Embedded ceria nanoparticles in biopolymer elecrtospun fibers for biomedical applications

Abstract

La técnica de electrohilado se considera una de las técnicas de fabricación de nanofibras más utilizadas y un método simple de bajo costo que puede lograr una producción en masa. Por un lado, se puede utilizar una amplia gama de polímeros como el polivinil alcohol (PVA) y el quitosano para fabricar nanofibras con fines biomédicos. Por otro lado, ha habido un especial interés en las propiedades biomédicas de las nanopartículas de óxido de cerio (ceria), sus efectos antiinflamatorios, resistencia al cáncer, angiogénesis y aplicaciones en ingeniería de tejidos. En este contexto, la fabricación de materiales nanoestructurados puede conducir al desarrollo de nuevos andamios biocompatibles funcionales. El presente trabajo tuvo como objetivo fabricar y estudiar nanofibras de PVA, quitosano y PVA/quitosano electrohiladas incrustadas con nanopartículas de ceria que pueden usarse como biomaterial antibacteriano y antifúngico. Se sintetizaron nanopartículas de ceria y luego se caracterizaron por el método UV/vis usando un espectrofotómetro estándar. Se prepararon soluciones poliméricas de 8% en peso de PVA, 4% en peso de quitosano y PVA/quitosano en diferentes proporciones de volumen y se doparon con nanopartículas de ceria. Las caracterizaciones estructurales y morfológicas de las nanofibras se llevaron a cabo utilizando espectroscopía de Raman, espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX), espectroscopía infrarroja transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico y microscopía electrónica de barrido (SEM). Tanto la espectroscopía de Raman como la infrarroja mostraron picos característicos para las nanofibras de PVA y PVA/quitosano. El análisis termogravimétrico demostró que las nanofibras de PVA/quitosano poseían una mejor estabilidad térmica, comparadas con los polímeros individuales. Los análisis SEM y UV/vis confirmaron nanofibras que oscilaban entre 100 nm y 400 nm de diámetro. El análisis EDX mostró la presencia de nanopartículas de ceria en las nanofibras. Se realizaron ensayos antibacteriales y antifúngicos que demostraron inhibición bacteriana y fúngica por parte de las nanofibras de PVA dopadas con nanopartículas de óxido de cerio y las nanofibras de PVA/quitosano (70/30) dopadas con nanopartículas de óxido de cerio. En conclusión, se optimizaron parámetros para la fabricación de nanofibras puras y cargadas con nanopartículas de óxido de cerio de polímeros de PVA y PVA/quitosano; las nanofibras cargadas con nanopartículas de óxido de cerio mostraron un diámetro significativamente menor comparadas con las nanofibras puras de PVA y PVA/quitosano; las nanofibras de PVA y PVA/quitosano cargadas con nanopartículas de óxido de cerio mostraron inhibición bacteriana y fúngica.