O objetivo principal desta dissertação foi o desenvolvimento e caracterização dehidrogéis inteligentes e multirresponsivos, com potencial para aplicação em engenharia detecidos. Para esse fim foram desenvolvidas redes poliméricas interpenetradas (IPN) resultantesda conjugação de poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM), um polímero termorresponsivo,reforçado com laponite e com um polímero à base do líquido iónico cloreto de 1-butil-3-vinilimidazólio (BVImCl), um polímero com sensibilidade ao estímulo elétrico. Desta formapretende-se obter um material inovador capaz de aliar a sensibilidade térmica do PNIPAM àcondutividade elétrica conferida pelo PIL, resultando num sistema com resposta dual aestímulos de temperatura e elétricos.A metodologia experimental envolveu a comparação de duas estratégias de síntese,tendo-se selecionado a que originou hidrogéis com maior estabilidade mecânica. Os hidrogéisobtidos foram extensivamente caracterizados no que respeita às suas propriedades físico-químicas e funcionais. As análises de espectroscopia de infravermelho (FTIR) e de análiseelemental confirmaram a estrutura química dos hidrogéis, enquanto a calorimetria diferencialde varrimento (DSC) permitiu determinar a temperatura crítica inferior de solução (LCST), quese manteve próxima de 32 °C, indicando que a funcionalização da IPN com PIL não comprometeua termorresponsividade do PNIPAM. Os estudos de sorção de água revelaram que a densidadede reticulação, controlada pelo teor de laponite, diminui a capacidade de inchaço dos hidrogéisenquanto que a presença do PIL aumenta a quantidade de água que os hidrogéis conseguemreter na matriz polimérica. A incorporação do PIL na IPN demonstrou ainda um impactosignificativo nas propriedades dielétricas dos hidrogéis, com um aumento da permissividade eda condutividade, validando a eficácia da estratégia de funcionalização para a obtenção demateriais eletroativos.A avaliação da funcionalidade dos hidrogéis foi realizada através de ensaios delibertação in vitro de um fármaco modelo, o cloridrato de lidocaína. Os resultadosdemonstraram um comportamento de libertação multirresponsivo, modulado pelatemperatura e pela aplicação de um estímulo elétrico (iontoforese). Foi ainda demonstrado quea IPN formada pode ser usada como sensor de variação do pH do meio.Em suma, este trabalho valida uma abordagem inovadora para a criação de hidrogéismultirresponsivos com propriedades ajustáveis, abrindo novas perspetivas para o seu uso emsistemas avançados de libertação de fármacos, biossensores e outras aplicações biomédicas.

The main objective of this dissertation was the development and characterization of“smart”, multiresponsive hydrogels with potential for application in tissue engineering. To thisend, interpenetrating polymer networks (IPNs) were developed by conjugating poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), a thermoresponsive polymer reinforced with laponite, and apolymer based on the ionic liquid 1-butyl-3-vinylimidazolium chloride (BVImCl), a polymersensitive to electrical stimuli. The aim is to obtain an innovative material capable of combiningthe thermal sensitivity of PNIPAM with the electrical conductivity conferred by PIL, resulting ina system with a dual response to temperature and electrical stimuli.The experimental methodology involved comparing two synthesis strategies, selectingthe one that produced hydrogels with greater mechanical stability. The hydrogels obtained wereextensively characterized in terms of their physicochemical and functional properties. Infraredspectroscopy (FTIR) and elemental analysis confirmed the chemical structure of the hydrogels,while differential scanning calorimetry (DSC) allowed the determination of the lower criticalsolution temperature (LCST), which remained close to 32 °C, indicating that the functionalizationof IPN with PIL did not compromise the thermoresponsiveness of PNIPAM. Water sorptionstudies revealed that the crosslink density, controlled by the laponite content, decreases theswelling capacity of the hydrogels, while the presence of PIL increases the amount of water thatthe hydrogels can retain in the polymer matrix. The incorporation of PIL into IPN also had asignificant impact on the dielectric properties of the hydrogels, with an increase in permittivityand conductivity, validating the effectiveness of the functionalization strategy for obtainingelectroactive materials.The functionality of the hydrogels was evaluated through in vitro release tests of amodel drug, lidocaine hydrochloride. The results demonstrated multiresponsive releasebehavior, modulated by temperature and the application of an electrical stimulus(iontophoresis). It was also demonstrated that the IPN formed can be used as a sensor for pHvariation in the medium.In summary, this work validates an innovative approach to the creation of multiresponsivehydrogels with adjustable properties, opening up new perspectives for their use in advanceddrug delivery systems, biosensors, and other biomedical applications.

Trabalho de Projeto do Mestrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia

FCT