PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE HIDROGEL DE CARBOXIMETILCELULOSE PARA APLICAÇÃO NA ÁREA DE CURATIVOS BIOMÉDICOS

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1 PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE HIDROGEL DE CARBOXIMETILCELULOSE PARA APLICAÇÃO NA ÁREA DE CURATIVOS BIOMÉDICOS Vinicius P. Celestino 1, Gabriela Maestri 1, Andrea C. Krause Bierhalz 1, Ana Paula S. Immich 1 1 Departamento de Engenharias, Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Blumenau, Blumenau SC vinicius.peres@grad.ufsc.br Resumo. Hidrogéis de carboximetilcelulose (CMC) são cadeias tridimensionais de polímeros com características hidrofílica e possuem propriedades de intumescimento e biocompatibilidade favoráveis para o uso em curativos. Este estudo visa produzir hidrogel de CMC e caracterizar em diferentes soluções de phs visando simular diferentes condições fisiológicas. Os hidrogéis foram obtidos a partir da blenda de CMC e alginato de sódio com posterior reticulação com cloreto de cálcio. O intumescimento foi realizado com imersão dos hidrogéis em soluções com ph 7,4 (ph fisiológico) e ph 6,4 (ph na superfície da pele). O grau de intumescimento foi observado para ambas condições. Os resultados de intumescimento foram de 31,3 % para ph 6,4 e 16,2 % para ph 7,4. Observou-se que a velocidade de adição do agente reticulante foi determinante para a formação do hidrogel, pois quando adicionada rapidamente obteve um hidrogel consistente e estável. Estudos sobre fatores determinantes no grau de intumescimento serão feitos para melhores resultados. Palavras-chave: Hidrogel, carboximetilcelulose, curativo, intumescimento. 1. INTRODUÇÃO Os hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais, de estrutura hidrofílica com capacidade de absorver e liberar água em resposta as condições ambientais, ou seja, possuem capacidade de intumescer em meio aquoso sem se dissolver. A quantidade de água retida na malha da rede do hidrogel pode ser definida pela estrutura da rede do polímero e por outros fatores, tais como temperatura, ph e força iônica da solução de água no contato com o polímero (SANINO, A.; DEMITRI, 2009). Para muitas aplicações dos hidrogéis é necessário que estes sejam parcialmente insolúveis e, em alguns casos, insolúveis em meio aquoso. Portanto, a adição de um agente reticulante se faz necessária, pois este promove ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas, formando uma rede ou um reticulado. Os polímeros quando reticulados exibem diferenças consideráveis em suas propriedades, no geral, o grau de reticulação pode ser determinado pela solubilidade, grau de intumescimento, pelo tamanho dos poros e pela estabilidade mecânica (TSENOGLOU, C. 1988). O desafio ao desenvolver um curativo para ferida é adequar o mesmo de acordo com o tipo de lesão, podendo ser aguda, crônica, exsudativa ou seca. Com isso, não existe apenas um tipo de curativo que seja apropriado ao tratamento de todos os tipos de feridas. Portanto, ao estudar diferentes tipos de materiais para este propósito, busca-se utilizar os biopolímeros, por possuir uma denominação mais aceita na literatura relacionada a saúde devido suas características como biodegradabilidade, biocompatibilidade e facilidade de absorção de secreções (MELIN, G. 2013). A carboximetilcelulose (CMC) é um derivado hidrossolúvel obtido pela reação em suspensão da celulose que possui a capacidade de formar gel por ser um hidrocolóide, além de apresentar propriedades de polieletrólito. (KAISTNER, 1996). A CMC possui propriedades como, solubilidade na água fria e quente, aumento da viscosidade na solução, habilidade de formar filme e gel, adesividade, retenção de água e resistência a óleos. Tem ampla aplicação na indústria alimentícia e biomédica, sendo utilizada como curativos (ROHR, T. 2007). Assim, o objetivo desse trabalho é desenvolver um hidrogel a partir da blenda de CMC/alginato de sódio e analisar o intumescimento em diferentes soluções fisiológicas (ph 676

2 7,4 e 6,4) para aplicação em curativos biomédicos, tendo em vista que uma ferida sem o devido cuidado pode resultar em infecção e retardar o processo de cicatrização. Com isso, é necessário um curativo apropriado para proteger a mesma de danos adicionais e para acelerar a cicatrização. 2. METODOLOGIA Os testes foram realizados no Laboratório de Beneficiamento da Universidade Federal de Santa Catarina, campus de Blumenau. 2.1 Materiais Os materiais utilizados para produção da blenda foram alginato de sódio (VETEC) e carboximetilcelulose (CMC) da marca CRQ. O solvente utilizado para reticulação do hidrogel foi cloreto de cálcio (CaCl2) fornecido pela VETEC. Os materiais foram utilizados sem tratamentos prévios. 2.2 Métodos Produção da blenda CMC/Alginato de sódio. Uma solução de CMC (10 % m/v) foi preparada em água destilada sob agitação magnética a 40 C. Nas mesmas condições, foi preparada uma solução de alginato de sódio (4 % p/v). Após isso, as duas soluções foram solubilizadas e mantidas sob agitação por aproximadamente 5 minutos para a formação da blenda. Assim, foi produzida uma blenda 50:50 de CMC e alginato de sódio. Produção do hidrogel a partir da blenda. Para a produção do hidrogel foi preparada uma solução de cloreto de cálcio (2 % m/v) e adicionada rapidamente à solução contendo a blenda com o auxílio de agitação mecânica vigorosa. Caracterização do hidrogel. Testes de intumescimento foram realizados em duplicatas. Nesses testes, as amostras foram imersas em soluções tampão carbonato (Na2CO3) 0,1 M e ajustadas para ph 7,4 e 6,4 com HCl 0,1 M a temperatura ambiente e retiradas em intervalos de 1 hora. Em cada intervalo, os hidrogéis foram retirados do béquer e o excesso de água foi retirado com o auxílio de um papel absorvente, em seguida, as amostras eram pesadas. O tempo total de análise foi de 12 horas. O grau de intumescimento (G) foi calculado de acordo com a Eq. (1), sendo Mf a massa estabilizada em meio aquoso e Mi a da massa obtida inicialmente antes de imersa em soluções tampão. A equação utilizada é descrita abaixo: Eq. (1) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 677

3 Os hidrogéis foram analisados quanto ao grau de intumescimento. As Fig. 1 e Fig. 2 apresentam o gráfico de intumescimento para os hidrogéis de CMC/alginato de sódio que foram imersos em solução carbonato com ph de 6,4 e 7,4, respectivamente. Figura 1 Curva do grau de intumescimento para ph 6.4. Figura 2 Curva do grau de intumescimento para ph 7.4. O grau de intumescimento apresentado nas Fig. 1 e Fig. 2 foi calculado de acordo com a Eq. (1), apresentando 31,3 % de absorção de água para os hidrogéis imersos em soluções levemente ácidas (ph 6.4) e 16,2 % para os hidrogéis imersos em solução carbonato ph 7.4. Pode-se observar que as amostras em ph levemente ácidas obtiveram quase o dobro de absorção de liquido que as amostras em ph neutro após 12 horas. 678

4 Os hidrogéis se apresentaram firmes e resistentes nas manipulações para os testes. O formato do hidrogel se dá conforme o movimento mecânico realizado durante sua formação, no momento da adição do agente reticulante. Quando em movimentos circulares no béquer, o hidrogel obteve em formato oval, como ilustrado na Fig. 3. Além disso, a velocidade da adição do agente reticulante influenciou a formação do hidrogel. 4. CONCLUSÃO Figura 3 Foto dos hidrogéis de CMC/Alginato de sódio. Em relação a produção dos hidrogéis, pode-se observar que é necessário a adição de um agente reticulante, pois este promove a ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. Neste trabalho, o agente reticulante (cloreto de cálcio) foi adicionado rapidamente a blenda de CMC e alginato de sódio, com isso, obteve-se um hidrogel consistente e estável, que foi capaz de ser manipulado sem perder a forma. Com base nos resultados obtidos, entende-se que o grau de intumescimento para ambas as condições estudadas não obteve um valor alto quanto o esperado. Os hidrogéis imersos em soluções levemente ácidas se mostram mais eficazes na absorção de exsudados de feridas, pois durante a cicatrização de uma ferida o ph fica entre 4,0 e 6,0. O grau de intumescimento relativamente baixo pode ser explicado pelo fato dos hidrogéis não terem obtido uma forma completamente gelificada, portanto, estudos em proporção de blenda e diferentes phs serão realizados para melhores resultados de intumescimento. AGRADECIMENTOS Agradecemos ao Laboratório de Beneficiamento do Campus de Blumenau por viabilizar as atividades experimentais. REFERÊNCIAS Andrade, C. T; Coutinho, F. M. B; Dias, M. L.; Lucas, E. F; Oliveira, C. M. F; Tabak, D. (2001), Dicionário de polímeros, 1ª ed., Interciência, São Paulo. Durán N.; Lemes A.P.; Seabra A.B. (2012) Review of Cellulose Nanocrystals Patents: Preparation, Composites and General Applications Recent Patents on Nanotecnology, 6, Heike W. (2003), ph profiles in human skin: influence of two in vitro test systems for drug delivery testing, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics vol. 55,

5 Jankowska D.A. (2017), Simultaneous detection of ph value and glucose concentrations for wound monitoring applications, Biosensors and Bioelectronics vol. 87, Melin, G. (2013), Desenvolvimento de membranas à base de quitosana e de carboximetilcelulose para aplicação na área biomética, Park, J.B.; Lakes, R. S. (1992), Biomaterials - an introduction 2. ed. New York: Plenum Press, 394. Ren W. (2017), ph-controlled drug delivery with hybrid aerogel of chitosan,carboxymethyl cellulose and graphene oxide as the carrier, IJBM vol. 103, Rohr, T. (2007), Estudo reológico da mistura carboximetilcelulose/amido e sua utilização como veículo de inoculação bacteriano, Sanino, A.; Demitri, C. e Madaghiele, M. (2009), Biodegradable cellulose-based hydrogels: design and applications. Materials, Lecce, v.2, Tsenoglou, C. (1988), Cross-linked Polymers: Chemistry, Properties and Applications. American Chemical Society, PRODUCTION AND CHARACTERIZATION OF CARBOXYMETHYLCELULOSE HYDROGEL FOR APPLICATION IN BIOMEDICAL DRESSINGS Vinicius P. Celestino 1, Gabriela Maestri 1, Andrea C. Krause Bierhalz 1, Ana Paula S. Immich 1 1 Engineering Department, Federal University of Santa Catarina, Campus Blumenau, Blumenau vinicius.peres@grad.ufsc.br Abstract. Carboxymethylcellulose (CMC) hydrogels are three-dimensional polymer chains with hydrophilic characteristics and have favorable swelling and biocompatibility properties for use in dressings. This study aims to generate CMC hydrogels and characterize them in different ph solutions aiming to simulate different physiological conditions. Hydrogels were obtained from the blend of CMC and sodium alginate with subsequent cross-linking with calcium chloride. Swelling degree was performed with immersion of the hydrogels in solutions with ph 7,4 (physiological ph) and ph 6,4 (skin surface ph). The swelling results were 31,3 % for ph 6,4 and 16,2 % for ph 7,4. It was observed that the rate of addition of the crosslinking agent was determined for a hydrogel formation, because when added rapidly, it obtained a consistent and stable hydrogel. Studies on determining factors in the degree of swelling will be further studied for better results. Keywords: Hydrogel, carboxymethylcellulose, dressing, swelling. 680