Síntesis de nanofibras a partir de biomateriales por electrospinning como acarreadores de componentes activos

Abstract

En este estudio se realizó la síntesis de nanofibras de biomateriales mediante de electrospinning. Los resultados reportan la influencia de la viscosidad y conductividad, así como la distancia entre la punta aguja y el colector y voltaje aplicado sobre la morfología de fibras producidas mediante electrospinning. Se prepararon soluciones de pectina de bajo metóxilo (LMP) y proteína aislada de suero de leche (WPI) al 7 y 10% respectivamente; se mezclaron en proporciones de LMP80WPI20, LMP70WPI30, LMP60WPI40 y LMP50WPI50. Posteriormente las mezclas LMP-WPI fueron combinadas con óxido de polietileno (PEO) al 5% en diferentes proporciones en relación al PEO (80:20, 70:30, 60:40, 50:50). Las soluciones fueron inyectadas a una velocidad de 80 mL/h con un voltaje de 15-30 kV y a una distancia de 12 y 15 cm entre la punta de la aguja y el colector. Se obtuvieron fibras de diferentes morfologías, con diámetros del orden de nanómetros a micrómetros. Por otro lado, también se desarrollaron nanofibras de proteína aislada de suero de leche (WPI) y óxido de polietileno (PEO). Se prepararon dispersiones variando la concentración de PEO/WPI (100:0, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80 y 0:100) y se evaluó la viscosidad, conductividad y tensión superficial para cada una de las diferentes proporciones empleadas, así como el efecto que tiene la variación de proporción de mezclas en las propiedades mecánicas y morfología de las fibras. Los resultados indican que a valores de viscosidad altos se favorece el crecimiento de fibras suaves y lisas con diámetros promedio que van de 227 ± 36.22 a 264 ± 66.11 nm, mientras que las soluciones de baja viscosidad (<415 cP), baja tensión superficial (< 55 mN/m) y alta conductividad (> 527 μScm-1), promueven la formación de “perlas”. Las fibras obtenidas de las mezclas PEO70WPI30 con PEO100WPI0 fueron estadísticamente diferentes (p < 0.05) en cuanto al módulo de Young, mientras que para la resistencia a la tracción y la elongación no existieron diferencias significativas entre tratamientos. Las nanofibras obtenidas de las combinaciones PEO60WPI40 y PEO50WPI50 fueron térmicamente estables. Los resultados de FTIR revelaron la interacción interpolimérica favoreciendo la formación de fibras. Además, se determinó el efecto de la adición de un componente activo en las características de las nanofibras observando un incremento en el diámetro de las fibras. ABSTRACT This study was conducted in the synthesis of biomaterials nanofibers by electrospinning. The results reported the influence of viscosity and conductivity, as well as the distance between the needle tip and the collector and applied voltage on the morphology of fibers produced by electrospinning. Solutions of low methoxyl pectin (LMP) and whey protein isolate (WPI) were prepared at 7 and 10%, respectively; these were mixed in proportions LMP80WPI20, LMP70WPI30, LMP60WPI40 and LMP50WPI50. Subsequently, mixtures of LMP-WPI were combined with poly (ethylene oxide) (PEO) at 5% varying the proportion relative to PEO (80:20, 70:30, 60:40, 50:50). The solutions were injected at a rate of 80 mL/ h with a voltage of 15 to 30 kV and a gap distance of 12 and 15 cm from the tip of the needle to the collector. Fibers with different morphologies were obtained with diameter order from nanometers to micrometers. On the other hand, whey protein isolate (WPI) and poly ethylene oxide (PEO) nanofibers were developed. The viscosity, conductivity, surface tension, mechanical properties and morphology were studied as function of the PEO/WPI ratio (100:0, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80 y 0:100). The results show that at higher viscosity values, the growth of soft and smooth fibers with diameters going from 227 ± 36.32 to 264 ± 66.11 nm is favored, while the solutions with low viscosity (< 415 cP), low surface tension (<55 nM/m) and high conductivity (> 527 μScm-1) promote the formation of beads. The fibers obtained from PEO70WPI30 with PEO100WPI0 mixtures were statistically different (p < 0.05) according to Young module, while there were no meaningful differences between treatments for the stress at break and strain at break. The nanofibers obtained from the PEO60WPI40 and PEO50WPI50 combinations were thermally stable. The FTIR results revealed the interpolymeric interaction favoring the formation of fibers. Furthermore, the effect of addition of an active component in the characteristics of the nanofibers observing an increase in fiber diameter was determined.