Microcápsulas magnéticas de poliamida 6 para imobilização proteica

Abstract

A presente dissertação de mestrado apresenta um método de produção de microcápsulas de poliamida 6, vazias e contendo nos seus núcleos cargas úteis magnéticas, que permitam a imobilização de proteínas. As microcápsulas foram sintetizadas por polimerização aniónica da ε-caprolactama em solução, na presença das partículas de ferro e óxido de ferro em diferentes percentagens. Através deste processo, obtiveram-se microestruturas altamente porosas. Sobre elas, foram enxertadas ramificações de poli(ácido acrílico) (PAA) por polimerização radicalar, introduzindo desta forma mais grupos carboxílicos na sua estrutura. Seguiu-se a imobilização da proteína albumina de soro bovino (BSA) em todas as microcápsulas, referência e funcionalizadas, com e sem a presença de um composto de carbodiimida como ativador. Todos os materiais obtidos foram caracterizados morfologicamente através da microscopia ótica de campo claro e microscopia elétronica de varrimento, e, termicamente através de calorimetria diferencial de varrimento e termogravimetria. Nas microcápsulas funcionalizadas, com PAA, foi investigada a quantidade de grupos carboxílicos incorporados por titulação potenciométrica e espetroscopia eletrónica de transformada de Fourier, apresentando em ambos os estudos alterações significativas no teor destes grupos. A imobilização da proteína BSA nas microcápsulas, referência e funcionalizadas, foi averiguado por espetroscopia UV-visível. A percentagem de proteína imobilizada nas microcápsulas atinge os 80%, sendo avaliada segundo o efeito: das partículas magnéticas e suas percentagens, da funcionalização, da presença de ativador e do tempo de imobilização. Adicionalmente, o enxerto de ramificações de PAA nas microcápsulas possibilitou o seu comportamento inteligente, apresentando suscetibilidade ao pH do meio que os envolve. O estudo de espetroscopia UV-visível mostrou que de acordo com o pH do meio, o PAA altera a conformação das suas macromoléculas abrindo ou fechando os poros das microcápsulas, e, consequentemente libertando ou retendo o seu conteúdo. Os resultados obtidos nesta tese permitem concluir que as novas microcápsulas magnéticas e funcionalizadas podem ser potencialmente úteis numa série de aplicações no ramo da biomedicina e biotecnologia.

This master's dissertation presents a method to produce polyamide 6 microcapsules, empty and containing in their cores magnetic payloads, that allow the immobilization of proteins. The microcapsules were synthesized by suspension anionic polymerization of ε- caprolactam, carried out in the presence of iron and iron oxide particles in different percentages. Through this process, highly porous microstructures were obtained. On top of the microcapsules branches of polyacrylic acid (PAA) were grafted by radical polymerization, thereby introducing more carboxyl groups in its structure. This was followed by bovine serum albumin (BSA) immobilization over all microcapsules, both synthesized and functionalized, with and without an addiction of a carbodiimide compound as an activator. All the materials obtained were characterized morphologically by optical microscopy and scanning electron microscopy, and thermally analysed by differential scanning calorimetry and thermogravimetry. In the functionalized microcapsules, containing PAA, the amount of carboxyl groups incorporated was determined by potentiometric titration and Fourier transform infrared spectroscopy, showing by both methods significant changes in the carboxylic groups content. The BSA immobilization upon the microcapsules, synthesized and functionalized, was examined by UV-visible spectroscopy. The percentage of protein immobilized in the microcapsules reaches 80%, being evaluated as a function of the following parameters: magnetic particles type and its percentage, functionalization, the presence of an activator and immobilization time. It was shown that, the grafting of PAA allowed the microcapsules to have stimuli responsive behaviour, showing susceptibility to pH of the environment surrounding them. The UVvisible spectroscopy study showed that according to the medium pH, the PAA alters the conformation of their macromolecules leading to opening or closing of the microcapsules pores, thereby releasing or retaining their contents. The initial results obtained in this thesis allowed the conclusion that the new magnetic and COOH-functionalized microcapsules could be potentially useful in a number of applications in medicine and biotechnology.