ÁREA: Materiais
TÍTULO: NANOCOMPÓSITOS BIODEGRADÁVEIS DE POLI(3-HIDROXIBUTIRATO-HIDROXIVALERATO) /GRAFENO: SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E BIODEGRADAÇÃO.
AUTORES: Honorato, R.P. (UFPE) ; Braz, E.P. (UFPE) ; Costa, R.Y.N. (UFPE) ; Araujo, P.L.B. (UFRPE) ; Araujo, E.S. (UFPE)
RESUMO: Alguns polímeros biodegradáveis têm atraído uma grande atenção tecnológica e
científica devido à sua biocompatibilidade e termoprocessabilidade, exibindo
propriedades similares a vários termoplásticos sintéticos e elastômeros em uso,
sendo também usados em transporte de drogas e implantes médicos. Neste trabalho,
nós produzimos nanocompósitos biodegradáveis formados por Poli(3-hidroxibutirato-
hidroxivalerato) (PHB-HV)com grafeno (0,15 e 0,25%), objetivando preservar as
propriedades características mecânicas do polímero e, ao mesmo tempo, analisar o
efeito das nanocargas de grafeno e de radiação ionizante na biodegradação dos
filmes em solo.
PALAVRAS CHAVES: Polimeros Biodegradáveis; PHBHV; Grafeno
INTRODUÇÃO: Alguns polímeros biodegradáveis têm atraído uma grande atenção tecnológica e
científica devido à sua biocompatibilidade e termoprocessabilidade, exibindo
propriedades similares a vários termoplásticos sintéticos e elastômeros em uso,
sendo também usados em transporte de drogas e implantes médicos. Um exemplo
típico desses materiais são os Poli(hidroxialcanoatos) (PHAs) os quais são
poliésteres produzidos por processos biossintéticos. Dentre a família dos PHAs,
o Poli(3-hidroxibutirato) (PHB) e seu copolímero Poli(3-hidroxibutirato-
hidroxivalerato) (PHB-HV) têm despertado interesse comercial, devido à
possibilidade de produção por rotas biotecnológicas a partir de substrato
renovável e por apresentar-se como uma alternativa à substituição dos plásticos
convencionais derivados do petróleo, os quais possuem lenta degradação,
provocando acúmulo de resíduos sólidos contaminando o ambiente (CHEN et al.,
2005). Por outro lado, nanofolhas de grafeno têm sido amplamente utilizadas em
compósitos de matriz polimérica a fim de melhorar consideravelmente as
propriedades térmicas, mecânicas e elétricas de polímeros biodegradáveis. Tais
compósitos têm sido desenvolvidos a fim de combinar de maneira sinergética as
características do polímero com as extraordinárias propriedades do grafeno (XU
et al., 2007; HEERSCHE et al., 2007). Biomateriais compósitos ao serem
utilizados para fins médicos são esterilizados com radiação ionizante
(radioesterilização com radiação gama) com doses de 25 kGy, conforme os padrões
internacionais. No presente trabalho, nós produzimos nanocompósitos
biodegradáveis formados por Poli(3-hidroxibutirato-hidroxivalerato) (PHB-HV)com
grafeno (0,15 e 0,25%),analisando o efeito das nanocargas de grafeno e de
radiação ionizante na biodegradação dos filmes em solo.
MATERIAL E MÉTODOS: Óxido de grafite (OG) foi sintetizado pelo método de Hummers modificado
(SALAVAGIONE et al., 2009) partindo do grafite natural em pó. Em seguida, o OG
foi dispersado, via ultrasonicação à temperatura ambiente, em água a fim de
criar suspensões estáveis de nanofolhas de óxido de grafeno (WANG; SHEN et al.,
2009). A suspensão de óxido de grafeno obtida pela clivagem ultrasônica foi
submetida à agitação mecânica sob refluxo suave em etanol e reagiu com
octadecilamina (ODA) a fim de formar o óxido de grafeno quimicamente modificado,
ligado covalentemente à ODA (ibidem, 2009). Por fim, a redução do óxido de
grafeno quimicamente modificado foi efetuada com Hidroquinona ainda sob refluxo
suave, dando origem ao grafeno organofílico(ibidem, 2009).
Os filmes do polímero puro PHBHV e os compósitos de PHB-HV com grafeno
organofílico foram preparados nas proporções em massa de 0,15% e 0,25% de
grafeno com relação à massa do polímero. O preparo foi pela técnica de derrame
de solução polimérica em placas de petri de 12 cm de diâmetro, seguida de
evaporação lenta do solvente clorofórmio à temperatura ambiente (método film
casting). Amostras de alguns nanocompósitos foram irradiadas na presença de ar
atmosférico, à temperatura ambiente (29°C), com dose de 25 kGy, à taxa
aproximada de 5 kGy/h. A irradiação foi realizada com radiação gama proveniente
de irradiador “Gamma-Cell” (Co-60). Os ensaios de biodegradação dos compósitos e
dos filmes puros (não irradiados e irradiados com dose de 25 kGy) foram
realizados pelo método de solo preparado e degradação estimada pela perda de
massa dos filmes mantidos em solo úmido (YABANNAVAR et al., 1994) por um período
de 30 a 180 dias.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A análise da morfologia das nanofolhas de grafeno e dos compósitos foi realizada
através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). A
análise de MEV evidenciou a estrutura porosa do PHBHV puro bem como dos
compósitos de PHBHV/Grafeno. A análise de MET nos permitiu ver as folhas de
grafeno isoladamente em concordância com as imagens presentes na literatura
(PERSSON et al., 2012). Os resultados da biodegradação em solo úmido revelam que
filmes compósitos e também do polímero puro (massa de 0,25g) com espessura
abaixo de 80 micrômetros degradam dentro de um período de 100 dias, enquanto que
filmes com espessuras acima de 130 micrômetros atingem a degradação entre 120 a
165 dias, independentemente da presença das nanocargas de grafeno na matriz
polimérica, tanto em filmes irradiados como não irradiados.
PHBHV puro
Imagem de MEV do PHBHV puro
Nanofolha de Grafeno Organofílico
Folha de Grafeno Organofilico obtida a partir do
óxido de grafeno.
CONCLUSÕES: Os resultados sugerem que a presença do grafeno nos nanocompósitos não interferem
na biodegradação dos mesmos, tanto nas amostras irradiadas como nas não irradiadas
com radiação gama e que o fator principal que influencia a biodegradação em solo é
a espessura dos filmes. Tais compósitos podem ser bons candidatos para confecção
de membranas biodegradáveis e arcabouços para tecidos de engenharia.
AGRADECIMENTOS: CAPES, CNPq, DEN / UFPE, DCM/UFRPE e CETENE.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CHEN, G.; WU, Q. The application of polyhydroxyalkanoates as tissue engineering materials. Biomaterials, 26, 6565, 2005.
HEERSCHE HB, JARILLO-HERRERO P, OOSTINGA JB, VANDERSYPEN LMK, MORPURGO AF. Bipolar supercurrent in graphene. Nature, 446:56–9, 2007.
PERSSON, H.; YAO, Y.; KLEMENT, U.; RYCHWALSKI, R. W. A simple way of improving graphite nanoplatelets (GNP) for their incorporation into a polymer matrix. eXPRESS Polymer Letters, V. 6(2), p. 142-147, 2012.
SALAVAGIONE, H. J.; GÓMEZ, M. A.; MARTÍNEZ, G. Polymeric Modification of Graphene through Esterification of Graphite Oxide and Poly(vinyl alcohol). Macromolecules, 42, 6331-6334, 2009.
WANG, G.; SHEN, X.; WANG, B.; YAO, J.; PARK, J. Synthesis and characterisation of hydrophilic and organophilic graphene nanosheets. Carbon, 47(5), 1359-1364, 2009.
XU, Z.P.; ZHENG, Q.S.; CHEN, G.H. Elementary building blocks of graphene-nanoribbon-based electronic devices. Appl Phys Lett, 90:223115–7, 2007.
YABANNAVAR, A. V.; BARTHA, R. Methods for Assessment of Biodegradability of Assessment of Biodegradability of Plastic Films in Soil. Applied and Environmental Microbiology, 60, 3608-3614, 1994.
