Estudo comparativo do efeito antimicrobiano de nanocompósitos e compostos baseados em poli (butileno adipato-co-tereftalato) usando nanopartículas de Cu e Cu / Cu2O e CuSO4

Resumo

Nanocompósitos e um composto baseado em poli (butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) foram sintetizados usando nanopartículas de cobre comerciais (Cu-NPs), nanopartículas de cobre / óxido cuproso (Cu | Cu ₂ O-NPs) e sulfato de cobre (CuSO ₄ ), respectivamente. O Cu | Cu ₂ O-NPs foram sintetizados usando redução química e caracterizados por difração de raios-X (XRD) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). A síntese de Cu | Cu ₂ O-NPs produziram uma mistura de Cu e Cu ₂ O, com o metal Cu tendo uma morfologia esférica de aproximadamente 40 nm de diâmetro e Cu ₂ O com diâmetro de 150 nm. Para preparar os nanocompósitos (NCs) e o material compósito (MC), os NPs e o CuSO ₄ o sal foi incorporado na matriz PBAT em concentrações de 1, 3 e 5% p / p por meio de um método ex situ. Espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), um teste de tração, calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e ensaios de difusão em ágar foram usados ​​para caracterização estrutural, termomecânica e antimicrobiana. Os resultados mostraram que os reforços não modificaram a estrutura química do PBAT e aumentaram apenas ligeiramente a porcentagem de cristalização. As propriedades mecânicas e térmicas do PBAT não se alteraram muito com a adição de cargas, exceto por um ligeiro aumento na resistência à tração e estabilidade térmica, respectivamente. Os ensaios antimicrobianos de difusão em ágar mostraram que os NCs e MCs tiveram boas respostas inibitórias contra as cepas não resistentes Enterococcus faecalis , Streptococcus mutans e Staphylococcus aureus . Os MCs baseados em CuSO ₄ teve o maior efeito biocida, mesmo contra as bactérias resistentes Acinetobacter baumannii .

Introdução

A maioria dos materiais plásticos são produzidos a partir de combustíveis fósseis e são praticamente não degradáveis, o que gera preocupações com a sustentabilidade econômica e ambiental [1, 2]. Dessa forma, o desenvolvimento e a síntese de materiais biodegradáveis ​​de outra origem tem recebido muita atenção da comunidade científica com o objetivo de reduzir a produção de plásticos à base de petróleo [3,4,5]. Os polímeros biodegradáveis ​​passaram a ter papel fundamental na solução desses problemas como uma opção promissora aos combustíveis fósseis juntamente com uma nova classe de materiais conhecida como bionanocompósitos, que, por meio da nanotecnologia, passaram a possuir melhores propriedades [6,7,8,9 , 10].

Os bionanocompósitos consistem em uma matriz orgânica na qual os nanomateriais inorgânicos estão dispersos [8, 11,12,13]. As diferentes morfologias e tamanhos dos componentes inorgânicos, como nanopartículas, nanotubos, nanofolhas, nanofios e nanoargila, têm um efeito considerável nas propriedades da matriz polimérica. As propriedades ópticas, térmicas, mecânicas, magnéticas e optoeletrônicas são aprimoradas devido à sinergia entre a área de superfície, alta reatividade superficial, excelente estabilidade térmica e alta resistência mecânica dos componentes inorgânicos e da matriz polimérica [14,15,16] . Uma ampla gama de inovações em química de polímeros e técnicas de micro e nanofabricação têm conduzido pesquisas em bionanocompósitos poliméricos, não apenas para a produção de estruturas melhoradas, mas também para a preparação de novos materiais funcionais com propriedades interessantes e aplicações altamente sofisticadas [17,18 , 19]. Vários biopolímeros de origem natural ou sintética, como o ácido polilático (PLA) [20] e o poli (butileno-adipato-co-tereftalato) (PBAT), têm sido amplamente estudados [21, 22].

Um polímero que está sendo usado atualmente como matriz em nanocompósitos é o PBAT [23]. Este biopolímero sintético é um poliéster linear alifático biodegradável baseado nos monômeros 1,4-butanodiol, ácido adípico e ácido tereftálico na cadeia do polímero [24]. Suas propriedades são semelhantes às do polietileno de baixa densidade devido ao seu alto peso molecular e estrutura molecular ramificada de cadeia longa, o que o torna flexível [24,25,26]. A principal limitação do PBAT é sua fraca resistência mecânica; entretanto, com a adição de cargas nanométricas, esta desvantagem pode ser superada, dotando este material de propriedades multifuncionais, como melhores propriedades termomecânicas [6, 27].

Atualmente, há também uma necessidade urgente de desenvolver bionanocompósitos que possam controlar ou prevenir a colonização microbiana, incorporando nanopartículas com atividade antibacteriana conhecida ou aumentando as propriedades antibacterianas já possuídas pela matriz polimérica. Neste último caso, a melhoria substancial na capacidade biocida da matriz polimérica tem sido associada à sinergia entre os dois componentes do bionanocompósito [28, 29]. Portanto, o polímero não apenas fornece uma matriz de suporte para as nanopartículas, mas também pode melhorar o desempenho antibacteriano e estender as possíveis aplicações do bionanocompósito para atender a vários requisitos para aplicações biomédicas ou dispositivos médicos, como tubos endotraqueais e cateteres vasculares e urinários [30 , 31,32]. No entanto, o uso de PBAT em dispositivos médicos não foi estudado extensivamente; poucos artigos relatam a possibilidade de seu uso em algumas aplicações clínicas [1].

Diversas investigações relataram o uso de nanopartículas metálicas como agente antimicrobiano. A propriedade biológica intrínseca desses materiais depende de vários fatores, como o metal envolvido, o tamanho da partícula, a estrutura e a área superficial. Todas as combinações possíveis desses fatores podem atrasar a resistência antibacteriana [33]. A maioria dos estudos antimicrobianos de nanocompósitos concentrou-se em embalagens de alimentos, e a atividade biocida sempre teve como alvo as mesmas bactérias. Não é certo se as bactérias se tornam resistentes às nanopartículas biocidas da mesma forma que o fazem aos medicamentos. Assim, um dos objetivos deste trabalho foi avaliar a atividade antimicrobiana de nanocompósitos contendo PBAT com diferentes concentrações de Cu-NPs para uso potencial na fabricação de implementos odontológicos. Além disso, realizamos um estudo comparativo completo sobre as propriedades termomecânicas e antimicrobianas de materiais à base de PBAT. Nanocompósitos PBAT foram preparados com nanopartículas de Cu em três concentrações diferentes. Da mesma forma, os nanocompósitos foram preparados usando Cu | Cu ₂ O-NPs como carga. Finalmente, um CuSO ₄ O material compósito à base foi preparado nas mesmas concentrações usadas para preparar os nanocompósitos. A atividade biocida dos nanocompósitos e do composto PBAT foi avaliada contra Staphylococcus aureus , que é responsável por infecções cutâneas, como foliculite, furunculose e conjuntivite; Streptococcus mutans , que é parcialmente responsável pela placa e biofilme dentário; e Enterococcus faecalis e Acinetobacter baumannii , que podem causar infecções que comprometem o ser humano, principalmente no ambiente hospitalar.

Materiais e métodos

Materiais

O PBAT (Ecoflex) utilizado para a preparação de nanocompósitos foi fornecido pela BASF (Ludwigshafen, Alemanha). Sua estrutura molecular é mostrada no Arquivo Adicional 1:Figura S1 (material suplementar). As nanopartículas de cobre de metal 99,99% puro (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EUA) tinham entre 100 e 200 nm de diâmetro. Para a síntese do Cu | Cu ₂ O-NPs, CuSO ₄ foi usado como um precursor, ácido ascórbico (C ₆ H ₈ O ₆ ) como agente redutor e hidróxido de sódio (NaOH) como controlador de pH. Além disso, CuSO ₄ (Sigma-Aldrich) foi usado para preparar o material compósito.

Síntese de nanopartículas por redução química

Um método de síntese proposto por Khan et al. [34] foi usado para obter Cu | Cu ₂ O-NPs. A síntese começou dissolvendo CuSO ₄ × 5H ₂ O em água destilada para obter 120 mL de solução 0,1 M. Em seguida, os 120 mL de CuSO ₄ foi adicionado a um frasco imerso em um banho de propilenoglicol, seguido pela adição rápida de 50 mL de C ₆ H ₈ O ₆ solução. A mistura foi agitada vigorosamente a aproximadamente 390 rpm durante 30 min enquanto a temperatura foi aumentada para 80 ° C, altura em que 30 mL de solução de NaOH foram adicionados gota a gota e a solução foi agitada continuamente durante 2 h. A solução final foi deixada assentar durante a noite e, em seguida, o líquido sobrenadante foi removido. O concentrado foi centrifugado e lavado com água destilada e etanol. Finalmente, as partículas foram dispersas usando equipamento de ultrassom, colocadas em placas de Petri e secas em estufa a 60 ° C durante a noite (ver Arquivo adicional 1:Figura S2).

Síntese de nanocompósitos

Para preparar os nanocompósitos e o material compósito, Cu-NPs, Cu | Cu ₂ O-NPs e CuSO ₄ o sal foi incorporado à matriz PBAT nas concentrações de 1, 3 e 5%. Primeiro, o PBAT foi derretido e, em seguida, os NPs foram adicionados e misturados em um reômetro de torque (modelo 835205, Brabender GmbH &Co. KG, Duisburg, Alemanha) por 7 min a 60 rpm e uma temperatura de trabalho de 140 ° C ( Arquivo adicional 1:Figura S4). A carga máxima foi de 5% porque cargas mais altas produziram efeitos de fluorescência nos espectros Raman (Arquivo adicional 1:Figura S3).

Caracterização

Os nanocompósitos e materiais compósitos obtidos foram caracterizados para estudar suas diferenças em relação ao polímero PBAT. Da mesma forma, estudamos como as diferentes concentrações de Cu-NPs, Cu | Cu ₂ O-NPs e CuSO ₄ dentro do polímero afetou suas propriedades mecânicas, térmicas, morfológicas, estruturais e bactericidas.

Cu-NPs e Cu | Cu ₂ O-NPs foram caracterizados por difração de raios-X (XRD) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Nanocompósitos PBAT com Cu-NPs (NCs-PBAT / Cu) e Cu | Cu ₂ O-NPs (NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O) e o material compósito PBAT com CuSO ₄ (MCs-PBAT / CuSO ₄ ) foram caracterizados por meio de análise termogravimétrica (TGA), calorimetria de varredura diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (SEM), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), XRD, testes de tração e ensaio de atividade antimicrobiana usando difusão em ágar. Uma amostra em placa de 100 mm × 100 mm × 1 mm em forma de placa de cada nanocompósito foi preparada de forma que as amostras homogeneizadas em cada análise tivessem o mesmo tamanho. Para obter a forma da placa, NCs-PBAT / Cu, NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O e MCs-PBAT / CuSO ₄ foram moldados usando uma prensa hidráulica Labtech (modelo LP-20B; Labtech Engineering Co., Ltd., Samutprakarn, Tailândia) a 160 ° C e 110 bar por 5 min. Os tempos de pré-aquecimento e resfriamento foram de 15 min e 1 min, respectivamente (Arquivo adicional 1:Figura S4).

Propriedades morfológicas e estruturais

Para verificar a escala nanométrica das nanopartículas e se os pós sintetizados eram uma mistura de Cu e Cu ₂ O nanopartículas, uma análise estrutural foi realizada usando XRD e uma análise morfológica foi realizada usando TEM.

Micrografias TEM de Cu | Cu ₂ O-NPs foram obtidos com um microscópio eletrônico de transmissão JEM 1200 EX II (JEOL, Ltd., Tóquio, Japão) a uma tensão de 120 kV. Uma amostra foi preparada colocando uma gota de nanopartículas diluídas em etanol em uma grade de cobre revestida com carbono de 200 mesh. Além disso, as nanopartículas foram analisadas por meio de um padrão de difração de elétrons.

Espectros de XRD dos Cu-NPs, Cu | Cu ₂ O-NPs, nanocompósitos e material compósito foram obtidos usando um difratômetro Bruker Endeavor (modelo D4 / MAX-B; Bruker, Billerica, MA, EUA). A varredura de 2θ foi de 4 a 80 ° com uma etapa de 0,02 ° e tempo de contagem de 1 s. O difratômetro foi operado a 20 mA e 40 kV com uma lâmpada de cátodo de cobre ( λ =1,541 Å).

Os espectros de FTIR dos nanocompósitos foram obtidos usando um espectrômetro Spectrum Two FTIR (× 1720) (PerkinElmer, Waltham, MA, EUA) com a função de reflexão total atenuada (ATR). Cada espectro foi obtido por varreduras consecutivas na faixa de 4000–500 cm ⁻¹ com uma resolução de 1 cm ⁻¹ .

Propriedades mecânicas (teste de tração)

Os testes de tração, baseados na norma ASTM D638, foram realizados em uma máquina de teste universal smarTens (modelo 005; Emmeram Karg Industrietechnik, Krailling, Alemanha) a uma velocidade de teste de 50 mm / min e uma célula de carga de 1 kN. Os espécimes do tipo V foram fabricados por compressão em temperaturas de moldagem de 160 ° C. Os tempos de pré-aquecimento, prensagem e resfriamento foram de 7, 5 e 1 min, respectivamente. Cinco amostras de cada NC e MC em estudo foram fabricadas, e a resistência à tração, a porcentagem de alongamento final e o módulo foram obtidos.

Propriedades térmicas

A TGA foi realizada usando uma termo-microbalança TG 209 FI Iris® (NETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb, Alemanha). As amostras, variando de 3 a 10 mg, foram colocadas em cadinhos de alumínio, que foram carregados no instrumento. A mudança de massa em função da temperatura foi medida aquecendo as amostras de 20 a 600 ° C a uma taxa de 10 ° C / min sob um N ₂ atmosfera.

A análise de DSC foi realizada usando um calorímetro de varredura diferencial NETZSCH (modelo DSC 204 F1). Amostras de nanocompósitos (5–10 mg) foram colocadas em cadinhos de alumínio selados, que foram aquecidos de 25 a 200 ° C a uma taxa de 10 ° C / min sob um N ₂ constante taxa de fluxo de 20 mL / min. A temperatura de fusão ( T _m ) foi obtido a partir desta análise DSC.

Ensaios de atividade antimicrobiana de NCs e MC usando difusão de ágar

A atividade antibacteriana dos nanocompósitos e materiais compósitos baseados em Cu-NPs, Cu | Cu ₂ O-NPs e CuSO ₄ foi determinada usando o método de difusão cinética de crescimento em ágar. A análise foi realizada em duas etapas seguindo o protocolo de Jaramillo et al. [35]. Quatro cepas de bactérias foram usadas:duas cepas clínicas, A. baumannii (ABA 538) isolado de uma infecção intra-hospitalar e E. faecalis (6.4) de uma infecção oral, e duas cepas de coleção, S. aureus (ATCC) e S. mutans (ATCC 25175).

A primeira etapa consistiu em uma avaliação qualitativa da atividade antibacteriana para selecionar qual das três concentrações de nanocompósitos e material compósito usar para realizar os testes quantitativos para reduzir o desenho experimental, pois usar três concentrações de carga seria muito caro. Após os testes de avaliação, foi selecionada a amostra com o percentual de carga que apresentou a melhor inibição de contato. Para realizar os testes qualitativos, A. baumannii (ABA 538), E. faecalis (6,4), S. aureus (ATCC) e S. mutans (ATCC 25175) foram semeados separadamente em um ágar tripticase de soja (TSA) e incubados durante a noite a 37 ° C. Após a cultura, uma colônia bem isolada foi selecionada e transferida para um tubo contendo 4–5 mL de caldo TSA usando uma alça de inoculação. O caldo foi incubado novamente durante a noite a 37 ° C até atingir ou exceder a turvação de 0,5 na escala de McFarland. A turvação do inóculo foi então ajustada com solução salina até 0,5 na escala de McFarland usando um turbidímetro. A suspensão preparada continha aproximadamente 1 × 10 ⁸ CFU / mL, que foi diluído a 1:10 para obter uma concentração de inóculo final de 10 ⁷ CFU / mL. Placas de TSA foram semeadas uniformemente com cada inóculo. Em seguida, folhas (10 × 10 mm ² ) dos nanocompósitos e material compósito nas concentrações de 1, 3 e 5%, mais um controle PBAT, foram colocados na superfície das placas de TSA e verificados para se certificar de que eles aderiram bem. Por fim, as placas foram colocadas em uma estufa e incubadas a 37 ° C por 24 h para observar a inibição das amostras de PBAT.

A segunda etapa do método da cinética de crescimento consistiu em testes quantitativos realizados apenas nos nanocompósitos e no material compósito em que a inibição de contato foi evidente no teste qualitativo. Para manter a esterilidade, os testes foram realizados em um gabinete de segurança biológica 1200 Series Tipo A2 (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, EUA). Primeiro, as amostras foram pré-condicionadas, colocando-as em placas de Petri estéreis e levando-as para a cabine de biossegurança, onde foram expostas à luz ultravioleta por 15 minutos de cada lado. Em seguida, culturas bacterianas de 24 h de cada cepa foram ajustadas a uma turvação de 0,5 na escala de McFarland para, posteriormente, criar seis diluições em série (1, 2, 3, 4, 5 e 6). Uma contagem inicial foi realizada nas diluições 4, 5 e 6 (em triplicado) para determinar a contagem no tempo zero.

Câmaras úmidas, uma para cada tempo de avaliação (2, 4, 6 e 8 h) e para cada cepa, foram preparadas colocando gaze estéril umedecida com água destilada estéril em placas de Petri estéreis. Em seguida, uma lâmina estéril foi colocada dentro de cada câmara úmida de forma que o lado superior não tocasse a gaze úmida. Em seguida, três ² de 1 × 1 cm lâminas dos nanocompósitos e do material compósito, e lâminas PBAT como controle, foram colocadas nas câmaras com a ajuda de uma pinça estéril. A diluição (20 μL) foi depositada em cada folha quadrada e as câmaras foram incubadas a 37 ° C por 2, 4, 6 e 8 h.

Após a incubação, as câmaras úmidas foram extraídas, e cada folha de polímero foi depositada dentro de um tubo Falcon com 1 mL de água destilada estéril. Os tubos foram agitados com vórtex por 2–5 min [35]. Três diluições foram feitas a partir do produto nos tubos Falcon. As placas de Petri contendo TSA foram divididas em quatro partes. Aproximadamente três a cinco gotas (correspondendo a 20 μL) de cada uma das três diluições e uma gota do conteúdo do tubo Falcon não diluído foram colocadas nos quadrantes. As placas de ágar deveriam estar completamente secas para que as gotas fossem absorvidas quase que instantaneamente. As placas foram então incubadas a 37 ° C por 24 h seguido por uma contagem de colônias com um contador de colônias. Os dados obtidos foram multiplicados pelo fator de diluição utilizado e plotados em gráficos por meio da função logaritmo ou porcentagem de sobrevivência.

Resultados e discussão

A reometria é usada para obter medições dinâmicas das propriedades reológicas dos nanocompósitos em condições próximas às condições reais em que os nanocompósitos foram processados. Para isso, foram feitas medições para controlar as mudanças na viscosidade durante a mistura do fundido. Os resultados dessas medições são mostrados no arquivo adicional 1:Figura S5. O aumento no torque do motor está relacionado à viscosidade de fusão do polímero [21, 36], e os valores passam a ser constantes após 4 min de mistura. Isso confirma que o tempo de mistura de 7 min estabelecido neste trabalho foi suficiente para atingir a mistura completa.

Os valores de torque para a matriz PBAT e NCs-PBAT / Cu 1% foram em torno de 19,86 N m. As curvas (arquivo adicional 1:Figura S5) indicam que a concentração de 1% de Cu-NPs teve pouco efeito nas propriedades mecânicas da matriz, mas valores de torque de equilíbrio mais baixos de 18,4 e 17,4 N m foram obtidos para NCs-PBAT / Cu 3 % e NCs-PBAT / Cu 5%, respectivamente. Estes resultados implicam claramente que a processabilidade de NCs-PBAT / Cu foi melhorada em relação à matriz PBAT [37]. Resultados semelhantes foram obtidos com a mistura de NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O, onde o valor do torque de equilíbrio diminuiu com o aumento na porcentagem de carga para 3%, mas a carga de 5% rendeu um valor muito próximo ao da carga de 1% de Cu | Cu ₂ O-NPs. Os valores de torque de equilíbrio foram 19,39, 19,07 e 19,37 Nm para 1, 3 e 5%, respectivamente. Para o MCs-PBAT / CuSO ₄ mistura, os valores de torque de equilíbrio aumentaram conforme a carga de CuSO ₄ aumentou, isto é, 18,71 Nm para 1%, 19,16 Nm para 3% e 19,79 Nm para 5% de carga. Este comportamento pode ser atribuído ao tamanho do CuSO ₄ cristais. Simultaneamente, Arquivo adicional 1:A Figura S5 mostra que o torque de equilíbrio de todos os nanocompósitos e o material compósito ficou estável com o aumento do tempo de mistura, indicando que a decomposição térmica não ocorreu no misturador, provavelmente porque as nanopartículas diminuem as forças de coesão entre as cadeias de polímero e muito provavelmente, realiza a autolubrificação no processo de mistura [37].

Propriedades morfológicas e estruturais

Primeiramente, foram analisadas as nanopartículas obtidas por redução química. Os resultados da síntese de Cu | Cu ₂ O-NPs são mostrados na Fig. 1b. A micrografia TEM mostra uma mistura de partículas esféricas e partículas poliédricas. O diâmetro médio das nanopartículas esféricas foi de 26 nm (Fig. 1c), enquanto o diâmetro das nanopartículas poliédricas variou entre 80 e 160 nm. A composição dessas nanopartículas foi determinada por difração de elétrons de área selecionada (SAED) (Fig. 1c), que encontrou fases correspondentes ao metal Cu e Cu ₂ O. Este achado foi corroborado pelo difractograma mostrado na Fig. 1a. Seis picos de difração foram claramente observados a 2θ =36,3 °, 42,17 °, 43,42 °, 50,63 °, 61,47 ° e 74,37 °. Porque as nanopartículas foram sintetizadas por redução química de CuSO ₄ para CuO, os picos de difração foram verificados pelos dados para Cu no banco de dados X'Pert HighScore de padrões de difração de pó de raios-X. Observamos que os picos em 2θ =43,2 °, 50,63 ° e 74,37 ° pertencem aos planos de difração do cobre metálico (111), (200) e (220). Os outros três picos mostram que as nanopartículas sintetizadas continham mais de uma substância, então o padrão de difração é uma combinação de ambos. Wijesundera [38] analisou filmes finos de Cu ₂ O usando XRD e mostrou que os planos difratados em 2θ =36,3 °, 42,17 ° e 61,47 ° correspondem aos índices de Miller (111), (200) e (220). Esses índices pertencem a uma estrutura cúbica de face centrada (FCC) que corresponde a uma parte da área central de uma estrutura antifluorita, que concorda com a estrutura de Cu ₂ O, de acordo com os resultados da análise SAED.

a XRD de nanopartículas de Cu e CuO2 sintetizadas. b , c Imagem TEM, distribuição de tamanho e padrão de difração das nanopartículas sintetizadas. d XRD de nanopartículas de Cu. e , f Imagem TEM, distribuição de tamanho e padrão de difração de nanopartículas de Cu

Wang et al. [39] descobriram que durante a síntese de Cu-NPs por redução química, o tamanho das partículas variou entre 100 e 150 nm. Eles usaram C ₆ H ₈ O ₆ como agente redutor e poli (vinilpirrolidona) (PVP) como surfactante. Os rostos não correspondiam aos de Cu ₂ O porque o PVP ajudou a estabilizar as sementes em crescimento, evitando assim a sua oxidação. No entanto, o objetivo de nossa investigação foi sintetizar Cu ₂ O NPs, que podem ser obtidos por redução química sem o uso de um agente estabilizador como o PVP.

Os Cu-NPs usados ​​na preparação do nanocompósito eram esféricos com um diâmetro variando entre 100 e 200 nm (Fig. 1e, f). No padrão de XRD para Cu-NPs mostrado na Fig. 1d, os três picos claramente observados em 43,60 °, 50,72 ° e 73,95 ° correspondem aos planos cristalinos (111), (200) e (220), respectivamente. A estrutura cristalina cúbica com um grupo espacial Fm3m (JCPDS No.85-1326) [55] está de acordo com a estrutura encontrada pela análise SAED (Fig. 1d).

As partículas metálicas utilizadas em nosso estudo foram obtidas por meio de sistema de retificação mecânica, conforme fornecedor. A desvantagem desse método é que uma pequena porcentagem de partículas (~ 10%) são maiores que 500 nm. No entanto, isso não afetou negativamente os objetivos de nossa investigação. Abaixo, demonstramos como essa dispersão afetou as propriedades termomecânicas da matriz PBAT. É importante ressaltar que os métodos de moagem mecânica não usam precursores ou estabilizadores, como é o caso dos métodos de síntese úmida, que são conhecidos como métodos de redução química. Portanto, a superfície de Cu-NPs obtida por moagem não é passivada pela adsorção de moléculas de um estabilizador ou de um subproduto da reação. Assim, esses Cu-NPs, embora não melhorem substancialmente as propriedades mecânicas do polímero, também não os degradam. No entanto, as propriedades antimicrobianas devem ser melhoradas devido à migração de Cu ²⁺ é facilitado em superfícies não passivadas.

A Figura 2 apresenta os espectros de XRD dos NCs-PBAT / Cu (Fig. 2a), NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O (Fig. 2b), e MCs-PBAT / CuSO ₄ (Fig. 2c). A Figura 2c foi preparada em três concentrações (1, 2 e 3% w / w ) Esses difratogramas foram comparados com os da matriz do polímero PBAT para demonstrar o efeito das cargas na estrutura do polímero. O difractograma PBAT mostrou um padrão de difração com cinco picos de difração a 2θ =16,1 °, 17,3 °, 20,2 °, 23,1 ° e 25 °, correspondendo aos planos (011), (010), (101), (100) e (111), respectivamente. Esta análise revelou a existência de cristalinidade na matriz polimérica. A caracterização do PBAT por Arruda et al. [40] usando XRD também encontraram os mesmos cinco picos de difração nos mesmos ângulos que os encontrados nesta investigação, correspondendo aos mesmos planos.

Difractograma de PBAT, NCs-PBAT / Cu, NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O e MCs-PBAT / CuSO ₄

Os difratogramas dos nanocompósitos com cargas de Cu-NPs são mostrados na Fig. 2a. Os sinais 2θ a 43 °, 50 ° e 74 ° são característicos dos planos (111), (200) e (220) da estrutura FCC de Cu com um grupo espacial Fm3m (JCPDS No.85-1326) [ 41]. Nenhuma fase correspondente a CuO ou Cu ₂ O foram observados no difractograma de NCs-PBAT / Cu, então concluímos que as nanopartículas não foram oxidadas durante a síntese do nanocompósito. Além disso, os difractogramas mostram que as nanopartículas não afetaram ou modificaram a estrutura do PBAT e que a intensidade dos picos é diretamente proporcional ao percentual de carga dos Cu-NPs. Os difractogramas dos NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O tem seis picos característicos a 2θ =36,4 °, 43 °, 42,4 °, 50 °, 61,5 ° e 74 ° (Fig. 2b). De acordo com a literatura e a análise das nanopartículas, apenas três correspondem ao cobre metálico e os picos em 36,4 °, 42,4 ° e 61,5 ° pertencem ao Cu ₂ O, de acordo com o espectro desse tipo de nanopartícula mostrado na Fig. 1a [35].

Os picos de difração correspondentes ao Cu | Cu ₂ Os reforços de O-NPs tornaram-se mais intensos com o aumento da concentração dentro da matriz, mas os picos pertencentes à zona cristalina do polímero diminuíram ligeiramente de intensidade com a incorporação das cargas. Chivrac et al. [42] relataram resultados semelhantes em um estudo usando cargas de nanoargila em PBAT. Eles sugeriram que não havia transcristalinidade significativa na interface carga-polímero e, portanto, não havia mudanças na estrutura cristalina do polímero. Porém, a diminuição da intensidade dos picos de difração do PBAT com o aumento da concentração das cargas na matriz indica uma queda na cristalinidade do PBAT. Portanto, as cargas dificultam o crescimento cristalino do PBAT. Isso poderia explicar a ligeira diminuição nos picos de difração pertencentes ao PBAT com o aumento em Cu | Cu ₂ O-NPs.

A Figura 2c mostra os espectros de XRD de MC-PBAT / CuSO ₄ para as três concentrações de CuSO ₄ de 1, 3 e 5%. A adição de 1% CuSO ₄ carga não gerou mudanças no polímero. O 3 e 5% CuSO ₄ curvas de carga mostram apenas um aumento mínimo na intensidade dos picos em 2θ =36,4 °, 40,25 °, 43,94 °, 57,9 ° e 75,7 °, que pertencem ao Cu e Cu ₂ O presente, indicando que uma fração do Cu ₂ SO ₄ foi reduzido e oxidado durante o processo de mistura. Quanto à zona cristalina do PBAT, o aumento na concentração do CuSO ₄ reforços diminuíram a intensidade dos picos de difração em PBAT, como ocorreu para os NCs-PBAT / Cu e NCs-PBAT / Cu | Cu ₂ O. Assim, a incorporação de CuSO ₄ na matriz de polímero diminuiu sua capacidade de cristalização, provavelmente porque CuSO ₄ impede o crescimento de cristalitos. Porque nenhuma informação adicional sobre o espectro de XRD de CuSO ₄ em materiais compósitos, teremos que investigar seu comportamento em polímeros biodegradáveis. O grau de cristalinidade da matriz foi calculado como:
$$ {X} _ {\ mathrm {c}} =\ frac {I _ {\ mathrm {c}}} {I _ {\ mathrm {c}} + {I} _ {\ mathrm {a}}} $$ (1)
onde eu _c é a área dos picos da fase cristalina e I _c + eu _a é a área total sob o difractograma. O grau de valores de cristalinidade para cada material é dado na Tabela 1. Esses resultados mostram que a porcentagem de cristalinidade aumenta à medida que a concentração de Cu-NPs e Cu | Cu ₂ Os O-NPs aumentam na matriz PBAT, o que fica evidente com o aumento da intensidade dos picos nos respectivos difractogramas.

Por outro lado, os difractogramas mostram que as nanopartículas não afetaram ou modificaram a estrutura do PBAT e que a intensidade dos picos é diretamente proporcional à porcentagem de carga dos Cu-NPs e Cu | Cu ₂ O-NPs. Além disso, a adição do CuSO ₄ o sal precursor diminuiu a cristalinidade do polímero em comparação com a do polímero em seu estado puro. Essa condição ocorreu porque a adição da concentração de cargas nos nanocompósitos aumentou a porcentagem relativa de cristalinidade, mas diminuiu a cristalinidade do PBAT, resultado que, em geral, foi relatado como um leve aumento na porcentagem total de cristalinidade. O MCs-PBAT / CuSO ₄ as cargas não apresentaram picos cristalinos em seus espectros de DRX. Portanto, eles não contribuíram para o aumento da cristalinidade, mas causaram uma diminuição da cristalinidade na cadeia polimérica, o que explica a diminuição na porcentagem total de cristalinidade do material compósito. Alguns estudos têm mostrado que nanopartículas metálicas atuam como centros de nucleação na orientação das cadeias poliméricas, o que por sua vez aumenta a cristalinidade do polímero [43].

The FTIR (Additional file 1:Figure S6) spectra show that the characteristic peaks at different load concentrations are at the same frequency but have different intensities. The spectra show that as the concentration of nanoparticles in the polymer matrix increased, the intensity of the peaks corresponding to NCs-PBAT/Cu and NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O increased with respect to the PBAT. Therefore, there was no effective interaction between the chains of the PBAT and the nanoparticles. Had there been interaction, some of the signals in the FTIR spectrum would have been displaced as a result of the interaction of the functional groups of the polymer with the surface of the PBAT [40].

Mechanical Properties (Tensile Test)

To give multifunctionality to biopolymers, nanomaterials that provide special properties to a nanocomposite are usually incorporated. Their inclusion will change the mechanical properties of the material and the intensity of the changes is directly related to the union of the nanostructure with the polymer network [44]. We conducted tensile tests on the nanocomposites and the composite material. The tensile strength and maximum deformation values are summarized in Table 2.

Figure 3 shows the average curves of the tensile tests on the nanocomposites and composite material. As the permanent deformation of the material began, the effect of the concentration of the nanoparticles in the polymer could be distinguished. Figure 3a shows the results for NCs-PBAT/Cu. The results show that the inclusion of nanostructures did not considerably affect the elastic range but there were noticeable changes in the yield strength. As the concentration of the Cu-NPs increased, maximum resistance increased and maximum elongation decreased. These changes clearly indicate that the nanostructures harden the PBAT. At 3% concentration of Cu-NPs, the tensile strength slightly increased but the elongation percentage in the fracture decreased between 30 and 35%.

Stress and strain of PBAT, NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, and MCs-PBAT/CuSO₄

Figure 3b shows the results of the tensile tests on the NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O. The 1% load nanocomposite clearly showed an increase in tensile strength and elongation with respect to the PBAT. There was no appreciable effect on the elastic range, but it did appear to be above the yield stress. In addition, the curve for the 3% load NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O shows there was no significant difference with respect to the PBAT. The same behavior is seen with curve for the 5% load NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O. The curves for MCs-PBAT/CuSO₄ (Fig. 3c) show that the yield stress decreased for the three concentrations of CuSO₄ with respect to the PBAT.

From the results, we can conclude that the reinforcements did not significantly change the mechanical properties of the PBAT. Venkatesan and Rajeswari [45] showed a significant increase in mechanical properties by incorporating ZnO nanoparticles in a PBAT matrix with respect to that of the PBAT. Similar results with some improvements were obtained by Chen and Yang [46]. They elaborated a PBAT nanocomposite with montmorillonite nanoparticles using melt blending.

Our investigation found that the NCs-PBAT/Cu|Cu2O 3 and 5% and MCs-PBAT/CuSO4 1 and 5% had slightly decreased tensile strength, that is, there were no significant variations in the mechanical properties. However, the NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O 1% and MCs-PBAT/CuSO₄ 3% had slightly increased tensile strength. Therefore, no reinforcement at any concentration in the matrix caused remarkable variations in the mechanical properties of the PBAT. In addition, as the concentration of Cu-NPs increased, their mechanical properties increased the resistance of the PBAT but elongation could not be maintained. The results of the tensile tests showed that the commercial Cu nanoparticles improved the tensile strength of the PBAT slightly more than did the Cu|Cu₂ O nanoparticles and the CuSO₄ partículas. The difference between the tensile properties found in our investigation and those in the literature could be attributed to load dispersion because the agglomerated particles act as stress concentrators [47]. Finally, the variations in the test values were explained by the preparation conditions of the test samples, the degree of crystallinity of the PBAT, the molecular mass, the degree of interaction at the polymer-reinforcement interface, and the load dispersion because the agglomerates in the matrix could act as stress concentrators.

Thermal Properties

One of the disadvantages of the PBAT is its low thermal stability because the fusion process can degrade its polymer chains [48]. Therefore, the effect of nanometric and micrometric loads on the decomposition of this biopolymer must be investigated. TGA of NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, and MCs-PBAT/CuSO₄ was carried out to observe the changes in the thermal stability of the PBAT caused by the presence of Cu nanoparticles in the matrix. The TGA results are shown in Fig. 4, and the initial (T _di ) and final (T _df ) decomposition temperatures of the analyzed samples are summarized in Table 3. The thermograms show that the polymer without any load had a weight loss of 1% at 420.77 °C, while the nanocomposites NCs-PBAT/Cu 1, 3, and 5% presented a weight loss of around 3% (Fig. 4a). This suggests that the presence of Cu-NPs at concentrations of 3 and 5% slightly increases the thermal stability of the nanocomposites compared to that of the unloaded polymer. After the final thermal decomposition, the degradation percentages, at around 420–427 °C, of the PBAT matrix and nanocomposites NCs-PBAT/Cu 1, 3, and 5% were 98.9, 97.5, 95.4, and 96.8%, respectively. The residues were higher for Cu-NPs-incorporated nanocomposite samples. Similar results have been reported for PBAT nanocomposites with different loads of Ag-NPs [49].

TGA of a PBAT and NCs-PBAT/Cu, b NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, and c MCs-PBAT/CuSO₄ , DTG of d PBAT and NCs-PBAT/Cu, e NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, f MCs-PBAT/CuSO₄

Although no significant change is seen among the curves in Fig. 4b for the NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, the results show that as the Cu|Cu₂ O-NPs increased in the polymer structure, T _di increased and T _df decreased with respect to the initial and final degradation temperatures of PBAT; in addition, the total mass loss decreased. By calculating the derivative of the mass with respect to the temperature, we obtained the curves in Fig. 4d–f for the indicated peaks of the nanocomposite with Cu|Cu₂ O-NPs and found that T _df , at which the maximum decomposition occurs, was between 402 and 403 °C (Table 3).

The CuSO₄ loads incorporated into the polymer matrix, i.e., MCs-PBAT/CuSO₄ , yielded the same behavior as that of the NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, with an increase in T _di and a decrease in T _df with respect to the PBAT polymer. The T _di values of the NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O and the MCs-PBAT/CuSO₄ were greater than that of the NCs-PBAT/Cu, but the T _df and degradation percentage values were less than those of the nanocomposites with Cu-NPs loads.

This enhancement of the thermal stability of the PBAT is attributed to the barrier effect of the loads. The loads were also supposed to have a shielding effect on the matrix to slow the rate of mass loss of the decomposition product [50]. The data obtained by our analysis were compared with published results to verify that the indicated behavior is usual for this type of polymer. Sinha Ray et al. [51] found by thermal analysis of PBAT reinforced with nanoclays that the degradation temperatures of the nanocomposites were greater than or at least equal to that of the PBAT. In general, the reinforcements improve the thermal stability of the polymer matrix because they act as a heat barrier, which improves the total thermal stability of the system. However, the studies of Sinha Ray et al. and this investigation showed that the thermal stability of the nanocomposite and PBAT compounds only slightly improved. To explain the relatively low improvement in the thermal stability of some nanocomposites, Sinha Ray et al. assumed that in the early stages of thermal decomposition, the reinforcements displace the decomposition to higher temperatures, but in a second stage, the clay layers accumulate heat and then act as a source of heat. This heat source, along with the heat flow supplied by the external heat source, promotes the acceleration of decomposition. This could explain the behavior of the reinforcements in the NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O and MCs-PBAT/CuSO₄ . Thus, we conclude that the thermal properties of the nanocomposites and the composite material slightly improve but not significantly. On the other hand, the results of DSC (Additional file 1:Figure S7 and Table S1) indicated that the addition of reinforcements to the matrix slightly hindered the kinetics and degree of crystallization of the PBAT. The addition of clays increased the crystallization temperature from 1 to 10 °C and the melting temperature from 1 to 5 °C. These phenomena were probably due to an increase in the viscosity of the polymer with the addition of clays, which reduced the mobility of the macromolecular chains against the growth of crystals.

Comparative Evaluation of the Antimicrobial Activity of NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O, and MCs-PBAT/CuSO₄

Qualitative Test

After the experimental procedure was performed, we wanted to observe whether bacterial colonies were inhibited by each PBAT sample, i.e., NCs-PBAT/Cu 1, 3, and 5%; NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O 1, 3, and 5%; and MCs-PBAT/CuSO₄ 1, 3, and 5%. We decided to use the 3% concentrations because the 1% concentrations did not produce enough bacterial inhibition and the 5% concentration produced behavior similar to that of the 3% concentration, the minimum percentage with activity that avoided toxicity in the polymer.

Quantitative Test

The study was carried out at different contact times using four bacterial strains and the PBAT samples NCs-PBAT/Cu 3%, NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O 3%, and MCs-PBAT/CuSO₄ 3%. The times and colony-forming unit counts (CFU/mL) are presented in Table 4, and the bacterial activity and colony count for each Petri dish are shown in Fig. 5. In addition, a graphical analysis is shown in Fig. 6, where images of bacterial growth are also presented. The statistical analysis of the data is summarized in Table 5.

Bacterial activity and colonization count PBAT, NCs-PBAT/Cu-3%, NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O 3%, and MCs-PBAT/CuSO₄ 3% for each strain of bacteria. Staphylococcus aureus , Acinetobacter baumanni , Enterococcus faecalis , Streptococcus mutans

Graphical analysis of colony count (CFU/mL) vs time (h) of PBAT, NCs-PBAT/Cu-3% NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O 3%, and MCs-PBAT/CuSO₄ 3% for each strain of bacteria. Enterococcus faecalis , Acinetobacter baumanni , Streptococcus mutans , Staphylococcus au reus

The study of A. baumannii found that the colonies grew in all periods (2, 4, 6, and 8 h) in the samples containing Cu-NPs, Cu|Cu₂ O-NPs, and PBAT. High bactericidal activity occurred with the sample containing CuSO₄ during exposure times of 4, 6, and 8 h, decreasing from 7 × 10 ⁵ to 0 CFU/mL. The sample containing Cu-NPs showed a significant increase in the growth of bacterial colonies from 1 × 10 ⁵ to 6 × 10 ⁶  CFU/mL, with an average of 2 × 10 ⁶  CFU/mL. The bacterial colonies in the sample containing Cu|Cu₂ O-NPs grew from 7 × 10 ⁵ in time I to 6 × 10 ⁶ in time IV, with an average growth of 3.19 × 10 ⁶  CFU/mL. Bacterial growth in the PBAT reached an average of 1.75 × 10 ⁶  CFU/mL.

The study of E. faecalis found good bactericidal activity by the samples containing Cu-NPs, Cu|Cu₂ O-NPs, and CuSO₄ , with average colony growth of 5 × 10 ² , 1 × 10 ⁴ , and 2.2 × 10 ³  CFU/mL, respectively, while the PBAT did not show bactericidal activity and the colonies grew at all times. Colony growth in the sample containing Cu-NPs was 2 × 10 ³  CFU/mL at 2 h then dropped to zero at 4, 6, and 8 h, whereas the samples containing Cu|Cu₂ O-NPs had 0 CFU/mL at times I, II, and III, but 4 × 10 ⁴  CFU/mL at time IV. Samples containing CuSO₄ prevented the growth of bacteria in times I and II with growth activity of 0 CFU/mL, but colonies grew to 4 × 10 ³ and 5 × 10 ³  CFU/mL for times III and IV, respectively. PBAT did not show bactericidal activity against E. faecalis .

The study of S. mutans found no colony growth in the samples containing Cu|Cu₂ O-NPs and CuSO₄ . The sample containing Cu-NPs showed very good bactericidal activity except at time I, at which colony growth was 4 × 10 ³  CFU/mL, making the average growth for the four times 8 × 10 ²  CFU/mL. PBAT without reinforcement showed no bactericidal activity against S. mutans . The samples containing Cu-NPs, Cu|Cu₂ O-NPs, and CuSO₄ in contact with S. aureus showed an excellent bactericidal response. They completely inhibited the growth of colonies, while PBAT did not show any bactericidal activity against S. aureus , which grew an average of 6 × 10 ³  CFU/mL.

In general, the antibacterial effectiveness of polymer-and-metal nanocomposites improves with a high surface/volume ratio, which increases the number of ions released from the nanoparticles into the polymer. The mechanism of the corrosion of Cu in aqueous solutions and the resulting Cu species vary with pH. In general, the species Cu₂ O and CuO are formed and can be dissolved in Cu ions. Elemental metal particles require the presence of water and oxygen molecules to release a small amount of ions. Therefore, retention of water and oxygen within the polymer is crucial for the release of Cu ions. Some properties of polymer-and-metal nanocomposites such as the crystallinity and polarity of the matrix, which constitute a barrier for the diffusion of water molecules and ions during their propagation, can affect the rate of release. Shankar and Rhim [49] prepared films composed of PBAT and Ag nanoparticles (PBAT/Ag-NPs) that showed strong antibacterial activity against E. coli e Listeria monocytogenes compared with that of PBAT films without Ag-NPs. Similar results were obtained by Venkatesan and Rajeswari [45] when they evaluated the antimicrobial activity of ZnO-NPs incorporated in a PBAT matrix. The PBAT compound, which was used as a control matrix, showed no antimicrobial activity compared to the PBAT/ZnO-NPs nanocomposite films. The results showed that the films had high bactericidal activity against the pathogens tested (E. coli e S. aureus ), with increased inhibition of bacterial growth as the ZnO load concentration increased from 1 to 10% by weight. This ability of Cu, Zn, and Ag nanoparticles to inhibit bacterial growth is mainly due to the irreparable damage to the membrane of the bacterial cells caused by the interaction between the surface of the bacteria and these oxides and metals [52, 53]. Compared with the works discussed above, our investigation found significant antimicrobial activity against inpatient and oral-resistant strains.

To complement this investigation, we performed water absorption tests using three different media and following point 7.4, “Long-Term Immersion”, in ASTM D570-98. The results of these tests are reported in the supplementary material, Additional file 1:Table S2–S4 and Figure S8, with their respective analysis. Analysis showed that sulfate-based composite materials absorb large amounts of water, even in acidic and basic environments. This phenomenon greatly affects the mechanical properties of these materials; however, resistant bacteria, such as A. baumannii , require an immediate Cu ⁺ distribution to control them. This explains the antimicrobial power of CuSO₄ within the PBAT matrix.

Conclusões

Using XRD and TEM, we determined that the synthesis of nanocomposites and material composites based on PBAT using chemical reduction and a mixture of metal Cu nanoparticles with CuO₂ , where Cu had a spherical morphology and Cu₂ O had a polyhedral morphology. The structural characterization of the NCs and MCs by FTIR and XRD showed that the Cu-NPs, Cu|Cu₂ O-NPs, and CuSO₄ reinforcements did not modify the structure of the PBAT. However, they did slightly alter the percentage of its crystallinity, which increased with NPs and decreased with CuSO₄ . On the other hand, the mechanical properties of the PBAT for both the NCs and MCs did not vary significantly with the addition of reinforcements, meaning that the PBAT maintained its mechanical properties. From the thermal tests, we concluded that reinforcing the PBAT did not fundamentally improve its thermal properties, it only increased its thermal stability a few degrees Celsius, which is not significant. Antimicrobial analyses showed that the Cu|Cu₂ O-NPs within the PBAT generated antibacterial activity against E. faecalis e S. mutans and excellent bactericidal properties against S. aureus . CuSO₄ had a good bactericidal response against A. baumannii , E. faecalis , and S mutans and an exceptional response against S. aureus . The PBAT without loads did not present bactericidal properties when in contact with the bacterial strains. In general, the addition of loads into the PBAT generates bactericidal activity that the polymer does not possess by itself. The addition of CuSO₄ yielded the best antimicrobial response against the four strains used in this investigation. In the search for new applications for bionanocomposites, it will be essential to evaluate their antimicrobial response in food containers, medical devices, packaging, and other products; analyze their biocidal effects against other bacteria against which only NPs have antibacterial characteristics; and justify the expense associated with their synthesis.

Abreviações

Cu|Cu₂ O-NPs:

Copper/cuprous oxide nanoparticles

Cu-NPs:

Nanopartículas de cobre

CuSO₄ :

Copper sulfate

DSC:

Differential scanning calorimetry

FTIR:

Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier

MC:

Composite material

MCs-PBAT/CuSO₄ :

Composite materials of poly(butylene adipate-co-terephthalate) with copper sulfate

NCs:

Nanocomposites

NCs-PBAT/Cu:

Nanocomposites of poly(butylene adipate-co-terephthalate) with copper nanoparticles

NCs-PBAT/Cu|Cu₂ O:

Nanocomposites of poly(butylene adipate-co-terephthalate) with copper/cuprous oxide nanoparticles

PBAT:

Poly(butylene adipate-co-terephthalate)

TEM:

Microscopia eletrônica de transmissão

TGA:

Análise termogravimétrica

XRD:

Difração de raios X

Modulador Terahertz totalmente óptico de alto desempenho baseado em heterojunções de tricamada de grafeno / TiO2 / Si Característica de chaveamento resistivo de baixa potência na memória de acesso aleatório resistiva bi-camada HfO2 / TiOx