Evaluación de las propiedades funcionales del α y β quitosano, como un bioadhesivo aplicable sobre un soporte celulósico

Abstract

En esta investigación se realizó el estudio de las fuerzas de adhesión entre dos tipos de quitosanos α y β puros y funcionalizados, aplicados sobre un soporte de grado industrial, fabricado a partir de fibras de alfa celulosa. El quitosano es el segundo biopolímero más abundante en la naturaleza luego de celulosa, y las estructuras moleculares de sus isómeros, se distinguen únicamente por el carbono anomérico C1 de la unidad de glucosa (D-glucopiranosa). Ambos polisacáridos de alta pureza y elevado grado de desacetilación >93%, son de bajos pesos moleculares, además, possen una alta amorficidad, la cual fue confirmada por la técnica de difracción de RX. Estos polisacáridos mostraron diferencias significativas en la cuantificación de su poder bioadhesivo. El quitosano es el derivado desacetilado de la quitina y es una molécula compuesta por múltiples grupos hidroxilo primarios y secundarios (-OH) y grupos amino funcionales (-RNH2). Se realizaron dos reacciones químicas para modular las fuerzas de adhesión evidenciadas en los quitosanos α y β puros. Las fuerzas de adhesión se cuantificaron mediante una máquina de tracción universal, aplicando el método de resistencia al pelado en conformación T. Además, para profundizar la comprensión molecular de este fenómeno de adhesión, se empleó la técnica de microscopía de fuerza atómica bajo modo intermitente. Se logró demostrar la existencia de una fuerza de atracción punta-muestra, así como se identificaron los patrones de topografía superficial. Los quitosanos α y β fueron irradiados bajo luz ultravioleta y sometidos a una fotoreacción tipo injerto con el polímero polivinilpirrolidona. Las muestras se expusieron a diferentes tiempos de irradiación y luego se determinaron los cambios en las fuerzas de adhesión y la humectabilidad. Luego de 15 minutos de irradiación, se evidenciaron los valores más altos de fuerza de adhesión para ambos polisacáridos. Los cambios de humectabilidad sobre la superficie del soporte de alfa celulosa, se evidenciaron mediante mediciones del ángulo de contacto utilizando la técnica de la gota sésil. Estos resultados confirmaron las evaluaciones físico-mecánicas obtenidas con la máquina de tracción universal. La segunda reacción de funcionalización se llevó a cabo entre α- y β-quitosano con glutaraldehído como agente reticulante. La formación de enlaces covalentes relacionados con la presencia de una base de Schiff (banda imina C=N) la cual fue confirmada mediante espectros IR-TF, incrementó la fuerza adhesiva de ambos quitosanos en más de un 25%. Por otro lado, se realizó una comparación de propiedades adhesivas entre ambos quitosanos y una muestra de almidón comercial. Los resultados indicaron valores similares entre este último y el α-quitosano, mientras que el β-quitosano los duplicó. En términos de dosificación y preparación, el β-quitosano mostró un mejor desempeño. Los resultados de esta tesis doctoral profundizan en el desarrollo de nuevas formulaciones basadas en el conocimiento de la modulación de la fuerza de adhesión de estos biopolímeros, para contribuir al desarrollo tecnológico de este campo de aplicación.