Studio di metodi di upcycling del PLA ed applicazioni dei prodotti derivanti dai processi

Abstract

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato investigare due strategie di functional upcycling del PLA, con l’obiettivo di ottenere materiali funzionalizzati, utilizzati per applicazioni biomedicali e come supporti nella catalisi eterogenea. Nella prima parte del lavoro si è messa a punto di un processo di upcycling finalizzato alla produzione di oligomeri ramificati. Basato su una reazione di alcolisi effettuata in un solvente prodotto da fonti rinnovabili, il Cyrene®, utilizzando due composti bio-based: il pentaeritritolo e lo Zn stearato. Gli oligomeri multifunzionali sono stati impiegati come additivi nella preparazione di film a base di PLA tramite non-solvent induced phase separation, utilizzando direttamente la miscela di reazione come soluzione di preparazione dei film. Questi film sono stati testati come drug delivery systems mediante studi di adsorbimento e rilascio di pararosanilina, mentre la loro biocompatibilità è stata valutata sulla linea cellulare SH-SY5Y da neutroblastoma umano. Si è valutata la possibilità di recuperare il solvente utilizzato e studiata l’idrolisi enzimatica applicando la cutinasi da Humicola insolens come enzima. La seconda parte si è focalizzata sullo sviluppo di un approccio basato su una reazione di amminolisi per la preparazione di oligomeri lineari tiol-terminali, utilizzando cisteamina come reagente. I prodotti oligomerici sono stati impiegati come additivi per la preparazione, mediante NIPS, di film porosi funzionalizzati, valutandone l’impiego come DDS attraverso studi di adsorbimento e rilascio di doxorubicina. Gli oligomeri sono stati utilizzati per la preparazione di microparticelle stereocomplesse, impiegate come supporti per l’immobilizzazione di lipasi B da Candida antarctica (CaLB). È stata inoltre verificata l’attività catalitica dei sistemi microparticelle/CaLB nella policondensazione tra 1,8-ottandiolo e dimetiladipato, nonché la loro stabilità catalitica in cicli consecutivi di reazione.

The aim of this thesis work was to investigate two functional upcycling strategies of PLA, with the goal of obtaining functionalized materials for biomedical applications and as supports in heterogeneous catalysis. In the first part of the work, an upcycling process aimed at the production of branched oligomers was developed. The process is based on an alcoholysis reaction carried out in a solvent derived from renewable sources, Cyrene®, using two bio-based compounds: pentaerythritol and zinc stearate. The multifunctional oligomers obtained were used as additives in the preparation of PLA-based films through non-solvent induced phase separation (NIPS), directly employing the reaction mixture as the film-casting solution. These films were tested as drug delivery systems (DDS) through adsorption and release studies of pararosaniline, while their biocompatibility was evaluated using the human neuroblastoma cell line SH-SY5Y. The possibility of recovering the solvent used in the process was also assessed, and enzymatic hydrolysis was investigated using cutinase from Humicola insolens as the enzyme. The second part of the work focused on the development of an approach based on an aminolysis reaction for the preparation of thiol-terminated linear oligomers, using cysteamine as the reagent. The oligomeric products were used as additives for the preparation of functionalized porous films via NIPS, evaluating their application as drug delivery systems through adsorption and release studies of doxorubicin. The oligomers were also employed in the preparation of stereocomplex microparticles, which were used as supports for the immobilization of lipase B from Candida antarctica (CaLB). Furthermore, the catalytic activity of the microparticle/CaLB systems was evaluated in the polycondensation between 1,8-octanediol and dimethyl adipate, as well as their catalytic stability over consecutive reaction cycles.