Distribuição de Tamanho Hidrodinâmico de Partículas e Estabilidade Coloidal

A caracterização de dispersão de tamanho foi avaliada através de medidas de distribuição de tamanho de partículas por espalhamento de luz em meio aquoso e trata-se, portanto, da determinação do tamanho ou diâmetro hidrodinâmico das partículas.

Esta seção foi dividida em dois blocos e avaliou-se no primeiro deles o perfil de distribuição de tamanho utilizando-se quitosanas DQ3 e DQ6 reticuladas com 1 mL de TPP a 1% ou 10 mg/mL. No segundo bloco variou-se a proporção utilizada de quitosana/TPP onde volumes

75 variados de TPP a 0,05% ou 0,5 mg/mL e a partir de uma configuração otimizada em termos tamanho e carga superficial foram então sintetizadas partículas com precursor de grau máximo de desacetilação obtido neste trabalho (DQ9) para obtenção de partículas com perfil de tamanho otimizado e alta carga superficial para melhor estabilidade e grandes possibilidades de utilização como nanobiocompósitos.

4.2.3.1. Metodologia 1

As partículas de quitosana sintetizadas com 1 mL de TPP a 10 mg/mL obtiveram resultados semelhantes quanto ao perfil da curva de distribuição de tamanho e tamanho médio para cada população de partículas.

Os valores de diâmetro médio para cada uma das três populações da amostra NQ3 (figura 4.26) são os seguintes: 56,4% das partículas com 213,4 nm; 39,1% das partículas com 765,6 nm e 4,5% das partículas com 5,16 µm.

Figura 4.26- Distribuição de tamanho das partículas NQ3 por espalhamento de luz.

Já para a amostra NQ6 os valores foram (figura 4.27): para 45,6% das partículas com 165,4 nm; 49,5% das partículas 669,4 nm e 4,9% das partículas 5,17 µm. O diâmetro médio resultante das três populações para a amostra NQ3 foi de 330,7 nm e de 317,5 nm para a amostra NQ6.

Figura 4.27- Distribuição de tamanho das partículas NQ6 por espalhamento de luz.

Como a reticulação ocorre entre os grupamentos aminos protonados da quitosana e os grupamentos fosfatos dissociados do TPP, a diferença entre os graus de desacetilação das amostras NQ3 e NQ6 (92% e 94%, respectivamente) não exerceram papel significante no tamanho das partículas resultantes nos parâmetros da síntese descrita na metodologia 1. Dois possíveis parâmetros foram então analisados: a concentração do agente TPP e a relação mássica entre os reagentes envolvidos, a quitosana e o TPP. A razão de se investigar a concentração do agente TPP adicionado a reação é que se uma quantidade muito grande do agente reticulante for adicionada de uma só vez haverá um ―ajuntamento‖ imediato muito grande das cadeias de quitosana protonadas atraídas pela alta densidade de cargas negativas de TPP em cada gota. Se ao invés de se adicionar 1 mL de TPP a 1% (10 mg/mL) forem adicionadas 20 gotas de TPP a 0,05% (0,5 mg/mL) a quantidade mássica de TPP seria preservada (10 mg) e a densidade de cargas negativas adicionadas em cada gota atrairia uma quantidade menor de cadeias protonadas acarretando portanto em partículas com tamanho reduzido.

Nesse sentido realizou-se a síntese de nanopartículas de quitosana utilizando-se uma solução de TPP com concentração diluída de 10 mg/mL para 0,5 mg/mL.

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4.2.3.2. Metodologia 2

A curva resultante da análise de distribuição de tamanho de partículas por espalhamento de luz da amostra NQ3.10 (Figura 4.28) apresentou um perfil completamente distinto daquele apresentado na figura 4.26 para as partículas sintetizadas a partir da solução concentrada do reticulante. Cerca de 90,9% das partículas apresentaram um tamanho médio de 175,7 nm e 9,1% das partículas apresentaram tamanho médio de 2,90 µm. Este resultado comprova a importância de se adicionar baixas concentrações do agente reticulante TPP na síntese de nanopartículas de quitosana, pois dessa forma as cadeias protonadas solubilizadas na solução de quitosana são consumidas gradativamente com adição da solução diluída de TPP e as partículas resultantes adquirem um ―perfil de tamanho‖ semelhante.

Figura 4.28- Distribuição de tamanho das partículas NQ3.10 por espalhamento de luz.

Uma vez observada a influência da concentração do TPP, mantendo-se a mesma quantidade mássica de quitosana e a concentração diluída 0,05% de TPP, realizou-se a reticulação alterando-se apenas a quantidade de massa adicionada de TPP através da alteração de volume. Dessa forma foram adicionados 6 mL, 5 mL e 4 mL de TPP a 0,5 mg/mL que somaram 3 mg, 2,5 mg e 2 mg de TPP, respectivamente.

A amostra NQ3.6 apresentou uma curva monomodal (Figura 4.29) com diâmetro médio igual a 235 nm.

1 10 100 1000 10000 0 5 10 15 20 25 30 F re qu en ci a (% ) Diametro (nm) NQ3.6

Figura 4.29- Distribuição de tamanho das partículas NQ3.6 por espalhamento de luz.

Esta curva apesar de apresentar um diâmetro médio inferior ao das partículas na amostra NQ3.10 é importante por não evidenciar a formação de partículas com dimensões micrométricas o que se faz alvo de interesse para este trabalho. A medida de potencial zeta indicou um valor de 27,94 mV este valor é considerado bom e confere boa estabilidade a sistemas nanoparticulados.

As amostras NQ3.5 e NQ3.4 apresentaram curvas monomodais e tiveram seus valores de diâmetro médio de partículas 173,5 nm e 178,2 nm, respectivamente (Figuras 4.30 e 4.31). O potencial zeta encontrados foram de 31,87 mV e 35,81 mV para as amostras NQ3.5 e NQ3.4, respectivamente.

79 1 10 100 1000 10000 0 5 10 15 20 25 30 F re qu nci a (% ) Diameter (nm) NQ3.5

Figura 4.30- Distribuição de tamanho das partículas NQ3.5 por espalhamento de luz.

1 10 100 1000 10000 0 5 10 15 20 25 30 35 F re qu en ci a (% ) Diametro (nm) NQ3.4

Figura 4.31- Distribuição de tamanho das partículas NQ3.4 por espalhamento de luz.

Dessa forma encontrou-se uma mudança no comportamento da curva gerada plotando-se os valores dos diâmetros médios das amostras NQ3.10, NQ3.6, NQ3.5 e NQ3.4 pelos volumes de TPP 0,05% adicionados (Figura 4.32). Encontrou-se o valor crítico para o sistema sintetizado NQ3.5, ou seja, a partir de 5 mL de TPP a 0,05% e ao se diminuir o volume do reticulante a partícula de quitosana passa a ter seu diâmetro médio aumentado com relação ao valor crítico apesar de apresentar um valor superior de potencial zeta.

4 5 6 7 8 9 10 150 200 250 300 350 400 450 D ia me tro Me d io (n m) Volume TPP (mL)

Figura 4.32- Curva traçada a partir dos pontos gerados pelos diâmetros médios das partículas NQ3.10, NQ3.6, NQ3.5 e NQ3.4 versus volumes de TPP utilizados nas respectivas sínteses.

Uma possível explicação para esse comportamento é o excesso de cadeias poliméricas disponíveis para formar partículas. Como o TPP tornou-se o reagente limitante as cadeias livres serão atraídas pelas partículas maiores e com maiores valores de potencial zeta.

Como o parâmetro de carga superficial é muito importante tanto para estabilidade dos sistemas nanoparticulados quanto para futuras bioconjugações e aplicações em sistemas biológicos buscou-se sintetizar partículas com maiores valores de potencial zeta utilizando-se, para tanto, precursores com maiores graus de desacetilação como a quitosana com GD = 99% (DQ9) baseado nos parâmetros das partículas NQ3.4 que obtiveram o maior valor de potencial zeta.

As partículas formadas a partir da solução DQ9 e 4 mL de TPP 0,05% apresentaram uma curva monomodal com diâmetro hidrodinâmico médio de 89,5 nm e potencial zeta de 48,17 mV (Figura 4.34)

81 1 10 100 1000 10000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 F re qu en ci a (% ) Diametro (nm) NQ9.4

Figura 4.33- Distribuição de tamanho das partículas NQ9.4 por espalhamento de luz.

Comparando-se esses valores com aqueles obtidos para as partículas de NQ3.4 percebe-se que o tamanho médio reduziu a metade e o potencial zeta aumentou em 34,5%. Isto se explica pelo aumento dos grupamentos aminos protonados de diferentes cadeias de quitosana que conseguem rapidamente neutralizar a carga negativa proveniente dos grupamentos fosfatos das partículas formadas e uma maior densidade de carga superficial.

Nesse sentido viabilizou-se também a síntese com a quitosana precursora DQ9 solubilizada em água para fins de aplicabilidade em sistemas que devem estar isentos de ácidos.

Os resultados de tamanho de partículas para a amostra NQ9.4A (Figura 4.34) foram bastante semelhantes aos obtidos com precursores solubilizados em meio ácido e indicaram um tamanho hidrodinâmico médio de 91,4 nm porem o potencial zeta diminuiu para 36,58 mV. A diminuição do valor de potencial zeta é explicada pelo fato da ausência do acido dificultar a protonação dos grupamentos aminos na cadeia polimérica.

1 10 100 1000 10000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 _NQ9.4A F re qu en ci a (% ) Diametro (nm)

Figura 4.34- Distribuição de tamanho das partículas NQ9.4A por espalhamento de luz.

O pH resultante para as suspensões das partículas sintetizadas em HAc 1% foram todos em torno de 3,6. Para as partículas sintetizadas em água o pH resultante foi de 4,2.