Síntesis y caracterización de hidrogeles de Poli(ácido-gamma-glutámico)

Abstract

Los materiales poliméricos presentan una gran importancia en la actualidad debido a la gran versatilidad de propiedades y comportamientos que presentan, lo que les confiere la posibilidad de ser empleados para diferentes fines. Específicamente en el campo de la Biomedicina, los hidrogeles son materiales muy apropiados y de gran interés, dada su buena interacción con los tejidos vivos. Su biocompatibilidad está atribuida principalmente a su consistencia blanda, elástica y al alto contenido de agua que pueden absorber. En la actualidad las investigaciones están cada día más enfocadas hacia la obtención de materiales a partir de biopolímeros para favorecer las propiedades bioactivas. El Poli (ácido-γ-glutámico) [γ-PGA] es un biopolímero de origen microbiano, y ha sido uno de los más estudiados debido a que es biodegradable, biocompatible, comestible y no resulta tóxico ni para el ser humano ni para el ambiente. En el presente trabajo se llevó a cabo la biosíntesis del γ-PGA por fermentación utilizando la bacteria Bacillus licheniformis. El γ-PGA utilizado fue caracterizado por espectroscopía de infrarrojo y análisis térmico. Se sintetizaron hidrogeles de γ-PGA utilizando Urea como entrecruzante. Se llevó a cabo la caracterización de los hidrogeles mediante espectroscopía de infrarrojo, microscopía electrónica de barrido, análisis térmico y el estudio del efecto del pH y la temperatura sobre la cinética de hinchamiento. El γ-PGA se obtuvo con un rendimiento promedio de 7.17 ± 1.67 g/L. El rendimiento obtenido en el proceso de diálisis fue de 85.5%. El peso molecular promedio del γ-PGA dializado fue de Mw=180000g/mol. Mediante espectroscopía de infrarrojo, se identificaron las señales correspondientes a los grupos funcionales presentes en la estructura química del polímero. A partir del análisis térmico (TGA y DSC) realizado al γ-PGA se analizó su estabilidad térmica y se identificaron las transiciones térmicas relacionadas con los cambios de temperaturas. Se sintetizaron hidrogeles de γ-PGA y Urea como entrecruzante, los cuales fueron caracterizados por espectroscopía de infrarrojo, evidenciándose la formación de la red por entrecruzamiento químico, debido a cambios en las intensidades de las bandas correspondientes a los grupos funcionales, con respecto al espectro de polímero. La morfología de los hidrogeles fue analizada por SEM, mediante las micrografías se corroboró la estructura porosa del material. El análisis térmico por DSC y TGA arrojó como resultado que el material tiene una Tg=144.5°C y Td=219°C. El estudio de la cinética de hinchamiento de los hidrogeles de γ-PGA bajo diferentes condiciones mostró un aumento en los valores de la razón de hinchamiento a mayor tiempo de contacto en el medio, así como al aumentar el pH, observándose poca influencia de la temperatura. El hinchamiento de los hidrogeles en las soluciones buffer ocurre mediante mecanismos tipo Fickiano inferior y Fickiano, determinados por la difusión de la solución. Mientras que en agua desionizada predomina un mecanismo anómalo, donde hay una contribución de ambos procesos (difusión del agua y de relajación de las cadenas).