Materiais hemostáticos e antimicrobianos para aplicações biomédicas: estado-da-arte, correlações estrutura–propriedade e desenvolvimento de novos sistemas

Abstract

Esta tese teve como objetivo desenvolver materiais silicatos para aplicações biomédicas, com foco na obtenção de agentes hemostáticos e materiais multifuncionais. A partir de duas abordagens distintas, porém complementares, foram investigadas estratégias para controlar as propriedades fı́sico-quı́micas desses materiais e relacioná-las ao seu desempenho biológico. O primeiro estudo explora o potencial hemostático de silicatos de cálcio sintetizados a partir de resı́duos de biomassa inorgânica rica em Ca2+ (cascas de ovos de galinha). A utilização de agentes direcionadores de estrutura (SDAs) orgânicos, especificamente aminas quaternárias (TEA.OH, TPA.OH e TBA.OH), demonstrou ser uma estratégia eficiente para controlar a formação das fases cristalinas e modular as propriedades texturais dos materiais obtidos, em especial a área superficial especı́fica. No segundo estudo, a modificação de zeólitas do tipo Faujasita por meio de troca iônica com diferentes metais (Ag+ , Ba2+ , Ca2+ e Mg2+) permitiu investigar a influência da composição quı́mica sobre suas propriedades hemostáticas e antimicrobianas. Os resultados demonstram que a incorporação de espécies metálicas impacta não apenas a atividade antimicrobiana, mas também a ação hemostática dos materiais, evidenciando que a adoção de um desenho experimental integrado é fundamental em estudos dessa natureza, uma vez que modificações quı́micas podem afetar simultaneamente diferentes funcionalidades de interesse, especialmente no contexto de materiais multifuncionais. De forma geral, os resultados obtidos nos dois estudos reforçam a ideia de que materiais silicatos podem ter suas propriedades estruturais, texturais e quı́micas ajustadas por diferentes estratégias de sı́ntese e modificação, permitindo direcionar seu comportamento para aplicações biomédicas especı́ficas. A combinação entre rotas sustentáveis de obtenção, como o uso de biomassa inorgânica, e estratégias de funcionalização quı́mica amplia as possibilidades futuras de desenvolvimento de materiais multifuncionais voltados ao controle de hemorragias e infecções.

This thesis aimed to develop silicate materials for biomedical applications, with a focus on hemostatic agents and multifunctional materials. Two distinct yet complementary approaches were employed to investigate strategies for controlling the physicochemical properties of these materials and correlating them with their biological performance. The first study explores the hemostatic potential of calcium silicates synthesized from Ca2+- rich inorganic biomass waste (chicken eggshells). The use of organic structure-directing agents (SDAs), specifically quaternary ammonium compounds (TEA.OH, TPA.OH, and TBA.OH), proved to be an effective strategy for controlling crystal phase formation and tailoring the textural properties of the resulting materials, particularly their specific surface area. In the second study, Faujasite-type zeolites were modified through ion exchange with different metal species (Ag+ , Ba2+, Ca2+ , and Mg2+ ) to investigate the influence of chemical composition on their hemostatic and antimicrobial properties. The results demonstrate that the incorporation of metal species affects not only the antimicrobial activity but also the hemostatic performance of the materials, highlighting the importance of adopting an integrated experimental design in studies of this nature, as chemical modifications may simultaneously influence multiple functional properties, particularly in the development of multifunctional materials. Overall, the findings of the two studies reinforce the concept that the structural, textural, and chemical properties of silicate materials can be tailored through different synthesis and modification strategies, enabling the design of materials for specific biomedical applications. The combination of sustainable synthesis routes, such as the use of inorganic biomass, with chemical functionalization strategies expands future opportunities for the development of multifunctional materials for the control of hemorrhage and infection.