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.
Published papers:
- Denis Mihaela Panaitescu, Violeta Melinte, Adriana Nicoleta Frone, Cristian Andi Nicolae, Augusta Raluca Gabor, Luiza Capra, Influence of biobased polyurethane structure on thermal and mechanical properties of poly(3- hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) – polyurethane blends, Journal of polymers and the environment 2022, accepted for publication.
Communications:
- Sorin Vizireanu, Veronica Satulu, Cristian Stancu, Anca Bonciu, Gheorghe Dinescu, Denis Panaitescu, Adriana Frone, Valentin Raditoiu, Cristian Nicolae, Catalina Usurelu, Cold plasma activation of biopolymers for wound healing dressings, 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, RICCCE 22, Sinaia, 7-9 september 2022 (poster).
- Cătălina-Diana Uşurelu, Adriana Nicoleta Frone, Cristian Andi Nicolae, Augusta Raluca gabor, Sorin Vizireanu, Veronica Satulu, Cristian Stancu, Sava Mircea Teodorescu, Denis Mihaela Panaitescu, A parallel between plasma irradiation of nanocellulose water suspensions and silane grafting as surface treatments of nanocellulose, The 7th International Colloquium on “Physics of Materials”, PM-7, Bucharest, 10-11 november 2022 (poster).
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
