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Title in Portuguese: Produção de nanocompósitos de celulose bacteriana e hidroxiapatita como rota para valorização de resíduos agroindustriais
Title: Production of nanocomposites of bacterial cellulose and hydroxyapatite as a route to recovery of agroindustrial wastes
Author: Duarte, Eden Batista
Advisor(s): Feitosa, Judith Pessoa de Andrade
Co-advisor(s): Rosa, Morsyleide de Freitas
Keywords: Ciência dos materiais
Biomateriais
Síntese
Issue Date: 29-Aug-2014
Citation: DUARTE, E. B. Produção de nanocompósitos de celulose bacteriana e hidroxiapatita como rota para valorização de resíduos agroindustriais. 2014. 105 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: Questões ambientais têm suscitado o interesse por fontes renováveis e os resíduos agroindustriais tornaram-se uma importante matéria prima para a produção de novos materiais, de produtos químicos e de energia. Esta tese propõe o uso de resíduos agroindustriais (suco de caju e líquido de sisal) na obtenção de celulose bacteriana (CB) para posterior preparo de nanocompósitos com hidroxiapatita (HA). A obtenção de CB se deu por cultivo de Gluconacetobacter hansenii em meio Hestrin & Schramm (contendo principalmente glicose como fonte de carbono), suco de caju e resíduo líquido de sisal, sob condições estáticas. Após o período de incubação, as membranas de CB foram purificadas e os nanocompósitos preparados por imersão sucessiva das membranas purificadas em soluções de Cloreto de Cálcio (CaCl2) e Fosfato de Sódio (NaHPO4), seguida de secagem e posterior caracterização. As membranas de CB e os materiais nanocompósitos obtidos foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia de Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Análise Termogravimétrica (ATG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e ensaios mecânicos. Adicionalmente, foram realizados testes in vitro para os nanocompósitos. Os resultados mostraram que houve produção de celulose a partir dos três substratos estudados, sem a necessidade de suplementação adicional ou alteração do pH. Por meio das caracterizações, foi possível verificar que as películas obtidas apresentaram estrutura e comportamento típicos de celulose bacteriana. A microscopia eletrônica de varredura permitiu investigar a morfologia das fibras de celulose e observar a deposição das partículas de hidroxiapatita. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos, baseados em CB e HA, apresentaram diminuição do módulo elástico, comparativamente às películas puras, com aumento da elongação na ruptura. Os compósitos apresentaram bioatividade, estabilidade em solução e capacidade de adsorção de proteínas, aspectos que servem de indicativo para a biocompatibilidade desses materiais.
Abstract: Environmental issues have supported the interest in renewable sources and agroindustrial residues became a significative resource for the production of new materials, chemicals and energy. This thesis proposes the use of agroindustrial residues (cashew juice and sisal liquid waste) to obtain bacterial cellulose (BC) for further elaboration of nanocomposites with hydroxyapatite (HA). The production of BC membranes by Gluconacetobacter hansenii occurred in Hestrin & Schramm medium (containing mainly glucose as carbon sources), cashew juice and sisal liquid waste cultivated under static conditions. After the incubation period, the BC membranes were purified and nanocomposites prepared by successive immersion of the purified membranes in solutions of Calcium Chloride (CaCl2), and Sodium Phosphate (NaHPO4), followed by drying and subsequent characterization. The materials obtained were characterized by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Spectroscopy (FTIR), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM) and mechanical tests. Additionally, in vitro tests were performed for nanocomposites. The results showed the production of cellulose from the three substrates studied, without the need for further supplementation or pH change. In all characterizations, structure and typical behavior of bacterial cellulose were found. Scanning electron microscopy allowed investigation of morphology of cellulose fibers and observation of deposition of hydroxyapatite particles. The mechanical properties of nanocomposites based on BC and HA showed decrease in elastic modulus compared to pure films with increase in elongation. The composites showed bioactivity, stability in solution and the adsorption capacity of proteins, which lead to potential biocompatibility of these materials.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/10752
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