Dr. Michel Bittenocurt : Papilas, folículos, membranas e pseudo-membranas
AVALIAÇÃO DE MEMBRANAS DE PVA/TiO /IBUPROFENO COMO...
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AVALIAÇÃO DE MEMBRANAS DE PVA/TiO 2 /IBUPROFENO COMO SISTEMA DE LIBERAÇÃO DE FÁRMACO Taís Pereira de Lemos Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Materiais da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientadores: Rossana Mara da Silva Moreira Thiré Paula Mendes Jardim Rio de Janeiro Setembro de 2016
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AVALIAÇÃO DE MEMBRANAS DE PVA/TiO2/IBUPROFENO COMO
SISTEMA DE LIBERAÇÃO DE FÁRMACO
Taís Pereira de Lemos
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia de Materiais da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte
dos requisitos necessários à obtenção do título de
Engenheiro.
Orientadores: Rossana Mara da Silva
Moreira Thiré
Paula Mendes Jardim
Rio de Janeiro
Setembro de 2016
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AVALIAÇÃO DE MEMBRANAS DE PVA/TiO2/IBUPROFENO COMO SISTEMA DE
LIBERAÇÃO DE FÁRMACO
Taís Pereira de Lemos
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA DE MATERIAIS DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL
DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A
OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO DE MATERIAIS.
Examinada por:
.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
SETEMBRO de 2016
ii
Lemos, Taís Pereira de
Avaliação de Membranas de PVA/TiO2/Ibuprofeno como
Sistema de Liberação de Fármaco / Taís Pereira de Lemos – Rio de
Janeiro: UFRJ / ESCOLA POLITÉCNICA, 2016.
ix, 44, p.: il.; 29,7 cm
Orientadores: Rossana Mara da Silva Moreira Thiré
Paula Mendes Jardim
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica /
Engenharia de Materiais, 2016.
Referências Bibliográficas: p. 40-44
1. PVA. 2. TiO2. 3. Ibuprofeno. 4. Nanopartículas. 5. Sistema de
Liberação de Fármaco, I. Thiré, Rossana Mara da Silva Moreira et
al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Engenharia de
Materiais III. Título.
iii
Dedicatória
Eu gostaria de dedicar este presente
projeto em memória do meu amor maior,
minha eterna Nina, que ao longo dos seus
14 anos esteve presente nos maiores e
mais decisivos momentos da minha vida.
Espero que possamos nos reencontrar em
uma próxima vida.
iv
Agradecimentos
Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos meus pais, Lourdes e Wanderley, pelo apoio e
amor incondicional que eles sempre me deram. O mérito das minhas conquistas é nosso!
Às minhas orientadoras deste projeto, Rossana e Paula, por acreditarem no meu potencial, e
pelo apoio e paciência durante esse último ano e meio.
À minha melhor amiga, Bruna, que, há 13 anos fazendo parte da minha vida, se tornou a irmã
que eu nunca tive.
Aos grandes amigos que a UFRJ me deu, meus queridos Metalmáticos, mas principalmente à
Flávia, Beatriz, Paula, Larissa, Bianca, e ao Pietro sem os quais a vida de graduanda não teria tido a
mesma graça.
Aos grandes amigos do Laboratório de Biopolímeros, Marianna, Paulo Henrique, Bruna,
Dahyna, Anna e Jean, com quem eu tive o prazer de dividir meus dias nesse último ano, meu muito
obrigada pelas conversas e risadas antes, durante e após os almoços.
Às minhas queridas amigas que o intercâmbio me deu, minhas eternas Murilos, Maria Clara,
Nathália, Cláudia, Luana, Paola, Carol, Júlia, Diana, Ísis e Victória. Os dias sem vocês não são os
mesmos!
Aos professores da graduação, por todos o conhecimento adquirido, mas principalmente ao
meu, para sempre, orientador José Pontes, quem sempre acreditou no meu potencial e à professora
Renata Simão, a responsável por me apresentar à Engenharia de Materiais, e que esteve sempre
disposta a me ajudar, acreditando em mim quando nem eu acreditava.
À toda a minha família pelo amor e apoio durante toda a minha vida.
A todos que de forma direta, ou indireta, me auxiliaram na conclusão deste trabalho.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Engenheiro de Materiais.
AVALIAÇÃO DE MEMBRANAS DE PVA/TiO2/IBUPROFENO COMO SISTEMA DE LIBERAÇÃO DE
FÁRMACO
Taís Pereira de Lemos
Setembro/2016
Orientadoras: Rossana Mara da Silva Moreira Thiré
Paula Mendes Jardim
Curso: Engenharia de Materiais
O poli(álcool vinílico) – PVA e o dióxido de titânio – TiO2 são ambos considerados materiais biocompatíveis
e junto com ibuprofeno, um fármaco de ação rápida no alívio de dores, foi avaliada a possibilidade de produção
de um sistema de liberação de fármaco. Três diferentes nanopartículas, sendo elas o óxido de titânio comercial
(P25), nanotubos de trititanatos obtidos por rota alcalina hidrotérmica (TTNT) e nanobastões obtidos por
tratamento térmico dos nanotubos (TTNT550), foram impregnadas com ibuprofeno (IBU) na proporção de 3:1
em massa e essa impregnação foi avaliada e quantificada. A caracterização das nanopartículas impregnadas
mostrou que cada nanopartícula interagiu de uma forma diferente com o fármaco, sendo a maior liberação de
ibuprofeno em soro fisiológico (pH 7,4) obtida a partir do sistema TTNT550/IBU. Filmes de hidrogel contendo
2% m/m de P25 e de ibuprofeno (PVA/P25/IBU) foram produzidos por casting. A liberação pelo hidrogel,
apesar de mais demorada, alcançou o mesmo patamar do sistema P25/IBU. Foi verificado que não foi obtido
um nanocompósito devido à formação de aglomerados. No entanto, os resultados indicam que nanopartículas
de óxido de titânio possuem potencial para serem utilizadas como carreadores de ibuprofeno em sistemas de
liberação de fármacos.
Palavras-chave: PVA, TiO2, ibuprofeno, nanopartículas, sistema de liberação de fármaco.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment or the requirements for
the degree of Materials Engineer.
EVALUATION OF PVA/TiO2/IBUPROFEN MEMBRANES AS A DRUG DELIVERY SISTEM
Taís Pereira de Lemos
September/2016
Advisors: Rossana Mara da Silva Moreira Thiré
Paula Mendes Jardim
Course: Materials Engineering
Poly(vinyl alcohol) – PVA and titanium dioxide – TiO2 are both considered biocompatible materials and along
with ibuprofen, a quick action drug to pain relief, the production of a drug delivery system was evaluated.
Three different nanoparticles, commercial titanium dioxide (P25), trititanate nanotubes synthesized by
hydrothermal treatment (TTNT) and nanorods produced by thermal treatment of the nanotubes (TTNT550),
were impregnated by ibuprofen (IBU) in a 3:1 proportion and, therefore, evaluated and quantified. The
characterization of impregnated nanoparticles showed that each one interacted with the drug in a different way,
and the larger ibuprofen release in saline solution (pH 7.4) could be observed in the TTNT550/IBU system. A
PVA/TiO2/IBU hydrogel was produced by casting with 2% m/m of P25 and ibuprofen. The drug release from
the hydrogel was slower but achieved the same peak as the P25/IBU system. It was observed that a
nanocomposite was not formed due to the formation of agglomerates. However, the results indicate that
titanium oxide nanoparticles are potential ibuprofen carriers in drug delivery systems.
Key words: PVA, TiO2, ibuprofen, nanoparticles, drug delivery system.
vii
Sumário
1. Introdução ..................................................................................................................................... 1
2. Revisão Bibliográfica ................................................................................................................... 2
2.1. Materiais nanocompósitos ..................................................................................................... 2
2.2. Matrizes Poliméricas ............................................................................................................. 4
2.2.1. Poli (álcool vinílico) – PVA ........................................................................................... 4
2.3. Hidrogéis Nanocompósitos ................................................................................................... 5
2.4. Nanopartículas de dióxido de titânio - TiO2 .......................................................................... 7
2.4.1. Nanotubos de trititanato – TTNT ................................................................................. 10
2.4.2. Nanotubos de trititanatos tratados termicamente – TTNT550 ..................................... 12
2.5. Ibuprofeno ........................................................................................................................... 14
2.6. Sistemas de liberação local de fármacos ............................................................................. 17
3. Materiais e Métodos ................................................................................................................... 20
3.1. Materiais .............................................................................................................................. 20
3.2. Métodos ............................................................................................................................... 20
3.2.1. Produção das nanopartículas baseadas em TiO2 .......................................................... 20
3.2.2. Solubilização do ibuprofeno ........................................................................................ 21
3.2.3. Impregnação das nanopartículas de TiO2 com ibuprofeno .......................................... 22
3.2.4. Produção dos filmes de PVA/P25/ibuprofeno ............................................................. 22
3.2.5. Liberação de ibuprofeno em soro fisiológico .............................................................. 23
3.2.6. Caracterização das nanopartículas e dos nanocompósitos ........................................... 24
4. Resultados e Discussão ............................................................................................................... 25
4.1. Caracterização das Nanopartículas Puras ............................................................................ 25
4.2. Caracterização das Nanopartículas Impregnadas ................................................................ 26
4.2.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) ..................... 26
4.2.2. Cinética de Liberação de ibuprofeno em soro fisiológico a partir das nanopartículas
impregnadas ................................................................................................................................ 27
4.2.3. Análise Termogravimétrica (TGA) .............................................................................. 28
4.2.4. Difração de Raios-X (DRX) ........................................................................................ 32
4.3. Caracterização do Filme Nanocompósito de PVA/P25/IBU .............................................. 34
4.3.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) ..................... 34
4.3.2. Cinética de Liberação de ibuprofeno em soro fisiológico a partir do filme
nanocompósito ............................................................................................................................ 35
4.3.3. Análise Termogravimétrica (TGA) .............................................................................. 36
4.3.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .............................................................. 36
viii
4.3.5. Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS) ........................................... 37
5. Conclusões .................................................................................................................................. 38
6. Sugestões para Trabalhos Futuros .............................................................................................. 39
7. Referências Bibliográficas .......................................................................................................... 40
1
1. Introdução
Os avanços das tecnologias na área médica, principalmente no que diz respeito ao tratamento
de vítimas de acidentes graves, como no caso de queimaduras, têm melhorado de forma significativa
a qualidade de vida e reduzido as taxas de mortalidade dessas pessoas.
No que diz respeito ao uso de curativos, é notável o crescente interesse pelo uso de hidrogéis.
Isso porque, devido ao caráter hidrofílico desses materiais, eles são capazes de absorver os exsudados
das feridas mantendo o ambiente úmido, o que auxilia na sua cicatrização, proporcionando maior
conforto aos pacientes. Além disso, os hidrogéis podem ser utilizados como sistemas de liberação
local de fármacos. Dessa forma, além de manter o ambiente favorável à cicatrização, com a liberação
de substâncias ativas direto no ferimento é possível aliviar dores e evitar ou, se necessário, combater
infecções que retardam a reparação tecidual (ALCANTARA, 2013).
O titânio também é um material amplamente utilizado na medicina, visto que, além de suas
excepcionais propriedades mecânicas, ele apresenta boa resistência a fluidos corporais e, mais
importante, é biocompatível. A inserção da nanotecnologia nesse meio se mostrou uma tecnologia
promissora para a liberação local de fármacos (JIA & KERR, 2014).
Esses sistemas de liberação local são de grande importância no que diz respeito à eficiência do
tratamento de feridas. Anti-inflamatórios e analgésicos administrados oralmente nem sempre são
efetivos na prevenção de inflamações ou dores pois precisam percorrer todo o corpo até o local da
ferida e são absorvidos pelo fígado, intestino, rins e pulmões. Como resultado, para que doses
suficientes do fármaco cheguem até o local da ferida são necessárias doses maiores desses remédios.
Entretanto, aumentar as doses nem sempre resolve o problema pois poderá causar toxicidade para os
órgãos (JIA & KERR, 2014).
1.1. Objetivo
O objetivo deste estudo foi produzir e caracterizar três nanopartículas derivadas de dióxido de
titânio (TiO2) impregnadas com ibuprofeno, e um filme nanocompósito de poli(álcool vinílico)
(PVA)/óxido de titânio comercial (P25)/ibuprofeno visando a produção de um sistema de liberação
local de fármaco para o tratamento de feridas e queimaduras.
2
1.1.1. Objetivos Específicos
Impregnar nanopartículas baseadas em TiO2 por meio de mistura manual com solução
alcoólica de ibuprofeno.
Produzir filmes nanocompósitos de PVA/P25/ibuprofeno com 2% m/m de carga e
fármaco pela técnica de casting.
Caracterizar esses materiais quanto às suas propriedades térmicas e físico-químicas.
2. Revisão Bibliográfica
2.1. Materiais nanocompósitos
Materiais convencionais podem ser classificados em três grandes categorias: metais, cerâmicos
e polímeros. Compósitos são combinações de dois ou mais materiais de uma ou mais categorias
(DANIEL & ISHAI, 2006).
Os materiais compósitos podem ser descritos como aqueles que apresentam ou são formados
por duas ou mais fases constituintes, de forma que estas apresentem diferenças nítidas no que diz
respeito às propriedades químicas e físicas, ou seja, apresentem uma fase contínua (matriz) e uma
fase descontínua (reforço) que apresentem uma interface efetiva bem definida separando-as
(MARINUCCI, 2011). Isso pode ser observado na Figura 1.
Figura 1: Fases de um material compósito. Adaptado de DANIEL & ISHAI (2006)
As propriedades dos materiais compósitos estão diretamente ligadas às propriedades dos
materiais constituintes (de acordo com a lei das misturas), à interface e adesão entre matriz e reforço,
orientação, geometria, forma e tamanho do reforço (MARINUCCI, 2011).
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Compósitos são, em geral, utilizados quando uma desejada característica ou propriedade não
pode ser obtida pelos constituintes por si só. Assim, adicionando-se, por exemplo, um reforço duro,
mais resistente e descontínuo (carga cerâmica) à uma matriz dúctil contínua (polimérica) é possível
obter melhores valores de resistência mecânica e rigidez para o componente final (GIBSON, 1994).
Os reforços adicionados à matriz podem apresentar diferentes morfologias, dentre elas
particulados, fibras contínuas ou fibras descontínuas. O uso de cada tipo de reforço dependerá da
aplicação, ou seja, para aplicações de baixa ou média performances, particulados ou fibras
descontínuas são em geral usadas garantindo rigidez ao compósito, enquanto que para aplicações de
alta performance fibras contínuas são desejadas a fim de se obter maior rigidez e resistência mecânica
na direção das fibras (DANIEL & ISHAI, 2006).
A matriz é o principal constituinte governando as propriedades mecânicas do material. Ela é
responsável por proteger, unir e suportar o reforço, além de transferir as tensões internas entre uma
fibra e outra. Enquanto isso, a interface entre matriz e reforço, embora pequena dimensionalmente,
apresenta um importante papel no controle dos mecanismos de fratura, propagação de falhas,
resistência à fratura e no comportamento geral do material em relação ao conjunto tensão-deformação
(DANIEL & ISHAI, 2006).
Quanto menos uniforme for a distribuição do reforço, mais heterogêneo será o material, devido
à presença de concentradores de tensão que podem afetar as propriedades do compósito e, assim,
aumentam a probabilidade de falha e fratura nos pontos mais fracos do material. (DANIEL & ISHAI,
2006)
A produção de componentes de materiais compósitos pode ser dividida em dois tipos de
processos, os de molde aberto e os de molde fechado. O que diferencia cada processo é o acabamento
final da peça e a quantidade de moldes necessários para sua conformação. Nos processos de molde
aberto, apenas uma das faces da peça terá acabamento liso e uniforme, enquanto que nos de molde
fechado as duas faces apresentarão esse acabamento. Entretanto, serão necessários dois moldes,
chamados macho e fêmea, para a produção do componente pelo processo de molde fechado
(MARINUCCI, 2011).
O casting é o processo de molde aberto mais simples e pode ser aplicado para uma variedade
de polímeros, tanto termoplásticos quanto termorrígidos (MANO & MENDES, 1999). Este processo
consiste em despejar, ou vazar, uma solução viscosa, neste caso a mistura do polímero com a
nanocarga cerâmica, sobre o molde. Em seguida o molde é levado à uma estufa onde a água da solução
será evaporada, obtendo-se o produto final.
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2.2. Matrizes Poliméricas
A origem do termo polímero vem do grego poli e mero que, juntos, significam muitas unidades
de repetição. Dessa forma, temos uma macromolécula resultante da ligação covalente de milhares de
unidades de repetição, os meros. A formação desta macromolécula se dá pela polimerização de um
ou mais monômeros, uma molécula com uma única unidade de repetição, e é o monômero que ditará
a estrutura química do polímero (CANEVAROLO, 2006).
O comprimento da molécula, ou seja, a quantidade de unidades de repetição, é chamado de
massa molar. É a massa molar que determina grande parte das propriedades do material polimérico.
Em geral, polímeros apresentam uma grande gama de valores de massa molar e, por isso, é de se
esperar que um mesmo polímero, com massas molares diferentes, apresente variações com relação a
uma mesma propriedade. Isso é uma característica interessante para a produção comercial de diversas
grades de um mesmo polímero que podem ser utilizados em diferentes aplicações e técnicas de
processamento (CANEVAROLO, 2006).
É importante salientar que para que ocorra a formação de um polímero, o monômero apresente,
pelo menos, funcionalidade 2. Isto é, é necessário que o monômero precursor apresente pontos
reativos, como grupos funcionais e ligações duplas reativas, possibilitando a ligação deste monômero
com, pelo menos, outros dois (CANEVAROLO, 2006, MARINUCCI, 2011).
2.2.1. Poli (álcool vinílico) – PVA
O poli (álcool vinílico) (PVA) (Figura 2) é um polímero transparente, semicristalino e de
fórmula química (C2H4O)n, que apresenta uma estrutura química relativamente simples com um grupo
lateral hidroxila. Sua densidade varia de 1,19 a 1,31 g/cm³ e apresenta ponto de fusão de
aproximadamente 200°C.
Figura 2: Estrutura química do poli (álcool vinílico)
O monômero, álcool vinílico, não existe em forma estável, dessa forma, ele se rearranja para
seu tautômero, acetaldeído. Assim, o PVA é produzido pela polimerização de acetato vinílico para
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poli (acetato vinílico) (PVAc), seguido da hidrólise de PVAc para PVA. A reação de hidrólise não é
completa, resultando em polímeros com certos graus de hidrólise que dependem da extensão da
reação. Essencialmente, PVA é sempre um copolímero de PVA e PVAc que, comercialmente, é
obtido com grau de hidrólise superior a 98,5%. O grau de hidrólise, ou a quantidade de grupos acetato
no polímero, afeta as propriedades químicas, solubilidade e cristalinidade do PVA (HASSAN &
PEPPAS, 2000).
O grau de hidrólise e polimerização afeta a solubilidade do PVA em água. Assim sendo,
amostras de PVA com altos graus de hidrólise apresentam menor solubilidade em água. A presença
de grupos acetatos residuais enfraquecem as ligações de hidrogênio intra e intermoleculares dos
grupos hidroxila adjacentes. Para que essa dissolução ocorra é necessário um aumento de temperatura,
acima da temperatura de transição vítrea (Tg) de 70°C. A presença desses grupos acetatos residuais
também dificulta a cristalização do PVA (OLIVEIRA, 2014, HASSAN & PEPPAS, 2000).
Técnicas de radiação são limpas e efetivas na formação de ligações cruzadas entre os grupos
das cadeias poliméricas e, além disso, elas também são capazes de esterilizar os materiais. Dentre as
vantagens dessas técnicas, está a baixa formação de subprodutos e alta gelatinização dos materiais.
Quando o PVA é submetido à radiação gama, são formados radicais poliméricos, -(CH2-C˙HO)- e/ou
-(CH2-CHO˙)-, e estes radicais interagem entre eles para formar ligações inter e intramoleculares.
Estes pontos de reticulação são responsáveis pelo aumento da resistência mecânica do gel
(OLIVEIRA, 2014).
Os hidrogéis à base de PVA têm sido extensivamente utilizados em aplicações biomédicas e
farmacêuticas. Isso se deve à algumas vantagens que os tornam excelentes candidatos ao uso como
biomateriais. Tais vantagens incluem atoxicidade, não é cancerígeno, tem características bioadesivas
e facilidade de processamento. Além de sua estrutura simples, modificações podem ser feitas por
simples reações químicas. Ademais, géis de PVA exibem um alto grau de inchamento em água (ou
fluidos biológicos) e uma natureza borrachosa e elástica. Devido a essas propriedades, o PVA é capaz
de simular tecidos naturais e, assim, são aceitos no corpo de forma facilitada. Esses géis têm sido
usados em lentes de contato, no revestimento de corações artificiais e em aplicações de liberação de
fármacos (HASSAN & PEPPAS, 2000).
2.3. Hidrogéis Nanocompósitos
Hidrogéis são polímeros de baixa reticulação altamente hidrofílicos, ou seja, conseguem
absorver grandes quantidades de água devido a essa natureza (OMIDIAN & PARK, 2010).
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O primeiro uso desses biomateriais no corpo humano foi através de métodos tradicionais de
síntese, como polimerização por reticulação, reticulação de precursores poliméricos reativos e
reticulação via reação polímero-polímero. Entretanto, esses métodos eram limitantes do controle de
suas estruturas. Além disso, hidrogéis convencionais não apresentam boas propriedades mecânicas
além de respostas lentas a estímulos externos. Dessa forma, novas pesquisas no campo de estudo dos
hidrogéis foram necessárias (ZAVAN et al., 2008).
Hidrogéis são, em geral, biodegradáveis, podem ser fabricados em meios relativamente
brandos, apresentam propriedades mecânicas e estruturais similares ao tecido humano e podem ser
aplicados de maneiras minimamente invasivas. Assim, os hidrogéis têm sido aplicados de diversas
formas, mas em particular, na liberação de fármacos (GEEVER, 2008), em aplicações clínicas
(PARLATO, 2014), na engenharia de tecidos (HUANG, 2007) e na medicina regenerativa
(SIROUSAZAR & KOKABI, 2012). Em função dessas e outras aplicações, o uso de hidrogéis está
em crescente aumento dado suas habilidades em retenção de água e boa biocompatibilidade.
Em contrapartida, os hidrogéis ainda apresentam limitações. Estas se devem às reticulações que
se encontram espalhadas randomicamente na estrutura tridimensional do hidrogel e causam baixa
resistência, baixa estabilidade e baixa tenacidade especialmente no estado inchado (SIROUSAZAR
& KOKABI, 2012).
A distribuição irregular dessas reticulações geram cadeias poliméricas de diferentes
comprimentos entre os pontos de reticulação, de forma que quando uma tensão é aplicada, ela não é
distribuída uniformemente, causando fratura do material, pois há poucos mecanismos de dissipação
de energia para diminuir a propagação de defeitos (HUANG, 2007).
Na procura por melhores propriedades mecânicas, métodos de reticulação química e física são
geralmente usados. Entretanto, assim que a quantidade de reticulações aumenta, há uma redução na
capacidade de inchamento do hidrogel. Assim, são necessários melhores sistemas que satisfaçam
tanto a necessidade de boas propriedades mecânicas quanto de performance de inchamento (LIU,
2012).
A fim de se contornar os problemas dos hidrogéis tradicionais, foram criados os chamados
hidrogéis nanocompósitos, os quais apresentam propriedades ópticas, mecânicas e de inchamento
superiores (HARAGUCHI, 2007).
Essas melhoras são decorrentes da presença de nanopartículas que atuam como pontos de
reticulação física na estrutura do hidrogel, como pode ser visto na Figura 3. Quando uma cadeia
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pequena de reticulação química quebra, a tensão é dividida entre uma ou duas cadeias, aumentando
muito a tensão sobre elas, levando à fratura geral do material. Em contrapartida, com a presença de
uma nanopartícula, que age como um ponto de reticulação grande e rígido nos nanocompósitos,
quando ocorre a quebra de uma única cadeia, a tensão é transmitida entre várias cadeias, reduzindo a
possibilidade de falha do material como um todo (HUANG, 2007).
Figura 3: Modelo de estrutura de um hidrogel nanocompósito com a quebra de uma cadeia
polimérica. A) Representação esquemática de um cubo com aresta de 100nm de um hidrogel
nanocompósito com argila uniformemente dispersa entre as cadeias poliméricas. B) Modelo de
estrutura alongada do hidrogel nanocompósito. Adaptado de HARAGUCHI & TAKEHISA
(2002)
2.4. Nanopartículas de dióxido de titânio - TiO2
Dióxido de titânio, também conhecido como óxido de titânio apresenta peso molecular de 79,87
g/mol e representa o óxido de ocorrência natural representado pela fórmula química TiO2.
O dióxido de titânio é obtido a partir de uma variedade de minérios que contém ilmenita
(FeTiO3), rutilo, anatásio e leucoxeno (TiO2.xFeO.yH2O), os quais são minados de depósitos
localizados por todo o mundo. A produção comercial deste óxido começou no início do século 20
durante as investigações de maneiras de se converter ilmenita em ferro ou ligas ferro-titânio. A
primeira produção industrial de TiO2 data de 1918 na Noruega, nos Estados Unidos e na Alemanha
(KHATAEE & MANSOORI, 2012).
Cristais de TiO2 existem principalmente em três formas cristalinas: rutilo, anatásio e brookita
(Figura 4) e suas propriedades cristalográficas podem ser observadas na Tabela 1. Apenas as formas
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anatásio e rutilo apresentam boas propriedades de pigmentação. Entretanto, a forma rutilo é mais
termodinamicamente estável que o anatásio. A maior parte dos pigmentos à base de dióxido de titânio,
tanto na forma de rutilo quanto anatásio, são produzidos a partir de um concentrado mineral de titânio
por um processo de sulfatação ou cloretação (KHATAEE & MANSOORI, 2012).
Figura 4: Células unitárias de (a) rutilo, (b) anatásio e (c) brookita. Esferas cinza e vermelhas
representam oxigênio e titânio, respectivamente. Adaptado de KHATAEE & MANSOORI
(2012).
Tabela 1: Propriedades cristalográficas de rutilo, anatásio e brookita. Adaptado de
KHATAEE & MANSOORI (2012).
Estrutura
cristalina
Densidade
(kg/m3)
Sistema Parâmetros de rede (nm)
a b c
Rutilo 4240 Tetragonal 0,4584 - 0,2953
Anatásio 3830 Tetragonal 0,3758 - 0,9514
Brookita 4170 Ortorrômbico 0,9166 0,5436 0,5135
Desde o começo da produção comercial, o dióxido de titânio tem sido extensivamente utilizado
como pigmento, em protetores solares, pastas de dente, e muitos outros. FUJISHIMA E HONDA
(1972) descobriram o fenômeno de divisão fotocatalítica da água em um eletrodo de TiO2 sob luz
ultravioleta. Desde então, diversos esforços têm sido feitos no desenvolvimento deste óxido, o que
levou ao seu uso em diversas áreas desde categorias energéticas até ambientais. Muitas dessas áreas
dependem não somente das propriedades do TiO2 como material, mas também das modificações e
interações do material com o meio ambiente (LINSEBIGLER et al., 1995).
9
Dentre os óxidos de metais de transição, o dióxido de titânio é um dos compostos mais
investigados na ciência dos materiais. O TiO2 é conhecido por ser um material atóxico,
ambientalmente favorável e resistente à corrosão: por isso é frequentemente utilizado em tintas,
pigmentos brancos e protetores solares. Entretanto, suas principais características funcionais são
biocompatibilidade excepcional (uso na medicina) e quase únicas propriedades iônicas e eletrônicas
(ROY et al., 2011).
O dióxido de titânio é quimicamente estável e não apresenta absorção na região do visível, por
isso sua coloração branca. Na presença de luz ultravioleta, algumas reações químicas são induzidas
na superfície do óxido (HASHIMOTO et al., 2005). Essas reações permitem a utilização do TiO2
como fotocatalisador. A fotocatálise nada mais é que a absorção de fótons com energia igual ou maior
que o gap de energia do semicondutor de forma a promover elétrons da banda de valência para a
banda de condução, produzindo um par elétron-buraco (FUJISHIMA et al., 2000). Com isso é
possível, por exemplo, degradar polímeros orgânicos quando em contato com o óxido sob a ação de
raios UV, como relatado por BRAUN (1997)
O TiO2, em todas as suas estruturas cristalinas, apresenta um gap de energia de,
aproximadamente, 3,2 eV que permite seu uso na conversão de energia solar, controle de
contaminantes na água ou no ar, recobrimentos biomédicos, sensores, superfícies de autolimpeza,
superfícies inteligentes, dentre outros (ROY et al., 2011). Ainda como vantagem relativa, o dióxido
de titânio apresenta, em geral, baixo preço (HASHIMOTO et al., 2005).
A nanotecnologia é uma tecnologia que cresce a cada dia e tem influenciado muitos campos de
pesquisa e desenvolvimento tais quais a biologia, química, ciência dos materiais, medicina e física.
Com o advento da nanotecnologia, as nanoestruturas de TiO2 se mostraram interessantes para uma
gama de aplicações. As dimensões usuais de nano-TiO2 são de menos que 100 nm, o que torna esses
materiais atrativos para diversas aplicações em diferentes campos. Nanoestruturas de TiO2 são
conhecidas por terem propriedades interessantes, assim como abundância e potencial baixo custo
comparado a outros nanomateriais. Nanoestruturas de TiO2 incluem nanocristalitos esferoidais e
nanopartículas como nanotubos, nanoplacas, nanotubos e nanofibras (FUJISHIMA et al., 2000,
FUJISHIMA & ZHANG, 2006).
10
2.4.1. Nanotubos de trititanato – TTNT
Foi a descoberta dos nanotubos de carbono por IIJIMA (1991) que impulsionou a pesquisa pela
síntese e caracterização de nanotubos inorgânicos com o estudo e a produção de diversos materiais
nanotubulares nas últimas décadas (RAO & NATH, 2003).
Novas propriedades físico-químicas emergem quando o material se torna cada vez menor,
chegando até a escala nanométrica. Essas propriedades também variam com a mudança da forma
desses materiais (ALIVISATOS, 1996).
Dentre as propriedades únicas dos nanomateriais, o movimento de elétrons e buracos em
semicondutores na escala nano é governado basicamente pelo confinamento quântico, e as
propriedades de transporte de fônons e fótons são extremamente afetadas pelo tamanho e geometria
dos materiais. A área superficial e razão área/volume aumenta dramaticamente conforme o tamanho
do material diminui. A grande área superficial das partículas nanométricas é benéfica a muitas
estruturas baseadas em TiO2, já que facilita a reação/interação entre a estrutura e o meio, o que ocorre
principalmente na superfície ou na interface e depende fortemente da área superficial do material
(ALIVISATOS, 1996).
Dentre tais materiais, nanotubos de óxido de titânio têm atraído grande atenção devido à sua
microestrutura singular e às potenciais aplicações em dispositivos semicondutores, células
fotovoltaicas, em fotocatálise, dentre muitas outras. Diversos métodos eletroquímicos foram
empregados para sintetizar esses nanotubos, métodos estes que, em geral, envolvem procedimentos
caros e complexos e o tamanho mínimo dos nanotubos é comumente limitado pelas dimensões do
molde empregado (HOYER, 1996).
Alternativamente, nanotubos derivados de TiO2 obtidos por rota alcalina hidrotérmica, sem a
necessidade de uso de um molde, tem atraído muita atenção desde o trabalho de KASUGA et al.
(1998), devido à sua simplicidade e ao fato de nanotubos de até 10nm poderem ser obtidos. A
fabricação desses nanotubos ocorre por tratamento hidrotérmico de TiO2 cristalino (como anatásio,
rutilo, ou uma mistura dos dois) com uma solução altamente concentrada de NaOH (MORGADO et
al., 2006).
KASUGA et al. (1998) acreditavam que apenas após a lavagem ácida do precipitado ocorreria
a troca de sódio e a formação dos TTNTs. Entretanto, outros autores como DU et al. (2001) e SEO et
al. (2001) demonstraram que a formação dos TTNTs ocorre, de fato, durante a reação hidrotérmica
(MORGADO et al., 2006).
11
A formação, tanto das titânias quanto dos titanatos lamelares, como os nanotubos, é feita pela
conexão de vértices e arestas dos octaedros de TiO6 de maneiras diversas no espaço. Os nanotubos
de trititanato de sódio (Na-TTNT) produzidos pela rota hidrotérmica alcalina apresentam camadas
alternadas desses octaedros e íons de sódio ocupando os espaços interlamelares os quais mantém a
neutralidade de cargas (Figura 5) e apresentam fórmula química Na2Ti3O7. Os Na-TTNT apresentam
estrutura cristalina monoclínica e parâmetros de rede a = 8,571 Å, b = 3,804 Å, c = 9,135 Å e β =
101,6° (MORGADO, 2007).
A lavagem ácida desses nanotubos com HCl permite a troca iônica dos cátions de sódio por
prótons de hidrogênio sem que haja perda da estrutura lamelar. A fórmula geral desses nanotubos é
Na2-xHxTi3O7.nH2O (onde 0 < x < 2 e n < 1,2, dependendo do grau de troca iônica após a lavagem)
e, sendo a troca completa (x = 2), são formados os nanotubos de trititanato de hidrogênio (H-TTNT),
os quais apresentam fórmula química H2Ti3O7 e estrutura cristalina monoclínica com parâmetros de
rede a = 16,03 Å, b = 3,75 Å, c = 9,19 Å e β = 101,5° (MORGADO, 2007, MORGADO et al., 2006).
Ademais, os TTNTs são formados pelo enrolamento de múltiplas nanofolhas de plano (100)
em volta da direção [010] ou [001]. No caso do enrolamento em volta da direção [010], o eixo do
nanotubo encontra-se paralelo ao eixo b da estrutura H2Ti3O7 monoclínica. Também existem
proposições de que o enrolamento das nanofolhas de plano (100) ocorre em volta da direção [001].
Em ambos os casos, as paredes dos nanotubos consistem de diversas camadas de planos (100) de
titanato monoclínico, tipicamente separadas por uma distância de 0,72 nm, ligados pelas arestas dos
octaedros de TiO6 (BAVYKIN et al., 2006).
Figura 5: Estrutura lamelar de N2Ti3O7 vista na direção cristalográfica "b". A célula unitária
encontra-se contornada de vermelho. Adaptado de MORGADO (2007).
12
A Figura 6 mostra o espectro de DRX e a imagem de microscopia eletrônica de transmissão
(MET) dos nanotubos obtidos por rota alcalina hidrotérmica seguida de troca iônica do sódio pelo
hidrogênio.
É possível observar a morfologia dos nanotubos pela imagem de MET. Na análise de DRX, o
primeiro pico presente corresponde ao plano (100) dos trititanatos de sódio, os quais formam as
paredes dos nanotubos, sendo isso característico de uma estrutura cristalina em camadas.
Figura 6: a) Espectro de DRX e (b) Imagem de MET da amostra A1 preparada por rota alcalina
hidrotérmica seguida de troca de sódio. Adaptado de DE ABREU (2012).
2.4.2. Nanotubos de trititanatos tratados termicamente – TTNT550
A rota alcalina hidrotérmica é capaz de produzir diversos tipos de nanoestruturas 1-D de
titanatos. Entretanto, essas nanoestruturas apresentam pouca ou nenhuma atividade fotocatalítica para
a degradação de compostos orgânicos em solução aquosa. DE ABREU et al. (2012) estudaram uma
forma de sintetizar novas nanoestruturas a partir dos TTNTs a fim de se estudar o abatimento de NO,
fruto da queima de combustíveis fósseis e carvão, e dos gases poluentes produzidos nas indústrias.
Para isso, foi feita calcinação dos TTNTs em diferentes temperaturas (250, 350, 450 e 550°C)
por 2 horas em atmosfera estática. A Tabela 2 apresenta os resultados de área superficial, fase
cristalina e atividade fotocatalítica para os TTNTs e para as nanoestruturas obtidas para cada
temperatura de calcinação.
Com o aumento da temperatura, os nanotubos, que apresentam fórmula química H2Ti3O7,
sofrem transformações em sua morfologia e estrutura cristalina associadas à perda de água. Até
13
100°C, ocorre a perda de moléculas de água adsorvidas na superfície dos nanotubos e até,
aproximadamente, 500°C ocorre a transformação final para TiO2 devido à perda de água de sua
composição.
O espectro de DRX na Figura 7 mostra a mudança da estrutura cristalina conforme o tratamento
térmico utilizado para cada tipo de amostra. As imagens de MET (Figura 8) confirmam a formação
de uma nova nanoestrutura, os nanobastões (TTNT550), com estrutura cristalina de anatásio. Isso
ocorre quando os TTNTs (estrutura monoclínica) são submetidos a um tratamento térmico de 550°C
por 2 horas.
Figura 7: Padrão de DRX das amostras preparadas por tratamento térmico. Adaptado de DE
ABREU et al. (2012)
Figura 8: Imagens de MET e HRTEM das amostras tratadas termicamente a 550°C. Adaptado
de DE ABREU et al. (2012).
14
Tabela 2: Rótulo das amostras, suas condições de síntese, atividade catalítica e propriedades
físicas. Adaptado de DE ABREU et al., (2012).
Amostra Condição de
síntese
Atividade
fotocatalítica
Gap de
energia (eV)
Área
superficial (m2
g-1)
Fase
cristalina
A1 Síntese
hidrotérmica
0,26 3,26 300 TTNT
(H2Ti3O7)
A2 Calcinação
250°C
0,30 3,22 299 TTNT
(H2Ti6O12)
A3 Calcinação
350°C
0,44 3,16 272 TTNT
(H2Ti12O25)
A4 Calcinação
450°C
0,81 3,14 182 Anatásio +
TiO2(B)
A5 Calcinação
550°C
1,18 3,20 110 Anatásio
2.5. Ibuprofeno
O ibuprofeno [2-(4-isobutil fenil) ácido propiônico] apresenta a fórmula química C13H18O2, tem
peso molecular 206,27 g/mol e apresenta ponto de fusão a 72-77,5°C (GRACIN & RASMUSON,
2002; O’NEAL et al., 2006).
O ibuprofeno é, provavelmente, uma das drogas mais utilizadas atualmente no alívio de dores.
Junto com a aspirina e o paracetamol, ele é utilizado como um analgésico isento de prescrição (em
inglês, OTC – over the conter) e tem ação anti-inflamatória não esteroidal (em inglês, NSAIDs – non-
steroidal anti-inflammatory drugs), e, além da atividade analgésica, possui atividade antipirética
(antitérmica) (RAINSFORD, 2009).
A descoberta do ibuprofeno foi feita em 1961 pelo Professor Stewart Adams da Boots Company
em Nottingham, no Reino Unido e, durante a primeira década de estudos, pouco se sabia sobre os
processos inflamatórios que causavam as dores e doenças artríticas. Os alvos mais populares das
primeiras NSAIDs eram as reações metabólicas oxidativas envolvendo o metabolismo de glicose para
ATP (sigla em inglês para adenosina trifosfato) e outros intermediários acompanhados da síntese de
colágeno, glicosaminoglicanos e proteoglicanos em tecidos conectivos. Essa perspectiva ainda é
15
válida nos dias atuais, mas agora são reconhecidas outras mudanças bioquímicas que envolvem os
efeitos dessas drogas na produção de leucócitos e linfócitos (WHITEHOUSE, 1965).
Foram as descobertas de VANE (1971) e FLOWER et al. (1972) que apresentaram a ação de
drogas como aspirina, paracetamol e outras NSAIDs, na inibição da produção das prostaglandinas,
levando a um melhor entendimento da ação das NSAIDs na redução da produção dessas moléculas
inflamatórias, causadoras de dores e febre.
Inicialmente, o ibuprofeno era prescrito em doses que variavam de 400 a 1.200 mg por dia, mas
durante a década de 1970, a prescrição recomendada de ibuprofeno passou a ser de até 2.400 mg por
dia, chegando a ser ainda maior nos Estados Unidos. O ibuprofeno chegou a ser prescrito no lugar da
aspirina, comum no tratamento de condições artríticas. As análises clínicas mostraram uma reputação
de boa eficácia mesmo em doses baixas (<1200 mg por dia) e maior segurança no trato
gastrointestinal, sem os riscos de toxicidade hepática (KEAN et al., 1999, RAINSFORD, 2012).
O ibuprofeno apresenta múltiplos modos de ação pela inibição da produção de prostaglandinas
inflamatórias (PGs). Como muitas NSAIDs convencionais, o ibuprofeno inibe tanto a enzima
cicloxigenase-1 (COX-1), que é responsável pela produção de prostanóides (PGs e tromboxanos) que
controlam uma gama de funções fisiológicas (funções vasculares, gástricas e renais e fluxo
sanguíneo), quanto a enzima cicloxigenase-2 (COX-2), que uma vez aumentada sua síntese, leva a
um aumento da produção de certas PGs, inflamações e dores (CRYER & FELDMAN, 1998).
O funcionamento do ibuprofeno se dá por meio de dois isômeros ópticos – R-(-)-IBU e S-(+)-
IBU (Figura 9) – onde o enantiômero inativo R(-), presente como metade da massa ingerida, se
metaboliza (40-60%) no isômero ativo S(+) que é de fato o inibidor de síntese das PGs; além disso,
cada isômero apresenta efeitos farmacológicos importantes na ação terapêutica da droga
(RAINSFORD, 2012).
A presença do enantiômero R(-) na droga ingerida é a responsável pela baixa irritação gástrica
do ibuprofeno. Isso se dá pelo mascaramento da interação do isômero S(+) com a parte ativa da COX-
1 no estômago e com as plaquetas presentes na circulação gástrica. Assim, reduz-se a possibilidade
de produção de PGs gástricas (RAINSFORD, 2012).
16
Figura 9: Estruturas químicas dos isômeros S(+) e R(-) de ibuprofeno. A molécula de
ibuprofeno tem um centro quiral no carbono 2 do grupo ácido propiônico. Isso leva à formação
de dois isômeros óticos ou enantiômeros. A forma ativa (+) tem a configuração S. A forma
inativa (-) tem a configuração R. Adaptado de RAINSFORD (2012).
O ibuprofeno apresenta boa solubilidade em diversos compostos orgânicos, mas mesmo com a
presença do grupo ácido carboxílico a molécula é praticamente apolar e, por isso, apresenta
baixíssima solubilidade em água, sendo quase insolúvel. Com o aumento da temperatura é possível
melhorar a solubilidade do ibuprofeno nesses compostos (GRACIN & RASMUSON, 2002).
A Figura 10 abaixo mostra como a solubilidade do ibuprofeno varia com o aumento da
temperatura para diversos tipos de compostos orgânicos.
Figura 10: Solubilidade, S, do ibuprofeno em diversos compostos orgânicos, na ordem: metanol,
etanol, 2-propanol, acetona, metil isobutil cetona, clorofórmio, acetato de etila, tolueno.
Adaptado de GRACIN & RASMUSON (2002).
A Figura 11 mostra como a solubilidade do ibuprofeno em etanol é melhorada com a presença
de pequenas quantidades de água.
17
Figura 11: Solubilidade do ibuprofeno em misturas de água e etanol a 10, 25 e 40°C. Adaptado
de RASHID et al. (2011)
É possível observar que os dois melhores solventes do ibuprofeno são metanol e etanol.
Entretanto, é possível também observar pela Figura 11 que a solubilidade do ibuprofeno em álcool
pode ser melhorada com a presença de baixas concentrações de água na composição da solução,
conforme o aumento da temperatura. Por isso, para a execução deste trabalho foi escolhido o uso de
álcool etílico hidratado 92,8° INPM para a preparação das soluções de ibuprofeno.
2.6. Sistemas de liberação local de fármacos
A administração de medicamentos geralmente envolve um veículo ou portador no qual o
princípio ativo é dispersado. Embora no passado tais veículos eram escolhidos com o objetivo de
facilitar a dosagem e algumas vezes determinado pela maneira com a qual o medicamento foi
preparado, por exemplo um extrato, percebeu-se que o veículo poderia apresentar um papel
importante na atividade da droga como um todo (VAN DER VIES, 1975).
Hoje em dia, veículos para drogas são geralmente referidos como “sistemas de carreamento de
drogas”, indicando e enfatizando que o veículo está envolvido na maneira com que a droga é
absorvida pelo corpo (VAN DER VIES, 1975).
Sistemas de liberação local de fármacos representam uma abordagem promissora no campo
biomédico a fim de se evitar efeitos colaterais por reduzir a toxicidade, controlar a dose local da droga
sem que haja diluição por outras partes do corpo, prevenir a decomposição acelerada da droga, e
18
aumentar a eficácia. Desta forma, tecnologias de liberação localizada de fármacos têm atraído atenção
significativa e extensivos esforços têm sido dedicados à produção de uma variedade de sistemas
novos e mais eficientes (WANG et al., 2015).
WANG et al. (2015) estudaram dois sistemas de liberação de ibuprofeno: um a partir de
nanotubos de titânio crescidos por anodização eletroquímica, a partir de uma placa de titânio, e outro
a partir da modificação da superfície destes nanotubos com P25. A modificação da superfície dos
nanotubos se mostrou desejável devido à baixa rugosidade das paredes dos nanotubos que faz com
que o fármaco seja liberado muito rapidamente. A Figura 12 mostra os padrões de liberação do
ibuprofeno para os dois sistemas durante 15 dias em 10ml de uma solução tampão de fosfato (PBS,
pH 7.4). É possível notar que a liberação ocorre em duas fases: a primeira, de liberação rápida nas
primeiras 5 horas, se refere ao ibuprofeno que estava adsorvido na superfície dos nanotubos e libera
90,7% do ibuprofeno a partir dos nanotubos, e 80,3% quando os nanotubos são decorados com P25.
Segundo os autores, a segunda fase, de liberação lenta entre 5 horas e 15 dias, se refere ao ibuprofeno
que foi absorvido pelas paredes dos nanotubos e dentro dos mesmos. A quantidade total de ibuprofeno
liberado pelos nanotubos decorados com P25 foi 28,4% maior que dos nanotubos puros, confirmando
que a modificação da superfície dos nanotubos com P25 melhorou a capacidade de adsorção e de
liberação controlada do fármaco.
As análises de DRX do ibuprofeno e das amostras impregnadas com ibuprofeno (Figura 13)
revelaram que houve a formação de grandes cristais de ibuprofeno na superfície de ambas amostras.
Figura 12: Padrão de liberação de ibuprofeno a partir de: (a) nanotubos impregnados com
ibuprofeno; (b) nanotubos decorados com P25 impregnados com ibuprofeno. Adaptado de
WANG et al. (2015).
19
Figura 13: Espectro de DRX das amostras (a) nanotubos decorados com P25 após impregnação;
(b) nanotubos após a impregnação; (c) ibuprofeno puro. Adaptado de WANG et al. (2015).
No trabalho de MANDAL et al. (2014), foi feita a impregnação de nanotubos produzidos por
rota alcalina hidrotérmica, tal qual os nanotubos utilizados na execução deste trabalho. A fim de se
estudar a liberação de ibuprofeno a partir desse tipo de nanotubos, a impregnação foi feita utilizando
hexano como solvente e um processo demasiadamente complexo de agitação magnética em pernoite,
evacuação com nitrogênio líquido, descongelamento sob vácuo à temperatura ambiente e secagem a
55°C durante 24 horas para total remoção do hexano. As amostras eram então imersas em SBF (pH
7.3) e a liberação foi medida até 25 horas de imersão. Os fluidos foram analisados por espectrometria
UV-vis para se obter a curva de liberação. A curva obtida apresentou padrão sigmoidal (Figura 14),
com uma primeira liberação lenta até 5 horas (dependente da força de interação do fármaco com a
matriz), seguida de uma liberação mais rápida até 15 horas (envolve a saída do fármaco dos poros
dos nanotubos), onde se tem a liberação de 100% da droga impregnada. Após esse tempo, a curva
permanece em valor constante indicando cessação da liberação.
20
Figura 14: Cinética de liberação de ibuprofeno em SBF. A impregnação de ibuprofeno nos
nanotubos foi de 35%. Adaptado de Mandal et al. (2014).
3. Materiais e Métodos
3.1. Materiais
O polímero utilizado foi o poli (álcool vinílico) (PVA, 99% hidrolisado) na forma de grânulos,
fornecido pela empresa Sigma-Aldrich Brasil Ltda. O ibuprofeno foi obtido em farmácia de
manipulação em cápsulas de 600mg cada e o fungicida Ciclopirox olamina com concentração de
10mg/ml do fabricante Medley foi obtido em farmácia. O óxido de titânio comercial (P25) foi
fornecido pela fabricante Degussa. Os nanotubos de trititanato foram obtidos por rota alcalina
hidrotérmica e os nanobastões foram obtidos por tratamento térmico a 550°C dos nanotubos de
trititanato.
3.2. Métodos
3.2.1. Produção das nanopartículas baseadas em TiO2
A síntese dos nanotubos de trititanato (TTNT) ocorreu via rota alcalina hidrotérmica. Foram
dispersados 8,4g de TiO2 anatásio (KA-100) em 350mL de NaOH 10M e a solução foi colocada em
um reator autoclave Berghof modelo BR500. O reator foi então aquecido até 120°C, onde a solução
se manteve sob agitação de 320 rpm por um período de 24 horas até que a conversão fosse completa.
O precipitado foi lavado com água até atingir pH 9 e, em seguida, lavado com solução de HCl 1M
21
até atingir pH 1,5. Esse processo visou a produção de TTNT com baixa concentração de sódio. O pó
foi colocado em um forno a 120°C para secar durante a noite.
A síntese dos nanobastões de TiO2 (TTNT550) teve como precursor o pó de TTNT. O pó de
TTNT foi pesado e distribuído sobre cadinhos de cerâmica. Esses cadinhos foram colocados em um
forno previamente aquecido a 550°C e permaneceram nessa condição por 2 horas até que foram
retirados e deixados para resfriar à temperatura ambiente.
3.2.2. Solubilização do ibuprofeno
A solução de ibuprofeno foi feita a partir da solubilização de ibuprofeno comercial em álcool
etílico hidratado 92,8° INPM. Essa solubilização foi feita sob agitação magnética em uma placa
agitadora CORNING PC-420D, à temperatura ambiente, em balão volumétrico, durante 30 minutos.
Foi feita uma solução de 20mg/ml que foi posteriormente diluída nas proporções 1/10, 1/13, 1/17,
1/20, 1/30, 1/40 e 1/60 a fim de se obter os picos de absorbância no espectrômetro Lambda 25 UV/VIS
Spectrometer da PerkinElmer. O pico correspondente ao ibuprofeno foi encontrado em 264 nm
(Figura 15) e com a análise das diluições foi possível obter a curva padrão de concentração do
ibuprofeno (Figura 16).
Figura 15: Espectro de absorvância da solução de ibuprofeno diluída na proporção 1/10.
200 220 240 260 280 300
0
2
4
Absorv
ância
(u.a
.)
Comprimento de onda (nm)
IBU 10
264 nm
22
Figura 16: Curva padrão de concentrações do ibuprofeno.
3.2.3. Impregnação das nanopartículas de TiO2 com ibuprofeno
As nanopartículas de TiO2 foram impregnadas com ibuprofeno a partir da solução de álcool
etílico hidratado e ibuprofeno com concentração de 20mg/ml descrita acima. Para isso, foi utilizada
uma proporção pó/fármaco de 3:1, onde, em recipientes de plástico, foram pesados 60mg das
nanopartículas de TiO2 e adicionado 1ml da solução 20mg/ml de ibuprofeno. Álcool etílico hidratado
foi usado como solvente, assim 5 ml foram adicionados e a solução foi misturada manualmente com
um bastão de vidro. Os recipientes foram levados a uma estufa regulada em 50ºC até a secagem total
das amostras.
3.2.4. Produção dos filmes de PVA/P25/ibuprofeno
Para a produção dos filmes nanocompósitos foram pesados 10g de PVA, 200mg de P25 e
200mg de ibuprofeno.
Diferentemente dos casos anteriores, para a produção dos filmes nanocompósitos não foi
possível produzir o filme com as nanopartículas impregnadas. Devido à hidrofobicidade do
ibuprofeno, formou-se uma emulsão e não foi possível dispersar o P25 impregnado em água, tornando
impossível a produção do filme.
O PVA foi colocado em um balão volumétrico de fundo chato com 90ml de água destilada.
Esse sistema foi posicionado dentro de um recipiente com óleo e este foi colocado sobre uma placa
agitadora C-MAG HS 7 da fabricante IKA com controle de temperatura. A temperatura da placa foi
ajustada para que a temperatura do óleo estabilizasse a 90°C. Um condensador foi acoplado ao balão
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
1
2
3
Curva Padrão
Linear ("Curva Padrão")
Ab
so
rvâ
ncia
(u
.a.)
Concentração (mg/ml)
y = 1,08868x + 0,36416
23
volumétrico para evitar a perda de água da solução. Esse sistema permaneceu sob agitação por 4 horas
a fim de homogeneizar a solução e, ao fim desse tempo, o balão foi colocado em um outro banho com
óleo à temperatura de 50°C.
Durante a última hora de solubilização do PVA, o P25 foi colocado em um béquer com 10ml
de água destilada. A dispersão do pó na água foi feita em um aparelho de ultrassom durante 30
minutos. Em seguida, o ibuprofeno foi adicionado à solução e o sistema permaneceu mais 30 minutos
no ultrassom. Ao final desse período esses 10ml de solução foram despejados no balão volumétrico
com a solução de PVA, permanecendo sob agitação por mais uma hora.
O aquecimento foi desligado, mas a agitação se manteve até a solução alcançar temperatura
ambiente. Então foram adicionadas 30 gotas do fungicida Ciclopirox olamina à solução sob agitação
por mais 5 minutos. Por fim, a solução foi despejada em duas placas de Petri contendo 50ml de
solução em cada.
As placas de Petri foram levadas para secar em estufa a 37°C, o que levou em torno de três dias
para total eliminação da água. Para a formação de reticulações no hidrogel, os filmes foram
submetidos à radiação gama de 15kGy.
3.2.5. Liberação de ibuprofeno em soro fisiológico
Soro fisiológico foi utilizado como fluido para a liberação do fármaco. Para isso, em cada
recipiente de plástico que havia sido previamente levado à estufa com as nanopartículas impregnadas
foram adicionados 10ml de soro fisiológico. Os testes foram realizados em triplicata para os tempos
de 5, 10 e 30 minutos e 1, 2, 3, 5, 7, 9 e 24 horas para que a liberação de ibuprofeno a partir de P25
em soro fisiológico pudesse ser avaliada. Após o tempo de imersão, o soro foi retirado por uma
seringa de vidro e o fluido foi filtrado em um filtro com membrana de abertura 0,22µm para evitar
que aglomerados das nanopartículas atrapalhassem na análise de espectroscopia UV-VIS. As
amostras filtradas foram então despejadas em tubos de falcon de 15 ml e guardadas dentro da
geladeira até que pudessem ser analisadas pelo espectrômetro. O mesmo procedimento foi repetido
para medir a liberação de ibuprofeno a partir de TTNT e TTNT550 em soro fisiológico para os tempos
de 5, 10 e 30 minutos e 2, 6 e 24 horas, também em triplicata.
Também foi feita a liberação do ibuprofeno a partir dos nanocompósitos de
PVA/TiO2/ibuprofeno. Esse teste foi feito em duplicata, cortando os filmes em quadrados de 4 cm²
que foram então imersos em 4 ml de soro fisiológico. A liberação foi analisada para os tempos de 5,
10 e 30 minutos e 2, 6 e 24 horas.
24
3.2.6. Caracterização das nanopartículas e dos nanocompósitos
3.2.6.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)
Para a obtenção dos espectros de FTIR, que visam observar a ocorrência de interações químicas
entre os materiais, foi utilizado um espectrômetro da PerkinElmer modelo Spectrum 100 com cristal
de ZnSe e acessório de reflectância total atenuada (ATR), com varredura de 4000 a 550 cm-1.
3.2.6.2. Análise Termogravimétrica (TGA)
A análise de TGA foi feita para avaliar a estabilidade térmica dos materiais produzidos, em um
aparelho Shimadzu modelo TGA-50, com taxa de aquecimento de 10°C/min e varredura de
temperatura entre 25 e 800°C.
3.2.6.3. Difração de Raios-X (DRX)
Para avaliar a cristalinidade das nanopartículas após a impregnação com o fármaco, foi feita
uma análise de DRX utilizando-se um difratômetro Shimadzu modelo XRD-6000, com alvo de cobre,
operando com uma voltagem de 30 kV e corrente de 30 mA. A faixa de varredura foi de 5 a 70°,
sendo a varredura contínua com passo de 0,02° e velocidade de 2°/min.
3.2.6.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
A análise de MEV foi feita em um microscópio JEOL JSM modelo 6460 LV em baixo vácuo
(40Pa) e voltagem de aceleração de 20kV. As amostras do filme foram analisadas com magnificações
de 150 a 1500x.
Para a análise da face superior dos filmes, estes foram cortados na forma de pequenos quadrados
e colados com fita de carbono dupla-face no porta-amostra. Já para a análise das seções transversais,
os filmes foram imersos em nitrogênio líquido e fraturados, também foram presos no porta-amostras
com fita de carbono dupla-face.
Além disso, as amostras foram analisadas sem recobrimento por elétrons retroespalhados e
elétrons secundários.
3.2.6.5. Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET)
A análise de MET foi realizada em um microscópio eletrônico de transmissão S/TEM Titan G2
80-200 com voltagem de aceleração de elétrons entre 100 e 1000keV. Dessa forma, foi possível
25
analisar a estrutura das nanopartículas produzidas e confirmar a formação de suas morfologias
específicas.
A preparação das amostras para análise de MET se deu por dispersão em ultrassom durante 15
minutos em meio alcóolico. Com o auxílio de uma pipeta, pingou-se duas gotas da solução no porta-
amostras que consiste em uma grade de cobre revestida de carbono.
3.2.6.6. Análise de Área Superficial BET (Brunauer-Emmett-Teller)
A análise de BET foi realizada em um equipamento da marca Micrometrics, modelo ASAP
2020. Para a análise, foi utilizada uma atmosfera de nitrogênio, o qual percorreu a superfície da
amostra. Desta forma, a área superficial da amostra foi medida por meio de adsorção.
4. Resultados e Discussão
4.1. Caracterização das Nanopartículas Puras
As nanopartículas puras, óxido de titânio comercial – P25, nanotubos de trititanato – TTNT e
nanobastões – TTNT550, foram caracterizadas por MET, DRX, TGA, FTIR e BET. A Figura 17
mostra os resultados de MET das nanopartículas puras. Com isso é possível observar que houve de
fato a formação de nanotubos pela rota hidrotérmica alcalina e de nanobastões pelo tratamento
térmico.
Figura 17: Imagens de MET das nanopartículas: a) P25, b) TTNT, c) TTNT550.
A área superficial das nanopartículas foi avaliada por BET. Os resultados encontram-se na
Tabela 3.
26
Tabela 3: Valores de área superficial de cada nanopartícula.
Área Superficial (m2.g-1)
P25 72,57
TTNT 231,14
TTNT550 89,75
4.2. Caracterização das Nanopartículas Impregnadas
4.2.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)
A fim de avaliar se houve interação química entre as nanopartículas e o fármaco, foi feita a
análise de FTIR das nanopartículas puras e impregnadas com ibuprofeno. O resultado da análise pode
ser visto na Figura 18. Todas as bandas de transmitância visualizadas nos espectros de FTIR foram
analisadas de acordo com SILVERSTEIN et al. (2006)
Figura 18: Espectros de FTIR do a) ibuprofeno comercial puro, b) P25 puro e impregnado, c)
TTNT puro e impregnado e d) TTNT550 puro e impregnado.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100020
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100020
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100020
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500 3000 2500 2000 1500 100020
30
40
50
60
70
80
90
100
Tra
nsm
itta
nce
Wavelength (cm-1)
IBU
Tra
nsm
itta
nce
Wavelength (cm-1)
P25
P25/IBU
a) b)
c) d)
Tra
nsm
itta
nce
Wavelength (cm-1)
TTNT
TTNT/IBU
Tra
nsm
itta
nce
Wavelength (cm-1)
TTNT550
TTNT550/IBU
27
No espectro do ibuprofeno (Figura 18.a), é possível observar a presença das bandas de
estiramento axial da ligação C-H: em 2954 cm-1 o estiramento assimétrico do grupo CH3, em 2923
cm-1 o estiramento assimétrico do grupo CH2, em 2869 cm-1 o estiramento simétrico do grupo CH3,
em 2851 cm-1 o estiramento simétrico do grupo CH2. Os estiramentos relativos às ligações presentes
no anel aromático são: em 3020 cm-1 o estiramento axial da ligação C-H, de 1507 a 1442 cm-1 os
picos relativos ao estiramento axial da ligação C=C, em 668 cm-1 o estiramento angular fora do plano
da ligação C=C. Em 1707 cm-1 é possível observar o estiramento axial da ligação C=O. Em 1419 cm-
1 é possível observar o estiramento angular no plano do grupo C-O-H, em 1231 cm-1, o estiramento
axial da ligação C-O, e de 1092 a 970 cm-1, os picos referentes ao estiramento angular da ligação C-
H e de 779 a 747 cm-1, os picos referentes ao estiramento angular fora do plano da ligação C-H. O
FTIR da amostra de ibuprofeno não apresentou a banda referente à ligação O-H, apesar desse grupo
estar presente na fórmula química do fármaco.
Já nos espectros das nanopartículas impregnadas (Figura 18.b, 18.c e 18.d), é notável a ausência
de certas ligações. A primeira grande banda visível é a do espectro do TTNT/IBU em torno de 3210
cm-1, correspondente à vibração da ligação O-H devido à grande presença de água na estrutura dos
nanotubos. Em seguida, há a ocorrência de três pequenas bandas, em 2954 cm-1, 2922 cm-1 e 2869
cm-1, presentes nos três casos, referentes a estiramentos da ligação C-H no grupo CH3 provenientes
do ibuprofeno. Em 1712 cm-1, é possível notar uma pequena banda de vibração referente ao
estiramento axial da ligação C=O, também proveniente do ibuprofeno. De 1507 a 1442 cm-1 estão os
picos referentes ao estiramento da ligação C=C do anel aromático do ibuprofeno. Em 1418 cm-1, o
estiramento do grupo C-O-H e em 1230 cm-1, o estiramento de C-O.
É possível que a redução da intensidade das bandas principais do ibuprofeno nos espectros de
FTIR das nanopartículas impregnadas seja devido a modificações do fármaco. Essa redução é mais
evidente no caso TTNT/IBU. Como os nanotubos apresentam maior área superficial, o meio pode ter
sido propício a um tipo de interação diferente como, por exemplo, por meio da formação de
complexos químicos.
4.2.2. Cinética de Liberação de ibuprofeno em soro fisiológico a partir das
nanopartículas impregnadas
A Figura 19 mostra o padrão de liberação de ibuprofeno para cada nanopartícula. Como foram
adicionados 20 mg de ibuprofeno em cada amostra e a liberação se deu em 10 ml de soro, a
concentração máxima esperada seria de 2 mg/ml. É possível notar que a liberação a partir de P25 e
dos TTNTs foi abaixo da metade do esperado, enquanto que a liberação por TTNT550 foi levemente
28
maior que a metade do esperado. Isso indica que a morfologia de cada nanopartícula interferiu na
maneira com que o fármaco foi liberado no soro.
A análise do soro mostrou que a liberação do ibuprofeno alcançou um patamar de estabilidade
rápido, após 10 minutos de imersão todos os sistemas se mantiveram praticamente constantes.
Figura 19: Padrão de liberação de ibuprofeno a partir das nanopartículas impregnadas.
4.2.3. Análise Termogravimétrica (TGA)
Para um melhor entendimento sobre a interação entre as nanopartículas e o fármaco com relação
às propriedades térmicas, os materiais foram submetidos à análise de TGA e seus resultados podem
ser vistos nas Figuras 21, 22 e 23. O padrão de degradação térmica do ibuprofeno pode ser visto na
Figura 20.
Figura 20: Degradação térmica do ibuprofeno.
0 4 8 12 16 20 24
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Co
ncen
tra
ção
(m
g/m
l)
Tempo (h)
P25/IBU
TTNT/IBU
TTNT550/IBU
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Ibuprofeno
1st derivative of "Ibuprofeno"
Temp (°C)
Va
ria
ção
de
ma
ssa
DT
G
29
Levando-se em consideração que a impregnação das nanopartículas seguiu a razão de 3:1, tem-
se que a impregnação esperada das mesmas seja de 25%, ou seja, ¼ da massa total.
Nos casos do P25 (Figura 21) e do TTNT550 (Figura 23), foi possível observar uma primeira
queda acentuada, relativa à degradação do ibuprofeno adsorvido na superfície das nanopartículas,
seguida de duas quedas menores, provavelmente relativas à degradação do ibuprofeno que se ligou
quimicamente às nanopartículas.
Pela análise de TGA do P25/IBU e TTNT550/IBU, foi possível observar que a liberação de
ibuprofeno em soro se deu pela liberação do ibuprofeno que estava adsorvido nas superfícies das
nanopartículas, fato esse observado pela variação de massa do primeiro estágio de perda de massa. A
variação de massa relativa ao segundo estágio de perda de massa, tanto do P25/IBU quanto do
TTNT550/IBU, se manteve praticamente constante o que nos leva a crer que a liberação de ibuprofeno
não teve contribuição do ibuprofeno que estava ligado quimicamente às nanopartículas. Entretanto,
no caso do TTNT/IBU, como não foi possível observar nenhum estágio de degradação relativo ao
ibuprofeno, entende-se que houve algum tipo de interação química entre o fármaco e a nanopartícula
e que o fármaco liberado estava previamente ligado quimicamente à nanopartícula.
Figura 21: Degradação térmica do óxido de titânio comercial (P25) puro e impregnado; a) antes
da liberação, b) após a liberação de ibuprofeno.
Tabela 4: Estágios de perda de massa do sistema P25/IBU
Estágios de
perda de massa
Faixa de temperatura
(°C)
Descrição da ocorrência (hipóteses)
1 100 - 225 Degradação do ibuprofeno adsorvido na
superfície do P25.
2 225 - 550 Degradação do ibuprofeno ligado
quimicamente ao P25.
0 100 200 300 400 500 600 700 80075%
80%
85%
90%
95%
100%
0 100 200 300 400 500 600 700 80075%
80%
85%
90%
95%
100%
P25
P25/IBU
1st derivative of "P25/IBU"
Temperatura (°C)
Variação d
e m
assa
DT
G
Variação d
e m
assa
Temperatura (°C)
P25/IBU
1st derivative of "P25/IBU"
P25a) b)
DT
G
30
Na análise do TTNT (Figura 22), além de não haver uma primeira queda referente à degradação
do ibuprofeno adsorvido, a perda acentuada de água adsorvida nos nanotubos até 100°C e a
transformação morfológica devido à perda de água da composição do TTNT (transformação de
H2Ti3O7 TiO2) se sobrepõem à degradação do ibuprofeno, dificultando a avaliação da impregnação
real dessas nanopartículas. Dessa forma, foi necessário quantificar a perda de água total do TTNT
puro (17,5%) e descontar esse valor do TTNT impregnado. Considerando-se que 75% da massa
analisada é de TTNT, conclui-se que 13% da variação de massa total é relativa à perda de água do
TTNT. A estimativa da impregnação e liberação de ibuprofeno no TTNT foi feita subtraindo-se a
perda de 13% do valor total degradado. Entretanto, levando-se em consideração o resultado de FTIR
do TTNT/IBU, foi possível observar que houve um aumento na intensidade da banda correspondente
à presença de água (em torno de 3210 cm-1) nos nanotubos impregnados (Figura 18.c). Dessa forma,
não temos como saber qual é a real fração de perda de água e a real fração de perda de massa de
ibuprofeno. Por isso, verifica-se a discrepância entre os resultados da Tabela 7 e da cinética de
liberação apresentados na Figura 19. Assim, o valor de 5% de liberação de ibuprofeno a partir dos
nanotubos está superestimado.
Um outro fato importante a se notar é que com a presença do fármaco, a degradação dos TTNTs
começou em uma temperatura mais baixa que os TTNTs puros, diferentemente das outras duas
nanopartículas, que só perderam água de sua composição em temperaturas mais altas, quando
comparadas às nanopartículas puras.
Figura 22: Degradação térmica dos nanotubos de trititanato (TTNT) puros e impregnados; a)
antes da liberação, b) após a liberação de ibuprofeno.
0 100 200 300 400 500 600 700 80065%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
0 100 200 300 400 500 600 700 80065%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
TTNT
TTNT/IBU
1st derivative of "TTNT/IBU"
Temperatura (°C)
Variação d
e m
assa
a) b)
DT
G
TTNT/IBU
1st derivative of "TTNT/IBU"
TTNT
Variação d
e m
assa
Temperatura (°C)
DT
G
31
Tabela 5: Estágios de perda de massa do sistema TTNT/IBU
Estágios de
perda de massa
Faixa de temperatura
(°C)
Descrição da ocorrência (hipóteses)
1 25 - 100 Eliminação de água adsorvida no
TTNT.
2 100 - 530 Degradação do ibuprofeno ligado
quimicamente ao P25 e transformação
de H2Ti3O7 em TiO2.
Figura 23: Degradação térmica dos nanobastões (TTNT550) puros e impregnados; a) antes da
liberação, b) após a liberação de ibuprofeno.
Tabela 6: Estágios de perda de massa do sistema TTNT550/IBU
Estágios de
perda de massa
Faixa de temperatura
(°C)
Descrição da ocorrência (hipóteses)
1 100 - 200 Degradação do ibuprofeno adsorvido na
superfície do P25.
2 200 - 500 Degradação do ibuprofeno ligado
quimicamente ao P25.
Com as análises de TGA foi possível obter as faixas de temperatura nas quais ocorrem a
degradação do ibuprofeno para cada nanopartícula impregnada (Tabela 4, 5 e 6), além de quantificar
a impregnação e a liberação do ibuprofeno nas mesmas (Tabela 7).
Tabela 7: Estimativa dos valores de impregnação e liberação de cada nanopartícula
impregnada.
P25/IBU TTNT/IBU TTNT550/IBU
Total
impregnado
21,25% 19% 17%
Total liberado 2,3% 5% 6,5%
0 100 200 300 400 500 600 700 80082%
84%
86%
88%
90%
92%
94%
96%
98%
100%
TTNT550/IBU
1st derivative of "TTNT550/IBU"
TTNT550
Temperatura (°C)
Variação d
e m
assa
a) b)
DT
G
0 100 200 300 400 500 600 700 80082%
84%
86%
88%
90%
92%
94%
96%
98%
100%
TTNT550/IBU
1st derivative of "TTNT550/IBU"
TTNT550
Temperatura (°C)
Variação d
e m
assa
DT
G
32
Apesar do P25/IBU ter tido maior impregnação, 21,25%, apenas 2,3% do ibuprofeno adsorvido
foi liberado. Em contrapartida, o sistema TTNT550/IBU apresentou uma liberação de 6,5% mesmo
com a menor impregnação do conjunto de 17%.
4.2.4. Difração de Raios-X (DRX)
As amostras P25/IBU, TTNT/IBU e TTNT550/IBU foram analisadas por DRX a fim de se
avaliar a cristalinidade das nanopartículas impregnadas. Os resultados podem ser vistos,
respectivamente, nas Figuras 25, 26 e 27 como um comparativo entre as nanopartículas puras e
impregnadas.
A fim de identificar os picos referentes à cristalização do ibuprofeno, foi feita uma análise de
DRX e o espectro pode ser visto na Figura 24.
A presença do fármaco não prejudicou a cristalinidade das nanopartículas. A diminuição dos
tamanhos dos picos pode ser explicada por tempos de varredura menores ou por haver menos
nanopartículas sendo analisadas devido à presença do fármaco.
Foi possível notar, também, que houve a formação de pequenos cristais de ibuprofeno nas
amostras de P25/IBU, vide os picos em 2θ = 16,5°, 20,1° e 22,3°.
Houve também a formação de cristais de NaCl, provenientes da imersão das nanopartículas em
soro fisiológico, nas amostras de P25/IBU (b) e TTNT/IBU (b), vide os picos em 2θ = 31,6° e 45,4°.
Figura 24: Difração de raios-x do ibuprofeno.
10 20 30 40 50 60 70
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
I (u
.a.)
2Theta (°)
Ibuprofeno
33
Figura 25: Difração de raios-x do P25 puro e impregnado com ibuprofeno; a) antes da
liberação, b) após a liberação de ibuprofeno. Identificações: (A) fase anatásio, (R) fase rutilo,
(*) picos referentes ao ibuprofeno, (#) picos referentes ao NaCl residual.
Figura 26: Difração de raios-x do TTNT puro e impregnado com ibuprofeno; a) antes da
liberação, b) após a liberação de ibuprofeno; (#) picos referentes ao NaCl.
Figura 27: Difração de raios-x do TTNT550 puro e impregnado com ibuprofeno; a) antes da
liberação, b) após a liberação de ibuprofeno. Identificações: (A) fase anatásio, (R) fase rutilo.
10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
I (u
.a.)
2Theta (°)
P25
P25/IBU
a) b)
R
RR
R
R
A
A
A
* **
A
R
#
R
***
I (u
.a.)
2Theta (°)
P25
P25/IBU
#
A
R
R
A
R
A
AR
R
10 20 30 40 50 60 700
50
100
150
200
250
300
10 20 30 40 50 60 700
50
100
150
200
250
300
I (u
.a.)
2Theta (°)
TTNT
TTNT/IBU
a) b)
#
I (u
.a.)
2Theta (°)
TTNT/IBU
TTNT
#
10 20 30 40 50 60 700
200
400
600
800
1000
1200
1400
10 20 30 40 50 60 700
200
400
600
800
1000
1200
1400
R
RA
A
A
I (u
.a.)
2Theta (°)
TTNT550
TTNT550/IBUA
R
a) b)
I (u
.a.)
2Theta (°)
TTNT550
TTNT550/IBUA
A
A
R A R
R
34
4.3. Caracterização do Filme Nanocompósito de PVA/P25/IBU
4.3.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)
Figura 28: Espectro FTIR dos filmes de PVA/P25/IBU; a) da face inferior, b) da face superior.
Na comparação do filme nanocompósito e do filme de PVA puro (Figura 28), pode-se observar
que não houve alteração significativa nas vibrações das ligações. Como o óxido de titânio está
presente na forma de nanopartículas, estas devem estar próximas às cadeias de PVA, porém, sem
interferir nos modos de vibração das ligações poliméricas (OLIVEIRA, 2014). Nos espectros das
faces superior e inferior dos filmes, foram observados os mesmos picos, mas com intensidades
diferentes. A primeira grande banda de estiramento é referente ao estiramento axial simétrico da
ligação O-H em torno de 3250 cm-1. Em seguida, pode-se observar os estiramentos axiais simétrico
e assimétrico em 2917 cm-1 e 2850 cm-1, respectivamente. Em 1650 cm-1, está a banda de estiramento
axial de C=O e/ou C=C. Em 1548 cm-1, está a banda de estiramento axial de C=C dos grupos acetato
não hidrolisados. Em 1412 cm-1 está a banda de estiramento angular no plano do grupo C-O-H. Em
1326 cm-1 está a banda referente à flexão CH-OH. Em 1237 cm-1 encontra-se a banda de estiramento
axial da ligação C-C. Em 1142 cm-1 encontra-se a banda de vibração axial C-O-C. Esta banda é
relativa à formação de ligações cruzadas no filme quando a radiação gama atingiu as cadeias
poliméricas, gerando radicais livres que reagiram com outras cadeias, formando ligações como a C-
O-C e eliminando pequenas moléculas, como água. Em 1088 cm-1 está a banda relativa ao
estiramento axial da ligação C-O. Em 917 cm-1 está a flexão fora do plano da ligação C-H. Em 835
cm-1 está a banda de estiramento axial e perpendicular da ligação C-C (OLIVEIRA, 2014,
SILVERSTEIN et al., 2006).
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
30
40
50
60
70
80
90
100
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
30
40
50
60
70
80
90
100
Tra
nsm
itta
nce
Wavelength (cm-1)
P25
PVA (face inferior)
PVA/P25/IBU (face inferior)
Tra
nsm
itta
nce
Wavelength (cm-1)
P25
PVA (face superior)
PVA/P25/IBU (face superior)
a) b)
35
Apesar das pequenas diferenças de intensidade em algumas bandas, não houve o aparecimento
de novas bandas nem o deslocamento de bandas existentes. Por este motivo, é plausível dizer que
houve apenas uma mistura física dos materiais durante a produção do filme, sem qualquer interação
química entre eles. Um fator que poderia explicar esse ocorrido é a reticulação do filme por radiação
gama. Neste caso, os pontos onde haveria a formação de ligações entre PVA e ibuprofeno foram
substituídos por ligações PVA-PVA.
4.3.2. Cinética de Liberação de ibuprofeno em soro fisiológico a partir do filme
nanocompósito
A cinética de liberação de ibuprofeno em soro fisiológico a partir do filme nanocompósito pode
ser avaliada pela Figura 29. Foi possível observar que a liberação ocorreu de forma mais lenta e só
atingiu seu patamar máximo após 6 horas de liberação e, após esse tempo, se igualou à liberação do
P25/IBU. Isso mostra que, como não houve interação química entre os materiais, na presença de uma
matriz polimérica, o ibuprofeno pode ter sido liberado por difusão entre as cadeias poliméricas, tendo
assim que percorrer um caminho maior até o soro, diferentemente do sistema P25/IBU, onde as
moléculas de ibuprofeno estavam apenas adsorvidas na superfície da nanopartícula e em contato
direto com o soro.
Figura 29: Padrão de liberação do filme de PVA/P25/IBU comparado ao P25/IBU.
0 4 8 12 16 20 24
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Co
ncen
tra
ção
(m
g/m
l)
Tempo (h)
P25/IBU
PVA/P25/IBU
36
4.3.3. Análise Termogravimétrica (TGA)
Figura 30: Degradação térmica do filme PVA/P25/IBU.
Apesar da incorporação do óxido de titânio (P25) e do fármaco no filme de PVA, não houve
mudanças no padrão de degradação (Figura 30) do nanocompósito quando comparado ao filme de
PVA puro. ANDRADE (2015) também verificou que não houve variação no padrão de perda de
massa de filmes de PVA com 1% m/m de P25, sem a adição de fármacos.
4.3.4. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
As imagens obtidas com elétrons retroespalhados do filme de PVA/P25/IBU podem ser
observadas na Figura 31. Foram feitas análises da face superior e da seção transversal do filme. A
fase escura diz respeito à matriz polimérica, enquanto que as fases mais claras, relativas a elementos
mais pesados, diz respeito à presença do titânio.
Foi possível observar a presença de pequenos aglomerados de óxido de titânio tanto na
superfície quanto no interior do filme. Há duas razões para esse fato. A primeira, diz respeito à
dispersão das nanopartículas em ultrassom, que pode não ter sido o suficiente para a quebra total
desses aglomerados. A segunda razão, diz respeito à presença do ibuprofeno que, como dito
anteriormente, é muito hidrofóbico e, por isso, tende a se ligar às nanopartículas, formando os
aglomerados.
Nas imagens da seção transversal foi possível ver estrias e buracos decorrentes da fratura da
amostra após imersão em nitrogênio líquido. Os grandes aglomerados na Figura 31.b são relativos à
face inferior do filme (a face que estava em contato com a placa de petri), já que por ser um elemento
mais pesado, o óxido tende a decantar para o fundo da solução.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0%
20%
40%
60%
80%
100% PVA
PVA/TiO2/IBU
Temperatura (°C)
Variação d
e m
assa
DT
G
a) b)
Variação d
e m
assa
Temperatura (°C)
PVA/TiO2/IBU
1st derivative of "PVA/TiO2/IBU"
37
A Figura 32 mostra os diâmetros de dois aglomerados presentes na superfície do filme
nanocompósito.
Figura 31: Vista da seção transversal de a) filme antes da liberação e b) filme após a liberação.
Figura 32: Imagens de MEV com as dimensões de dois aglomerados de P25 na matriz de PVA.
4.3.5. Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS)
Juntamente com a microscopia eletrônica de varredura, as superfícies das amostras também
foram analisadas pela espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDS). Dessa forma, foi
possível fazer uma análise pontual e mapeamento da superfície a fim de ver de que maneira os
elementos estavam dispersos na matriz.
38
A Figura 33 mostra o resultado de uma análise pontual e varredura de uma área na superfície
do filme após liberação. Com isso foi possível garantir que os aglomerados são, de fato, de titânio
(Figura 33.c), e não alguma contaminação por outro elemento pesado. Também foram identificados
picos relativos à presença de sódio (Na) e cloro (Cl) resíduos provenientes da imersão do filme em
soro fisiológico (Figura 33.b e 33.c).
Figura 33: a) Microscopia, b) Espectro EDS da área 1, e c) Espectro EDS do ponto 2 do filme
de PVA/P25/IBU.
5. Conclusões
As nanopartículas puras e impregnadas puderam ser produzidas e caracterizadas com relação
às suas propriedades térmicas e físico-químicas. A impregnação e cinética de liberação das mesmas
foram avaliadas, mas verificou-se que a metodologia utilizada na impregnação não permitiu a
incorporação de uma grande quantidade de fármaco.
Os resultados de TGA mostraram que cada nanopartícula interagiu de uma forma diferente com
o fármaco, sendo que a interação mais forte deve ter ocorrido entre os nanotubos (TTNT) e o fármaco.
A maior impregnação foi vista no P25, entretanto, a maior liberação ocorreu para os nanotubos
(TTNT550).
39
Nas três nanopartículas avaliadas houve uma liberação rápida, até 10 minutos, entretanto, não
ocorreu a liberação total do ibuprofeno contido nas nanopartículas.
As imagens de MEV mostraram que houve aglomeração das nanopartículas de P25 nos filmes
de PVA, não podendo, assim, caracterizar os filmes produzidos como nanocompósitos. Além disso,
não foi possível utilizar o P25 impregnado com ibuprofeno como carga, já que a hidrofobicidade do
ibuprofeno não permitiu a dispersão da carga no solvente (água).
A análise de FTIR mostrou que não houve interação química, mas sim, uma mistura física entre
os materiais.
A liberação de ibuprofeno no sistema PVA/P25/IBU atingiu o mesmo patamar de concentração
de ibuprofeno liberado que o sistema P25/IBU. No entanto, foi necessário um maior tempo de
liberação para tal.
Os resultados indicam que nanopartículas de óxido de titânio possuem potencial para serem
utilizadas como carreadores de ibuprofeno em sistemas de liberação de fármacos.
6. Sugestões para Trabalhos Futuros
Utilizar análise de ressonância magnética nuclear, por exemplo, para avaliar se houve
mudança na estrutura do fármaco em contato com as nanopartículas, de forma a entender
melhor a sua interação;
Mantendo-se a matriz de PVA, escolher um fármaco que seja solúvel em água;
Mantendo-se o ibuprofeno, escolher uma matriz polimérica que utilize solvente
orgânico;
Estudar melhor a metodologia de impregnação das nanopartículas.
40
7. Referências Bibliográficas
ALIVISATOS, A.P., 1996, “Perspectives on the Physical Chemistry of Semiconductor
Nanocrystals”. J. Phys. Chem., v. 100, pp. 13226-13239.
ANDRADE, L.C., 2015, Membranas de PVA Incorporadas com Nanopartículas Baseadas em TiO2
para Uso Potencial como Curativo. Projeto de Graduação. UFRJ/Escola Politécnica, Rio de Janeiro,
RJ, Brasil.
BAVYKIN, D.V., FRIEDRICH, J.M., WALSH, F.C., 2006, “Protonated Titanates and TiO2
Nanostructured Materials: Synthesis, Properties, and Applications”. Advanced Materials, v. 18, pp.
2807-2824.
BRAUN, J. H., 1997, “Titanium Dioxide – A review”. Journal of Coating Technologies, v. 69, pp.
59-72.
CANEVAROLO, S.V., Ciência dos Polímeros. 2 ed., São Paulo, Artliber Editora, 2006.
CRYER, B., FELDMAN, M., 1998, “Cyclooxygenase 1 and cyclooxygenase 2 selectivity of widely
used nonsteroidal anti-inflammatory drugs”. Am J Med, v. 104, pp. 413-421.
DANIEL, I.M., ISHAI, O., Engineering Mechanics of Composite Materials. 2 ed., New
York/Oxford, Oxford University Press, 2006.
DE ABREU, M.A.S., MORGADO JR., E., JARDIM, P.M., et al., 2012, “The Effect of Anatase
Crystal Morphology on the Photocatalytic Conversion of NO by TiO2-based Nanomaterials”. Cent.
Eur. J. Chem., v. 10(4), pp. 1183-1198.
DU, G.H., CHEN, Q., CHE, R.C., YUAN, Z.Y., PENG, L.-M., 2001, “Preparation and structure
analysis of titanium oxide nanotubes”. Appl. Phys. Lett. v. 79, 3702.
FLOWER, R., GRYGLEWSKI, R., HERBACZYN´ SKA-CEDRO, K., VANE, J.R., 1972, “Effects
of anti-inflammatory drugs on prostaglandin biosynthesis”. Nat. New Biol., v. 238, pp. 104–106.
FUJISHIMA, A., HONDA, K., 1972, “Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor
Electrode”. Nature, v. 238, pp. 37-38.
FUJISHIMA, A., RAO, T.N., TRYK, D.A., 2000, “Titanium Dioxide Photocatalysis”. Journal of
Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, v. 1, pp. 1-21.
41
FUJISHIMA, A., ZHANG, A.X., 2006, “Titanium Dioxide Photocatalysis: Present Situation and
Future Approaches”, Comptes Rendus Chimie, v. 9, pp. 750–760.
GEEVER, L., COONEY, C., DEVINE, D., et al., 2008, “Negative Temperature Sensitive Hydrogels
in Controlled Drug Delivery”. Macromolecular Symposia, v. 266, pp. 53-58.
GIBSON, R. F., Principles of Composite Material Mechanics. 1 ed. McGraw Hill, 1994.
GRACIN, S., RASMUSON, A.C., 2002, “Solubility of Phenylacetic Acid, p-Hydroxyphenylacetic
Acid, p-Aminophenylacetic Acid, p-Hydroxybenzoic Acid, and Ibuprofen in Pure Solvents”. J.
Chem. Eng. Data, v. 47, pp. 1379-1383.
HARAGUCHI, K., 2007, “Nanocomposite Gels: New Advanced Functional Soft Materials”,
Macromolecular Symposia, v. 256, pp: 120-130.
HARAGUCHI, K., TAKEHISA, T., 2002, “Nanocomposite Hydrogels: A Unique Organic-Inorganic
Network Structure with Extraordinary Mechanical, Optical and Swelling/De-swelling Properties”.
Advanced Materials, v. 14, n. 16, pp: 1120-1124.
HASHIMOTO, K., IRIE, H., FUJISHIMA, A., 2005, “TiO2 Photocatalysis: A Historical Overview
and Future Prospects”. Japanese Journal of Applied Physics, v. 44, n. 12, pp. 8269-8285.
HASSAN, C., PEPPAS, N., 2000, “Structure and Applications of Poly (vinyl alcohol) Hydrogels”.
Advances in Polymer Science, v. 153, pp. 37-65.
HOYER, P., 1996, “Formation of a Titanium Dioxide Nanotube Array”. Langmuir, v. 12, pp. 1411-
1413.
HUANG, X., ZHANG, Y., DONAHUE, H.J., et al., 2007, “Porous Thermoresponsive-co-
Biodegradable Hydrogels as Tissue-Engineering Scaffolds for 3-Dimensional In Vitro Culture of
Chondrocytes”, Tissue Engineering, v. 13, pp. 2645-2652.
IIJIMA, S., 1991, “Helical Microtubules of Graphitic Carbon”. Nature, v. 354, pp. 56.
JIA, H., KERR, L.L., 2014, “Kinetics of Drug Release from Drug Carrier of Polymer/TiO2
Nanotubes Composite—pH Dependent Study”. Journal of Applied Polymer Science, v. 132, pp.
41570.
KASUGA, T., HIRAMATSU, M., HOSON, A., et al., 1998, “Formation of Titanium Dioxide
Nanotube”. Langmuir, v. 14, pp. 3160-3163.
42
KEAN, W.F., BUCHANAN, W.W, RAINSFORD, K.D., 1999, “Therapeutics of ibuprofen in
rheumatic and other chronic and painful diseases”. In: Rainsford, K.D. (ed), Ibuprofen: A Critical
Bibliographic Review. Taylor & Francis, London, pp. 279-353
KHATAEE, A., MANSOORI, G.A., 2012, Nanostructured Titanium Dioxide Materials:
Properties, Preparation and Applications. 1 ed. Singapore, World Scientific Publishing.
LINSEBIGLER, A.L., LU, G., YATES, J.T., 1995, “Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles,
Mechanisms, and Selected Results”. Chem. Rev., v. 95, pp. 735-758.
LIU, Z., YANG, Z., LUO, Y., 2012, “Swelling, pH Sensitivity, and Mechanical Properties of
Poly(acrylamide-co-sodium methacrylate) Nanocomposite Hydrogels Impregnated With Carboxyl-
Functionalized Carbon Nanotubes”, Polymer Composites, v. 33 (5), pp. 665-674.
MANDAL, S.S., JOSE, D., BHATTACHARYYA, A.J., 2014, “Role of Surface Chemistry in
Modulating Drug Release Kinetics in Titania Nanotubes”. Materials Chemistry and Physics, v. 147,
pp. 247-253.
MANO, E.B., MENDES, L.C., Introdução a Polímeros. 2 ed. São Paulo, Edgard Blücher, 2004.
MARINUCCI, G., Materiais Compósitos Poliméricos: Fundamentos e Tecnologia. 1 ed. São
Paulo, Artliber Editora, 2011.
MORGADO, E., 2007, Estudo de Titanatos Nanoestruturados Obtidos por Tratamento Hidrotérmico
de Óxido de Titânio em Meio Alcalino. Tese de D.Sc., PPGQ/UFRN, Natal, RN, Brasil.
MORGADO, E., DE ABREU, M.A.S., PRAVIA, O.R.C., et al., 2006, “A Study on the Structure and
Thermal Stability of Titanate Nanotubes as a Function of sodium Content”. Solid State Sciences, v.
8, pp. 888-900.
OLIVEIRA, R.N., 2014, Polyvinyl alcohol hydrogels loaded with antibacterial constituents for burn
healing applications. Tese de D.Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
OMIDIAN, H., PARK, K., 2010, “Introduction to Hydrogels”. In: Ottenbrite R.M., Park, K., Okano,
T. (eds), Biomedical Applications of Hydrogels Handbook, 1 ed., New York, Springer.
O'NEIL, M. J., HECKELMAN, P. E., KOCH, B. C., et al., The Merck index: An Encyclopedia of
Chemicals, Drugs, and Biologicals, Merck; N.J. John Wiley, 2006.
43
PARLATO, M., REICHERT, S., BARNEY, N., et al., 2014, “Poly(ethylene glycol) Hydrogels with
Adaptable Mechanical and Degradation Properties for Use in Biomedical Applications”.
Macromolecular Bioscience, v. 14, pp. 687–698.
RAINSFORD, K.D., 2009, “Ibuprofen: pharmacology, efficacy and safety”. In:
Inflammopharmacology, v. 17, Springer International Publishing, pp. 275–342
RAINSFORD, K.D., Ibuprofen: Pharmacology, Therapeutics and Side Effects. 1 ed., Springer
Basel, 2012.
RAO, C.N.R, NATH, M., 2003, “Inorganic Nanotubes”. Dalton Trans., v. 1, pp. 1-24.
RASHID, A., WHITE, E.T., HOWES, T., et al., 2011, “Crystallization Kinetics of Ibuprofen from
Ethanol and Aqueous Ethanol”. Chemical Engineering Transactions, v. 24, pp. 631-636.
ROY, P., BERGER, S., SCHMUKI, P., 2011, “TiO2 Nanotubes: Syntesis and Applications”. Angew.
Chem. Int. Ed., v. 50, pp. 2904-2939.
SEO, D.S., LEE, J.K., KIM, H., 2001, “Preparation of Nanotube-shaped TiO2 Powder”. J. Crystal
Growth, v. 229, pp. 428-432.
SILVERSTEIN, R.M., WEBSTER, F.X., KIEMLE, D.J., 2006, Identificação Espectrométrica de
Compostos Orgânicos. 7 ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., Rio de Janeiro
SIROUSAZAR M., KOKABI, M., 2012, “Intelligent Nanocomposite Hydrogels”, In: Tiwari, A.,
Mishra, A.K., Kobayashi, H., Turner, A. (eds), Intelligent Nanomaterials, 1 ed., chapter 12, Wiley.
VAN DER VIES, J., 1975, “Drug-Delivery Systems and the Biological Activity of Steroids”. Journal
of Steroid Biochemistry, v. 6, pp. 215-220.
VANE, J.R., 1971, “Inhibition of Prostaglandin Synthesis as a Mechanism of Action for Aspirin-Like
Drugs”. Nat. New Biol., v. 231, pp. 232–235.
WANG, Z., XIE, C., LUO, F., et al., 2015, “P25 Nanoparticles Decorated on Titania Nanotubes
Arrays as Effective Drug Delivery System for Ibuprofen”. Applied Surface Science, v. 324, pp. 621-
626.
WHITEHOUSE, M.W., 1965, “Some biochemical and pharmacological properties of anti-
inflammatory drugs”. In: Fortschr Arzneimittelforsch, v. 8, pp. 321–429.
44
ZAVAN, B., CORTIVO, R., ABATANGELO, G., 2009, “Hydrogels and Tissue Engineering”. In:
Barbucci, R. (ed), Hydrogels: Biological Properties and Applications, 1 ed., Milan, Springer-Verlag.
