IMBICE   05372
INSTITUTO MULTIDISCIPLINARIO DE BIOLOGIA CELULAR
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Microinjertos catiónicos de pGMA en HDPE. Síntesis y caterización de un polímero para inmovilización bacteriana
Autor/es:
FLAVIA QUIROGA; MARIANO GRASSELLI
Lugar:
Mar del Plata
Reunión:
Congreso; XXIX Congreso Argentino de Química; 2012
Institución organizadora:
Asociacion Quimica Argentina
Resumen:
El empleo de técnicas de inmovilización célular puede presentar ventajas en la economía de un bioproceso al simplificar los métodos de separación y aumentar la estabilidad, viabilidad, reciclado y reutilización de la biomasa1. Las técnicas de inmovilización más comunes implican el atrapamiento de los microorganismos en hidrogeles no tóxicos2. Sin embargo, la aplicación de estas tecnologías puede limitarse debido a la baja resistencia química y mecánica de los materiales ante la agitación del reactor, y la disminución en la velocidad de transferencia de masa entre el medio de reacción y la célula3. Los polímeros sintéticos termoplásticos poseen propiedades mecánicas que pueden ser aprovechadas para diseñar soportes de inmovilización celular. Dado que las bacterias son de superficie hidrofílica y en condiciones de pH fisiológico poseen una carga neta negativa4, la cationización de superficies y/o el aumento de su hidrofobicidad puede permitir el diseño de materiales en donde la biomasa esté inmobilizada sin perder el contacto directo con el medio de reacción. La técnica de polimerización de injertos inducida por radiación (RIGP) ha sido ampliamente empleada para la modificación de polímeros inertes. Esta técnica permite modificar materiales en una amplia variedad de formas y diseñar de manera controlada la densidad y tamaño de los injertos incorporados5. El objetivo de este trabajo fue la síntesis y caracterización de HDPE modificado superficialmente con microinjertos cationizados que permitan inmovilizar bacterias. Se estudió la capacidad de adsorción e inmovilización de Escherichia coli sobre las superficies obtenidas, y se correlacionó este comportamiento con la información fisicoquímica y estructural de los materiales. Metodología Se modificó superficialmente HDPE por RIGP. Para ello se sumergió el polímero base en una solución etanólica de glicidilmetacrilato (GMA) al 3% v/v, y se irradió en una fuente de 60Co (dosis total absorbida: 10 kGy). Posteriormente, los injertos epoxídicos de pGMA se derivatizaron con tres concentraciones de etilendiamina (EDA). Estos pasos fueron controlados por FTIR-ATR. Se determinó la morfología de la superficie y el espesor del injerto por microscopía electrónica de barrido con cañón de emisión de campo (FE-SEM). Por otra parte, se cuantificó la incorporación de grupos aminos mediante una adaptación de la técnica de Fluorescence Labeling Of Surface Species (FLOSS)6, que permite detectar fluoróforos en cantidades menores a 109 moléculas/cm2. Para ello se empleó fluoresceína y fluoresceína-5-isotiocianato (FITC) como marcadores de grupos aminos totales y primarios, respectivamente. Se midió la fluorescencia sobre la superficie del material adaptando un espectrofluorómetro de estado sólido (Nanodrop 3300). Además, se calculó el potencial zeta (ZP) de las superficies a distintos pH con el equipo ZetaSpin7. Se determinaron las componentes de tensión superficial e hidrofobicidad superficial (Gsws) por medición de ángulo de contacto estático de acuerdo a van Oss et al8. Finalmente, se estudió la cinética de adsorción de una cepa recombinante de E. coli, determinando la cantidad de biomasa adsorbida al material a distintos tiempos, durante 300 minutos. Resultados y discusión La incorporación de los injertos de pGMA sobre el HDPE por RIGP y su posterior derivatización con EDA permitió obtener tres tipos de superficies diferentes (llamadas EDA2, EDA5 y EDA7). Las imágenes de FE-SEM mostraron en la superficie del HDPE injertos < 3 µm. La derivatización con EDA fue confirmada por FTIR-ATR y por fluorometría. La adaptación de la técnica de FLOSS permitió cuantificar grupos amino en un área de 0.1256 mm2. La densidad total de grupos aminos para las distintas condiciones de reacción se encontró entre los 6 a 96 pmol/cm2, y las aminas primarias entre 3 a 40 pmol/cm2. Estos resultados muestran que las condiciones de derivatización empleadas poseen una alta tasa de hidrólisis de los grupos epóxido, estimados en 150 ± 15 µmol/cm2. El ZP de las superficies modificadas se incrementó, respecto el HDPE comercial, en 25 mV para EDA2 y EDA5, y en 87 mV para EDA7, en concordancia con la densidad de grupos aminos sobre el material. Por otra parte, la hidrofobicidad de la superficie aumentó considerablemente para EDA7 (Gsws: -105.0 mJ/m2) respecto al HDPE (Gsws: -69.0 mJ/m2), mientras que disminuyó para EDA2 y EDA5 (Gsws: -49,9 mJ/m2 y -34,5 mJ/m2 respectivamente). Las cinéticas de adsorción de E. coli mostraron un aumento en la velocidad y capacidad adsortiva de los materiales modificados respecto al HDPE comercial. En particular, EDA7 tuvo la mayor capacidad de adsorción, lo cual se corresponde a un aumento en el potencial zeta y la hidrofobicidad, dos factores que favorecen la interacción con microorganismos. Conclusiones El RIGP permitió modificar la superficie de HDPE con un cepillo de microinjertos cationizados Los materiales modificados presentaron las propiedades esperadas de adsorción de biomasa en el término de min-h. Se pudo correlacionar este comportamiento con un aumento en las interacciones electrostáticas e hidrofóbicas entre los materiales y las células. Estas propiedades los hacen interesantes para su estudio como soporte de inmovilización para bioprocesos con células enteras. Referencias 1. P. Tufvesson et al (2010) Food Bioprod. Process. 88: 3-11. 2. K. Meena ,T.K. Raja,(2006) World J. Microbiol. Biotechnol. 22: 651-653 3. B. Rosche et al (2009) Trends Biotechnol. 27: 636-642. 4. K. Hori, S. Matsumoto, (2010) Biochem. Eng. J. 48: 424–434 5. M Grasselli et al (2003) J. Appl. Polym. Sci. 87: 1646–1653 6. Y Xing, E Borguet (2007) Langmuir 23: 684 688 7. PJ Sides et al (2006) Langmuir 22: 9765-9769 8. C.J. van Oss et al (1988) Langmuir 4: 884-891. F.Y.Q agradece al CONICET por subsidiar sus estudios de doctorado. M.G. es miembro del CONICET. Este trabajo fue parcialmente subsidiado por la UNQ, IAEA y el MINCyT.