Desenvolvimento de filmes de acetato de celulose antimicrobianos pela adição de acetato de geranila

Abstract

Polímeros antimicrobianos possuem aplicações diversas, com destaque para a fabricação de embalagens ativas de alimentos e dispositivos biomédicos, o que impulsiona o desenvolvimento de novos materiais com esta propriedade. O acetato de celulose é um exemplo de polímero muito utilizado devido às suas características de biocompatibilidade, facilidade de obtenção e processamento, além de ser um polímero derivado da celulose, uma matéria-prima renovável. O acetato de geranila é um éster derivado do geraniol, que possui atividade antimicrobiana e propriedades térmicas de interesse. No presente trabalho filmes de acetato de celulose antimicrobianos foram obtidos pela com adição de 0,5% (v/v) e 1,0% (v/v) de acetato de geranila pela técnica de casting. A atividade antibacteriana dos filmes poliméricos foi avaliada pelas técnicas de difusão em meio sólido e contagem de microrganismos sobreviventes ao longo do tempo (curva de morte) para as bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli enquanto a atividade antifúngica foi atestada contra os fungos Aspergillus flavus e Aspergillus niger por meio das referidas técnicas, considerando algumas adaptações para fungos. Os filmes antimicrobianos desenvolvidos apresentaram excelente atividade antibacteriana e boa atividade antifúngica, mostrando que a incorporação do acetato de geranila foi capaz de proporcionar a atividade antimicrobiana aos filmes de acetato de celulose obtidos. Também foi realizada a caracterização química (FTIR) e térmica (TGA, DSC) dos filmes poliméricos, sendo que a incorporação do acetato de geranila nos filmes de acetato de celulose pôde ser comprovada pelas referidas técnicas. Por meio das análises térmicas também foi possível observar dois eventos de degradação térmica exclusivos para os filmes com acetato de geranila, indicando que uma parcela do agente antimicrobiano fica provavelmente impregnado na matriz polimérica. Através dos ensaios mecânicos foi possível verificar que a adição do acetato de geranila não modificou significativamente o comportamento mecânico dos filmes de acetato de celulose quanto à rigidez e resistência à tração. Com o objetivo de atestar a possibilidade de uso do material desenvolvido também na área biomédica, foram realizados testes de biocompatibilidade in vivo por meio da implantação subcutânea dos filmes antimicrobianos em ratos Wistar imunocompetentes, e após 7 e 21 dias foram realizadas análises histológicas do tecido circundante ao implante, as quais mostraram que a adição do acetato de geranila nos filmes não causou nenhum dano ou reação tecidual atípica aos animais, não alterando a característica de biocompatibilidade do acetato de celulose. O teste de degradação hidrolítica mostrou que a variação da massa dos implantes durante 60 dias em solução fisiológica simulada (PBS) foi muito pequena, indicando que os filmes não tiveram perda de massa significativa com o passar do tempo, em PBS. A liberação do acetato de geranila em PBS também foi estudada, não sendo verificada a liberação de quantidades superiores a 0,5 mg·mL-1 durante os 60 dias de imersão dos filmes, sendo um indicativo de que a atividade antimicrobiana do material pode permanecer durante, no mínimo, este tempo. Estes resultados sugerem que o novo material polimérico desenvolvido é promissor para futuras aplicações em dispositivos biomédicos e em embalagens de alimentos.

Abstract: Antimicrobial polymers have several applications, highlight to obtain active food packaging and biomedical devices, which boosts the development of new materials with this property. Cellulose acetate is an example of widely used polymer due to its interesting characteristics such biocompatibility, easy to obtain and process, besides being a polymer derived from cellulose, a renewable raw material. Geranyl acetate is an ester derived from geraniol, which has antimicrobial activity and thermal properties of interest. In this work, antimicrobial cellulose acetate films were obtained for the first time with the addition of 0.5% (v/v) and 1.0% (v/v) of geranyl acetate by the casting technique. The antibacterial activity of the polymeric films was evaluated by the techniques of diffusion in solid medium and counting of surviving microorganisms over time (death curve) for the bacteria Staphylococcus aureus and Escherichia coli, while the antifungal activity was attested against the fungi Aspergillus flavus and Aspergillus niger using the same techniques, considering some adaptations for fungi. The antimicrobial films showed excellent antibacterial activity and good antifungal activity, showing that the addition of geranyl acetate was able to provide antimicrobial activity to the cellulose acetate films. Chemical (FTIR) and thermal (TGA, DSC) characterizations of polymeric films were also performed, and the addition of geranyl acetate in cellulose acetate films was confirmed by the FTIR and TGA technique. Furthermore, through the thermal analysis, it was also possible to observe two thermal degradation events exclusive to the films with geranyl acetate, indicating that a part of the antimicrobial agent is probably entrapped in the polymeric matrix. Through the mechanical tests, it was possible to verify that the addition of geranyl acetate did not significantly change the mechanical behavior of the cellulose acetate films concerning stiffness and tensile strength. In order to study the possibility of using the developed material also in the biomedical area, in vivo biocompatibility tests were performed by the subcutaneous implantation of antimicrobial films in immunocompetent Wistar Rats, and after 7 and 21 days the histological analyzes of the tissue surrounding the implant were performed, which showed that geranyl acetate did not cause any damage or atypical tissue reaction in the animals, not altering the biocompatibility characteristic of antimicrobial cellulose acetate. The hydrolytic degradation test showed that the mass variation of implants during 60 days in phosphate-buffered saline (PBS) was very small, indicating that the films did not have significant mass loss over time, in PBS. Finally, the study of geranyl acetate release in PBS was also studied, with a release of less than 0.5 mg·mL-1 during the 60 days of immersion, which can indicate that the antimicrobial activity of the films can remain over time. These results suggest that the new polymeric material developed is promising for future applications in biomedical devices and food packaging.