Sterilizzazione con perossido di idrogeno : effetto sulle proprietà reologiche e citocompatibilità di polimeri naturali

The purpose of the following work is to discover a method for sterilizing a natural polymer (pectin) with the following characteristics: it must be effective and innovative and shouldn't drastically alter physical properties, chemical and biological properties of the sterilized materials. In literature, in fact, they are reported and analyzed several systems to sterilize the pectin (eg. Gamma radiation, ethylene oxide, moist heat sterilization , with high pressure), but each of these profoundly affects some of the physical , chemical or biological properties of the polymer (F . Munarin et al., 2012, M. Watanabe et al.). In this paper we have chosen to use hydrogen peroxide plasma - based sterilization (STERRAD autoclave) to sterilize pectin since, from literature, is an effective (high ability to eliminate bacteria and spores), safe (does not leave toxic residues on materials subjected to such a system and in the environment), rapid (duration of cycles is a maximum of 105 minutes) and especially designed to sterilize the materials sensitive to heat and moisture (eg. polymers) (MC Tanzi et al., S . Lerouge et al.). The objective is to evaluate how STERRAD’s sterilization influences chemical, mechanical, physical and biological properties of pectin. The type of pectin that we have analyzed in this study is with low content of methoxyl (CU701 01211215) and was, provided by the German company Herbstreith & Fox. Hydrogen peroxide plasma - based sterilization was performed at first on the powder of pectin; STERRAD’s sterilized materials was compared with not sterilized materials. The two types of the polymer (pre- and post- Hydrogen peroxide plasma - based sterilization) were characterized analyzing the intrinsic viscosity and the chemical bonds by of FT-IR spectroscopy. After preparing solutions and polymer gels of both variants of pectin, it has also been estimated the pH values, the rheological characteristics, the swelling of the gels and cytotoxicity tests (in this case, as control, were prepared polymer suspensions starting from pectin disinfected in ethanol). Subsequently, Hydrogen peroxide plasma - based sterilization was also carried out on gels prepared from powder of pectin not sterilized. In this case gels were evaluated and compared with the ones that were not sterilized, only rheologichal trials were performed.

Lo scopo del seguente lavoro di tesi è quello di trovare un metodo di sterilizzazione di un polimero naturale (la pectina) con le seguenti caratteristiche: deve essere efficace, innovativo e non deve alterare drasticamente le proprietà fisiche, chimiche e biologiche del materiale da sterilizzare. In letteratura, infatti, sono riportati e analizzati parecchi sistemi per sterilizzare la pectina (es. radiazioni gamma, ossido di etilene, autoclave, tramite alte pressioni), ma ognuno di questi altera profondamente alcune delle proprietà fisiche, chimiche o biologiche del polimero (F. Munarin et al., 2012, M. Watanabe et al.). In questo lavoro si è scelto di utilizzare il gas plasma a perossido di idrogeno (autoclave STERRAD) per sterilizzare la pectina in quanto, da letteratura, risulta un sistema efficace (alta capacità di eliminare batteri e spore), sicuro (non lascia residui tossici sui materiali sottoposti a tale sistema e nell’ambiente), rapido (durata dei cicli è al massimo di 105 minuti) e particolarmente indicato per sterilizzare i materiali sensibili al calore e all’umidità (es. polimeri) (M.C. Tanzi et al., S. Lerouge et al.). L’obiettivo è quello di valutare come la sterilizzazione allo STERRAD influisca sulla struttura chimica della pectina e come, di conseguenza, ne alteri le sue proprietà chimiche, meccaniche, fisiche e biologiche. La pectina analizzata in questo studio è di tipologia LM e proviene dal lotto CU701 01211215, fornito dall’azienda tedesca Herbstreith & Fox. La sterilizzazione tramite gas plasma a H2O2 è stata effettuata in un primo momento sulla polvere di pectina; il materiale sterilizzato allo STERRAD è stato confrontato con quello non sterilizzato . Le due tipologie del polimero (pre- e post-sterilizzazione mediante gas plasma a H2O2 ) sono state caratterizzate valutando la viscosità intrinseca e i legami chimici tramite spettroscopia FT-IR. Dopo aver preparato soluzioni e gel polimerici di entrambe le varianti di pectina, sono anche stati stimati i valori di pH, le caratteristiche reologiche, il rigonfiamento dei gel e sono state effettuate prove di citocompatibilità ( in questo caso come controllo sono state preparate le sospensioni polimeriche partendo da pectina disinfettata in etanolo). Successivamente la sterilizzazione mediante gas plasma a perossido di idrogeno è stata anche effettuata sui gel preparati a partire da polvere di pectina non sterilizzata. In questo caso i gel sono stati valutati e confrontati con quelli non sterilizzati allo STERRAD solo da un punto di vista reologico.