efetivamente

reduzido e mantido estável durante muito tempo (60 h) após a administração oral das

microesferas de alginato-quitosana carregadas com insulina (ZHANG et al., 2011).

Em outro estudo, células de Saccharomyces cerevisiae foram imobilizadas em

esferas de alginato revestidas com quitosana para demonstrar o efeito na transferência de

massa externa por tempo de consumo de substrato, fase de latência e produção de etanol. Os

resultados indicaram que o revestimento teve um efeito significativo na duração da fase de

latência, sendo 30-40 minutos mais elevado do que as esferas não revestidas. Observou-se que

a quitosana atuou como barreira para a transferência de substrato e produtos, dentro e fora das

esferas, no momento inicial de fermentação, uma vez que apresentou uma fase de latência

mais longa em esferas revestidas com quitosana do que não revestidas (HUSSAIN et al.,

2015).

Bactérias probióticas foram previamente encapsuladas em microcápsulas de alginato

para aumentar a sobrevida no trato gastrointestinal humano. No trabalho, avaliou-se a

propriedade mucoadesiva alterada do sistema de liberação probiótica por revestimento com

quitosana mucoadesiva ou quitosana tiolada, para retenção prolongada no cólon humano. Os

28

dois tipos de quitosana foram adsorvidos e melhoraram substancialmente o desempenho de

mucoadesão do sistema. O sistema revestido liberou uma quantidade maior de bactérias

probióticas no modelo in vitro de mucosa colônica. Verificou-se também que os

revestimentos exerceram uma mucoadesão significativamente mais forte ao tecido da mucosa

do cólon em um ligeiro pH ácido, que está em conformidade com o ambiente fisiológico do

cólon (CHEN et al., 2013).

Uma fração oleaginosa obtida a partir de um extrato de álcool do fruto de Pterodon

pubescens (sucupira-branca) foi microencapsulada com o objetivo de mascarar o sabor do

extrato e proteger os seus constituintes contra uma possível degradação química. As

formulações contendo hidrogéis de alginato e quitosana obtidas eram ligeiramente amarelas,

inodoras e tinham um sabor agradável (REINAS et al., 2014). Outro estudo foi realizado com

esferas de alginato/N-trimetil quitosana obtidas a pH 2 e carregadas com curcumina a pH 6,0-

6,5. Estudos in vitro de liberação da curcumina foram investigados em fluido intestinal e

gástrico simulados e os resultados indicaram que as esferas apresentaram potencial para

melhorar a solubilidade e atividade biológica da curcumina ao pH próximo do fisiológico

(MARTINS et al., 2013).

HPMC foi o polímero empregado em estudos utilizando diclofenaco de sódio

(YADAVA et al., 2014) e diclofenaco de potássio (GHOSAL & DEY RAY, 2011). O estudo

que utilizou o diclofenaco de sódio como fármaco modelo teve por objetivo o

desenvolvimento de esferas de alginato / HPMC / emulsão de parafina líquida leve. Um

aumento na concentração de HPMC e alginato diminuiu a quantidade do fármaco a ser

encapsulada, assim como a sua liberação. No estudo que empregou o diclofenaco de potássio

como modelo de fármaco, a HPMC empregada foi uma forma hidrofóbica da HPMC

convencional, a HPMC estearoxi éter. A liberação de diclofenaco a partir de esferas de

alginato foi completa em 5-6 horas, enquanto que a partir de sistemas com HPMC

hidrofóbica, a liberação foi mantida em até 10 horas.

O desenvolvimento e a otimização do preparo de microcápsulas mucoadesivas de

alginato e metilcelulose carregadas com gliclazida foi o objetivo de outro estudo (PAL &

NAYAK, 2011). A proporção da mistura de polímeros, a concentração do agente de

reticulação (cloreto de cálcio), a eficiência de encapsulação do fármaco e a liberação do

fármaco foram os parâmetros otimizados e as microcápsulas otimizadas apresentaram alta

eficiência de encapsulamento do fármaco. Ademais, verificou-se que o modelo de liberação

do fármaco in vitro era de liberação controlada. As microcápsulas exibiram também boas

29

propriedades mucoadesivas e os estudos in vivo em ratos diabéticos indicaram efeito

hipoglicêmico significativo, observado 12 horas após administração oral das microcápsulas.

Um estudo empregando a poli-L-lisina foi desenvolvido com o intuito de imobilizar

bactérias probióticas capazes de produzir folato e liberá-lo de uma forma sustentada no

intestino. As microcápsulas foram feitas de alginato com três revestimentos consecutivos de

poli-L-lisina, alginato de sódio e quitosana. A espectroscopia de infravermelho (IV) e a

análise confocal mostraram a estabilidade dos revestimentos, mesmo após a imersão em

soluções simulando condições no estômago e intestino delgado. Estudos de liberação

apontaram a capacidade das microcápsulas revestidas em liberar ácido fólico, a taxas

diferentes, dependendo do revestimento aplicado (RAMOS et al., 2016).

A comparação dos grânulos de alginato e pectina para melhorar a sobrevivência de

Lactobacillus plantarum e Bifidobacterium longum durante o armazenamento em suco de

romã e cranberry e a avaliação da influência de vários materiais de revestimento, incluindo

quitosana, gelatina e glucomanana sobre a sobrevivência celular foi o objetivo de outro estudo

(NUALKAEKUL et al., 2013). A encapsulação dentro de grânulos de alginato ou pectina

melhorou consideravelmente a sobrevivência celular, mas o revestimento das esferas com

quitosana ou gelatina melhorou este ainda mais; enquanto que o revestimento com

glucomanana não teve qualquer efeito positivo. Foi também demonstrado que o revestimento

era capaz de inibir a penetração de ácido gálico, que foi utilizado neste estudo como um

composto fenólico modelo com atividade antimicrobiana.

A matriz de alginato-pectina foi utilizada para microencapsular o ácido

acetilsalicílico. Diferentes proporções das soluções de alginato-pectina preparadas com o

fármaco foram homogeneizadas e atomizadas usando gás nitrogênio em solução de cloreto de

cálcio 1,0 M para formar microcápsulas. A liberação do fármaco das microcápsulas foi testada

em três diferentes valores de pH: 1,2, 7,4 e 8,2. A liberação lenta e controlada do fármaco foi

observada em todos os pH estudados, porém foi maior em pH ácido (1,2). Além disso, foi

observado que o aumento da concentração de pectina levou à maior liberação do fármaco

(JAYA, DURANCE & WANG, 2009).

A encapsulação de extrato de erva-mate (Ilex paraguariensis) numa matriz adequada

aumenta as possíveis aplicações deste antioxidante natural nos sistemas alimentares. Foram

desenvolvidos hidrogéis de alginato como veículos de extrato de erva-mate e adicionou-se à

matriz de alginato um material de enchimento (amido de milho a 2%). A liberação de

30

polifenois de erva-mate em fluidos digestivos simulados foi avaliada. Obteve-se uma taxa de

liberação mais baixa com hidrogéis de alginato revestidos com amido em comparação com o

controle, o que foi atribuído à menor porosidade dos hidrogéis revestidos (LÓPEZ-

CÓRDOBA, DELADINO & MARTINO, 2014).

O processo de adsorção do corante Victoria Blue a partir de um meio aquoso

utilizando polímero de carbono / Zn / alginato modificado por Prosopis juliflora (algaroba)

foi estudado. As condições experimentais do processo de adsorção escolhidas neste estudo

foram a concentração de corante, pH, dose de adsorvente, tempo de contato e temperatura.

Como resultado, a esfera compósita de polímero de alginato mostrou ser eficiente na remoção

do corante ao promover a adsorção do mesmo (KUMAR & TAMILARASAN, 2013).

Finalmente, microgéis de alginato-gelatina contendo tramadol foram preparados pela

técnica de reticulação química com glutaraldeído como agente de reticulação. O

encapsulamento do fármaco foi elevado (até 86,5%). Ambos os estudos de equilíbrio e de

absorção de água foram realizados em tampão fosfato a pH 7,4. As propriedades

mucoadesivas foram avaliadas em solução aquosa medindo a mucina adsorvida nos hidrogéis.

Estudos de liberação in vitro indicaram a dependência da liberação do fármaco através da

extensão da reticulação e da quantidade de gelatina utilizada na preparação dos hidrogéis

(KUMAR & SINGH, 2010).

31

2 JUSTIFICATIVA

Os hidrogéis vêm sendo pesquisados devido à sua grande capacidade de absorção de

água, o que pode proporcionar a liberação de substâncias terapêuticas de maneira controlada

quando intumescidos em contato com a água.

O alginato é um polímero de ocorrência natural de fácil obtenção e relativo baixo

custo, biodegradável, biocompatível e atóxico. Por apresentar essas características, este

polímero vem sendo empregado na indústria farmacêutica, em proteção ambiental e, no

desenvolvimento de diferentes materiais, entre eles os hidrogéis, e na incorporação de

diferentes compostos.

O alginato é um polissacarídeo aniônico que em contato com cátions divalentes

forma uma rede tridimensional instável. A incorporação de polímeros à estrutura dos

hidrogéis é amplamente relatada na literatura, porém para o PAADDA não há estudos, acerca

do melhoramento de suas características através de sua incorporação em hidrogéis de alginato.

Espera-se ainda, que a incorporação do PAADDA à estrutura do hidrogel melhore as

características do mesmo, como: absorção de água e estabilidade térmica.

32

3 OBJETIVOS

3.1 Objetivo Geral

Preparar hidrogéis de alginato na ausência e na presença do copolímero PAADDA

utilizando o método de gelificação ionotrópica externa e caracterizá-los através das seguintes

técnicas: Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR), Espectroscopia

Raman (ER), Análise Termogravimétrica acoplada ao Espectrômetro de Massas (TGA-MS),

Intumescimento, medida do ponto de carga zero, medida do tamanho dos hidrogéis e

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para que possam ser usados como materiais

adsorventes de substâncias com diversas aplicações.

3.2 Objetivos Específicos

1) Preparar através do método de gelificação ionotrópica externa hidrogéis de

alginato puro e hidrogéis de ALG:PAADDA em diferentes proporções (1:1, 2:1 e

3:1) % (m/m);

2) Identificar grupos funcionais e que tipos de interações estão ocorrendo entre o

polímero PAADDA e o alginato utilizando a Espectroscopia vibracional na região

do infravermelho (FTIR);

3) Identificar grupos funcionais e que tipos de interações estão ocorrendo entre o

polímero PAADDA e o alginato utilizando a Espectroscopia Raman (ER);

4) Investigar a estabilidade térmica dos hidrogéis de alginato e PAADDA através de

Análise Termogravimétrica acoplada ao Espectrômetro de Massas (TGA-MS);

5) Avaliar a absorção de água dos hidrogéis através de diferença da massa utilizando

como meio a água destilada;

6) Determinar o ponto de carga zero (pHpcz) dos hidrogéis de alginato e PAADDA;

7) Determinar o tamanho dos hidrogéis utilizando um micrômetro digital e

correlacioná-los com a capacidade de absorção de água ou intumescimento dos

géis;

8) Avaliar a morfologia dos hidrogéis de alginato e PAADDA através de Microscopia

Eletrônica de Varredura (MEV).

33

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 Materiais

4.1.1 Reagentes

Alginato de sódio (ALG), marca Sigma-Aldrich

Poli(acrilamida-co-dialildimetilamônio) (PAADDA), marca Sigma-Aldrich

Cloreto de cálcio dihidratado, marca Sigma-Aldrich, CaCl2.2 H2O, M.M. 147,02 g.mol-1

Cloreto de sódio, marca Neon, NaCl, P.A., M.M. 58,44 g.mol-1

Hidróxido de sódio, marca Êxodo Científica, NaOH, P.A., micropérolas, M.M. 40,00 g.mol-1

Ácido clorídrico, marca Isofar, HCl, P.A., M.M. 36,46 g.mol-1

, 1L=1,190 kg, Dosagem: 36,5

a 38%

Água destilada

4.1.2 Equipamentos

Placas de aquecimento e agitação, marca IKA®, modelo RH basic 1, 220-240V, 50/60 Hz,

415W

Placa de aquecimento e agitação, marca Fisatom, modelo 752A, 115V, 60 Hz, 650W

Balança analítica, marca Shimadzu, modelo AUY 220, 127V, max. 220g, min. 10mg, e = 1

mg, d = 0,1mg

Espectrofotômetro Infravermelho com Transformada de Fourier, marca Shimadzu, modelo

IRAffinity-1

TGA/DSC, marca Netzsch®, modelo TGA/DSC 490 PC Luxx, acoplado a um espectrômetro

de massas Aëlos 403C

Espectrômetro FT-Raman Bruker, modelo RFS-100, com linha laser Nd3+

/YAG com

comprimento de onda em 1064 nm, detector de germânio resfriado com nitrogênio líquido

Micrômetro Digital, Electronic Outside Micrometer, marca Digimess, 0 - 25 mm, 0,001mm

Microscópio Field Emission Scanning Electron Microscope, marca Jeol®, modelo JSM

7401F

34

pHmetro Digimed DM-22 com eletrodo combinado de pH DME-CV2 - faixa de leitura 0 a 14

pH / temperatura de operação 0 a 100 °C (P atm). O pHmetro foi calibrado com solução

tampão pH 4,00 de biftalato de potássio / hidróxido de sódio, marca Neon e solução tampão

pH 7,00 de fosfato dissódico / fosfato de potássio monobásico, marca Neon

4.2 Métodos

4.2.1 Preparo dos hidrogéis de alginato

Os hidrogéis de alginato foram preparados pelo método de gelificação ionotrópica

externa, que consiste em gotejar uma solução de alginato de sódio em uma solução de cloreto

de cálcio na presença e na ausência de PAADDA, com auxílio de uma pipeta. Os hidrogéis

foram obtidos mantendo a concentração de cloreto de cálcio (CaCl2) constante, 3% (m/v) e

variando a proporção de ALG:PAADDA em 1:1, 2:1 e 3:1% (m/m). Após o gotejamento de

todo o volume da solução de alginato, os hidrogéis foram deixados em agitação por 30

minutos. Após este processo, os hidrogéis obtidos (ALG + Ca+2

e ALG:PAADDA) foram

filtrados e deixados em estufa à temperatura de 40 ºC por 48 horas.

4.2.2 Caracterização dos hidrogéis de alginato

4.2.2.1 Espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR)

Os espectros de infravermelho dos hidrogéis secos de ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA

(1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) foram obtidos em um espectrofotômetro

IRAffinity-1 da Shimadzu utilizando 40 scans. Os espectros foram registrados na região entre

4000-400 cm-1

, com uma resolução de 4 cm-1

, empregando-se a técnica de pastilhas com

brometo de potássio (KBr).

4.2.2.2 Espectroscopia Raman (ER)

Os espectros Raman dos hidrogéis secos de ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA (1:1),

ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) foram obtidos em espectrômetro FT-Raman

Bruker, modelo RFS-100, com linha laser Nd3+

/YAG com comprimento de onda em 1064

nm, detector de germânio resfriado com nitrogênio líquido. A resolução espectral usada em

todos os espectros Raman foi de 4cm-1

. A potência do laser foi de 10 mW para os padrões

(alginato e PAADDA) e de 20 mW para os hidrogéis de ALG + Ca+2

e ALG:PAADDA , e a

acumulação de 500 scans para todos os espectros. Esta análise foi realizada através de uma

parceria com o prof. Gustavo Fernandes Souza Andrade do LabNan-UFJF.

35

4.2.2.3 Análise termogravimétrica acoplada ao espectrômetro de massas (TGA-MS)

As análises termogravimétricas dos hidrogéis secos ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA

(1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) foram realizadas em um equipamento

Netzsch®, modelo TGA/DSC 490 PC Luxx, acoplado a um espectrômetro de massas Aëlos

403C. As amostras foram aquecidas de 30 a 600°C com uma taxa de aquecimento de

10°C.min-1

, sob fluxo de nitrogênio de 50 mL.min-1

. Esta análise foi realizada através de uma

parceria com a profa. Vera Regina Leopoldo Constantino do IQ-USP.

4.2.2.4 Absorção de água (intumescimento)

Foram pesados aproximadamente 0,1g (massa seca) de cada amostra de hidrogéis

secos ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1). Em

seguida, foram adicionados 40 mL de água destilada a cada becker e levou-se à agitação. Nos

períodos de tempo de 15, 30, 60, 90, 120, 150 e 180 minutos, a agitação foi interrompida e os

hidrogéis foram filtrados em papel de filtro e pesados novamente (massa úmida).

A porcentagem de água foi calculada através da fórmula:

Absorção de água = (Mu – Ms) / Ms x 100 Equação I

Onde: Mu é a massa dos hidrogéis após contato com o solvente (água destilada)

Ms é a massa dos hidrogéis secos

4.2.2.5 Determinação do ponto de carga zero (pHpcz)

O ponto de carga zero (pHpcz) foi determinado de acordo com o método descrito por

Benhouria e colaboradores (2015). O pH inicial (pHi) de soluções de cloreto de sódio (NaCl)

0,01 M (50 mL) foi ajustado para um intervalo de pH de 2-10 utilizando ácido clorídrico

(HCl) ou hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 M. Em seguida, adicionaram-se 0,2 g de cada

amostra de hidrogel seco a estas soluções. As dispersões foram agitadas durante 24 h a 25° C

e determinou-se o pH final das soluções (pHf). O ponto de carga zero foi obtido a partir de um

gráfico de (pHf-pHi) versus pHi.

36

4.2.2.6 Determinação do tamanho dos hidrogéis

O tamanho dos géis ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e

ALG:PAADDA (3:1) foi determinado com o auxílio de um micrômetro digital, Electronic

Outside Micrometer, marca Digimess, 0 - 25 mm, 0,001mm. Para este estudo foram utilizados

20 hidrogéis secos escolhidos aleatoriamente. Os valores encontrados foram obtidos em

micrômetros (µm).

4.2.2.7 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

A morfologia dos hidrogéis secos ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA (1:1),

ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) foi analisada em um microscópio Field

Emission Scanning Electron Microscope, da marca Jeol®, modelo JSM 7401F, o qual

pertence ao Instituto de Química (IQ) da Universidade de São Paulo (USP). As amostras

foram depositadas sobre uma fita adesiva de carbono dupla face, aderida ao porta-amostra de

alumínio.

37

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Preparo dos hidrogéis de alginato

O método empregado para preparar os hidrogéis de ALG + Ca+2

, ALG:PAADDA

(1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) foi o método de gelificação ionotrópica.

A gelificação ionotrópica é um método físico-químico baseado em interações iônicas

entre compostos de cargas opostas (SARAVANAN & RAO, 2010). Esta técnica tem sido

frequentemente utilizada, sendo promissora, pois não necessita de temperatura controlada e

não utiliza solventes orgânicos para produzir microesferas (PATIL et al., 2010). Além de

propiciar a encapsulação tanto de compostos hidrofílicos quanto de hidrofóbicos. Por outro

lado, apresenta como desvantagem a formação de uma matriz de gel porosa que pode

inviabilizar a proteção desejada ou a liberação controlada do composto encapsulado. Ressalta-

se que o diâmetro das esferas obtidas através desta técnica influencia diretamente tanto a

liberação quanto a proteção da substância encapsulada (GUZEY & MCCLEMENTS, 2007).

A formação das microesferas por esta metodologia baseia-se na capacidade de vários

polissacarídeos, tais como pectina, alginato de sódio e carragena, em formar gel na presença

de íons polivalentes. O método consiste basicamente no gotejamento ou aspersão de uma

solução de polissacarídeo aniônico sobre uma solução catiônica, em concentrações

apropriadas (AGUILAR et al., 2015). A microencapsulação por gelificação ionotrópica

permite a formação de estruturas tridimensionais. Estas, por sua vez, apresentam um elevado

teor de água e promovem a proteção do composto ativo (NAZARENO et al., 2016).

Existem dois tipos de gelificação ionotrópica: interna e externa. A gelificação

ionotrópica interna produz esferas por meio da adição de sais de cálcio insolúveis em uma

solução polimérica contendo material de núcleo, com posterior dispersão desta mistura em

uma fase oleosa contendo surfactante. Para que a gelificação ocorra, adiciona-se uma solução

ácida para a redução do pH, a fim de liberar os íons cálcio, permitindo sua complexação com

os grupos carboxílicos do alginato (SCHOUBBEN et al., 2010).

A gelificação ionotrópica externa foi o método empregado neste trabalho. As esferas

foram produzidas pelo gotejamento de uma solução polimérica (alginato), geralmente

negativamente carregada, em uma solução catiônica (PAADDA), normalmente contendo

cálcio, com a gelificação ocorrendo através da difusão de cátions para dentro da solução de

hidrocoloide. O contato de gotas de uma solução de alginato de sódio na presença dos íons de

38

cálcio resultou na formação instantânea de estruturas de hidrogéis insolúveis em água (Figura

10).

Figura 10. Preparação e obtenção de hidrogéis de alginato pelo método de gelificação ionotrópica

externa. Adaptado de Holkem, Franco e Ragagnin (2015) e Foto do autor.

Segundo Benavides e colaboradores (2016), o composto ativo fica uniformemente

disperso por toda a matriz de proteção. A interação de íons Ca+2

com grupos carboxílicos das

cadeias poliméricas resultou na formação de gel insolúvel (Figura 11), tornando possível obter

microesferas de diferentes formas e tamanhos, que irão direcionar a sua aplicação

(NAZARENO et al., 2016).

Figura 11. Hidrogéis de alginato após a filtração. Foto do autor.

39

Segundo Sacchetin e colaboradores (2010), o tamanho das micropartículas obtidas

com o alginato está diretamente relacionado com a concentração e a viscosidade da solução

de alginato empregada, observando-se que baixas concentrações favorecem a redução do

tamanho das partículas. Entretanto, concentrações reduzidas diminuem também a resistência

mecânica e a estabilidade das micropartículas.

Após o processo de obtenção dos hidrogéis, é necessária, ainda, uma etapa de

estabilização das microesferas, que pode ser propiciada por retificação, obtida pela formação

de ligações cruzadas (cross-linking) na matriz, ou, ainda, por redução do teor de umidade

(secagem) (HOLKEM, FRANCO & RAGAGNIN, 2015).

O processo de secagem visa eliminar outra desvantagem apresentada pelas

microesferas, o elevado teor de umidade, que pode promover a deterioração por micro-

organismos e alterações por reações químicas e enzimáticas. Por esses motivos se faz

necessário o processo de secagem e obtenção de géis secos (Figura 12). Neste trabalho, a

secagem também foi utilizada com o intuito de obter géis secos para serem caracterizados

através de diferentes técnicas que, por sua vez, exigem que as amostras se encontrem secas e,

para algumas análises, na forma de pó.

Figura 12. Hidrogéis de alginato após a secagem. Foto do autor.

A obtenção dos hidrogéis nas diferentes proporções contendo o PAADDA foi

realizada gotejando uma solução de alginato sobre uma solução de cloreto de cálcio

juntamente com uma solução de PAADDA. O emprego desta metodologia provavelmente

contribuiu para que o PAADDA tenha sido incorporado através da rede tridimensional

40

formada pela ligação do cálcio aos ácidos carboxílicos do alginato, possivelmente formando

também um revestimento dos hidrogéis. Outro método empregado consiste em colocar géis

secos em contato com uma solução polimérica, porém neste método pode haver apenas a

formação do revestimento e não a dispersão do polímero pela estrutura do hidrogel.

5.2 Caracterização dos hidrogéis de alginato

5.2.1 Espectroscopia vibracional

A espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) baseia-se na incidência de um

fóton, de energia semelhante à vibração característica correspondente à região espectral no

infravermelho, sobre um composto cujas moléculas possam alterar o seu estado vibracional,

absorvendo a radiação correspondente à diferença de energia do seu estado fundamental e

excitado. Este tipo de espectroscopia tem seus fundamentos baseados em efeitos de absorção

da radiação (RODRIGUES & GALZERANI, 2012).

Por outro lado, a espectroscopia Raman (ER) é governada por processos de

espalhamento de luz pela matéria. Alguns dos fótons incidentes colidem com moléculas da

amostra que se espalham em todas as direções, sem sofrerem alterações no nível de energia,

isto é, a maioria das colisões é elástica, logo a frequência de luz espalhada é igual à da luz

inicial. Este fenômeno é denominado Rayleigh Scattering. Paralelamente, outro fenômeno

pode ocorrer, denominado Efeito Raman, que se explica pela colisão inelástica entre o fóton

incidente e a molécula. A excitação da mesma pode conduzir a um aumento no seu estado de

energia vibracional (Linhas de Stokes) ou à perda de energia (Linhas Anti-Stokes). A

diferença entre a radiação incidente e a radiação dispersa produz o espectro vibracional de

interesse (RODRIGUES & GALZERANI, 2012).

As técnicas de espectroscopia vibracional na região do infravermelho (FTIR) e

espectroscopia Raman (ER) têm por objetivo identificar os modos vibracionais característicos

dos polímeros. De um modo geral, as bandas em número de onda são coincidentes para os

grupos funcionais entre as técnicas. Porém, a espectroscopia Raman, diferentemente da

espectroscopia no IV, não permite a visualização da banda da água, o que pode contribuir para

a identificação de bandas características que estariam sobrepostas à banda da água.

A Figura 13 mostra os espectros de FTIR do hidrogel de alginato e do PAADDA. Os

espectros foram obtidos utilizando os géis secos na forma de pó. O espectro do PAADDA foi

41

obtido transformando o mesmo em filme e posteriormente em pó. Na região de 2000 cm-1

foi

retirada a banda referente ao CO2 presente no interior do equipamento.

O espectro de FTIR do hidrogel de ALG + Ca+2

representado em azul na Figura 13,

mostrou bandas características em 3426, 1623, 1428 e 1023 cm-1

. Essas bandas podem ser

atribuídas aos modos vibracionais dos gupos OH, dos estiramentos assimétrico e simétrico do

COO- e, do estiramento do C-O-C, respectivamente (DJEBRI et al., 2016).

Como representado na Figura 13, o PAADDA apresentou bandas típicas em: 3324

cm-1

, 3187 cm-1

, 2938 cm-1

, 1671 cm-1

e 1607 cm-1

. As bandas na região de 3324 cm-1

e 3187

cm-1

são devido às vibrações de deformação axial assimétricas e simétricas do grupamento

amino (N-H), enquanto as deformações axiais de C-H são observadas em 2938 cm-1

. As

bandas de 1671 cm-1

e 1607 cm-1

são referentes ao grupamento amida, correspondendo às

ligações da carbonila (C=O) e às deformações axiais de N-H, respectivamente. Além disso, as

bandas menores observadas na região de 2900 e 2800 cm-1

indicam grupamentos metilas

(CH3) e metilenos (CH2), respectivamente (QIAO et al., 2012a; QIAO et al., 2012b).

A Figura 14 mostra os espectros de FTIR do gel seco de alginato e do PAADDA nas

diferentes proporções estudadas. Como pode ser observado na região entre 3000 e 3700 cm-1

,

foi possível observar um deslocamento da banda dos grupos OH e NH para menor número de

onda quando comparados os espectros do alginato e PAADDA com os espectros das misturas.

O espectro do alginato puro mostra uma banda em 3426 cm-1

, o PAADDA apresentou banda

em 3419 cm-1

e os espectros das proporções indicaram um deslocamento para 3412 cm-1

. Este

comportamento indica uma possível interação entre os polímeros através de ligações de

hidrogênio.

42

4000 3500 3000 2000 1500 1000 500

3419

3426

Tra

nsm

itân

cia

(%

)

Número de onda ( cm-1

)

ALG + Ca+2

PAADDA

Figura 13. Espectros de IV do hidrogel de ALG + Ca+2 e do PAADDA.

4000 3500 3000 2000 1500 1000 500

3412

3412

3412

Tra

nsm

itân

cia

(%

)

Número de onda (cm-1)

ALG:PAADDA (1:1)

ALG:PAADDA (2:1)

ALG:PAADDA (3:1)

Figura 14. Espectros de IV dos hidrogéis de ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e

ALG:PAADDA (3:1).

A Figura 15 mostra os espectros FT-Raman do hidrogel de alginato e do PAADDA.

Os espectros foram obtidos utilizando os géis secos na forma de esfera. O espectro do

PAADDA foi obtido transformando o mesmo em filme e posteriormente em pó.

O espectro FT-Raman do hidrogel de ALG + Ca+2

representado em azul na Figura 15

mostrou bandas características em números de onda entre 800 e 1000 cm-1

, características do

estiramento (ν) das bandas das ligações C-C e C-O e também dos modos de flexão (δ) das

ligações C-C-H e C-C-O. Em 1147 cm-1

, foi possível observar a banda referente ao anel

43

glicosídico, encontrada nos espectros de vários polissacarídeos. Os modos de estiramento

simétricos e assimétricos dos grupos carboxilato, νsim (COO-) e νassim (COO

-), são observados

na região acima de 1200 cm-1

(SCHMID et al., 2010).

Como representado em rosa na Figura 15, o PAADDA apresentou bandas típicas em:

3105 cm-1

, 3095 cm-1

, 3033 cm-1

, 1689 cm-1

e 1606 cm-1

. Tomando por referência os

espectros FT-Raman do monômero de acrilamida pode-se atribuir as bandas características do

bloco acrilamida do PAADDA. As bandas na região de 3000 cm-1

são devido às vibrações das

ligações CH2 (COLMÁN, 2013). Além disso, a banda observada em 1689 cm-1

indica a

ligação C=O da amida (DUARTE et al., 2005). A banda 1606 cm-1

é referente ao grupo NH2

(MURUGAN et al., 1998). Estas bandas na região de 1600 cm-1

são coincidentes com as

bandas características do PAADDA observadas em 1671 e 1607 cm-1

no espectro de IV.

A Figura 16 mostra os espectros FT-Raman do gel seco de alginato e do PAADDA

nas diferentes proporções estudadas. Utilizando como referência os espectros de IV e os

espectros FT-Raman do monômero acrilamida, foi possível confirmar a incorporação do

PAADDA através da observação do deslocamento das bandas na região de 3000 cm-1

no IV e

da banda referente ao grupo NH2 no Raman, essa banda foi observada em 1606 cm-1

.

Portanto, a análise de infravermelho e de Raman permitiu confirmar que o polímero

PAADDA foi incorporado ao hidrogel de alginato nas três proporções estudadas.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0,000

0,004

0,008

0,012

0,016

0,020

ALG + Ca+2

PAADDA

3033, 3095, 3105

1147

1241, 1303, 1408

1606 e 1689

Inte

nsid

ad

e (

u.a

.)

Deslocamento Raman ( cm-1

)

Figura 15. Espectros FT-Raman do hidrogel de ALG + Ca+2 e do PAADDA.

ν (C-C), ν (C-O)

δ (C-C-H), δ (C-C-O)

44

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0,000

0,004

0,008

0,012

1606

1606

1606

Inte

nsid

ad

e (

u.a

.)

Deslocamento Raman ( cm-1

)

ALG:PAADDA (1:1)

ALG:PAADDA (2:1)

ALG:PAADDA (3:1)

Figura 16. Espectros FT-Raman dos hidrogéis de ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e

ALG:PAADDA (3:1).

5.2.2 Análise termogravimétrica acoplada ao espectrômetro de massas (TGA-MS)

As curvas TGA permitem obter a temperatura na qual tem início o evento de perda

de massa, denominada temperatura onset (Tonset). Segundo Matos e colaboradores (2009), a

temperatura em que se inicia a perda de massa é a temperatura inicial do evento, ou seja, o

ponto onde a amostra deixou de ser estável termicamente e iniciou a liberação de substâncias

voláteis. A temperatura onset (Tonset) corresponde ao início extrapolado do evento térmico, e

na prática é utilizada nas análises das curvas, pois é mais fácil de ser determinada que a

temperatura inicial. A Tonset é identificada pelo cruzamento entre as linhas a e b, e é

denominada de início extrapolado ou início matemático.

A Figura 17 mostra as curvas TGA do hidrogel de ALG + Ca+2

, do PAADDA e das

proporções de ALG:PAADDA estudadas. É possível observar que houve um deslocamento

das curvas TGA das misturas de ALG:PAADDA comparadas à curva do hidrogel de ALG +

Ca+2

. Logo, é possível concluir que houve um aumento da temperatura de decomposição dos

hidrogéis contendo o PAADDA.

45

0 100 200 300 400 500 6000

20

40

60

80

100

Perd

a d

e M

assa (

%)

Temperatura (oC)

ALG + Ca+2

PAADDA

ALG:PAADDA (1:1)

ALG:PAADDA (2:1)

ALG:PAADDA (3:1)

Figura 17. Curvas TGA das amostras de hidrogéis e do PAADDA.

Na Tabela 1, é possível observar que as temperaturas onset dos hidrogéis contendo o

alginato e o PAADDA referentes ao primeiro evento de perda de massa do polímero

encontraram-se entre as temperaturas onset do hidrogel de alginato e do PAADDA, indicando

que a incorporação do PAADDA no hidrogel promoveu aumento da temperatura de

decomposição quando comparada a Tonset do hidrogel de ALG + Ca+2

e das misturas.

Tabela 1. Temperaturas onset das amostras de hidrogéis e do PAADDA.

A Figura 18 mostra as curvas DTG-MS dos polímeros puros (alginato e PAADDA) e

dos hidrogéis contendo o polímero PAADDA. As curvas DTG-MS mostram os eventos de

perda de massa, as temperaturas de maior perda de massa e os fragmentos m/z liberados em

cada etapa da decomposição do PAADDA e dos hidrogéis.

Amostra Tonset (°C)

ALG + Ca +2

173

PAADDA 242

ALG:PAADDA (1:1) 180



46

.

Figura 18. Curvas DTG-MS das amostras de hidrogéis e do PAADDA

A Tabela 2 mostra os valores das temperaturas de maior perda de massa para o

PAADDA e para o hidrogéis.

100 200 300 400 500 600

-6

-3

0

288°C

195°C

ALG:PAADDA (1:1)

DTG

m/z = 17

m/z = 18

m/z = 44

Temperatura (oC)

Massa (

%)

0,00E+000

5,00E-010

1,00E-009

428°C

Co

rren

te iô

nic

a (A

)

100 200 300 400 500 600

-4

-2

0

272°C

216°C

ALG:PAADDA (3:1)

DTG

m/z = 17

m/z = 18

m/z = 44

Temperatura (oC)

Massa (

%)

0,00E+000

2,00E-011

4,00E-011

6,00E-011

Co

rren

te iô

nic

a (A

)

100 200 300 400 500 600-6

-4

-2

0

276°C

PAADDA

DTG

m/z = 17

m/z = 18

m/z = 44

Temperatura (oC)

Massa (

%)

0,00E+000

3,00E-010

6,00E-010

Co

rren

te iô

nic

a (A

)

100 200 300 400 500 600

-6

-3

0

189 °C

ALG + Ca +2

DTG

m/z = 17

m/z = 18

m/z = 44

Temperatura (oC)

Massa (

%)

0,00E+000

3,00E-010

6,00E-010

Co

rren

te iô

nic

a (A

)

100 200 300 400 500 600

-4

-2

0

280°C

216°C

ALG:PAADDA (2:1)

DTG

m/z = 17

m/z = 18

m/z = 44

Temperatura (oC)

Massa (

%)

0,00E+000

2,00E-011

4,00E-011 Co

rren

te iô

nic

a (A

)

47

Tabela 2. Temperaturas de maior perda de massa para o PAADDA e para os hidrogéis.

A curva DTG-MS para o hidrogel de ALG + Ca +2

mostra quatro eventos de perda de

massa, sendo que a maior perda de massa ocorreu na temperatura de 189 °C, com

consequente liberação de água (m/z = 18). Ainda é possível observar perda de massa com

consequente liberação de dióxido de carbono (CO2) (m/z = 44) e hidroxila (OH) (m/z = 17).

Para o PAADDA, foram observados cinco eventos de perda de massa, com a maior

perda de massa ocorrendo na temperatura de 276°C, na qual também se observa a liberação

do fragmento m/z = 17 que corresponde ao grupamento NH3 e/ou OH, característico do

polímero. De maneira menos pronunciada, observaram-se outras perdas de massa com

consequente liberação de água (m/z = 18) e de dióxido de carbono (CO2) (m/z = 44).

Na proporção 1:1, a curva DTG-MS mostra três eventos de perda de massa, nas

temperaturas de 195, 288 e 428°C. A liberação de água ocorre basicamente na temperatura de

195°C. A liberação de CO2 ocorre na temperatura de 428°C. Enquanto que o fragmento m/z =

17 (NH3 e/ou OH) é liberado na temperatura de 195°C, porém com uma porcentagem muito

pequena.

As proporções 2:1 e 3:1 apresentaram curvas DTG-MS com perfil bastante

semelhante. A primeira temperatura de perda de massa foi de 216°C, com consequente

liberação do m/z = 18 (água), que também é liberada na segunda temperatura de perda de

massa, 280°C, para a proporção 2:1 e 272°C, para a proporção 3:1. Além da liberação de

água, nessa segunda temperatura também é observada a liberação do fragmento (m/z = 44)

Temperaturas de maior perda de massa (°C)

1º evento 2º evento 3ºevento 4º evento 5º evento 6º evento

ALG + Ca+2

x 189 293 406 448 x

PAADDA x 158 276 429 474 520

ALG:PAADDA

(1:1) x 195 288 428 x x

ALG:PAADDA

(2:1) 80 216 280 x x x

ALG:PAADDA

(3:1) 78 216 272 x x x

48

nas duas proporções. A liberação do fragmento m/z = 17 (NH3 e/ou OH) ocorre na

temperatura de 216°C, porém com uma porcentagem muito pequena.

A Tabela 2 mostra as temperaturas de maior perda de massa dos hidrogéis e do

PAADDA. O primeiro evento observado é o de perda de massa da água sem que ocorra a

decomposição do polímero, essa perda foi observada apenas nas curvas DTG das proporções

2:1 e 3:1. O segundo evento de perda de massa corresponde ao primeiro evento de perda de

massa do polímero. Neste evento foi possível observar um aumento na estabilidade térmica

dos hidrogéis. Observou-se um aumento de 6°C para a proporção 1:1. É possível observar

também um expressivo aumento da estabilidade térmica para a proporção 2:1 e 3:1, um

aumento de 27 ºC. Ainda, no 4º evento é possível observar aumento da estabilidade para a

proporção 1:1 de 22 ºC.

Resultados semelhantes foram encontrados por Kondaveeti e colaboradores (2018) e

Zhang e colaboradores (2018). A curva TGA dos filmes de alginato puro mostrou que as

perdas de massa ocorreram em quatro estágios: entre 40 °C e 220 °C, atribuídas à liberação de

água e de moléculas de CO2, de 220 °C a 300 °C, atribuídas aos produtos de decomposição do

alginato, de 300 °C a 600 °C e até 900 °C, completando a decomposição. As duas perdas de

massa observadas entre 40 °C e 220 °C e de 220 °C a 300 °C também foram observadas na

curva do hidrogel de ALG + Ca+2

.

Zhang e colaboradores (2018) mostraram os resultados da análise termogravimétrica

de géis de alginato com diferentes concentrações de cálcio. A curva TGA de todas as

amostras foi dividida em duas fases. A primeira fase é uma região de baixa temperatura,

menor que 100ºC, correspondendo à evaporação da água. A segunda região no intervalo de

100 ºC a 600 ºC mostra uma perda de massa residual constante, também observada na curva

TGA dos hidrogéis de ALG + Ca+2

.

Em relação ao PAADDA, as curvas de TGA da poliacrilamida mostraram alguns

eventos de perda de massa semelhantes aos encontrados neste trabalho.

O estudo desenvolvido por Chen e colaboradores (2001) avaliou o comportamento de

decomposição térmica de três polímeros: poli (metilmetacrilato), poli (metilacrilato) e

poliacrilamida. A curva TGA da poliacrilamida mostrou que a decomposição térmica ocorreu

em três etapas. O primeiro evento de perda de massa ocorreu no intervalo entre 75 e 217 ºC, o

segundo evento ocorreu entre 217 e 345 ºC e o último evento entre 345 e 470 ºC, sendo que a

49

maior perda de massa ocorreu neste intervalo e a porcentagem perdida foi de 51%. O espectro

de massas apontou a liberação do fragmento m/z = 16 (NH2+), m/z = 17 (NH3), m/z = 18

(água) e m/z = 44 (CO2). Ainda foi possível identificar o fragmento correspondente à

acrilamida (m/z = 71). Esses resultados corroboram com os apresentados para o polímero

PAADDA. Outro estudo avaliou a decomposição térmica da poliacrilamida e, assim como no

estudo desenvolvido por Chen e colaboradores (2011), três etapas de degradação térmica

foram detectadas e a perda total de massa foi de 85%. As curvas de intensidade dos espectros

de massas também mostraram os seguintes fragmentos: m / z = 17, 18 e 44. Um largo pico de

água foi detectado entre 100 e 220°C. O segundo evento mostra uma perda de massa de 19%,

tendo ocorrido a transformação dos grupos amidas em imidas e iminas, referente à degradação

do polímero. A liberação simultânea de CO e NH3 em 310ºC dizem respeito à formação de

compostos alifáticos (TÓTH et al., 1990).

5.2.3 Absorção de água (intumescimento)

O mecanismo de absorção de água pelo hidrogel seco tem início com a hidratação

dos grupos polares e hidrofílicos. Quando os grupos polares são hidratados, a rede se expande

e expõe os grupos hidrofóbicos, que também podem interagir, através de forças de Van der

Waals, com as moléculas de água. Após os sítios hidrofílicos e hidrofóbicos interagirem com

as moléculas de água, a rede polimérica absorve uma quantidade de água adicional devido a

uma pressão osmótica realizada pela rede em direção à diluição infinita (ROSIAK & YOSHII,

1999). Esta expansão adicional é limitada pelas ligações cruzadas covalentes, levando assim a

uma força de retenção elástica na cadeia. Com isso o hidrogel atingirá o equilíbrio de

expansão. A expansão causada pela água adicional absorvida é chamada de água livre.

Acredita-se que essa água livre preencha os espaços vazios da rede polimérica (KOPECEK,

2007).

Os hidrogéis contendo o polímero PAADDA apresentaram maior absorção de água

do que o hidrogel de alginato sem o polímero (Figura 19). A proporção que apresentou maior

absorção de água foi a ALG:PAADDA 3:1, com uma porcentagem máxima de 86% no tempo

de 150 minutos. As proporções ALG:PAADDA 2:1 e 1:1 apresentaram perfis de absorção

semelhantes, com porcentagens em torno de 60 - 70%.

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

20

40

60

80

100

Ab

so

rçao

de a

gu

a (

%)

Tempo (minutos)

ALG + Ca +2

ALG:PAADDA (1:1)

ALG:PAADDA (2:1)

ALG:PAADDA (3:1)

Figura 19. Curvas de absorção de água dos hidrogéis de ALG + Ca +2, ALG:PAADDA (1:1),

ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1).

O aumento da porcentagem de absorção de água observado para os hidrogéis

contendo o polímero PAADDA também pode ser relacionado ao tamanho apresentado por

cada amostra de hidrogéis. A proporção 3:1 foi a que apresentou maior tamanho, seguida da

2:1 e 1:1. A presença de quantidades maiores de alginato pode ter permitido uma maior

incorporação do polímero PAADDA e, consequentemente, maior quantidade de grupos

hidrofílicos presentes no hidrogel, o que promoveu maior absorção de água. Isto também

explicaria a menor porcentagem de absorção de água do hidrogel de ALG + Ca+2

quando

comparado às proporções contendo o PAADDA.

Pasparakis e Bouropolos (2006) apresentaram um estudo em que a porcentagem de

absorção de água dos hidrogéis de ALG + Ca+2

foi em torno de 110%, maior que a obtida

neste trabalho, que foi cerca de 40%. Para os hidrogéis revestidos com quitosana o valor foi

de 60% e, neste caso, o resultado foi inferior ao obtido para os hidrogéis contendo o

PAADDA.

Um estudo utilizando o polietilenoimina (PEI) apontou que as esferas com

revestimento mostraram claramente maiores taxas de intumescimento, assim como os

hidrogéis de PAADDA. As esferas não revestidas apresentaram uma taxa de

aproximadamente 25%, enquanto que as esferas revestidas apresentaram uma taxa de 97%.

Neste caso, o PEI promove uma absorção de água melhor que o PAADDA (LI,

51

TSHABALALA & BUSCHLE-DILLER, 2016). O método de preparo das esferas contendo

PEI permitiu a formação de um revestimento sobre a superfície dos hidrogéis, confirmado

através das imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), que mostraram uma

superfície mais áspera das esferas contendo o revestimento. Este revestimento provavelmente

contribuiu para a maior absorção de água apresentada pelas esferas de PEI quando comparado

aos hidrogéis de PAADDA.

5.2.4 Ponto de carga zero (pHpcz)

A metodologia empregada para determinar o ponto de carga zero (pHpcz) das

amostras dos hidrogéis foi descrita por Benhouria e colaboradores (2015). Este método

consiste em submeter as amostras a diferentes valores de pH por determinado período a fim

de obter informações sobre a carga superficial que as partículas adquirem em determinado

pH. Após a obtenção do pH inicial e final de cada solução foi possível plotar o gráfico de

(pHf-pHi) versus pHi (Figura 20).

2 4 6 8 10

-3

-2

-1

0

1

2

3

pH

f -

pH

i

pHi

ALG + Ca+2

ALG:PAADDA (1:1)

ALG: PAADDA (2:1)

ALG:PAADDA (3:1)

Figura 20. Gráfico do ponto de carga zero (pHpcz) dos hidrogéis de ALG + Ca +2

, ALG:PAADDA

(1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1).

Os valores de pHpcz obtidos para as amostras de hidrogéis de ALG + Ca+2

,

ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) foram, respectivamente,

7,03, 7,4, 6,91 e 6,0. Esses resultados mostram que nesses valores de pH os hidrogéis não

possuem carga superficial, apresentando-se neutros. O valor de pHpcz para o hidrogel de

ALG + Ca+2

obtido por Djebri e colaboradores (2016) foi 6,4. Observou-se uma diferença ao

52

comparar com o valor obtido neste trabalho (7,03) e, essa diferença pode ser explicada por

conta das concentrações de alginato de sódio (1%) e de cloreto de cálcio (4%) empregadas

terem sido diferentes das concentrações empregadas neste trabalho.

No desenvolvimento de um estudo de adsorção, os hidrogéis de ALG+ Ca+2

adsorveriam moléculas aniônicas em pH abaixo de 7,03, pois nesses valores de pH os

hidrogéis apresentam carga superficial positiva. Entretanto, em valores de pH acima de 7,03, a

carga apresentada pelos hidrogéis é negativa, o que favoreceria a adsorção de moléculas

catiônicas. Para os hidrogéis de ALG:PAADDA (1:1) também é possível estabelecer essa

relação, porém o pHpcz foi de 7,4. Um deslocamento foi observado nos hidrogéis de

ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) que apresentaram valores de pHpcz próximos,

6,91 e 6,0. Esse resultado pode ser atribuído às diferentes proporções de alginato nos

hidrogéis.

No hidrogel ALG:PAADDA (3:1) é possível inferir que existem mais sítios

desprotonados em pH 6. Para que ocorra a protonação dos grupos NH2, OH e C=O e,

consequentemente, a neutralização das cargas, é necessária uma maior quantidade de íons H+

no meio. Por outro lado, a proporção ALG:PAADDA (1:1), apresentou um pHpcz de 7,4, o

que faz com existam menos sítios desprotonados, sendo necessária uma menor quantidade de

íons H+ no meio para promover a neutralização dos grupos NH2, OH e C=O.

5.2.5 Determinação do tamanho dos hidrogéis

A Tabela 3 mostra os tamanhos de cada amostra dos hidrogéis em milímetros (mm),

a média, o desvio padrão e os valores finais em micrômetros (µm).

53

Tabela 3. Tamanho dos hidrogéis milímetros (mm), a média, o desvio padrão e os valores finais

em micrômetros (µm).

Determinação do Tamanho dos Hidrogéis

ALG + Ca +2 ALG : PAADDA

(1:1)

ALG : PAADDA

(2:1)

ALG : PAADDA

(3:1)

0,908

0,949

0,921

1,104

1,002

0,962

1,032

1,053

0,826

0,907

0,886

0,883

1,184

0,984

0,913

1,004

0,909

1,091

0,851

0,935

0,926

1,035

0,909

1,037

1,065

1,022

1,119

1,114

0,988

1,156

0,876

1,241

1,027

1,021

1,067

0,933

0,818

0,995

0,979

1,04

1,206

1,202

0,864

1,062

1,091

0,91

0,861

1,105

1,088

1,168

0,953

0,98

0,861

1,095

1,079

0,943

1,038

1,127

0,899

0,989

1,207

1,093

1,11

0,929

1,102

1,243

0,999

1,165

1,246

1,191

1,174

1,021

0,946

1,176

0,919

1,17

0,97

1,159

1,131

1,13

Média 0,9652 mm

1,0184 mm

1,02605 mm

1,10405 mm

Desvio

Padrão

0,091616248

0,09860095

0,10415044

0,10415044

Tamanho

em µm

965,2 µm

1018,4 µm

1026,05 µm

1104,05 µm

Os hidrogéis de alginato de cálcio apresentaram os menores valores de tamanho,

conforme o esperado. Os resultados apontaram ainda que o tamanho aumentou conforme o

aumento da quantidade de alginato ou por uma maior quantidade de PAADDA incorporado

nas diferentes proporções estudadas.

Diferentemente do observado nos hidrogéis contendo o PAADDA, os tamanhos das

partículas das microesferas de alginato-PVP K 30 diminuíram pelo aumento na quantidade de

PVP K 30 incorporado (devido à diminuição da viscosidade e tamanho das gotículas da

54

solução de polímero) e a concentração de cloreto de cálcio (devido ao alto grau de

reticulação) (NAYAK et al., 2011).

5.2.6 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

A Figura 21 mostra as imagens da superfície dos hidrogéis de ALG + Ca+2

,

ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1) no aumento de 55X.



ALG:PAADDA (2:1) (C) e ALG:PAADDA (3:1) (D) no aumento 55X.

Pode-se observar que a superfície do hidrogel de ALG + Ca+2

apresentou-se

homogênea, sem rugosidades. As superfícies dos hidrogéis ALG:PAADDA (1:1) e

ALG:PAADDA (2:1) apresentaram rugosidades, sendo que a proporção 2:1 apresentou mais

que a proporção 1:1, que se assemelhou mais a superfície do hidrogel de ALG + Ca+2

. Na

proporção 3:1 foi possível observar o revestimento do AlG + Ca+2

seco pelo polímero

D

A

B A

B

C

55

PAADDA. Este comportamento foi favorecido, possivelmente, pela maior quantidade de

alginato durante o preparo dos hidrogéis. Em todas as imagens foi possível observar

cavidades, que provavelmente são provenientes da agitação a qual os hidrogéis são

submetidos durante seu preparo ou a forma de secagem.

A Figura 22 mostra uma ampliação de 250X da superfície dos hidrogéis de ALG +

Ca+2

, ALG:PAADDA (1:1), ALG:PAADDA (2:1) e ALG:PAADDA (3:1).



ALG:PAADDA (2:1) (C) e ALG:PAADDA (3:1) (D) no aumento 250X.

Como pode ser observado a morfologia da superfície do hidrogel de ALG + Ca+2

apresentou uma maior quantidade de pequenas partículas do que os géis modificados com o

PAADDA. As superfícies das proporções 1:1 e 2:1 possuem mais partículas aglomeradas do

que o hidrogel de ALG + Ca+2

o que levou a formação de ―vales‖. A superfície da proporção

C

A B

D C

56

3:1 apresentou uma camada de revestimento da superfície do hidrogel, sugerindo, que para

esta proporção, uma quantidade de PAADDA envolve a superfície do hidrogel.

A rugosidade observada nas superfícies dos hidrogéis contendo o PAADDA pode

explicar a elevada porcentagem de água observada no estudo de intumescimento. A proporção

3:1 foi a que se apresentou mais rugosa e com uma espécie de revestimento e a que

apresentou maior porcentagem de absorção, de 86%. Por outro lado, as superfícies dos

hidrogéis das proporções 2:1 e 1:1 apresentaram morfologias semelhantes e perfis de absorção

também, em torno de 60 - 70%. A morfologia do hidrogel de ALG + Ca+2

mostrou uma

superfície lisa e homogênea, o que poderia explicar sua baixa porcentagem de absorção em

torno de 40 - 50%, quando comparado aos hidrogéis contendo o PAADDA.

57

6 CONCLUSÕES

O método de preparo de hidrogéis através da técnica de gelificação ionotrópica

externa foi eficiente na obtenção dos hidrogéis nas concentrações utilizadas. As análises de

caracterização empregadas: FTIR, FT-Raman, TGA, intumescimento, pHpcz e MEV

permitiram inferir que o polímero PAADDA foi incorporado aos hidrogéis. Essa modificação

levou a um aumento da estabilidade térmica, confirmada pelo aumento da temperatura de

decomposição dos hidrogéis contendo o PAADDA e da capacidade de absorção de água,

observada pela maior porcentagem de absorção em hidrogéis contendo o PAADDA.

Foram desenvolvidos hidrogéis contendo o polímero PAADDA em diferentes

proporções e a incorporação foi confirmada através das diferentes técnicas de caracterização.

Estes hidrogéis apresentaram características melhoradas como: estabilidade térmica e

absorção de água. Tendo como exemplo outros estudos empregando hidrogéis de alginato, os

hidrogéis desenvolvidos poderiam ser utilizados para promover a incorporação e liberação de

diversas substâncias.

58

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programa de pós-graduação em produtos bioativos e ......um outro estudo, desenvolvido por sauvet...

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