Implementación del sistema de electrohilado coaxial para la fabricación de nano fibras de quitosano

Abstract

The production of chitosan nanofibers (CTS) has been an interesting subject of research related to nanomaterials development during the last few years; this has been motivated by the bio-activity and unique characteristics of chitosan which includes: good mechanical properties, bio-degradability, biocompatibility, low toxicity and its antifungal and antimicrobial properties. Despite these unique characteristics, the spinnability of chitosan to produce nanofibers is quite difficult due to its dielectric environment and high molecular weight. Chitosan nanofibers have been successfully electrospun from chitosan solutions in trifluoroacetic acid; an extremely toxic and undesirable for the application of the resulting nanofibers in the biomedical field. The present study proposed the incorporation of the coaxial electrospun system as a highly viable alternative for the production of CTS nanofibers with higher quality, using eco-friendly solvents. The procedure involves the use of CTS / PEO (polyethylene oxide) solution as the core of coaxial nanofibers, and polyvinyl alcohol (PVA) as the outer layer. Furthermore, taking into advantage of the excellent features of CTS as reducing and stabilizing agent for the synthesis of metallic nanoparticles; in this system gold nanoparticles (AuNPs) have been introduced in the core, producing a nanostructured material with multifunctional characteristics. The modified electrospun technique produces nanofibers with high chitosan content, using an eco-friendly solvent system and minimizing the possible risks of toxicity enabling the application of the final material in the biomedical area. The nanofibers collections were characterized by spectroscopic and microscopic techniques.

La generación de nanofibras de quitosano (CTS) ha sido un tema de gran interés en el desarrollo de nanomateriales durante los últimos años, lo anterior ha sido motivado por su bio-actividad y las características únicas que posee entre las que se incluyen: buenas propiedades mecánicas, biodegradabilidad, biocompatibilidad, baja toxicidad, propiedades antifúngicas y antimicrobianas. Sin embargo, el electrohilado de este polímero para la producción de nanofibras es muy complejo debido a su entorno dieléctrico y su alto peso molecular; a través de ésta técnica se han obtenido exitosamente nanofibras de quitosano a partir de soluciones de este biopolímero en ácido trifluoroacético, un disolvente altamente tóxico e indeseable que limita la posible aplicación de las nanofibras resultantes en el área biomédica. En el presente trabajo se propone la introducción del sistema de electrohilado coaxial como una alternativa altamente viable para la fabricación de nanofibras de CTS de mayor calidad con el empleo de disolventes amigables. La metodología empleada incluye el uso de una mezcla CTS/PEO (óxido de polietileno), la cual constituye el núcleo, y un recubrimiento de alcohol polivinílico (PVA) como capa externa. Adicionalmente, tomando ventaja de las excelentes características del CTS como agente reductor y estabilizante para la síntesis de nanopartículas metálicas, se han introducido nanopartículas de oro (AuNPs) al compuesto antes mencionado, dando lugar a un material nanoestructurado con características multifuncionales. La variante de la técnica de electrohilado posibilita la obtención de nanofibras con alto contenido de quitosano empleando un sistema de disolventes no dañino, minimizando así el riesgo de toxicidad y facilitando la aplicación biomédica del material final. Los materiales obtenidos en forma de colecciones de nanofibras se caracterizaron mediante distintas técnicas espectroscópicas y microscópicas.