Dissertação/Tese JHONATAN DO AMPARO MADUREIRA - PPGQ

Atualmente, uma das grandes dificuldades mundiais é a ineficiência no gerenciamento de resíduos. Nesse enfoque, a busca de novas formas de utilizar resíduos de diferentes fontes, produzindo materiais eficientes com retorno econômico e social viável é bastante promissor. Nessa perspectiva, a presente pesquisa sintetizou diferentes nanopartículas de cálcio por rotas químicas variadas utilizando como fonte a casca de ovo de galinha para potenciais aplicações biomédicas. Para tal, rotas envolvendo tratamentos térmicos com tempos de queima da casca de ovo foram efetuadas (700 e 900 °C com tempos de 7, 15 e 24 horas), assim como uma rota química sem envolvimento de tratamento térmico (utilizando a casca e ácido fosfórico). Posteriormente, os materiais produzidos foram caracterizados por espectroscopia no ultravioleta visível (UV Vis), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho (FTIR) e por difração de raio-X (DRX). Ademais, as nanopartículas sintetizadas a 700 e 900 oC foram avaliadas quanto à atividade antimicrobiana com a bactéria Escherichia coli (ATCC 1597) e o fungos Candida albicans (ATCC 90029), além de avaliação da viabilidade celular e ensaio de adsorção de proteínas com células de osteoblastos. Os resultados mostraram bandas características na faixa de 200 a 300 nm condizentes com a formação de nanopartículas de óxido de cálcio (CaO) na síntese à 900 °C e de nanopartículas de hidróxido de cálcio (Ca (OH)2) na síntese à 700 °C. A espectroscopia no infravermelho não mostrou diferenças significativas entre as nanopartículas avaliadas obtidas pelas diferentes rotas térmicas, mas nas amostras desenvolvidas por rota química foram identificadas bandas associadas a hidroxiapatita (Ca10(PO4) 6(OH)2). No difratograma obtido pelo DRX identificou-se nanopartículas com alta cristalinidade, assim como picos relativos à Ca10(PO4) 6(OH)2, CaO e Ca(OH)2. As análises morfológicas obtidas por MEV mostraram alta aglomeração das nanopartículas resultando em tamanho médio de 202,27 e 404,23 nm. A atividade antimicrobiana foi bem promissora, considerando a baixa concentração de nanopartículas utilizadas, assim como os nanomateriais apresentaram biocompatibilidade e elevada adsorção superiores ao controle utilizado, quando avaliados através de teste de Viabilidade celular e Fosfatase alcalina respectivamente. Finalmente, verificou-se a efetiva formação de nanopartículas de CaO, Ca(OH)2 e hidroxiapatita (Ca10(PO4) 6(OH)2), identificando a possibilidade da produção de um material a partir de um resíduo com maior valor econômico e com gerenciamento adequado.

Currently, one of the major global challenges is the inefficiency in waste management. In this regard, the exploration of new ways to utilize waste from different sources, producing efficient materials with viable economic and social returns, is quite promising. From this perspective, the present research synthesized different calcium nanoparticles through various chemical routes using chicken eggshell as a potential source for biomedical applications. To achieve this, routes involving thermal treatments with eggshell calcination times were conducted (700 and 900 °C with times of 7, 15, and 24 hours), as well as a chemical route without thermal treatment involvement (using eggshell and phosphoric acid). Subsequently, the produced materials were characterized by visible ultraviolet spectroscopy (UV Vis), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffraction (XRD). Additionally, the nanoparticles synthesized at 700 and 900 oC were evaluated for antimicrobial activity against Escherichia coli (ATCC 1597) bacteria and Candida albicans (ATCC 90029) fungi, as well as cell viability assessment and protein adsorption assay with osteoblast cells. The results showed characteristic bands in the range of 200 to 300 nm consistent with the formation of calcium oxide (CaO) nanoparticles in the 900 °C synthesis and calcium hydroxide (Ca (OH)2) nanoparticles in the 700 °C synthesis. Infrared spectroscopy showed no significant differences between the evaluated nanoparticles obtained by different thermal routes, but in samples developed by the chemical route, bands associated with hydroxyapatite (Ca10(PO4) 6(OH)2). were identified. The XRD diffractogram identified nanoparticles with high crystallinity, as well as peaks related to Ca10(PO4) 6(OH)2, CaO and Ca (OH)2. Morphological analyses obtained by SEM showed high nanoparticle agglomeration resulting in an average size of 202.27 and 404.23 nm. The antimicrobial activity was very promising, considering the low concentration of nanoparticles used, and the nanomaterials exhibited biocompatibility and superior adsorption compared to the control used when evaluated through cell viability and alkaline phosphatase tests, respectively. Finally, the effective formation of CaO, Ca (OH)2, and hydroxyapatite (Ca10(PO4) 6(OH)2), nanoparticles was verified, identifying the possibility of producing a material from a waste with higher economic value and proper management.