Aplicação do algoritmo TOPSIS na descrição da celulose bacteriana

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2755 (2023) Citar este artigo

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Foi desenvolvido um hidrogel multicomponente utilizando celulose bacteriana, alginato e gelatina com auxílio de glicerol como álcool triídrico que participa da redistribuição das pontes de hidrogênio no sistema teste. FTIR, XRD, SEM e TGA como técnicas instrumentais foram usadas para caracterizar estruturalmente as propriedades físicas/químicas do hidrogel composto formado. Usando uma equação exponencial, o comportamento de inchaço do hidrogel foi avaliado. Ao incorporar uma droga modelo (azul de metileno—MB) no hidrogel formado, os experimentos foram direcionados para estudar as características de liberação do MB, onde a solução média para a liberação foi preparada em quatro pHs diferentes. A liberação cumulativa máxima da droga em pH 2,8, 6, 7,4 e 9 foi de 42,8, 63, 80 e 84,5%, respectivamente. O processo de ajuste dos dados foi realizado usando cinco modelos cinéticos (Korsmeyer-Peppas, Higuchi, Hopfenberg, equações de ordem zero e de primeira ordem) e o modelo cinético preferido em cada pH foi estimado pela aplicação da técnica algorítmica TOPSIS. A capacidade de adsorção do hidrogel em relação ao MB foi determinada enquanto as propriedades termodinâmicas desta relação foram quantificadas (\(\Delta{\text{H}}_{\text{ad}}^{0}= \text{ } - \text{99,95 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}}\) e \(\Delta{\text{S}}_{\text{ad} }^{0}= -\text{0,237 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}} {\text{K}}^{-{1}} \)). Os resultados do presente estudo foram a favor do uso potencial do hidrogel composto desenvolvido em sistemas de liberação de fármacos.

As atenções na área médica foram direcionadas nos últimos anos para o uso de hidrogéis compostos à base de biopolímeros principalmente por causa de sua biocompatibilidade, biodegradabilidade e não toxicidade e a celulose bacteriana (BC) é o mais popular entre os polímeros naturais1.

Um estudo recente sobre a cinética da síntese de celulose catalisada pela celulose sintase em Gluconacetobacter hansenii mostrou o processo envolvido em detalhes, onde iniciação, alongamento e término (liberação da celulose sintetizada da enzima) são três fases através das quais a ordem estrutural aumenta gradualmente e a etapa -by-step2: O alinhamento paralelo das cadeias formadas de unidades de D-glicose interconectadas por meio de ligações covalentes glicosídicas é longitudinal, enquanto as ligações de hidrogênio (inter/intra-ligações) e as forças de Van der Waals, em última análise, fornecem estruturas entrelaçadas atribuíveis à celulose nativa como microfibrila de celulose I (um padrão regular de cadeias longas e emaranhadas da celulose I formada não pode ser mantido em toda a estrutura e a paracristalina é o resultado dessa consideração estrutural)3. Várias microfibrilas são mantidas juntas extensivamente, e as estruturas das fitas são então formadas e empilhadas umas sobre as outras e colocadas fora da célula bacteriana3. A complexidade desses tipos de estruturas é alta e eles desempenham um papel de cobertura protetora das células, que são categorizadas como biofilmes microbianos3. A referida camada confere às bactérias produtoras a capacidade de enfrentar melhor os estresses ambientais onde os danos podem ser causados ​​por fatores bióticos e abióticos.

O alginato (Alg) é um polissacarídeo natural extraído de algas, sendo os ácidos β-d-manurônico e α-l-gulurônico os constituintes deste polímero onde estes ácidos urônicos poderiam participar extensivamente do processo de reticulação na presença de metal polivalente cátions. O polímero de alginato eventualmente atinge o ponto de ruptura de sua estrutura "egg-box", focando nos íons de cálcio como os preferidos e substituindo-os por íons de sódio nos grupos carboxilato. Este tipo de experimento (difusão de íons cálcio através da rede monitorada pelo método de ressonância paramagnética eletrônica) provavelmente resultará em distâncias crescentes entre as cadeias poliméricas4.