Chitosan in textiles: towards a greener and functional solution

O nível de exigência sobre a produção de produtos manufaturados tem aumentado nos últimos anos, com especial atenção a ser dada à pegada ambiental do setor industrial. O setor têxtil é uma indústria com um consumo elevado de recursos (água, energia, etc.), utiliza químicos perigosos e tóxicos e produz águas residuais extremamente poluídas. Numa tentativa de produzir soluções mais amigas do ambiente, a indústria têxtil substituiu o tradicional conceito “tratamento da poluição” pelo conceito de “prevenção da poluição”. Assim sendo tecnologias e conceitos que favoreçam este conceito são vantajosas e de grande interesse de um ponto de vista industrial e económico. O primeiro passo deste trabalho teve por objetivo caracterizar e otimizar a produção de nanopartículas de quitosana capazes de incorporar corantes têxteis para serem utilizadas nas restantes fases deste trabalho. A otimização da produção de nanopartículas foi realizada através de gelificação iónica com 3 fatores físicos (tempo de adição de tripolifosfato, tempo de reação e velocidade de rotação) a serem avaliados. Os resultados obtidos mostraram que foi possível definir parâmetros físicos ótimos de produção das nanopartículas e que estas foram homogeneamente produzidas a pH 5. Adicionalmente, a caracterização das nanopartículas mostrou que estas eram biocompatíveis com células HaCat e estáveis à liofilização e armazenamento na presença de 10% (m/v) de manitol. A segunda fase desta tese focou-se na produção de corantes têxteis nanoencapsulados e no estudo da ligação destes a têxteis. Corantes têxteis reativos e dispersos foram nanoencapsulados com sucesso com a obtenção de percentagens de encapsulação médias superiores a 90% e as nanopartículas produzidas a possuírem um potencial zeta positivo e tamanho entre 190 e 800 nm. Adicionalmente, os corantes nanoencapsulados não apresentaram qualquer citotoxicidade relativamente a células HaCat e, acima de tudo, para as nanopartículas produzidas não foi observada a tradicional especificidade corante-tecido dado que estas foram capazes de corar todos os tecidos naturais e sintéticos testados. Após os corantes terem sido nanoencapsulados com sucesso, o foco seguinte do trabalho foi a validação das propriedades biológicas das nanopartículas e dos seus constituintes. Para alcançar esse objetivo foi elaborada uma abordagem multi-etapas, com a fase inicial a consistir na validação da atividade biológica, em ambiente planctónico e séssil, da quitosana e depois de nanopartículas vazias a ser validada relativamente a vários microrganismos patogénicos da pele resistentes a antibióticos (e.g. MRSA, MRSE e VRSA). Os resultados obtidos mostraram que tanto a quitosana como as suas nanopartículas vazias apresentaram concentrações mínimas inibitórias e bactericidas (CMI e CMB) baixas, reduziram rapidamente o número de contagens bacterianas viáveis, inibiram a adesão bacteriana e formação de biofilme e, as nanopartículas vazias, foram capazes de reduzir as contagens viáveis in vivo num modelo de infeção de células HaCat. No seguimento destes resultados a atividade biológica das nanopartículas de corante foi avaliada contra os mesmos microrganismos da pele resistentes a antibióticos, com os resultados obtidos a mostrarem que os corantes têxteis nanoencapsulados inibiram o crescimento de todos os microrganismos testados em ambientes planctónico e séssil. Em crescimento planctónico as nanopartículas registaram valores de CMI entre 0.5 e 2 mg/mL e de CMB entre 1 a 3 mg/mL. Relativamente à atividade sobre a biofilmes bacterianos as nanopartículas foram eficazes na inibição da formação de biofilme e do mecanismo de quorum sensing, com percentagens de inibição entre 30 e 87% a serem registadas para o primeiro e atingirem ca. 100% para o segundo. Adicionalmente, as nanopartículas de corante têxtil não tiveram qualquer efeito adverso no metabolismo e integridade da membrana da linhagem celular HaCat e foram capazes de reduzir significativamente as contagens viáveis intracelulares e extracelulares de MRSA num modelo de infeção de células HaCat. Como as nanopartículas de corantes mostraram ser capazes de corar têxteis e possuem uma atividade biológica assinalável, a última fase desta tese teve por objetivo encontrar resposta à pergunta – serão os têxteis corados com esta metodologia biologicamente ativos? Os resultados obtidos mostraram que os têxteis corados não possuíam qualquer efeito citotóxico sobre a linhagem celular HaCat e que o processo de tingimento também funcionaliza os têxteis, pois o algodão corado com nanopartículas foi capaz de reduzir efetivamente as contagens viáveis de MSSA, MRSA e Acinetobacer baumannii. Adicionalmente, a análise da interação das nanopartículas com o algodão mostrou que esta ocorre através de interação iónica e de pontes de hidrogénio e que as nanopartículas cobrem cada fibra individual ficando achatadas na superfície das mesmas. Em resumo, a metodologia de tingimento têxtil proposta demonstra ser um processo fácil e que possibilita em um só passo tingir e funcionalizar têxteis. Considerando que este processo não requer adição de sais ou adjuvantes químicos e que não existe qualquer especificidade corante-tecido, a aplicação desta metodologia na indústria têxtil poderá alterar o modo como a mesma ópera e diminuir a sua pegada ambiental.