Filmes biodegradáveis incorporados com óleo essencial e resíduo de nanocelulose: desenvolvimento, caracterizações e potencial aplicação cosmética

Abstract

Os cosméticos têm se tornado uma abordagem promissora no tratamento da acne. Esses produtos são formulados com diversos ingredientes, dentre eles, os polímeros. Diante da crescente preocupação com os microplásticos no meio ambiente, esse mercado está alinhado com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) para o desenvolvimento de formulações mais sustentáveis com inovação em filmes. Biopolímeros, como o alginato de sódio, são alternativas consolidadas nessas formulações e literatura científica; porém, o uso de resíduo de celulose bacteriana ainda é pouco explorado nesse segmento. Em vista disso, o presente trabalho objetiva-se em desenvolver filmes cosméticos biodegradáveis com potencial aplicação cosmética e caracterizá-los por técnicas físico-químicas e morfológicas. Para isso, desenvolveu-se filmes contendo alginato de sódio como matriz, resíduo de celulose bacteriana como agente de reforço e óleo essencial de melaleuca como ingrediente ativo. O trabalho dividiu-se em 4 etapas. Na primeira etapa, foi realizado um estudo para investigar as melhores condições experimentais para o preparo da nanoemulsão (NE) O/A. A NE apresentou tamanho médio de 52,46 ± 3,53 nm e PDI de 0,26 ± 0,01. Na segunda etapa, o resíduo de celulose bacteriana foi oxidado via 2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) e apresentou alto rendimento de síntese e teor de água. As técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) mostraram que as fibras produzidas possuem tamanho de 116,07 nm. Além disso, a Difração de Raios-X (DRX) comprovou que a estrutura cristalina não foi alterada com a oxidação e a Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) confirmou a inserção de grupos carboxílicos provenientes da oxidação. Na terceira etapa, foram realizados estudos de otimização de parâmetros para o desenvolvimento dos filmes nanocompósitos. Testou-se a concentração de óleo essencial; CaCl2, MnCl2 e AlCl3 como agentes reticuladores e a metodologia de incorporação da celulose bacteriana oxidada. Na última etapa, desenvolveu-se 08 filmes que foram submetidos a análises como: MEV; Propriedades Mecânicas; Permeabilidade ao Vapor de Água (WVP); Ângulo de Contato; Solubilidade em Água; Liberação em UV-Vis; FTIR e biodegradação. Os resultados demonstram que os filmes desenvolvidos são capazes de liberar o composto ativo em condições semelhantes à pele com acne; biodegradáveis; não afetam a germinação de sementes no solo e possuem propriedades físico-químicas satisfatórias para a aplicação em cosméticos, bem como em curativos.

Cosmetics are a promising treatment option for acne due to their formulation with diverse ingredients, such as polymers. The cosmetics industry is becoming increasingly concern about growing environmental over microplastics on the environment. As a result, the industry is now aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs) and is working towards developing more sustainable formulations such as innovative films. Biopolymers, including sodium alginate, are commonly used in these formulations and in the scientific literature. Nevertheless, the use of bacterial cellulose residue in this area still not well-defined. Therefore, the objective of this research was to develop biodegradable cosmetic films with potential cosmetic applications and to evaluate their physicochemical and morphological properties. To achieve this goal, researchers produced films that consisted of sodium alginate serving as matrix, bacterial cellulose residue as reinforcement, and tea tree essential oil as active ingredient. The work consisted of four stages. The first stage involved conducting a study to determine the optimal experimental conditions for the preparation of the O/W nanoemulsion (NE). The NE exhibited an average size of 52.46 ± 3.53 nm and a PDI of 0.26 ± 0.01. In the second stage, the bacterial cellulose residue was oxidized utilizing 2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO), yielding a high synthesis yield and water content. Transmission Electron Microscopy (TEM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques showed that the fibers produced have a size of 116.07 nm. Additionally, XRD analysis revealed that oxidation did not alter the crystal structure, and FTIR analysis confirmed the insertion of carboxylic groups. The third stage involved parameter optimization to develop the nanocomposite films, which included testing the concentration of essential oil, CaCl2, MnCl2, and AlCl3 as crosslinking agents, as well as the methodology for incorporating oxidized bacterial cellulose. In the last stage, 08 films were developed and submitted to analysis such as: SEM; Mechanical Properties; Water Vapor Permeability (WVP); Contact Angle; Water Solubility; UV-Vis Release; FTIR and biodegradation. The discoveries indicate that the developed films have the ability to release active compound under conditions similar to those of acne-prone skin. These films are also biodegradable, do not hamper seed germination in soil and exhibit satisfactory physical-chemical properties suitable for application in cosmetics as well as dressings.