Desenvolvimento de têxteis inteligentes contendo extratos de antocianinas naturais para detecção colorimétrica de mudanças de pH

Abstract

As uvas são alimentos ricos em antocianinas, compostos responsáveis por sua coloração roxa. Esses compostos têm sido cada vez mais investigados para aplicações médicas devido às suas propriedades antioxidantes, capacidade de regular processos metabólicos e cardiovasculares, e proteção das células contra danos oxidativos. No entanto, as antocianinas são instáveis e podem degradar-se em determinadas condições, como exposição à luz, variações de temperatura e mudanças no pH. Dessa forma, a aplicação de antocianinas em curativos médicos poderia auxiliar na detecção de mudanças no pH do meio, servindo como um indicativo para a troca do curativo ou a identificação de uma possível infecção. Neste trabalho, foi realizada a extração de antocianinas da casca da uva Isabel utilizando um solvente acidificado com HCl, em um processo meticuloso para evitar a degradação do composto. O objetivo foi impregnar essas antocianinas em tecidos 100% algodão alvejados. O processo de impregnação envolveu a utilização de uma solução do extrato de antocianinas e a adição de quitosana, devido às suas propriedades antimicrobianas, biocompatibilidade e biodegradabilidade, melhorando as características do têxtil desenvolvido. Foram testadas três metodologias de impregnação: aplicação das antocianinas sem recobrimento, presença de quitosana em solução com o extrato, e quitosana como revestimento no têxtil com antocianinas. Ensaios de microscopia e análises de FTIR (Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier) foram realizados nas amostras, demonstrando que não houve degradação significativa das fibras do tecido de algodão durante os processos. As análises de FTIR também permitiram detectar as bandas características da celulose e das antocianinas nas amostras impregnadas. Em seguida, foram investigadas as mudanças colorimétricas das amostras e a sensibilidade à variação do pH. Diversos tampões (pH 3 ao pH 10) foram desenvolvidos e as amostras impregnadas foram imersas em cada solução de pH, observando-se visualmente as mudanças colorimétricas dos tecidos. Os resultados mostraram que a presença de quitosana prolonga o tempo de mudança de cor das amostras em diversos pHs, e que a coloração das amostras se torna mais fraca com a presença de quitosana. Esse comportamento é atribuído à camada protetora formada pela quitosana, que impede grandes interações das antocianinas, resultando em uma tonalidade mais fraca e uma interação retardada com as soluções tampões. Dessa forma, o estudo demonstrou com eficiência a extração de antocianinas da casca da uva Isabel, bem como o processo de impregnação e a sensibilidade ao pH, destacando a significativa influência da quitosana no processo e os benefícios que este composto pode trazer para o desenvolvimento de um têxtil inteligente para aplicação na área médica. Além disso, foi possível analisar as mudanças na resposta das amostras que sofreram degradação das antocianinas sob influência da luz solar, evidenciando a importância de realizar a metodologia sob condições controladas para evitar a degradação. Assim, o desenvolvimento de têxteis inteligentes ativos e não implantáveis apresentou resultados promissores em termos de uniformidade de impregnação, quantificação das antocianinas nos têxteis e comportamento à variação do pH.

Grapes are foods rich in anthocyanins, compounds responsible for their purple color. These compounds have been increasingly investigated for medical applications due to their antioxidant properties, ability to regulate metabolic and cardiovascular processes, and protection of cells against oxidative damage. However, anthocyanins are unstable and can degrade under certain conditions, such as exposure to light, temperature variations and changes in pH. Therefore, the application of anthocyanins to medical dressings could help detect changes in the pH of the environment, serving as an indication for changing the dressing or identifying a possible infection. In this work, anthocyanins were extracted from the skin of the Isabella grape using a solvent acidified with HCl, in a meticulous process to avoid degradation of the compound. The objective was to impregnate these anthocyanins in bleached 100% cotton fabrics. The impregnation process involved the use of an anthocyanin extract solution and the addition of chitosan, due to its antimicrobial properties, biocompatibility and biodegradability, improving the characteristics of the developed textile. Three impregnation methodologies were tested: application of anthocyanins without coating, presence of chitosan in solution with the extract, and chitosan as a coating on the textile with anthocyanins. Microscopy tests and FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analyzes were carried out on the samples, demonstrating that there was no significant degradation of the cotton fabric fibers during the processes. FTIR analyzes also allowed the detection of characteristic bands of cellulose and anthocyanins in the impregnated samples. Next, the colorimetric changes of the samples and the sensitivity to pH variation were investigated. Various buffers (pH 3 to pH 10) were developed and the impregnated samples were immersed in each pH solution, visually observing the colorimetric changes of the tissues. The results showed that the presence of chitosan prolongs the color change time of the samples at different pHs, and that the color of the samples becomes weaker with the presence of chitosan. This behavior is attributed to the protective layer formed by chitosan, which prevents large interactions of anthocyanins, resulting in a weaker tone and a delayed interaction with buffer solutions. In this way, the study efficiently demonstrated the extraction of anthocyanins from the skin of the Isabella grape, as well as the impregnation process and sensitivity to pH, highlighting the significant influence of chitosan in the process and the benefits that this compound can bring to the development of a smart textile for application in the medical field. Furthermore, it was possible to analyze changes in the response of samples that suffered degradation of anthocyanins under the influence of sunlight, highlighting the importance of carrying out the methodology under controlled conditions to avoid degradation. Thus, the development of active and non-implantable smart textiles showed promising results in terms of impregnation uniformity, quantification of anthocyanins in textiles and behavior to pH variation.