Desenvolvimento de esferas submicrométricas de base polimérica para aplicações biomédicas

Abstract

O desenvolvimento de estruturas micro e submicrométricas na forma de esferas é uma área de crescente interesse. Através do uso de materiais de origem natural ou sintética, seja em aplicações ligadas à indústria ou aplicações biomédicas como o transporte e libertação localizada e controlada de fármacos ou a regeneração de tecidos que apresentem novas terapêuticas, o número de estudos centrados neste tipo de estruturas continua a crescer. O foco deste trabalho é o desenvolvimento de esferas submicrométricas a partir de poli(fluoreto de vinilideno-co-trifluoretileno) (P(VDF-TrFE)), um polímero sintético e inteligente com propriedades eletroativas, com o intuito de utilizá-las em aplicações na área da biomedicina. Para este efeito foram usados dois métodos de nanoprecipitação distintos. A nanoprecipitação consiste na transferência do material que irá formar as esferas de um solvente (onde se encontra dissolvido) para um solvente fraco, o não solvente (NS), induzindo a formação destas estruturas. O primeiro método usado, aqui denominado de nanoprecipitação simples, foi realizado num tubo de Falcon onde os solventes foram colocados em camadas; no segundo método, por agitação magnética, o polímero dissolvido foi transferido gota a gota para o NS sob agitação. No decorrer do trabalho foi avaliado o efeito de um conjunto de variáveis na síntese das esferas: concentração de polímero, solvente, constituição do NS, surfactante e respetiva concentração. Foi ainda realizada uma prova de conceito do revestimento de nanopartículas magnéticas (NPMs) de óxido de ferro com P(VDF-TrFE) para a formação de esferas compósitas multifuncionais através de nanoprecipitação com agitação mecânica. As amostras obtidas foram submetidas a caracterização morfológica e físico-química. Os resultados mostraram sucesso na formação de esferas submicrométricas de P(VDF-TrFE) com boa esfericidade para ambos os métodos de nanoprecipitação, controlando adequadamente os parâmetros de síntese. Diâmetros médios com valores compreendidos entre 413 ± 194 nm e 239 ± 73 nm foram obtidos pelo método de nanoprecipitação simples e pelo método de nanoprecipitação por agitação magnética, respetivamente. Relativamente ao revestimento de NPMs de óxido de ferro com P(VDF-TrFE), esferas de diâmetros entre 148 ± 107 nm foram obtidas. Verificou-se, igualmente, que a variação dos parâmetros estudados não afeta as propriedades térmicas e fase cristalina das esferas produzidas, que se mantêm na fase eletroativa β. Estes resultados são bastante promissores e auspiciam um alto potencial para aplicações biomédicas.

The development of structures at the micro and submicrometric scale in the form of spheres is an area of increasing interest. Based on different types of materials of natural or synthetic origin, for industry or biomedical oriented applications such as drug delivery or tissue regeneration, there is an increasing number of studies concerning the development of such structures. This dissertation focuses on the development of poly(vinylidenefluoride‐cotrifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) submicrometric spheres for biomedical purposes. P(VDF-TrFE) is a synthetic and smart polymer with electroactive properties. Two distinct nanoprecipitation methods were used for the development of the spheres. Nanoprecipitation consists on the transference of the component that will develop into spheres from a solvent (as solute) into a weaker solvent, the non-solvent (NS), inducing sphere formation. The first method used is called simple nanoprecipitation and was carried on a Falcon tube where both solvents were placed into layers; in the second method, magnetic stirring was used to stir the NS while the polymer was pipetted dropwise into the solution. Throughout the study, the effect of several parameters on the formation of the spheres were evaluated: polymer concentration, solvents, NS constitution, surfactants and their concentration. Furthermore, proof of concept for coating ferrous oxide magnetic nanoparticles (MNPs) with P(VDF-TrFE) was developed employing mechanical stirring. All samples produced were submitted to morphological and physicochemical characterization. Spherical submicrometric P(VDF-TrFE) structures were obtained using both nanoprecipitation methods, by adequately controlling synthesis conditions. These spheres feature average diameters of 413 ± 194 nm and 239 ± 73 nm, using simple and magnetic stirring nanoprecipitation respectively. Regarding the coating of ferrous oxide MNPs with P(VDF-TrFE), spheres with an average diameter ranging from 148 ± 107 nm were synthesized. Thermal properties and crystalline phase were not affected by any of the parameters evaluated, as all samples remained in the electroactive β phase. Overall, these results are very promising and show potential for biomedical applications.