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Title: Nanotubos de carbono funcionalizados e imobilizados em fibras de soja: avaliação da citotoxicidade, adesão celular e potencial aplicação biomédica
Authors: Holanda, Elisângela Bezerra das Neves
Keywords: Nanotubos de carbono;Fibras de soja;Colágeno;Citotoxicidade;Adesão celular
Issue Date: 14-Aug-2017
Citation: HOLANDA, Elisângela Bezerra das Neves. Nanotubos de carbono funcionalizados e imobilizados em fibras de soja: avaliação da citotoxicidade, adesão celular e potencial aplicação biomédica. 2017. 146f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: The multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) incorporated into the materials of protein origin can contribute to the emergence of interesting composite biomaterials with great potential of biological applications. MWCNT are promising DNA vectors in living cells and embryos. However, the triggering of its use in the biomedical area is related to the standardization of systems and protocols to assess the potential impacts on human health and the environment. The general objective of this study was to evaluate the effect of functionalization, cytotoxicity and cellular adhesion of carbon nanotubes in their commercial form and modified by different processes in macrophages (J774 and RAW). In this research, different functionalization processes were initially performed in the MWCNT, aiming at the insertion of functional groups and possible compatibility with biopolymers. After functionalization, the MWCNT were characterized by different techniques and performed the cytotoxicity and electroanalysis tests. The biopolymers used for the functionalization of the textile substrate of the soy protein were the collagen extracted from the skin of the tilapia and the commercial collagen. The textile substrates were functionalized through the dip coat process and then the carbon nanotubes were incorporated by the same process. The results obtained through the analysis of the functionalization process of the MWCNT revealed that the functionalized samples with chitosan tend to increase the diameter of the tube due to the formation of a polymeric monolayer on its surface and that the best oxidation results were for the samples that passed by the process of acid functionalization and acid functionalization with chitosan. The results obtained by Raman Spectroscopy proved that the functionalization process was successful, allowing the insertion of functional groups on the nanotubes. The electroanalysis in the nanotubes showed that the highest values of capacitance per mass and per area were for the acid functionalized samples and that the addition of chitosan during functionalization increases the resistance to current flow, besides provoking an insulating effect. The cytotoxicity tests of MWCNT performed on macrophages at concentrations of 100, 75, 50, 25 and 5 μg / mL demonstrated a percentage of around 95% cell viability for acid and chitosan functionalized samples at all concentrations. Cell adhesion assays in MWCNTs showed excellent interactions at higher concentrations for all nanotube samples. Visual observation of the effect of modification of the textile substrate with collagen indicated that the type and origin of the protein interfere with the immobilization effect of the carbon nanotubes. In conclusion, macrophage exposures at low concentrations of functionalized MWCNT had no impact on cell viability, which opens the possibilities of several studies to potentiate applications in the biological field.
Portuguese Abstract: Os nanotubos de carbono de multicamadas (MWCNT) incorporados à materiais de origem proteicas podem contribuir para o surgimento de interessantes biomateriais compósitos com grande potencial de aplicações biológicas. Os MWCNT são promissores vetores de DNA em células e embriões de seres vivos. Porém, o desencadeamento do seu uso na área biomédica está relacionado à padronização de sistemas e protocolos para avaliar os potenciais impactos na saúde humana e no meio ambiente. O objetivo geral deste estudo foi avaliar o efeito da funcionalização, a citotoxicidade e a adesão celular dos nanotubos de carbono na sua forma comercial e modificados por diferentes processos em células macrófagos (J774 e RAW). Nesta pesquisa, inicialmente foram realizados diferentes processos de funcionalização nos MWCNT visando a inserção de grupos funcionais e possível compatibilidade com biopolímeros. Após a funcionalização os MWCNT foram caracterizados por diferentes técnicas e realizados os ensaios de citotoxicidade e a eletroanálise. Os biopolímeros utilizados para a funcionalização do substrato têxtil da proteína da soja foram o colágeno extraído da pele da tilápia e o colágeno comercial. Os substratos têxtis foram funcionalizados através do processo Dip coating e em seguida, foram incorporados os nanotubos de carbono pelo mesmo processo. Os resultados obtidos através das análises do processo de funcionalização dos MWCNT revelaram que as amostras funcionalizadas com a quitosana tende a aumentar o diâmetro do tubo devido a formação de uma monocamada polimérica em sua superfície e que os melhores resultados de oxidação foram para as amostras que passaram pelo processo de funcionalização ácida e funcionalização ácida com quitosana. Os resultados obtidos pela Espectroscopia Raman comprovaram que o processo de funcionalização foi realizado com êxito, possibilitando a inserção de grupos funcionais sobre os nanotubos. A eletroanálise nos nanotubos mostraram que os maiores valores da capacitância por massa e por área foram para as amostras funcionalizadas com ácidos e que a adição da quitosana durante a funcionalização aumenta a resistência à passagem da corrente, além de provocar um efeito isolante. Os ensaios de citotoxicidade dos MWCNT realizadas em macrófagos nas concentrações de 100, 75, 50, 25 e 5 μg/mL demonstraram um percentual em torno de 95% de viabilidade celular para as amostras funcionalizadas com ácido e quitosana para todas as concentrações. Os ensaios de adesão celular nos MWCNT revelaram excelentes interações em concentrações mais elevadas para todas as amostras de nanotubos. A observação visual do efeito da modificação do substrato têxtil com o colágeno indicou que o tipo e a origem da proteína interferem no efeito da imobilização dos nanotubos de carbono. Em conclusão, as exposições de macrófagos a baixas concentrações de MWCNT funcionalizados não causaram impacto na viabilidade celular, o que abre as possibilidades de diversos estudos para potencializar aplicações na área biológica.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24646
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