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Resumo(s)
Electrospinning is a straightforward and versatile technology for producing fibers with diameters ranging from a few micrometers to hundredths of nanometers. It applies a strong electric field to charge a polymer solution contained within a syringe. This study focused on the assembly, implementation, and validation of an electrospinning equipment. Also, it was validated by testing a conventional synthetic polymer, polyethylene-oxide (PEO). Finally, mats using chitosan (CS) and hyaluronic acid (HA) as natural polymers were prepared with PEO used as a co-spinner. Solutions comprising various proportions of PEO/CS (40/60, 50/50, 60/40, and 70/30) and PEO/CS/HA (HA 0.1, 0.2, and 0.3%) exhibited the highest conductivity values (between 1306 and 1885 μS/cm) using acetic acid (AA) (50% w/w). The electrospun mats from these blends displayed superior uniformity compared to other films, with mean diameters ranging from 0.204 ± 0.046 μm to 0.282 ± 0.064 μm. Increasing the applied voltage in neat PEO solutions led to a decrease in fiber diameter from 0.540 ± 0.172 μm (10 kV film) to 0.362 ± 0.130 μm (16 kV film). However, all neat PEO electrospun mats showed beads and non-uniformities, mainly due to the presence of distilled water (DW) as a solvent. DW also
increased viscosity and reduced conductivity in PEO/HA blends compared to AA equivalents. PEO/HA (DW) solutions formed films of particles instead of fibers. PEO/HA (AA) mats exhibited average fiber diameters ranging from 0.311 ± 0.071 μm to 0.381 ± 0.094 μm, with lower levels of uniformity. All produced mats exhibited a high hydrophilicity, with PEO/CS mats demonstrating the highest contact angle (31° after 60 seconds; PEO/CS_30/70_AA). The addition of HA in PEO/CS_50/50_AA increased hydrophilicity. Interestingly, in the PEO/CS/HA mats, higher HA concentrations led to increased contact angles (18.10°, 22.50°, and 24.57° for 0.1%, 0.2%, and 0.3% HA, respectively), suggesting the formation of polyelectrolyte complexes between NH3+ (CS) and COO− (HA). The MTT assay results show no cytotoxicity in the PEO/CS and PEO/CS/HA electrospun mats. Cell viability for groups exposed to these mats exceeded 74.23%, highlighting the inherent biocompatibility of CS and HA. Overall, this study underscores the potential of CS and HA nanofibers for biomedical applications, alongside the successful implementation of the equipment.
A tecnologia de eletrofiação oferece um método direto e versátil para produzir fibras com diâmetros variando de micrômetros a centésimos de nanômetros. A tecnologia opera aplicando um forte campo elétrico para carregar uma solução polimérica contida numa seringa com agulha. Este estudo focou-se na montagem, implementação e validação de um equipamento de eletrofiação. A sua validação foi alcançada usando diversas soluções compostas por quitosana (CS) e ácido hialuronico (HA) como polímeros naturais, combinadas com óxido de polietilieno (PEO) como co-fiador. Soluções contendo diferentes proporções de PEO/CS (40/60, 50/50, 60/40 e 70/30) e PEO/CS/HA (HA 0,1, 0,2 e 0,3%) resultaram nos maiores valores de condutividade (entre 1306 e 1885 μS/cm) com ácido acético (AA) (50% m/m). As nanofibras dessas soluções exibiram uniformidade, comparativamente com outros filmes e apresentaram diâmetros médios de 0,204 ± 0,046 μm a 0,282 ± 0,064 μm. O aumento da voltagem aplicada nas soluções de PEO puras resultou numa diminuição do diâmetro da fibra de 0,540 ± 0,172 μm (filme 10 kV) para 0,362 ± 0,130 μm (filme 16 kV). Todos os filmes eletrofiados de PEO puro apresentaram grânulos e não uniformidades, principalmente devido ao uso de água destilada (DW) como solvente. A DW aumentou a viscosidade e reduziu a condutividade em misturas de PEO/HA em comparação com os equivalentes de AA. As soluções de PEO/HA (DW) formaram filmes de partículas em vez de fibras. As nanofibras de PEO/HA (AA) exibiram diâmetros médios variando de 0,311 ± 0,071 μm a 0,381 ± 0,094 μm, com níveis inferiores de uniformidade. Todos os filmes exibiram elevada hidrofílicidade, com as nanofibras de PEO/CS originando o maior ângulo (31° após 60 segundos; PEO/CS_30/70_AA). A adição de HA na PEO/CS_50/50_AA aumentou a hidrofilicidade do filme. Nos filmes de PEO/CS/HA, concentrações superiores de HA levaram a aumentos do ângulo de contato (18,10°, 22,50° e 24,57° para 0,1%, 0,2% e 0,3% de HA, respectivamente), sugerindo a formação de complexos polieletrólitos entre NH3+ (CS) e COO− (HA). Os resultados do ensaio MTT não mostram citotoxicidade para os filmes de PEO/CS e PEO/CS/HA. A viabilidade celular para os grupos expostos a esses filmes superou 74,23%, destacando a biocompatibilidade inerente de CS e HA. No geral, este estudo destaca o potencial das nanofibras de CS e HA para aplicações biomédicas, juntamente com a implementação bem-sucedida do equipamento.
A tecnologia de eletrofiação oferece um método direto e versátil para produzir fibras com diâmetros variando de micrômetros a centésimos de nanômetros. A tecnologia opera aplicando um forte campo elétrico para carregar uma solução polimérica contida numa seringa com agulha. Este estudo focou-se na montagem, implementação e validação de um equipamento de eletrofiação. A sua validação foi alcançada usando diversas soluções compostas por quitosana (CS) e ácido hialuronico (HA) como polímeros naturais, combinadas com óxido de polietilieno (PEO) como co-fiador. Soluções contendo diferentes proporções de PEO/CS (40/60, 50/50, 60/40 e 70/30) e PEO/CS/HA (HA 0,1, 0,2 e 0,3%) resultaram nos maiores valores de condutividade (entre 1306 e 1885 μS/cm) com ácido acético (AA) (50% m/m). As nanofibras dessas soluções exibiram uniformidade, comparativamente com outros filmes e apresentaram diâmetros médios de 0,204 ± 0,046 μm a 0,282 ± 0,064 μm. O aumento da voltagem aplicada nas soluções de PEO puras resultou numa diminuição do diâmetro da fibra de 0,540 ± 0,172 μm (filme 10 kV) para 0,362 ± 0,130 μm (filme 16 kV). Todos os filmes eletrofiados de PEO puro apresentaram grânulos e não uniformidades, principalmente devido ao uso de água destilada (DW) como solvente. A DW aumentou a viscosidade e reduziu a condutividade em misturas de PEO/HA em comparação com os equivalentes de AA. As soluções de PEO/HA (DW) formaram filmes de partículas em vez de fibras. As nanofibras de PEO/HA (AA) exibiram diâmetros médios variando de 0,311 ± 0,071 μm a 0,381 ± 0,094 μm, com níveis inferiores de uniformidade. Todos os filmes exibiram elevada hidrofílicidade, com as nanofibras de PEO/CS originando o maior ângulo (31° após 60 segundos; PEO/CS_30/70_AA). A adição de HA na PEO/CS_50/50_AA aumentou a hidrofilicidade do filme. Nos filmes de PEO/CS/HA, concentrações superiores de HA levaram a aumentos do ângulo de contato (18,10°, 22,50° e 24,57° para 0,1%, 0,2% e 0,3% de HA, respectivamente), sugerindo a formação de complexos polieletrólitos entre NH3+ (CS) e COO− (HA). Os resultados do ensaio MTT não mostram citotoxicidade para os filmes de PEO/CS e PEO/CS/HA. A viabilidade celular para os grupos expostos a esses filmes superou 74,23%, destacando a biocompatibilidade inerente de CS e HA. No geral, este estudo destaca o potencial das nanofibras de CS e HA para aplicações biomédicas, juntamente com a implementação bem-sucedida do equipamento.
Descrição
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Palavras-chave
Equipment implementation Electrospinning Electrospun mats Natural-based nanofibers Health applications