Applicazione dell'algoritmo TOPSIS nella descrizione della cellulosa batterica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2755 (2023) Citare questo articolo

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È stato sviluppato un idrogel multicomponente utilizzando cellulosa batterica, alginato e gelatina con l'ausilio di glicerolo come alcol trivalente che partecipa alla ridistribuzione dei legami idrogeno nel sistema di test. FTIR, XRD, SEM e TGA come tecniche strumentali sono state utilizzate per caratterizzare strutturalmente le proprietà fisico/chimiche dell'idrogel composito formato. Utilizzando un'equazione esponenziale, è stato valutato il comportamento di rigonfiamento dell'idrogel. Incorporando un farmaco modello (blu di metilene – MB) nell'idrogel formato, gli esperimenti sono stati diretti a studiare le caratteristiche di rilascio del MB in cui la soluzione media per il rilascio è stata preparata a quattro pH diversi. Il massimo rilascio cumulativo del farmaco a pH 2,8, 6, 7,4 e 9 è stato rispettivamente di 42,8, 63, 80 e 84,5%. Il processo di adattamento dei dati è stato effettuato utilizzando cinque modelli cinetici (Korsmeyer-Peppas, Higuchi, Hopfenberg, equazioni di ordine zero e del primo ordine) e il modello cinetico preferito a ciascun pH è stato stimato applicando la tecnica algoritmica TOPSIS. È stata determinata la capacità di adsorbimento dell'idrogel in relazione a MB mentre sono state quantificate le proprietà termodinamiche di questa relazione (\(\Delta{\text{H}}_{\text{ad}}^{0}= \text{ } - \text{99.95 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}}\) e \(\Delta{\text{S}}_{\text{ad} }^{0}= -\text{0,237 kJ} \, {\text{mo}}{\text{l}}^{-{1}} {\text{K}}^{-{1}} \)). I risultati del presente studio erano a favore del potenziale utilizzo dell’idrogel composito sviluppato nei sistemi di somministrazione dei farmaci.

Negli ultimi anni l'attenzione in campo medico è stata rivolta all'utilizzo di idrogel compositi a base di biopolimeri principalmente a causa della loro biocompatibilità, biodegradabilità e non tossicità e la cellulosa batterica (BC) è quella più popolare tra i polimeri naturali1.

Un recente studio sulla cinetica della sintesi della cellulosa catalizzata dalla cellulosa sintasi nel Gluconacetobacter hansenii ha mostrato in dettaglio il processo coinvolto, dove l'inizio, l'allungamento e la terminazione (rilascio della cellulosa sintetizzata dall'enzima) sono tre fasi attraverso le quali l'ordine strutturale aumenta gradualmente e passo -by-step2: L'allineamento parallelo delle catene formate di unità D-glucosio interconnesse attraverso legami covalenti glicosidici è longitudinale mentre i legami idrogeno (inter/intra-collegamenti) e le forze di Van der Waals alla fine danno strutture intrecciate assegnabili alla cellulosa nativa come microfibrilla di cellulosa I (uno schema regolare di catene lunghe e aggrovigliate della cellulosa I formata non può essere mantenuto in tutta la struttura e il paracristallino è il risultato di questa considerazione strutturale)3. Diverse microfibrille vengono tenute insieme estensivamente e le strutture a nastro vengono quindi formate, impilate l'una sull'altra e posizionate all'esterno della cellula batterica3. La complessità di questi tipi di strutture è elevata e svolgono un ruolo di copertura protettiva delle cellule, classificate come biofilm microbici3. Il suddetto strato conferisce la capacità ai batteri produttori di resistere meglio agli stress ambientali dove i danni possono essere causati da fattori biotici e abiotici.

L'alginato (Alg) è un polisaccaride naturale estratto dalle alghe, e l'acido β-d-mannuronico e l'acido α-l-guluronico sono costituenti di questo polimero dove questi acidi uronici potrebbero partecipare ampiamente al processo di reticolazione in presenza di metallo polivalente cationi. Il polimero alginato alla fine raggiunge il punto di rottura della sua struttura a "scatola per le uova", concentrandosi sugli ioni calcio come quelli preferiti e sostituendoli con ioni sodio sui gruppi carbossilato. Questo tipo di esperimento (diffusione di ioni calcio attraverso la rete monitorata con il metodo della risonanza paramagnetica elettronica) potrebbe comportare un aumento delle distanze tra le catene polimeriche4.