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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2018.tde-22102018-162456
Documento
Autor
Nome completo
Carlos Alexandre Holanda
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Imasato, Hidetake (Presidente)
Plepis, Ana Maria de Guzzi
Aguiar, Flávio Henrique Baggio
Camargo, Emerson Rodrigues de
Cavalheiro, Carla Cristina Schmitt
Título em português
Potencial antibiofilme de hidroxiuretanos incorporados com nanopartí­culas de prata/óxido de zinco para tratamento ortodôntico
Palavras-chave em português
atividade antimicrobiana
energia superficial
materiais híbridos
método de redução
resistência abrasiva
Resumo em português

Os avanços na engenharia de materiais têm aumentado a busca por materiais com atividade antimicrobiana para aplicação em áreas da saúde. Neste contexto, a presente pesquisa desenvolveu materiais para revestir bráquetes metálicos utilizados no tratamento ortodôntico. As sínteses de hidroxiuretanos (HU) foram realizadas empregando-se bis(ciclocarbonatos) derivados de epóxidos com segmentos siloxânicos por reação de aminólise. Dois ciclocarbonatos (CC) foram sintetizados, a partir da reação de cicloadição de CO2 ao anel epóxi do 1,3-bis(3-glicidiloxipropil)tetrametildisiloxano e do polidimetilsiloxano diglicidil éter catalisada pelo brometo de hexadeciltrimetilamônio. Os CCs obtidos foram denominados de CCMDMS e CCPDMS. Para aumentar o tamanho dos HUs e, consequentemente proporcionar um ganho nas propriedades mecânicas, realizou-se um processo de extensão pela reação da 3-(aminometil)-3,5,5-trimetilcicloexilamina com os CCs (CC-HUMDMS e CC-HUPDMS). O processo de finalização dos HUs foi realizado através da reação do CC-HUMDS com a 3-trietoxisililpropilamina e, o CC-HUPDMS com a 3-trietoxisililpropilamina e N-aminoetil-3-trimetoxisililpropilamina. Os HUs sintetizados foram chamados de HUMDMS, HUPDMS e HUPDMS2. Para elevar o caráter antibiofilme do HUMDMS, HUPDMS e HUPDMS2 foram incorporadas nanopartículas a suas estruturas por dois métodos. O primeiro, método coloidal, consistiu na redução dos cátions Ag+ em etanol misturados com os HUs, sendo os produtos denominados de HUMDMSCol, HUPDMSCol e HUPDMS2Col. O segundo, método fotoassistido, baseou-se na adição de nanopartículas de óxido de zinco (nanoZnO), nesta etapa, os HUs foram chamados de HUMDMSZnO, HUPDMSZnO e HUPDMS2ZnO, seguido pela imersão em solução aquosa de nitrato de prata e, posterior, redução com luz ultravioleta, os materiais obtidos foram chamados de HUMDMSIrr, HUPDMSIrr e HUPDMS2Irr. Os materiais foram caracterizados quanto à sua estrutura química, para tanto, utilizou-se técnicas espectroscópicas de infravermelho com reflexão total atenuada, ressonânciamagnética nuclear e fotoelétrons excitados por raios-X. A morfologia foi analisada por microscopia de transmissão eletrônica e difração de raios-X, avaliou-se a estabilidade térmica por análise termogravimétrica e a energia superficial por medidas de ângulo de contato. As técnicas de espectroscopia no ultravioleta e visível e espectrometria de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente foram utilizadas para observar a banda plasmônica das nanopartículas e a sorção/dessorção de cátions, respectivamente. As nanoAg apresentaram absorção plasmônica em 415 e 440 nm para os métodos coloidal e fotoassistido, respectivamente. O valor de pH satisfatório para sorção de Ag+ foi observado entre 7 e 8, com a seguinte ordem de sorção HUPDMS2 > HUMDMS > HUPDMS. As isotermas de sorção mostraram que o modelo de Sips justifica satisfatoriamente o processo de sorção dos cátions Ag+ pelos HUs. Os materiais foram termicamente estáveis para temperaturas inferiores a 200 °C. A resistência abrasiva dos HUs foi avaliada com base em ensaios de fricção utilizando-se escova e creme dental. Os filmes de HUPDMS apresentaram maior fragilidade, mesmo com aumento da resistência devido adição de nanoZnO. Todos os filmes apresentaram energia superficial inferior a 25 mN/m, indicando assim, resistência à formação de biofilme. A atividade antibiofilme dos materiais híbridos foi testada para as bactérias Escherichia coli, Enterococos feacalis e Estreptococos mutans, bem como, para o fungo Candida albicans. O processo de dessorção dos cátions Ag+ nos filmes com nanoAg potencializou a eficácia contra a formação de biofilme.

Título em inglês
Potential antibiofilm of hydroxyurethanes incorporated wih silve/zinc oxide nanoparticles for orthodontic treatment
Palavras-chave em inglês
abrasive resistance
antimicrobial activity
hybrid materials
reduction method
surface energy
Resumo em inglês

Advances in material engineering have increased the search for materials with antimicrobial activity for application in health areas. In this context, the present research developed materials to coat metallic brackets used in orthodontic treatment. The synthesis of hydroxyurethanes (HU) was carried out using bis(cyclocarbonates) derived from epoxides with siloxane segments by aminolysis reaction. Two cyclocarbonates (CC) were synthesized by cycloaddition reaction of CO2 to the epoxy ring of 1,3-bis(3-glycidyloxypropyl) tetramethyldisiloxane and the polydimethylsiloxane diglycidyl ether catalyzed by hexadecyltrimethylammonium bromide. The obtained CCs were called CCMDMS and CCPDMS. To increase the size of the HUs and consequently provide a gain in the mechanical properties, a process of extension was carried out by the reaction of 3-(aminomethyl)-3,5,5-trimethylcyclohexylamine with the CCs (CC-HUMDMS and CC-HUPDMS). The HU-termination process was performed by reacting CC-HUMDS with 3-triethoxysilylpropylamine and CC-HUPDMS with 3-triethoxysilylpropylamine and N-aminoethyl-3-trimethoxysilylpropylamine. The HUs synthesized were called HUMDMS, HUPDMS and HUPDMS2. To raise the antibiofilm character of the HUMDMS, HUPDMS and HUPDMS2 nanoparticles were incorporated into their structures by two methods. The first, colloidal method consisted in the reduction of the Ag+ cations in ethanol mixed with the HUs, the products being called HUMDMSCol, HUPDMSCol and HUPDMS2Col. The second, photo-assisted method was based on the addition of nanoparticles of zinc oxide (nanoZnO), at this stage the HUs were called HUMDMSZnO, HUPDMSZnO and HUPDMS2ZnO, followed by immersion in aqueous solution of silver nitrate and subsequent reduction by ultraviolet light, the obtained materials were called HUMDMSIrr, HUPDMSIrr and HUPDMS2Irr. The materials were characterized in terms of their chemical structure, using infrared spectroscopy techniques with attenuated total reflection, nuclear magnetic resonance and X-ray excited photoelectrons, the morphology was analyzed by transmission electron microscopy and X-ray diffraction, the thermal stability was evaluated by thermogravimetric analysis and the surface energy by contact angle measurements. Ultraviolet and visible spectroscopy techniques and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry were used to observe the plasmon band of nanoparticles and cation sorption/desorption, respectively. The nanoAg presented plasmid absorption at 415 and 440 nm for the colloidal and photoassayed methods, respectively. The pH value satisfactory for Ag+ sorption was observed between 7 and 8, with the following sorption order HUPDMS2 > HUMDMS > HUPDMS. The sorption isotherms showed that the Sips model satisfactorily justifies the sorption process of the Ag+ cations by HUs. The materials were thermally stable at temperatures below 200 °C. The abrasive strength of the HUs were evaluated based on friction tests using brush and toothpaste. The films of HUPDMS presented greater fragility, even with increased resistance due to the addition of nanoZnO. All films presented surface energy lower than 25 mN/m, thus indicating resistance to biofilm formation. The antibiofilm activity of the hybrid materials was tested for Escherichia coli, Enterococos feacalis and Streptococcus mutans strains, as well as for Candida albicans fungus. The desorption process of Ag+ cations in films with nanoAg enhanced the antibiofilm efficacy.

 
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Data de Publicação
2018-10-25
 
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