Membrane elettrofilate a base di chitosano additivato con nanoparticelle d'oro per applicazioni in diagnostica medica

Abstract

This thesis work is focused on the production of chitosan nanofibers loaded with gold nanoparticles (AuNP) and their morphological-structural characterization. Chitosan-based membranes were prepared using the electrospinning technique from a solution in diluted acetic acid, using poly(ethylene oxide) (PEO) as a co-spinning agent. The addition of AuNP could lead to new developments regarding the use of these membranes as biosensors, since AuNP amplify the signal of Raman spectroscopy (SERS), useful for detecting any tumor cells. Firstly, this work addresses the characterization study of chitosan, in order to understand which structural characteristics can influence the properties of the final material. Secondly, a rheological study of chitosan and PEO solutions is necessary to identify, based on the polymer concentration value, the appropriate viscosity of the solution for the electrospinning process. Once the electrospinning is optimized, it is possible to proceed with the preparation of solutions additive with AuNP, verifying with appropriate rheological studies if the viscosity value of the new solutions is still acceptable for conducting electrospinning. The obtained membranes are subjected to coagulation and crosslinking treatments to remove the co-spinning agent, stabilize the membranes themselves, and prevent their solubilization in an aqueous environment. Furthermore, the monitoring of the successful electrospinning and coagulation and crosslinking processes is carried out through IR, DSC, and SEM analyses.

Questo lavoro di tesi è incentrato sulla produzione di nanofibre di chitosano, caricate con nanoparticelle d’oro (AuNP), e sulla loro caratterizzazione morfologico strutturale. Le membrane a base di chitosano sono state preparate mediante tecnica di elettrofilatura a partire da una soluzione in acido acetico diluito, utilizzando poli(etilenossido) (PEO) come agente di co-filatura. Le AuNP aggiunte potrebbero portare a nuovi sviluppi inerenti all’utilizzo di queste membrane come biosensori, dal momento che le AuNP amplificano il segnale della spettroscopia Raman (SERS), utile per la rilevazione di eventuali cellule tumorali. In primis questo lavoro affronta lo studio di caratterizzazione sul chitosano, al fine di comprendere quali siano le caratteristiche strutturali che possano influenzare le proprietà del materiale finito. In seconda istanza è necessario uno studio reologico di soluzioni di chitosano e PEO per identificare, in relazione al valore di concentrazione del polimero, la viscosità della soluzione adeguata al processo di elettrofilatura. Una volta ottimizzata l’elettrofilatura, si può procedere con la preparazione di soluzioni additivate con le AuNP, verificando con opportuni studi reologici se il valore di viscosità delle nuove soluzioni risulti ancora accettabile per condurre l’elettrofilatura. Le membrane ottenute vengono sottoposte a trattamenti di coagulazione e reticolazione perché si elimini l’agente di co-filatura, si stabilizzino le membrane stesse e si pervenga a evitare la loro solubilizzazione in ambiente acquoso. Inoltre, il monitoraggio della buona riuscita dell’elettrofilatura e dei processi di coagulazione e reticolazione è effettuato mediante analisi IR, DSC e SEM