DESENVOLVIMENTO DE MICROPARTÍCULAS DE
POLICAPROLACTONA
Mariana S de S de B Monteiro1*, Jean P de Araújo2, Maria Inês B
1-3* - Instituto de Macromoléculas Eloisa Mano (IMA)/Universidade Federal do Rio de Janeiro- UFRJ, Rio de Janeiro [email protected]
Resumo: As micropartículas são sistemas micrométricos formados por materiais poliméricos biocompatíveis e
biodegradáveis. A policaprolactona é um biopoliéster, semicristalino e muito utilizado no desenvolvimento das micropartículas. A técnica de spray drying permite a formação de micropartículas, de forma simples, rápida, reprodutível. O objetivo deste trabalho consistiu em desenvolver micropartículas de Policaprolactona, utilizando a técnica de spray-drying e na sua caracterização por microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de
infravermelho, difração de raios-X e espalhamento dinâmico de luz laser. Foram desenvolvidos três tipos de amostras: Policaprolactona sem homogeneização no ultra turrax®, Policaprolactona com homogeneização no ultra turrax® e
Policaprolactona com homogeneização no ultra turrax® e contendo a nanocarga argila NT-25®. Posteriormente, todas as
amostras foram submetidas ao spray drying. As micropartículas apresentaram-se côncavas, amorfas e a argila NT-25®
contribuiu para a redução do tamanho.
Palavras-chave: Micropartículas, “Spray-Drying”, Policaprolactona.
The Development of Polycaprolactone Microparticles.
Abstract: The microparticles are a micrometric systems formed by biocompatible and biodegradable polymeric
materials. The Polycaprolactone is a crystalline biopolyester and it is widely used in microparticles system. The spray drying is a simple, rapid and reproductible method, which allows the microparticles development. The aim of this study was the development of polycaprolactone microparticles, using the spray drying technique, and their characterization by transmission electron microscopy, infrared spectroscopy, X-ray diffraction and dynamic light scattering. Three samples were developed: Polycaprolactone without ultra turrax® homogenization, Policaprolactone with ultra turrax®
homogenization and Polycaprolactone with ultra turrax® homogenization and NT-25® nanoclay. After that, all the
samples were taken to the spray drying. Microparticles showed a concave morphology and they were amorphous. The NT-25® nanoclay reduced the microparticles size.
Keywords: Microparticles, Spray-Drying, Polycaprolactone.
Introdução
As micropartículas são sistemas micrométricos (1-1000 µm) que podem ser classificados de acordo com a sua constituição em: microesferas, que são sistemas matriciais e microcápsulas, que são sistemas reservatórios [1]. Geralmente, as micropartículas são formadas depositando-se camadas de materiais poliméricos biocompatíveis e biodegradáveis, desta forma, as micropartículas têm sido amplamente estudadas na área médica e farmacêutica. A policaprolactona (PCL) é um biopoliéster, semicristalino e muito atrativo para o desenvolvimento das micropartículas devido à sua biodegradabilidade, biocompatibilidade e baixa toxicidade [2,3]. A técnica de spray drying permite a formação de micropartículas, de forma simples, rápida, reprodutível. Atualmente, a técnica de spray-drying é largamente empregada com a finalidade de coletar partículas secas a partir de
sistemas coloidais. Inicialmente, o ativo e o polímero são dissolvidos ou dispersos em solventes voláteis como o diclorometano, clorofórmio e acetona. Esta metodologia pode ser utilizada para a secagem de várias substâncias em solução ou suspensão [4,5]. O objetivo deste trabalho consistiu no desenvolvimento de micropartículas de PCL, utilizando a técnica de spray-drying e na sua caracterização pelas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de infravermelho, difração de raios-X e por espalhamento dinâmico de luz laser (DLS).
Experimental
Desenvolvimento das Micropartículas
Foram desenvolvidos três tipos de micropartículas, onde o polímero PCL (2g) (Sigma Aldrich) foi solubilizado em clorofórmio, com agitação, por 24 horas. Esta fase orgânica foi vertida sobre uma fase aquosa contendo 0,5% p/v de álcool polivinílico (PVA) (VETEC). A primeira dispersão foi submetida à agitação magnética, por 30 minutos, a temperatura ambiente. A segunda dispersão foi homogeneizada em ultra-turrax® por 2 minutos a 16000 rpm, a temperatura ambiente. Já o terceiro tipo de micropartícula, o PCL foi solubilizado em clorofórmio, adicionado 3% m/m da nanocarga argila NT-25® (Bentonit) e submetidos à agitação por 48 horas a temperatura ambiente. Em seguida esta fase orgânica foi dispersa na fase aquosa contendo PVA e levada ao ultra turrax® por 2 minutos a 16000 rpm, a temperatura ambiente. Todas as suspensões foram secas, por aspersão utilizando Mini Spray Dryer LM MSD 1.0 (LabMaq). As condições operacionais para a secagem das suspensões foram às seguintes: fluxo de alimentação (3,3 ml/min), fluxo de ar (500 Nl/h), pressão de ar comprimido (200 Kpa), temperatura de entrada de ar de secagem (120 oC ± 4 oC) e
temperatura de ar de secagem (95 oC ± 4oC).
Caracterização das Micropartículas
As micropartículas foram caracterizadas por: Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia de infravermelho (FTIR-ATR), Difração de Raios X (DRX) e espalhamento dinâmico de luz laser (DLS). As análises de MEV das amostras foram previamente metalizadas com ouro, por 20 segundos, utilizando o aparelho Denton Vacuum Disk II e as fotomicrografias foram obtidas utilizando o microscópio Jeol JSM-5610 LV, com uma voltagem de 20 kV e aumentos de 8000 x. As análises de FTIR-ATR foram realizadas no aparelho Thermo Scientific, modelo Nicolet IN 10, na faixa de varredura 4000 a 675 cm-1, tempo de coleção de 25 segundos, 128 varreduras e resolução normal do espectro. As análises de DRX foram realizadas no
difratômetro de raios-X Rigaku, modelo miniflex, analisadas com a emissão de radiação de CuKα (λ = 1,5418 Å), a temperatura ambiente em 40 KV e 30 mA e os padrões de difração foram coletados numa taxa de varredura de 2º ‹ 2θ ‹ 30º, por 3 seg, passos de 0,05º. O tamanho e a distribuição do tamanho foram determinados por equipamento de luz a laser (Multi Angle Particle Sizing Option, Brookhaven, USA). O ângulo de detecção foi de 90º e as amostras foram diluídas em água destilada na concentração de 1:1000, sendo procedida à leitura em uma cela de quartzo de 1 cm de caminho óptico, a temperatura controlada e mantida a 25ºC e os dados obtidos foram integrados com auxílio do software MAS OPTION.
Se necessário inserir subtítulo em fonte Times New Roman 12, itálico.
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Resultados e Discussão
A análise de FTIR-ATR fornece importantes informações estruturais, como por exemplo: composição química, estrutura configuracional e conformacional [6]. A Fig. 1 apresenta o espectro de IV do PCL, mostrando as principais bandas de absorção: 1150-1200 cm-1 vibração simétrica O-C-O, 1240 cm-1 vibração assimétrica C-O-C, 1700-1760 cm-1 vibração da carbonila. O PVA apresenta bandas em: 3440 cm-1, referente ao estiramento do grupo OH, 2900 cm-1, referente à vibração assimétrica do grupo OH, 1375 cm-1 referente ao acoplamento entre os grupos OH e a banda em 1420 cm-1 corresponde à vibração do CH. As micropartículas desenvolvidas apresentaram
as bandas características do PCL e do PVA, portanto conclui-se que houve uma interação entre os polímeros. Além disto, não foi possível visualizar os picos característicos da argila na amostra PCL + NT-25® + UT®, pois os picos da argila foram sobrepostos pelos picos atribuídos a vibrações dos
polímeros. 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Número de ondas (cm-1 ) PCL + UT NT-25 PCL PVA PCL + NT-25 + UT
Figura 1. Espectro de Infravermelho das amostras: PCL, PVA, argila NT-25®, micropartículas PCL + UT® e
A DRX é um dos principais métodos de caracterização de polímeros, pois é capaz de fornecer informações sobre o estado cristalino e amorfo deste material e da sua estrutura por meio da
posição, forma e intensidade dos picos de reflexão [6,7]. A difração de raios X, para 2 θ variando de 2 a 30º, do PCL está apresentado na Fig 2. Observa-se que o PCL apresenta um padrão de raios X com dois picos de reflexão a 2θ = 21,4º e 23,8º, com espaçamento basal de 0,412 e 0,325 nm, os quais correspondem a (110) e (220) dos planos do cristal PCL, na forma ortorrômbico. Entretanto, as micropartículas desenvolvidas não apresentaram estes planos cristalográficos, indicando a perda da estrutura cristalina. Portanto, estas micropartículas são amorfas. Na amostra contendo argila não foi possível observar seu pico característico, e isto pode indicar uma boa dispersão desta nanocarga na matriz polimérica. 5 10 15 20 25 30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 PCL PVA NT-25 Micro PCL + NT-25 Micro PCL UT Micro PCL UT PCL PVA NT-25 Micro PCL + NT-25 Micro PCL UT Micro PCL UT 2 θ θ (θ θ οοοο ) In te n s id a d e ( c .p .s )
Figura 2. Padrão de difração de Raios-X das amostras: PCL, PVA, NT-25®, Micropartículas PCL + NT-25®
+ UT®, micropartículas PCL + UT® e PCL sem UT®.
As medidas realizadas por espalhamento dinâmico de luz laser (DLS) forneceram os diâmetros das partículas em suspensão através da medida do diâmetro hidrodinâmico (Z) versus diâmetro médio pelo volume. A Fig 3 mostra os dados de distribuição dos diâmetros das partículas. Verificou-se que as micropartículas de PCL que não foram submetidas ao ultra turrax® apresentaram três populações
principais: a primeira apresentou um diâmetro médio de 57,64 nm, a segunda com 185,7 nm e a terceira com 700,3 nm. Entretanto, a terceira população apresenta uma intensidade mais alta, conseqüentemente, as micropartículas com este diâmetro representam a maior parte da amostra. A amostra de PCL submetida ao ultra turrax® apresentou duas populações, sendo a primeira com um
diâmetro médio de 66,93 nm e a segunda com 578,2 nm, a qual representa a maior parte da amostra. A amostra de PCL + nanocarga NT-25® submetida ao ultra turrax® apresentou duas populações,
sendo a primeira com um diâmetro médio de 75,88 nm, a segunda com 350,8 nm, a qual representa a maior parte da amostra. Entretanto, esta última amostra apresentou partículas com menor diâmetro, portanto, a nanocarga pode ter contribuído com este fenômeno.
10 100 1000 V ol um e ( % ) Diâmetro (nm) PCL + NT-25 + UT PCL + UT PCL S/UT
Figura 3. Distribuição do tamanho das partículas por DLS: micropartículas PCL s/UT®, micropartículas PCL
+ UT® e micropartículas PCL + NT-25® + UT®.
As análises de MEV evidenciaram micropartículas não esféricas, contendo concavidades e invaginações. A superfície das micropartículas apresentou-se lisas, sem rugosidades ou porosidades e com ampla distribuição de tamanho para todas as micropartículas desenvolvidas.
Figura 4. Fotomicrografias por MEV das amostras: PCL + NT-25® + UT® (A), PCL s/UT® (B) e PCL + UT
® (C), respectivamente.
Conclusões
Nas micropartículas desenvolvidas ocorreu interação entre os polímeros PCL e PVA, uma vez que os principais grupos funcionais dos ambos os polímeros foram observados nas amostras. Além disto, ocorreu uma redução do grau de cristalinidade do PCL nas micropartículas, devido ao seu
A
B
processamento no Spray Dryer. A nanocarga, argila NT-25®, contribuiu para a redução do tamanho
das micropartículas e estas apresentaram uma morfologia côncava.
Agradecimentos
Agradecimento ao CNPq.
Referências Bibliográficas
1- M. R. Pereira; L. Cruz; M. I. Ré; S. S. Gutteres. Acta Farm. Bonaerense. 2006, 25 (2), 198. 2- G. Winzenburg; M. Schmidt; S. Fuchs; T. Kissel. Adv Drug Delivery Reviews. 2004, 56,
1453.
3- M.D. Dhanaraju. et al. J of Biomedical Material Research. 2006,76,63. 4- R. Santis et al. Biomaterials, 2007, 28, 2801.
5- M. E. Aulton. Delineamento de Formas Farmacêuticas. Porto Alegre: Artmed, 2005, 677p. 6- V. Sebastião; Jr. Canevarolo. Técnicas de Caracterização de Polímeros. São Paulo: Artliber
Editora, 2007. 448 p.
7- S.S. Ray; M, Okamoto. Progress in Polymer Science, 2003, 28,1539. 8- CHEN, B; EVANS, J.R.G. Macromolecules, 39, 2, 747-754 (2006).
