Titlu: Structuri biopolimerice obținute prin tratament cu plasmă pentru vindecarea rănilor – BIOPLASM

Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2021-2559

Numar contract: 632PED/2022

Perioada de desfasurare: 21.06.2022 – 20.06.2024

Sursa de finantare: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI)

Rezumat:

Rănile cronice, arsurile severe sau rănile infectate sunt printre cele mai dureroase boli care necesită tratament costisitor pe termen lung. În prezent, tratementul clinic al rănilor cronice este dificil din cauza riscului crescut de infecție cu bacterii rezistente la antibiotice și a deficiențelor terapiilor actuale. În cadrul proiectului BIOPLASM va fi dezvoltată o nouă tehnologie de fabricare a pansamentelor bistratificate, bazată pe nanoceluloză și procesarea cu plasmă rece. Scopul proiectului este de a obține pansamente eficiente pentru tratamentul rănilor infectate prin dezvoltarea de nanopurtători antibacteriani din nanoceluloză depuşi pe un substrat din poliester alifatic. Utilizarea plasmei reci pentru prelucrarea nanocelulozei și a biopolimerilor în vederea aplicării în medicină este un domeniu efervescent, cu beneficii importante legate de protejarea mediului, lipsa de produse secundare sau deșeuri, sterilizare și largi posibilităţi de funcționalizare. Tratamentul cu plasmă rece a suspensiilor lichide de nanoceluloză este un concept dezvoltat de ICECHIM și INFLPR în cadrul unui proiect anterior. Acest lucru va servi ca punct de plecare împreună cu funcționalizarea și procesarea nanocelulozei și a poliesterilor alifatici pentru construirea unei noi abordări tehnologice în vederea fabricării pansamentelor bistratificate. Noua tehnologie va fi validată prin studii in vitro și in vivo. Proiectul va fi implementat de un grup experimentat de cercetători de la ICECHIM, INFLPR și Institutul Cantacuzino.

Obiectivul general al proiectului BIOPLASM este dezvoltarea și validarea în laborator a unei tehnologii pentru fabricarea de pansamente bistratificate

bazate pe nanoceluloză și procesare cu plasmă rece.

Proiectul are următoarele obiective specifice:

– Proiectarea de noi nanopurtători pe bază de nanoceluloză (NC);

– Sinteza NC purtătoare de diferiți agenți antibacterieni și testarea unor noi căi tehnologice pentru depunerea nanopurtătorilor pe substrat de biopolimer activat cu plasmă;

– Caracterizarea structurii și morfologiei, a proprietăților termice și mecanice ale structurilor stratificate obținute;

– Caracterizarea in vitro a citotoxicității și a activității antimicrobiene a pansamentelor stratificate; selectarea soluției tehnologice optime;

– Demonstrarea performanței și validarea noii tehnologii pentru fabricarea pansamentelor bistratificate antibacteriene.

Etapa I

Rezumat executiv al activităților realizate în prima etapă

In cadrul acestei etape s-au sintetizat nanopurtători pe bază de nanoceluloză (NC) folosind pentru activarea NC oxidarea TEMPO, funcţionalizarea cu silani şi plasma imersată în suspensia de nanoceluloză conţinând agent oxidant. Eficienţa tratamentelor aplicate şi modificările induse la suprafaţa NC au fost evidenţiate prin microscopie electronică, spectroscopie în infraroşu, XPS şi analiză termogravimetrică. NC funcţionalizată sau nu a fost impregnată cu extracte ale agenţilor antibacterieni naturali în etanol în proporţie de 5 si 10% rezultând nanopurtători ANC(I) care au fost caracterizaţi în privinţa structurii, morfologiei şi a proprietăţilor termice. Rezultatele au indicat faptul că agenţii antibacterieni naturali folosiţi au aderat la substratul celulozic şi nu au dăunat stabilităţii termice a nanocelulozei. Testele de citotoxicitate au arătat un efect important al agenţilor antibacterieni din ANC(I) asupra viabilităţii celulare. Tot în această etapă s-a realizat substratul de biopolimer din mai multe amestecuri polimerice care au avut drept componentă principală poli(3-hidroxibutirat-co-hidroxivalerat) care a fost modificat cu diverşi bioelastomeri. Filme din aceste amestecuri polimerice au fost tratate cu plasmă rece în diverse condiţii (număr diferit de scanări, un singur gaz sau amestec de gaze) pentru activarea suprafeţei. In acest scop s-a realizat o sursa de plasmă de tip DBD planar, care funcţionează la presiune atmosferică şi care a fost montata pe o masă de translaţie comandată prin intermediul calculatorului pentru ca tratamentul să fie aplicat pe toată suprafaţa suportului biopolimeric. Caracterizarea morfo – structurală prin spectrometrie fotoelectronică cu raze X şi SEM precum şi analiza termică şi mecanic-dinamică a substratului înainte şi după tratamentul cu plasmă rece au pus în evidenţă influenţa acestui tratament asupra structurii suprafeţei, a stabilităţii termice şi a rezistenţei mecanice a suportului din biopolimer.

       Lucrările de cercetare din cadrul acestei etape au fost diseminate printr-un articol publicat (online) în Journal of Polymers and the Environment (Springer-Nature, IF 4.705, Q1) şi două comunicări (poster) la RICCCE 22 şi la 7th International Colloquium on “Physics of Materials”, PM-7. S-a realizat de asemenea pagina web a proiectului. Prin lucrările efectuate în cadrul acestei etape toate obiectivele planificate au fost îndeplinite.

Etapa a II-a

Rezumat executiv al activităților realizate în etapa a doua

In cadrul acestei etape s-au realizat nanopurtători antibacterieni pe bază de nanoceluloză si s-au desfasurat experimentări pentru obținerea de pansamente bistratificate care conțin acesti nanopurtători antibacterieni. Caracterizarea morfo-structurală a nanopurtătorilor prin FTIR si SEM precum si caracterizarea termica si mecanica au evidentiat modificarea nanocelulozei datorita agentilor antibacterienei inglobati. Pentru nanopurtătorii de tip emulsii Pickering s-a determinat stabilitatea acestora si variatia stabilitatii in timp. Raportul de analiză a citotoxicității a indicat o viabilitate celulara de peste 90% pentru toate probele testate, ceea ce indica faptul ca nanopuratatorii ANC nu sunt toxici ci prezinta un grad inalt de biocompatibilitate. De asemenea nanopuratatorii ANC prezinta efect antibacterian testat in cazul Staphylococcus aureus. Pe baza acestor rezultate s-a selectat solutia cea mai avantajoasa care a fost testata la acoperirea filmelor din biopolimer pentru obținerea de pansamente bistratificate. Experimentele de activare cu plasma a substratului si de pulverizare a nanopurtatorilor selectati au permis stabilirea condițiile tehnologice pentru realizarea pansamentelor. Acestea au fost caracterizate din punct de vedere morfo-structural, termic si mecanic, rezultatele evidentiind proprietati mai bune dupa tratarea cu plasma si acoperirea cu nanopurtatori.

Coordinator:

Institutul Național de Cercetare – Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie – ICECHIM

Partners:

Institutul Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației – NFLPR RA

Institutul Național de Cercetare Dezvoltare Medico-Militară „Cantacuzino”

ICECHIM:

Dr. eng. Denis Mihaela Panaitescu