Novel bacterial cellulose nanocomposites prepared through in situ polymerization

Abstract

A celulose é o polissacarídeo mais abundante na Natureza, sendo o principal componente estrutural das plantas, e com uma importância industrial elevada principalmente na indústria papeleira e têxtil. Para além das plantas, a celulose é também produzida por algumas bactérias sendo designada de celulose bacteriana (BC). A BC apresenta propriedades únicas, como a elevada retenção de água, resistência mecânica, biodegradabilidade e biocompatibilidade, que tem atraído enorme atenção em diversas áreas. Uma das principais aplicações da BC é o desenvolvimento de nanocompósitos, com aplicações desde a área biomédica, como moldes para engenharia de tecidos, até áreas mais técnicas, como materiais de embalagem. Assim, este trabalho descreve a preparação de nanocompósitos de celulose bacteriana e poli(metacrilato de 2-aminoetilo) (PAEM) por polimerização radicalar in situ, com quantidades variáveis de N,N-metilenobis(acrilamida) (MBA) como reticulande. Deste processo resultaram filmes nanocompósitos mais transparentes que a BC com propriedades mecânicas melhoradas assim como maior estabilidade térmica, em relação aos polímeros puros. Para além disso, os nanocompósitos apresentam elevada capacidade de reabsorção de água após secos e cristalinidade reduzida, relativamente à BC pura, devido à incorporação do polímero amorfo. A atividade antibacteriana nos nanocompósitos foi também avaliada utilizando E. coli bioluminescente, tendo-se verificado que apenas o nanocompósito não reticulado (BC/PAEM) apresenta actividade antibacteriana.

Cellulose is the most abundant polysaccharide in Nature being the main structural component in plants, and having a high economic importance, namely in paper and textile industries. Besides plants, cellulose is also produced by some bacteria, the so called bacterial cellulose (BC). BC has unique properties such as high water holding ability, mechanical strength, biodegradability and biocompatibility; that attracted its attention towards several fields. One of the BC applications is the development of nanocomposite materials, with applications ranging from biomedical field, as tissue scaffolds, to more technical fields such as packaging materials. So, the aim of this work was to prepare bacterial cellulose-poly(2-aminoethyl methacrylate) (PAEM) nanocomposites by in situ radical polymerization, using variable amounts of N,N-methylenebis(acrylamide) (MBA) as crosslinker agent. Several nanocomposite films were prepared, showing to be significantly more transparent than BC, with improved mechanical properties and thermal stability, in comparison with the pristine polymers. Furthermore, the nanocomposite materials show high swelling ability in water after drying as well as decreased crystallinity, in comparison with pure BC, as a result of the incorporation of amorphous polymer. The antibacterial activity of the nanocomposites prepared was also assessed towards bioluminescent E. coli from which only the non-crosslinked nanocomposite (BC/PAEM) showed to have antibacterial activity.