Bacterial nanocellulose and fibroin: natural products to produce a structure membranes

• Published in: Matéria Vol. 26; no. 4
• Main Authors: Soeiro, Victória Soares, Tundisi, Louise Lacalendola, Amaral, Venâncio Alves, Batain, Fenando, Mazzola, Priscila Gava, Tambourgi, Elias Basile, Oliveira Júnior, José Martins de, Chaud, Marco Vinicius, Grotto, Denise, Aranha, Norberto, Jozala, Angela Faustino
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Laboratório de Hidrogênio, Coppe - Universidade Federal do Rio de Janeiro; em cooperação com a Associação Brasileira do Hidrogênio, ABH2 2021
• Subjects: CONSTRUCTION & BUILDING TECHNOLOGY; MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY; METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING; Polymers conjugation; Membranes; Fibroína; Membranas; Bacterial nanocellulose; Fibroin; Conjugação de polímeros; Nanocelulose bacteriana
• ISSN: 1517-7076; 1517-7076
• DOI: 10.1590/s1517-707620210004.1386

ABSTRACT Fibroin (FB) and bacterial nanocellulose (BC) are natural products, being used in biomedicine, electronics, food industries and other areas. Both show biocompatibility, able to be used for many different purposes. The blending of fibroin and bacterial nanocellulose was design to produce a biocompatible material to be applied with a medical device. For this reason, the objective of this work was to evaluate the structure properties of the blending of BC and FB. Thus, FB was extracted from Bombyx mori and BC was produced by fermentation process utilizing Gluconacetobacter xylinus. The membranes composed of BC-FB were produced by immersion contact for 24 hours, at 25°C, in 100rpm; without crosslinking agent. After the production the membrane samples were dried and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR spectroscopy), mechanical proprieties, swelling efficiency, scanning electron microscopy (SEM) and computerized microtomography (µCt). Results indicate that the hydrogen-bonded porous membranes obtained displayed anisiotropic, closed and interconnected porous morphology. The morphometric characteristics, which resemble a honeycomb and consist of a long structure with high connectivity and high total porosity, amplify the areas of BC-FB blend applications, with potential utilization with optoelectronic devices, in areas ranging from environmental to tissue engineering. Furthermore, the production by immersion contact will allow the upscale process and the development of green label material.
RESUMO Fibroína (FB) e nanocelulose bacteriana (BC) são produtos naturais que podem ser usados na biomedicina, nas indústrias eletrônicas e de alimentos e outras áreas. Todos eles apresentam biocompatibilidade, podendo ser utilizados para diversos fins. A mistura de fibroína e nanocelulose bacteriana foi projetada para produzir um material biocompatível para ser aplicado com um dispositivo médico. Por esse motivo, o objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades estruturais da mistura de BC e FB. Assim, FB foi extraída do Bombyx mori e a BC foi produzida por processo de fermentação utilizando Gluconacetobacter xylinus. As membranas compostas de BC-FB foram produzidas por contato de imersão por 24 horas, a 25 °C, em 100 rpm, sem agente reticulante. Após a produção, as amostras de membrana foram secas e caracterizadas por espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (espectroscopia FTIR), propriedades mecânicas, eficiência de intumescimento, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microtomografia computadorizada (µCt). Os resultados indicam que as membranas porosas com ligações de hidrogênio obtidas apresentaram morfologia porosa anisiotrópica, fechada e interconectada. As características morfométricas, que se assemelham a um favo de mel e consistem em uma estrutura longa com alta conectividade e alta porosidade total, amplificam as áreas de aplicações da mistura BC-FB, com potencial utilização com dispositivos optoeletrônicos, em áreas que variam desde ambiental à engenharia tecidual. Além disso, a produção por contato de imersão permitirá o processo de alta qualidade e o desenvolvimento de material de rótulo verde.