O objetivo principal do presente trabalho foi de produzir, através de impressão 3D por direct ink writing (DIW), membranas assimétricas com potenciais aplicações biomédicas utilizando cloreto de N-(2-hidroxil)-propil-3-trimetilamônio quitosana (QCat), whiskers de beta-quitina e genipina como agente reticulante. Para tanto, quitosana foi produzida a partir de beta-quitina empregando desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) e a mesma beta-quitina de partida foi submetida à acidólise para produção de whiskers. O derivado QCat foi sintetizado a partir da reação da quitosana obtida na etapa anterior com cloreto de glicidiltrimetilamônio (CGTMA) em meio levemente ácido. A tinta para impressão 3D DIW foi produzida a partir da solubilização de QCat em suspensão aquosa de whiskers de beta-quitina com subsequente adição de genipina, e as membranas foram impressas com duas camadas de diferentes geometrias. A beta-quitina de partida, os whiskers, a quitosana DAIUS e o derivado QCat foram caracterizados empregando espectroscopias no infravermelho (FTIR) e de ressonância magnética nuclear (RMN) de ¹H e ¹³C, viscosimetria capilar em regime diluído, titulação condutimétrica, difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia de força atômica (AFM), análise termogravimétrica (TGA), além de ensaios de concentração inibitória mínima (MIC) e concentração bactericida mínima (MBC). O comportamento reológico da tinta utilizada para impressão 3D DIW foi avaliado através de ensaios de pseudoplasticidade, viscoelasticidade e tixotropia para amostras com e sem adição de genipina. As membranas assimétricas foram caracterizadas através de espectroscopia no infravermelho, TGA, medidas de ângulo de contato, capacidade de intumescimento, teste de disco-difusão e susceptibilidade à degradação enzimática in vitro. A síntese do derivado QCat foi evidenciada através de seu espectro no infravermelho, que exibiu banda em 1486 cm^-1, e pelo espectro de RMN de ¹H, que exibiu pico em 3,2 ppm. QCat apresentou grau médio de substituição (GS) próximo a 30%, fator que conferiu hidrossolubilidade em ampla faixa de pH e atividade antimicrobiana contra E. Coli e S. aureus, conforme evidenciado nos ensaios de MIC e MBC. Os whiskers apresentaram grau médio de polimerização viscosimétrico (GPv) aproximadamente 47 vezes menor que a beta-quitina, evidenciando que a acidólise causou severa despolimerização. A tinta para impressão 3D apresentou pseudoplasticidade, tixotropia, comportamento semelhante ao de um sólido quando submetida à baixa deformação oscilatória e comportamento semelhante ao de um líquido quando submetida à alta deformação oscilatória, que são características ideais para fluidos utilizados em impressão 3D DIW. As membranas assimétricas apresentaram ângulo de contato de 59,4° ± 7,6° para a camada externa, capacidade de intumescimento em tampão PBS próxima a 35% e degradação total após 7 dias de incubação in vitro com lisozima. Por fim, as membranas assimétricas apresentaram inibição por contato contra E. coli e S. aureus no teste de disco-difusão, qualidade notável considerando aplicações biomédicas. As próximas etapas do trabalho serão centradas na otimização dos processos de homogeneização e formulação da tinta para impressão 3D, o que possibilitará a produção e caracterização de materiais totalmente homogêneos. Além disso, serão avaliadas alternativas à reticulação com genipina empregando fotorreticulação.

The main purpose of this work was to produce, through direct ink writing (DIW) 3D printing, asymmetric membranes with potential biomedical applications, based on N-(2-hydroxy)-propyl-3-trimethylammonium chitosan chloride (QCat), beta-chitin whiskers and genipin as crosslinking agent. For this purpose, chitosan was produced from beta-chitin, using ultrasound-assisted deacetylation (USAD), and the same beta-chitin underwent acidolysis to produce whiskers. The QCat derivative was synthesized through the reaction of chitosan from the previous step with glycidyltrimethylammonium chloride (GTMAC) in slightly acidic medium. The ink for the DIW 3D printing was produced through QCat solubilization in beta-chitin whiskers aqueous suspension, followed by the addition of genipin, and the membranes were printed with two layers with different geometries. The starting beta-chitin, the DAIUS chitosan, the QCat derivative and the beta-chitin whiskers were characterized using infrared spectroscopy (FTIR), ¹H and ¹³C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, dilute regime capillary viscometry, conductimetric titration, X ray diffractometry (XRD), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), thermogravimetric analysis (TGA) as well as minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) assays. The rheological behavior of the ink used DIW 3D printing was evaluated through shear thinning, viscoelasticity and thixotropy assays for samples with and without addition of genipin. The asymmetric membranes were characterized through infrared spectroscopy, TGA, contact angle measurements, swelling capacity, disk diffusion test and in vitro enzymatic degradation. The synthesis of the QCat derivative was evidenced by its infrared spectrum, which showed a band at 1486 cm^-1, and by the ¹H NMR spectrum, which showed a peak in 3.2 ppm. QCat showed average degree of substitution (DS) close to 30%, which provided water solubility in a wide pH range and antimicrobial activity against E. Coli and S. aureus, as evidenced by MIC and MBC assays. The beta-chitin whiskers showed an average viscometric degree of polymerization (DPv) approximately 47 times lower than the starting beta-chitin, evidencing that acidolysis caused severe depolymerization. The ink prepared for DIW 3D printing showed pseudoplasticity, thixotropy, solid-like behavior under low oscillatory strain and liquid-like behavior under high oscillatory strain, which are ideal characteristics for DIW 3D printing inks. The asymmetric membranes showed contact angle of 59.4° ± 7.6° for the outer layer, swelling capacity in PBS buffer close to 35% and total degradation after 7 days of in vitro incubation with lysozyme. Finally, the asymmetric membranes showed contact inhibition against E. coli and S. aureus in the disk diffusion test, a notable feature considering biomedical applications. The next steps of this work consist in the optimization of formulation and homogenization of the ink for DIW 3D printing, which will enable the production and characterization of totally homogeneous materials. In addition, alternatives to genipin crosslinking, like photocrosslinking, will be evaluated.