Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35589
Título: Síntese de nanocompósitos a base de nanocelulose bacteriana e nanoestruturas de óxido de nióbio
Título(s) alternativo(s): Synthesis of nanocomposites based on bacterial nanocellulose and niobium oxide nanostructures
Autor(es): Silva, Julio Volpato da
Orientador(es): Gonçalves, Odinei Hess
Palavras-chave: Celulose
Biopolímeros
Nanocompósitos (Materiais)
Óxido de Nióbio
Adsorção
Agentes antiinfecciosos
Cellulose
Biopolymers
Nanocomposites (Materials)
Niobium oxide
Adsorption
Anti-infective agents
Data do documento: 18-Set-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Julio Volpato da. Síntese de nanocompósitos a base de nanocelulose bacteriana e nanoestruturas de óxido de nióbio. 2024. Dissertação (Mestrado em Químíca) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.
Resumo: Colonias de bactérias em superfícies podem causar problemas de saúde e aumentar a resistência a antibióticos devido ao uso inadequado ou exagerado desses medicamentos. Para minimizar esses problemas, novos materiais com propriedades antimicrobianas são necessários. Materiais nanoestruturados, como óxidos metálicos são interessantes para esta demanda, dentre eles, o pentóxido de nióbio (Nb2O5) é um material promissor devido à sua biocompatibilidade, baixa citotoxicidade, propriedades fotocatalíticas e melhoria na resistência à corrosão, aumento da radiopacidade e melhora a adesão de osteoblastos. Outro material que tem se mostrado relevante para aplicações médicas é a nanocelulose bacteriana (NCB), um material biodegradável, biocompatível, pouco citotóxico e renovável. Devido sua elevada área superficial e grupos hidrofílicos na sua estrutura, a NCB pode ser usada na produção de nanocompósitos. O objetivo deste trabalho é sintetizar nanocompósitos composto por nanocelulose bacteriana (NCB) e nanoestruturas de pentóxido de nióbio (Nb2O5) para possíveis aplicações médicas. A NCB foi sintetizada através bactéria Komagataeibacter hansenii e posteriormente oxidada com 2,2,6,6- tetrametil-1-piperinoxilo (TEMPO) para inserir grupos COOH em sua superfície (NCBCOOH). Sua formação foi confirmada através do FTIR e sua cristalinidade calculada em 91,7%, com polimorfismo tipo Iβ. As nanoestruturas de Nb2O5 foram sintetizadas a partir do método hidrotermal alcalino, formando nanofios de niobato de sódio (NaNbO3) com fases cristalina tetragonais, monoclínicas e ortorrômbicas, com diâmetros médios entre 284 e 728 nm e cristalinidade de 91,5%. Posteriormente, esse material foi silanizado com 3-aminopropiltietoxisilano (APTES) para inserir grupos [-Si(CH2)3-NH2] em sua superfície (N130Nb2O5-NH2). Esse material apresentou-se na forma de nanofios, com diâmetros médios de 163 nm e cristalinidade de 76,8%, além de apresentar atividade antimicrobiana com halos de inibição de 20 e 26 mm frente as bactérias Escherichia coli e Staphylococcus aureus, sendo superior em comparação a vancomicina, que apresentou halos de inibição entre 15 e 17 mm. Três nanocompósitos foram sintetizados por diferentes métodos. Dois deles foram obtidos através da adsorção: o NCB-COOH/N130Nb2O5-AD, que se apresentou na forma de um filme com cristalinidade de 57,1% e o NCBCOOH/N130Nb2O5-NH2-AD nas proporções de 1:3 e 1:4 (NCB-COOH/N130Nb2O5- NH2), com cristalinidade de 51,1% e 68,3%, respectivamente. O nanocompósito NCBCOOH/N130Nb2O5-NH2 foi obtido por meio da reação multicomponente de Ugi, que envolve quatro componentes: um ácido carboxílico (NCB-COOH), uma amina (N130Nb2O5-NH2), um aldeído (benzaldeido) e uma isocianeto (ciclohexilisocianeto). Essa reação é bastante promissora, pois combina quatro componentes em um único recipiente, economizando etapas e átomos, oferecendo eficiência na síntese, baixo consumo energético e geração de resíduos, além de fácil replicabilidade. Os nanocompósitos sintetizados por reação de Ugi nas proporções de 1:1, 1:3 e 1:4 (NCB-COOH :N130Nb2O5-NH2) também se apresentaram na forma de um filme opaco e exibiram em sua superfície nanofios de N130Nb2O5-NH2 com diâmetros médios de 252,8; 341,5 e 542,2 nm respectivamente. A cristalinidade desses nanocompósitos foi de 65%, 70,6% e 74%, respectivamente. Para ambos os métodos de síntese, as bactérias Escherichia coli e Staphylococcus aureus foram resistentes aos nanocompósitos.
Abstract: Bacterial colonies on the surfaces can cause health problems and increase antibiotic resistance due to the improper or excessive use of these medications. To minimize these issues, new materials with antimicrobial properties are necessary. Nanostructured materials, such as metal oxides, are of interest for this demand, among which niobium pentoxide (Nb2O5) is a promising material due to its biocompatibility, low cytotoxicity, photocatalytic properties, improved corrosion resistance, increased radiopacity, and enhanced osteoblast adhesion. Another material that has been proven relevant for medical applications is bacterial nanocellulose (BNC), a biodegradable, biocompatible, low-cytotoxicity, and renewable material. Due to its high surface area and hydrophilic groups in its structure, BNC can be used in the production of nanocomposites. The aim of this work is to synthesize nanocomposites composed of bacterial nanocellulose (BNC) and niobium pentoxide nanostructures (Nb2O5) for potential medical applications. BNC was synthesized using the bacteria Komagataeibacter hansenii and subsequently oxidized with 2,2,6,6- tetramethyl-1-piperidinyloxy (TEMPO) to insert COOH groups on its surface (BNCCOOH). Its formation was confirmed through FTIR, and its crystallinity was calculated at 91.7%, with Iβ-type polymorphism. Nb2O5 nanostructures were synthesized using an alkaline hydrothermal method, forming sodium niobate nanowires (NaNbO3) with tetragonal, monoclinic, and orthorhombic crystal phases, average diameters ranging from 284 to 728 nm, and crystallinity of 91.5%. Subsequently, this material was silanized with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) to insert -Si(CH2)3-NH2 groups on its surface (N130Nb2O5-NH2). This material appeared in the form of nanowires with average diameters of 163 nm and crystallinity of 76.8%, in addition to showing antimicrobial activity with inhibition zones of 20 and 26 mm against Escherichia coli and Staphylococcus aureus, being more effective against bacteria compared to vancomycin, which presented inhibition zones between 15 and 17 mm. Three nanocomposites were synthesized by different methods. Two of them were obtained through adsorption: NCB-COOH/N130Nb2O5-AD, which appeared in the form of a film with 57.1% crystallinity, and NCB-COOH/N130Nb2O5-NH2-AD in proportions of 1:3 and 1:4 (NCB-COOH/N130Nb2O5-NH2), with crystallinities of 51.1% and 68.3%, respectively. The NCB-COOH/N130Nb2O5-NH2 nanocomposite was obtained via the Ugi multicomponent reaction, which involves four components: a carboxylic acid (NCB-COOH), an amine (N130Nb2O5-NH2), an aldehyde (benzaldehyde), and an isocyanide (cyclohexylisocyanide). This reaction is quite promising as it combines four components in a single vessel, saving steps and atoms, offering synthesis efficiency, low energy consumption, and reduced waste generation, as well as ease of replication. The nanocomposites synthesized by Ugi reaction in the proportions of 1:1, 1:3, and 1:4 (NCB-COOH) also appeared as an opaque film and exhibited N130Nb2O5-NH2 nanowires on their surface with average diameters of 252.8, 341.5, and 542.2 nm, respectively. The crystallinity of these nanocomposites was 65%, 70.6%, and 74%, respectively. For both synthesis methods, Escherichia coli and Staphylococcus aureus were resistant to the nanocomposites.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35589
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Química

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
sintesenanocompositonanocelulose.pdf5,42 MBAdobe PDFThumbnail
Visualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons