Resumo: O desenvolvimento de materiais ambientalmente amigáveis para diferentes setores deve ser considerado para garantir o desenvolvimento sustentável do nosso planeta. Nesta tese, desenvolvemos dois materiais poliméricos biodegradáveis de alto desempenho para serem utilizados como embalagem ativa e na medicina regenerativa, ou seja, setores em que os polímeros não biodegradáveis são amplamente utilizados e a reciclagem não é recomendada, pois alguns compostos ativos ou fármacos não são removidos durante o processo. (i) Nanocristais de celulose funcionalizados (CNCs) isolados do resíduo do bagaço de cana-de-açúcar foram montados em poli(butileno adipato-co-tereftalato) - PBAT pelo método de casting. Este método permitiu a formação de uma rede de percolação tridimensional que entrelaçou os CNCs dentro do polímero, modulando as propriedades térmicas e mecânicas em um material flexível que não pode ser sintetizado por outras abordagens de fabricação. Para atingir uma atividade antibacteriana, os nanocompósitos CNCs/PBAT foram cobertos com filme fino de prata por pulverização catódica de magnetron. O material versátil proposto e dotado de funcionalidades avançadas revelou seu potencial para abordagens notavelmente inovadoras, incluindo embalagens ativas biodegradáveis. (ii) Criogéis à base de nanofibras de celulose altamente interconectados, tridimensionais, leves e não tóxicos contendo partículas de vidro bioativo (BG 45S5®) foram sintetizados para serem usados na engenharia de tecido ósseo. O material preparado por um método novo, escalonável, ecologicamente correto e fácil, combinou morfologia e características mecânicas de forma otimizada e facilitou a formação de hidroxiapatita, enquanto libera íons essenciais para estimular a diferenciação óssea. Enquanto as características rugosas e porosas favoreciam várias funções celulares, os íons foram considerados críticos para aumentar a produção da proteína morfogenética do osso a partir das células dentro da área fraturada, acelerando assim o reparo ósseo in vivo. A biocompatibilidade sistêmica não indicou efeitos negativos em órgãos vitais, como fígado e rins. Juntos, os resultados demonstraram o potencial desse novo biomaterial verde para regeneração óssea, podendo ser utilizado como implante para o tratamento de defeitos ósseos in vivo Ver menos

Abstract: The development of environmentally friendly materials for different sectors needs to be considered to ensure the sustainable development of our planet. In this thesis, we developed two high-performance biodegradable polymer materials to be used as active packaging and in regenerative medicine, i.e. sectors where the non-biodegradable polymers are widely used and recycling is not recommended as some active compounds or drugs are not removed during the process. (i) Functionalized cellulose nanocrystals (CNCs) isolated from sugarcane bagasse residue were assembled into poly(butylene adipate-co-terephthalate) - PBAT by casting. This method allowed the formation of a three-dimensional percolating network that interweaved the CNCs inside the polymer, modulating thermal and mechanical properties in a flexible material that cannot be synthesized with other manufacturing approaches. To achieve an antibacterial activity, the CNC/PBAT nanocomposite films were covered with silver thin film by magnetron sputtering. The proposed versatile material endowed with advanced functionalities revealed its potential for remarkably innovative approaches, including biodegradable active packaging. (ii) Highly interconnected, three-dimensional, light, and not toxic cellulose nanofibers-based cryogels containing bioactive glass (BG 45S5®) particles were synthesized to be used in bone tissue engineering. The material prepared by a new, scalable, environmentally-friendly, and facile method, optimally combined morphology and mechanical features and facilitated hydroxyapatite formation, while releasing essential ions to stimulate bone differentiation. Whereas the porous, rough features favored several cell functions, the ions were found to be critical to enhance the production of the bone morphogenetic protein from cells within the fractured area, thus accelerating the in vivo bone repair. Systemic biocompatibility indicated no negative effects on vital organs such as the liver and kidneys. Together, the results demonstrated the potential of this new green biomaterial for bone regeneration, which may be used as implants for the treatment of in vivo bone defects Ver menos