Gel rigidi a base di alginato contenenti Nasier 1.0 e 2

Essendo il gel, utilizzato nella produzione di Nasier, particolarmente denso e compatto, la sua capacità di controllare l’apporto d’acqua che entra in contatto con la superficie da trattare risulta essere molto buona. Ciononostante, su particolari manufatti, il rilascio d’acqua deve essere ridotto ulteriormente e mantenuto sotto controllo dal momento che l’opera può andare incontro a reazioni sfavorevoli quali la rimozione del colore o un eccessivo imbibimento del materiale. È quello che succede qualora si debba intervenire su acquerelli, tele a base di tempera o, come nel caso in studio in questa tesi, di colori ecologici a base d’acqua. Essendo infatti la composizione di questi composti quasi del tutto simile a quella dell’acqua, l’uso di quest’ultima deve essere limitato il più possibile onde evitare il discioglimento dei colori.

Non volendo inoltre ricorrere all’uso di solventi organici, il più delle volte volatili e tossici, quali acetone, toluene o white spirit (acqua ragia minerale), si è preferito provare a variare il tipo di addensante usato in produzione, mantenendo cosi inalterato il principio attivo. A tal proposito si è deciso di cimentarsi nella realizzazione di un gel rigido che permettesse di controllare il rilascio di acqua e mantenesse comunque possibile il movimento degli enzimi all’interno del prodotto finale.

I gel rigidi sono sostanze che tradizionalmente sono a base di polisaccaridi in grado di aumentare enormemente la viscosità dell’acqua e delle soluzioni acquose, al punto tale da renderle rigide, compatte. Generalmente sono composti da lunghe catene polimeriche interconnesse che vengono disperse in un liquido e che formano, se scaldati, un network tridimensionale. Tale struttura permette di limitare l’azione del solvente alla sola superficie del manufatto, evitando che il prodotto penetri più in profondità.

Tutti questi gel, rigonfiandosi in acqua, trattengono un’enorme quantità di acqua e la rilasciano gradualmente quando sono a contatto con il supporto. Allo stesso tempo però sono in grado di richiamare al proprio interno i materiali disciolti dal contatto con il gel. A differenza dei più comuni addensanti, la rimozione di questi gel risulta essere molto semplice dal momento che non hanno proprietà adesive, il rilascio di residui di materiale gelificante è minimo e non necessitano di risciacquo, se non minimo, dopo l’applicazione.

I più noti e diffusi sono l’Agar e il Gellano, anche se in alcuni casi si può ricorrere anche alla peptina. Per questa tesi si è deciso, invece, di optare per l’uso di un altro tipo di addensante, ancora scarsamente usato ma molto versatile: l’alginato di sodio.

L’Agar è un biopolimero derivante da alghe rosse marine appartenenti alla famiglia delle Gracilariaceae, Gelidiaceae, Pterocladiaceae o Gelidiellaceae. Risulta formato da due tipi di polisaccaridi: l’agarosio e

61

l’agaropectina. L’Agar è portato a formare un gel termoreversibile e semi rigido, il tutto in seguito a un trattamento termico che precede la fase di raffreddamento. Durante questo passaggio fondamentale le catene polisaccaridi, precedentemente scaldate, si riarrangiano in una struttura a doppia elica ordinata formata da legami a idrogeno e generante un reticolo tridimensionale che trattiene l’acqua. A temperatura ambiente il gel tende a mantenere la sua forma gelificata, mentre se riscaldato una seconda volta si ridiscioglie e può essere lavorato diverse volte. È di colore giallo, trasparente, tendente al marrone chiaro. Grazie alle sue eccellenti proprietà reologiche il più delle volta viene utilizzato come medium per culture di batteri e funghi, come addensante alimentare, cosmetico, farmaceutico, biomedicale e si vede il suo utilizzo anche nel settore delle biotecnologie.

Il Gellano è un polisaccaride ad alto peso molecolare in grado di formare gel rigido acquosi e trasparenti di grande versatilità: permette di eseguire efficacemente e in modo omogeneo operazioni di pulitura superficiale e interventi strutturali nel pieno rispetto del supporto. e un gel totalmente trasparente e incolore. Permette di ottenere gel compatti e viscoelastici di alta resistenza, omogenei e stabili alle alte temperature. Il rilascio controllato di acqua lo rende particolarmente adatto al trattamento della carte, dal momento che permette di evitare di bagnare eccessivamente il supporto. Allo stesso tempo sono in grado di richiamare al loro interno materiali disciolti dal contatto con il gel, secondo un processo di concentrazione. A seconda dell’esigenza conservativa, sali, tensioattivi, chelanti, soluzioni tampone ed enzimi possono essere aggiunti al gel per aumentare lo spettro di azione dell’acqua. Essendo infatti un composto a basso contenuto acilico permetto di ottenere gel molto compatti e viscoelastici, di alta resistenza, omogenei e stabili alle alte temperature e in un intervallo di pH (3-13).

L’alginato invece è un sale derivante dall’acido alginico, un polisaccaride che si trova principalmente nella parete cellulosica delle alghe brune marine alle quali conferisce resistenza e stabilità. L’acido alginico o algina è un copolimero anionico lineare formato principalemte da unità monomeriche di acido α-L- guluronico (G) e da frammenti di acido β-D-mannuronico (M). Le unità sono concatenate tramite legami glicosidici (1-4) e danno origine ad una struttura a blocchi i quali possono essere omopolimerici di residui G (GGGGGG), omopolimerici di residui M (MMMMMM) o blocchi con sequenza alternata di M e G (GMGMGM). Gli alginati ricchi in acido D-mannuronico formano gel soffici e flessibili, gli alginati ricchi di acido L-guluronico formano invece gel più compatti e resistenti in quanto il collegamento tra le due unità risulta più corto, e quindi le unità sono ripiegate e meno flessibili. Nei blocchi M-G la flessibilità complessiva sarà maggiore rispetto agli altri sue casi di blocchi omopolimerici. La rigidità aumenta quindi con il seguente andamento: MG<MM<GG.

La concentrazione e la disposizione lungo la catena polimerica dei due monomeri differisce ampiamente a seconda delle fonti vegetali da cui l’alginato viene estratto, dal modo in cui le catene vengono tagliate durante i processi di estrazione e da eventuali processi di depolimerizzazione. Attualmente esistono infatti circa 200 differenti tipologie di alginato.

62

L’acido alginico e i suoi sali presentano diverse caratteristiche tra le quali spiccano l’alta igroscopicità (arrivano ad assorbire quantità d’acqua fino a 200-300 volte la loro massa), la capacità di gelificare ed emulsionare soluzioni e la loro scarsa acidità. Queste proprietà offrono un enorme versatilità applicativa che va dall’ambito alimentare a quello medico. In quest’ultimo settore vengono usati come involucro di capsule, come eccipienti nelle pillole, nella preparazione di lenti a contatto o come veicoli in grado di regolare il rilascio controllato dei medicinali.

L’alginato di sodio, usato per realizzare i gel, ha la capacità di formare gel igroscopici in presenza di cationi divalenti. L’affinità con essi aumenta con la concentrazione dei gruppi G che possono andarsi a legare con altri gruppo G di una regione simile, presente in un’altra molecola di alginato. Si vanno cosi a formare delle

cavità in cui i cationi bivalenti come il Ca2+ _{si posizionano come “uova in scatola” in una struttura definita}

appunto “eggbox”. Questa struttura lega insieme i polimeri di alginato formando delle zone di giunzione, con conseguente gelificazione delle soluzioni.

Il metodo di gelificazione che è stato adottato nel nostro caso è quello diffusivo: una soluzione sovrasatura di

CaCl2 viene applicata alla soluzione di alginato creando un gradiente di concentrazione di ioni di Ca2+ che va

dalla superficie della soluzione di alginato verso l’interno. Dopo un cero intervallo di tempo, se si utilizza un’opportuna quantità di soluzione di ioni calcio, il processo diffusivo porterà alla completa formazione del gel che risulterà particolarmente omogeneo. [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48]