Fabricación de hidrogeles entrecruzados de carboximetil celulosa-SiO2: Composición y estabilidad térmica hacia aplicaciones biomédicas

• Published in: IPSA Scientia, revista científica multidisciplinaria Vol. 5; no. 1; pp. 60 - 71
• Main Author: Patiño-Ruiz, David
• Format: Journal Article
• Language: Spanish
• Published: 31.12.2020
• ISSN: 2711-4406; 2744-8355
• DOI: 10.25214/27114406.935

Nuevos e innovadores materiales para aplicaciones biomédicas y farmacéuticas deben considerar factores como la composición y estabilidad térmica para establecer las propiedades fisicoquímicas adecuadas para sistemas eficientes de liberación controlada de fármacos. En este estudio, hidrogeles de carboximetilcelulosa (CMC) son preparados incorporando nanopartículas de dióxido de sílice (SiO2) previamente modificadas con grupos de aminas primarias (-NH2), buscando evaluar la composición química y mejorar la estabilidad térmica. El método de carbodiimidas es utilizado para promover el entrecruzamiento de la CMC con la formación de enlaces amidas de grupos carboxilo (C=O) activados y su posterior enlace con grupos -NH2. La información morfológica muestra nanopartículas de SiO2 dispersas con superficie lisa, forma regular, y diámetro promedio de 104 nm. La composición del material y la estabilidad térmica son evaluadas mediante espectroscopia infrarroja de la transformada de Fourier y análisis termogravimétrico para establecer una perspectiva preliminar de hidrogeles funcionales para aplicaciones biomédicas y farmacéuticas. La formación de enlaces amidas es confirmado indicando entrecruzamiento exitoso de la estructura de la CMC con nanopartículas de SiO2-NH2, atribuido a la activación de los grupos C=O y su fuerte afinidad a los grupos -NH2. Esta interacción mejoró la estabilidad térmica de los hidrogeles entrecruzados de CMC-SiO2 hasta 469°C siendo el último evento de descomposición, resaltando la contribución de una mayor presencia de nanopartículas de SiO2-NH2. Estos resultados sugieren un adecuado proceso de fabricación de hidrogeles entrecruzados de CMC-SiO2 como material novedoso con propiedades fisicoquímicas prometedoras, contribuyendo en estos campos en sistemas de administración controlada de fármacos. Novel and innovative materials for biomedical and pharmaceutical applications have to consider several factors during their fabrication, such as the material composition and thermal stability, aiming to establish the promising physicochemical properties towards efficient and controlled drug release systems. In this study, carboxymethyl cellulose (CMC) hydrogels are prepared by incorporating silica dioxide (SiO2) nanoparticles previously modified with primary amine (-NH2) functional groups, aiming to evaluate the chemical composition and to improve the thermal efficiency. The carbodiimide chemistry method is performed to promote the crosslinking of the CMC structure through the formation of amide bonds from the activation of carboxyl (C=O) groups and further covalent binding with -NH2 groups. The morphology information displays high dispersed SiO2 nanoparticles with a smooth surface, regular shape, and an average particle size of 104 nm. The material composition and thermal stability are evaluated using the Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis to establish a preliminary overview of a functional hydrogel for biomedical and pharmaceutical applications. The formation of amide bonds is confirmed indicating the successful crosslinking of the CMC structure with SiO2-NH2 nanoparticles, which is attributed to the activation of the C=O groups and its strong affinity to the -NH2 groups. This interaction enhanced the thermal stability of the crosslinked CMC-SiO2 hydrogels up to 469°C which was the last decomposition event, highlighting the contribution of major content of SiO2-NH2 nanoparticles. These results suggest a suitable procedure for the fabrication of crosslinked CMC-SiO2 hydrogels as novel materials with promising physicochemical properties, which can contribute to the biomedical and pharmaceutical fields in controlled drug release and delivery systems.