Diseño de nuevos materiales poliméricos con actividad antimicrobiana

Abstract

Actualmente, ante la creciente preocupación por el impacto ambiental generado por los materiales de origen petroquímico, existe la necesidad de obtener materiales a partir de fuentes renovables que no representen una amenaza para la sociedad y el planeta. La presente tesis doctoral tuvo como objetivo principal el diseño, empleando recursos renovables, de nuevos materiales poliméricos basados en polímeros catiónicos (polímeros con grupos de amonio cuaternario) con actividad antimicrobiana para su aplicación en el envasado de alimentos, como así también para otras aplicaciones, por ejemplo en aplicaciones médicas. Para ello se sintetizaron polímeros antimicrobianos por técnicas de polimerización convencionales. Se obtuvieron dos polímeros denominados MeFPIA1 y MeFPIA2, mediante la polimerización de ácido itacónico (IA), y su posterior modificación y funcionalización a partir de reacciones de esterificación y alquilación, respectivamente. Ambos polímeros fueron incorporados en matrices de polímeros naturales como gelatina/almidón y biomasa de levadura, utilizando glicerol como plastificante, y dopamina y ácido gálico como agentes entrecruzantes y aditivos antioxidantes. Las películas se obtuvieron mediante la técnica de evaporación del solvente (casting) a partir de las dispersiones acuosas de los polímeros y fueron caracterizadas en cuanto a sus propiedades físico-químicas, estructurales y funcionales, mediante distintos tipos de técnicas analíticas. La incorporación de MeFPIAx en las distintas formulaciones, si bien aumentó en la mayoría de los casos la permeabilidad al vapor de agua, tuvo varios efectos beneficiosos. Los materiales fueron menos translúcidos, lo cual sería una ventaja en ciertas aplicaciones, además de presentar mejores propiedades mecánicas, antimicrobianas (excepto en las películas a base de biomasa de levadura), antioxidantes y menor grado de hinchamiento. La adición de antioxidantes mejoró tanto la capacidad antioxidante como la capacidad antimicrobiana de las películas. Teniendo en cuenta estos resultados, los materiales obtenidos resultan prometedores para el desarrollo de materiales activos amigables con el medio ambiente.

Nowadays, given the growing concern about the environmental impact generated by petrochemical-based materials, there is a need to obtain new materials from renewable sources that do not represent a threat to society and the planet. The main objective of this doctoral thesis was the design, using renewable resources, of new polymeric materials based on cationic polymers (polymers with quaternary ammonium groups) with antimicrobial activity for applications in food packaging and other fields, such as biomedicine. Antimicrobial polymers were synthesized using conventional polymerization techniques. Two polymers, called MeFPIAx (MeFPIA1 and MeFPIA2), were obtained through the polymerization of itaconic acid (IA), followed by their subsequent modification and functionalization through esterification and alkylation reactions, respectively. Both polymers were incorporated into matrices of natural polymers such as gelatin/starch and yeast biomass, using glycerol as a plasticizer, and dopamine and gallic acid as crosslinking agents and antioxidant additives. Films were prepared using the casting technique from aqueous dispersions of the polymers and characterized for their physicochemical, structural, and functional properties using various analytical techniques. Although it increased the water vapor permeability in most cases, the incorporation of MeFPIAx in the different formulations had several beneficial effects. The materials were less translucent, which would be an advantage in certain applications, in addition to exhibiting improved mechanical and antimicrobial properties (except in yeast biomass-based films), as well as reduced swelling. The addition of antioxidants enhanced both the antioxidant and antimicrobial capabilities of the films. Taking these results into account, the materials obtained show promise for the development of environmentally friendly active materials.