L’objectif principal de ce projet de recherche est d’étudier l’efficacité de la microencapsulation, technique d’immobilisation d’enzymes utilisée pour la réalisation des nouveaux biocapteurs électrochimiques. Généralement, l’analyte d’intérêt produit ou consomme des électrons, et la réponse électrochimique est mesurée, afin d’identifier ou quantifier l’analyte. Dans le développement d’un biocapteur, il est désirable de quantifier la conversion du substrat (analyte) et/ou la formation de produit de réaction enzymatique. Les similarités structurales entre le substrat et le produit de réaction dans les réactions redox demandent que la technique utilisée pour les identifier soit très sélective. Le haut pouvoir de résolution de l’électrophorèse capillaire (EC) pour des séparations rapides de produits similaires en fait une méthode de choix, spécialement quand le substrat et le produit peuvent être suivis pendant et après la réaction catalysée par l’enzyme immobilisée. Un choix judicieux du substrat, compte tenu de son comportement en EC peut fournir des informations autant sur l’activité de l’enzyme que sur l’efficacité de la microencapsulation. Pour cette raison, nous avons choisi le substrat o-phenylènediamine qui est oxydé par la laccase, pour former le produit 2,3-diaminophenazine, tout en réduisant l’oxygène en eau. Pour commencer, nous avons préparé les microcapsules et évalué l’impact de la microencapsulation sur le comportement de l’enzyme. Ensuite, nous avons développé une méthode de séparation en EC afin de quantifier la conversion de l’OPD en DAP par la laccase libre. La même méthode d’analyse a été utilisée pour caractériser la laccase immobilisée dans les microcapsules. Par la suite, afin de suivre la réaction enzymatique, un microréacteur à base d’enzyme microencapsulée a été couplé hors ligne au système d’EC. Finalement, nous avons essayé l’implémentation du système en ligne et les résultats préliminaires seront présentés. / The principal objective of this research project is to study the efficiency of microencapsulation, technique used for enzyme immobilization in order to create new types of electrochemical biosensors. Generally, the target analyte involved either produces or consumes electrons and the electrochemical response is measured to identify or quantify the analyte. In the development of a biosensor, it is desirable to quantify the conversion of substrate (analyte) and/or the formation of product of the enzymatic reaction. The structural similarity between substrate and product in redox reactions means that the technique used to determine these species must be very selective. The high resolving power of capillary electrophoresis (CE) for rapidly separating similar compounds is thus an attractive method, particularly if substrate and product can both be monitored during or following the reaction catalyzed by microencapsulated enzyme. A judicious choice of substrate with respect to its behaviour in CE separations can help provide information on enzyme activity as well as microencapsulation efficiency. To achieve this, we chose the substrate o-phenylenediamine (OPD), which is oxidized by laccase to form the product 2,3-diaminophenazine (DAP) concomitant with the reduction of molecular oxygen to water. We firstly prepared the microcapsules and evaluate the impact of microencapsulation on the behaviour of the enzyme. After that, we developed a CE based separation method to quantify the conversion of OPD to DAP by free laccase. We also used the CE method to characterize laccase immobilized in microcapsules. Subsequent, the microencapsulated laccase was packed into a microreactor format permitting its off-line coupling with CE as a means to follow the enzymatic reaction. Finally, we tried to implement the on-line system and the preliminaries results are presented. / Réalisé en codirection avec Karen C. Waldron et Dominic Rochefort.

Le principal objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’influence de la fonctionnalisation des protéines par des sucres ou des polyphénols de raisin dans la formulation et le comportement de microsphères de vitamine A. La formulation de différents conjugués issus soit de la réaction de Maillard soit de la complexation des polyphénols sur les protéines a été effectué sur trois matières premières protéiques : les protéines de pois, le caséinate de sodium de lait de vache et la gélatine de type A porcine. Dans une première partie, les caractéristiques et le pouvoir émulsifiant des conjugués ont été étudiés, et ont confirmé le potentiel de stabilisation d’une huile dans le temps. Une seconde partie s’est concentrée sur les observations au microscope électronique à balayage des microsphères et sur une méthodologie d’observation spécifique à ce genre d’échantillon. Une troisième partie a étudié l’influence des fonctionnalisations sur la stabilité de la vitamine A dans le temps, sur sa libération dans des milieux de digestion gastriques et entériques simulés, et sur la libération de géraniol co-encapsulé. La dernière étude a porté sur le potentiel muco-adhésif des microsphères en utilisant une technique d’analyse originale. / The main objective of this thesis was to study the influence of functionalization of proteins by sugars or grape polyphenols in the vitamin A microsphere formulation and behavior. The formulation of different conjugated stemming either from the Maillard reaction or from the complexation of polyphenols on proteins was made on three proteins : pea proteins, sodium caseinate and type A gelatin. In a first part, the characteristics and the emulsifying power of the combined were studied, and confirmed the potential of stabilization of oil in the time. A second part was on the observations with scanning electron microscope of microspheres and on the methodology of specific observation in this kind of sample. The third part studied the influence of functionalization on vitamin A stability in the time, liberation on gastric or enteric digestion media, and liberation of co-encapsulated geraniol. The last study concerned the muco-adhesive potential of microspheres by using an original analysis.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Orientador: Valquíria Cação Cruz-Polycarpo / Resumo: Os ácidos orgânicos protegidos têm mecanismo de ação diferenciado dos ácidos orgânicos não protegidos, permitindo que sua atuação aconteça em uma área específica do intestino, possibilitando maior eficácia em sua ação como antimicrobiano, o que influenciará as condições do trato gastrintestinal, e consequentemente o desempenho. Para tanto, foram utilizados 1.320 pintos de corte machos, Cobb, distribuídos em um delineamento inteiramente casualizado, com cinco tratamentos e seis repetições. Os tratamentos consistiram em: T1 - Ração Basal (RB); T2 - RB + ácido butírico livre (L); T3 - RB + ácido butírico microencapsulado (M); T4 - RB + ácido butírico L+M; T5 - RB + antibiótico e anticoccidiano. Aos 16 dias de idade, todas as aves foram desafiadas por meio da inoculação de um pool de Eimerias. Foi observado efeito dos ácidos fornecidos de forma isolada no GP e CR das aves nas fases de 1 a 14 e 1 a 21 dias, quando comparado com o os ácidos na forma associada. Aos 42 dias, aves que foram suplementadas com o ácido butírico, independente da forma, apresentaram queda no desempenho. Após o desafio, os aditivos proporcionaram recuperação da mucosa, mostrando melhorias na altura das vilosidades em relação ao grupo controle negativo, além do aumento de células caliciformes por vilo no jejuno das aves suplementadas com o ácido na forma livre. O número de oocistos excretados por grama de fezes mostrou interação entre aditivo e período de coleta. Na leitura de escore de lesão foi observado q... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Os inibidores da enzima acetilcolinesterase constituem o principal tratamento da doença de Alzheimer e fontes de substâncias naturais com potencial anticolinesterásico vêm sendo amplamente estudadas. Dentre os frutos com benefícios para a saúde, a romã é evidenciada como excelente fonte de compostos antioxidantes, sendo que maior parte dos compostos se concentram em sua casca. Com base nisso, o objetivo desta pesquisa foi buscar novas substâncias naturais com potencial anticolinesterásico, através da avaliação de extratos de casca de romã. Quatro extratos com diferentes concentrações de etanol foram analisados quanto à atividade antioxidante, quantidade de compostos fenólicos, taninos e atividade anticolinesterásica. Do presente estudo foi constatado que a casca da romã apresentou elevada capacidade antioxidante, independente da concentração do solvente de extração empregado. O extrato formulado com 80% de etanol se destacou perante os demais pelo seu poder de inibição da acetilcolinesterase. Houve correlação negativa entre a atividade anticolinesterásica e a atividade antioxidante dos extratos. A atomização do extrato não acarretou mudanças em sua atividade anticolinesterásica e nem na sua capacidade antioxidante. Da mesma forma, a adição das micropartículas a um suco elaborado a partir de um preparado em pó não modificou suas características sensoriais. Diante do exposto, a elaboração de micropartículas de extrato de casca de romã constitui alternativa viável para a incorporação em diversos produtos, com a finalidade de prevenir ou reduzir risco da doença de Alzheimer. / The acetylcholinesterase inhibitors are the primary treatment of Alzheimer\'s disease and sources of natural substances with potential anticholinesterase have been widely studied. Among the fruits with health benefits, the pomegranate is evidenced as an excellent source of antioxidant compounds, and most compounds are concentrated in its peel. Based on this, the objective of this research was to find new substances with potential anticholinesterase, through the evaluation of pomegranate peel extracts. Four extracts with different concentrations of ethanol were analyzed for their antioxidant activity, amount of phenolic compounds, tannins and anticholinesterase activity. From this study it was found that pomegranate peel showed high antioxidant capacity, independent of the concentration of the solvent extraction employed. The extract formulated with 80% ethanol in relation to other stood out by his power of acetylcholinesterase inhibition. There was a negative correlation between acetylcholinesterase activity and antioxidant activity of the extracts. Microencapsulation of extract did not cause changes in their anticholinesterase activity and antioxidant capacity. The same way, the addition of microcapsules to a powder preparation for refreshment not changed their sensory characteristics. Given the above, the preparation of microcapsules of pomegranate peel extract is a viable alternative for incorporation into various products, in order to prevent or reduce risk of Alzheimer\'s disease.

A azitromicina é um antibiótico da classe dos macrolídeos utilizado principalmente no tratamento de infecções de pele e do trato respiratório. Suas propriedades farmacocinéticas lhe conferem ampla distribuição e acumulação tecidual. Devido à sua baixa biodisponibilidade (37%) e instabilidade ao pH ácido, foram investigadas alternativas para o desenvolvimento de microparticulados com propriedade gastro-resistente para aplicação em diferentes formas farmacêuticas. As micropartículas de azitromicina foram obtidas pela técnica de secagem por pulverização (spray-drying) com o polímero pH-dependente Eudragit® L30-D55 e trietilcitrato como plastificante. O desenvolvimento experimental seguiu um planejamento fatorial tipo Box-Behnken de quatro variáveis em três níveis. As micropartículas foram caracterizadas pela densidade aparente, densidade compactada, fator de Hausner, índice de Carr, ângulo de repouso e cromatografia líquida. O processo de secagem foi avaliado pelo rendimento e recuperação da azitromicina. A partir das características físicas do microparticulado e o rendimento do processo foram escolhidas três micropartículas para avaliação mais detalhada, contendo 15, 30 e 45% de polímero de revestimento sobre a concentração de azitromicina dihidrato. Estas foram avaliadas por difração de raios-X, calorimetria, infra-vermelho, microscopia eletrônica de varredura e teste de dissolução. Os fatores que mais influenciaram o processo de secagem e obtenção das micropartículas foram a concentração de Eudragit® L30D-55 e a temperatura do ar de secagem, sendo que, quanto menor a concentração de polímero e maior a temperatura de secagem melhores foram os rendimentos do processo. A recuperação da azitromicina para todas as micropartículas foram superiores a 80%. As micropartículas apresentaram baixa densidade aparente, porém com propriedades de fluxo que variaram de bom a excelente na maioria das condições de preparação. As avaliações por calorimetria e difração de raios-X sugerem que a azitromicina está encapsulada. Isto pode ser confirmado por meio das imagens da microscopia eletrônica de varredura que revelaram estruturas esféricas e uniformes. As micropartículas com maiores concentrações de polímero apresentaram as melhores características com proteção gástrica, acima de 50%, e são candidatas promissoras para o desenvolvimento de formas farmacêuticas sólidas orais gastro-resistentes contendo azitromicina. / The azithromycin is an antibiotic of the macrolide class used in cutaneous and respiratory infections treatments. Its pharmacokinetics properties confer a large cell distribution and accumulation in tissues. Due to its small bioavailability (37%) and acid pH instability, alternatives to the development of gastric-resistance microparticles to be uses in different pharmaceuticals forms were investigated. Azithromycin microparticles were obtained through spray-drying technique with the pH-dependent polymer Eudragit® L30-D55 and triethyl citrate as plasticizer. The experimental development followed a factorial planning Box-Behnken with four factors in three levels. The microparticles were characterized by bulk density, tapped density, Hausner ratio, Carr index, repose angle and HPLC. The drying process was evaluated by azithromycin yield and recover. From the microparticles physics parameters and the process yield, three samples were chosen to be better evaluated. The samples contained 15, 30 and 45% of coat polymer over azithromycin dehydrate. They were evaluated by X-ray powder diffraction (XRPD), calorimetry, infrared, surface electronic microscopy (SEM) and dissolution assay. The factors that most affected the drying process and the microparticles development were Eudragit® L30D-55 concentration and drying air temperature, and lower was the polymer amount and higher was the drying air temperature, better was the process yield. The azithromycin recover for all microparticles were superior to 80%. The microparticles presented low bulk density, but good flow properties for the great part of the samples. The calorimetry and the XRPD evaluations suggest that azithromycin is encapsulated, what can be confirmed through SEM pictures, which showed uniform and spherical structures. The microparticles with higher polymers concentrations showed the best characteristics with gastric protection above 50% and they are promising candidates to the development of oral solid pharmaceutical forms containing gastro-resistant azithromycin.

O dengue e o dengue hemorrágico são considerados como as arboviroses mais importantes do ponto de vista da saúde pública além de serem também as mais disseminadas. O greening ou huanglongbing (HLB), por sua vez, é uma doença de difícil controle e rápida disseminação que afeta seriamente a produção de citros no mundo todo. É considerada a pior doença de citros da atualidade pois não tem cura e leva ao declínio e morte das árvores em alguns anos. O DMDS é um composto sulfúrico volátil derivado de plantas e que tem despertado um crescente interesse devido a sua comprovada atividade repelente e inseticida além de ação nematicida e disinfectante do solo. Visando oferecer uma alternativa para o controle de ambas as doenças, este trabalho teve como objetivo desenvolver um método de microencapsulação por spray drying e spray congealing para o dimetil dissulfeto (DMDS), visando a redução da sua volatilidade através de uma liberação controlada para o ambiente. Dessa forma, tornar-se-ia viável sua utilização como repelente, larvicida e inseticida no combate ao vetor do dengue além da sua utilização como repelente no controle do greening nas lavouras de citrus. Tentou-se a microencapsulação através de spray congealing utilizando enxofre como microencapsulante mas não se obteve sucesso devido as características térmicas do enxofre. Foram obtidas micropartículas de DMDS microencapsulado em goma arábica através da técnica de spray drying. As micropartículas e o processo de secagem foram caracterizados com relação ao rendimento de secagem, rendimento de microencapsulação, morfologia, teor de água residual, atividade de água, densidades aparente e compactada e propriedades de fluxo. Confirmou-se a possibilidade de microencapsulação de DMDS por spray drying e eficiência da goma arábica na retenção do mesmo. As partículas obtidas apresentaram boas propriedades de atividade de água, teor de água residual e densidade mas propriedades de fluxo que requerem melhoria. Foi feito também um estudo simplificado da viabilidade técnico-econômica da implantação de uma unidade de produção de DMDS microencapsulado. Esse estudo foi baseado no processo de microencapsulação estudado. Foram analisados diversos parâmetros econômicos e através destas análises verificou-se que a produção de DMDS microencapsulado pelo método utilizado seria economicamente viável. / Dengue fever and dengue hemorrhagic fever are not only considered the most important arboviruses from public health standpoint but also the most disseminated ones. Greening or huanglongbing (HLB) is a citrus disease of difficult control and fast dissemination that affects citrus production all over the world. It is considered the worst citrus disease nowadays since it does not have a cure and it causes the decline and death of the trees in a few years. Dimethyl disulfide is a volatile sulphur compound derived from plants and that has aroused growing interest due to its proved repellence and insecticidal activity, soil disinfection and nematocidal properties. Therefore, this work aimed at developing a DMDS microencapsulation method via spray drying and spray congealing in order to decrease DMDS\' volatility through a controlled release to the environment and offer a control alternative to both diseases. This would make DMDS use as a repellent, larvicide and insecticide of dengue fever\'s vector and also its use in greening control as a repellent viable. We tried to microencapsulate the DMDS through spray congealing using sulfur as a microenpsulating agent but it was unsuccessful due to the thermal characteristics of sulfur. DMDS was microencapsulated in Arabic gum through spray drying. Drying yield, microencapsulation yield, morphology of the particles, residual water percentage, water activity, bulk and tapped density and flow properties were used to characterize the microparticles and the drying process. Feasibility of DMDS microencapsulation and Arabic gum efficiency in DMDS retention were confirmed. The microparticles presented good bulk and tapped density, residual water percentage and water activity properties though its flow properties requiring further improvement. A simplified technical-economical evaluation of a DMDS microencapsulation factory was also done. This evaluation was based on the studied microencapsulation process. Many economical parameters were analysed and those analyses showed that DMDS microparticles production using the studied method would be economically viable.

Nesta tese, foi apresentado um estudo sistemático para o desenvolvimento de uma nova formulação do veneno de abelha (BV) encapsulado em microesferas (MS) de PLGA para VIT. Estudou-se a estabilidade das proteínas do BV durante o processo de microencapsulação. Houve uma correlação entre as diferentes soluções salinas e as alterações na solubilidade e nas conformações estruturais do BV. Foram preparadas formulações BV-MS-PLGA estáveis com atividade biológica preservada. As MS tiveram eficiência de encapsulação entre 49-75% e perfis trifásicos de liberação do BV. Houve mudanças estruturais no BV liberado, mas seu reconhecimento imunológico foi mantido. Ensaios ex vivo e in vivo mostraram que as formulações evitaram as reações inflamatórias causadas pelo contato direto do BV com o organismo, aumentando a fagocitose das partículas com BV, o entregando diretamente ao meio intracelular. As formulações BV-MS-PLGAs estimularam a produção de anticorpos anti-BV equivalentes à VIT tradicional com a redução do número de injeções necessárias para se produzir o mesmo efeito imunológico. Portanto, as MS-PLGA contendo BV são seguras e eficazmente superiores à VIT tradicional. / In this thesis, it was presented a systematic study to develop a new formulation of bee venom (BV) encapsulated within PLGA-MS for VIT. It was studied the stability of BV proteins during the microencapsulation process. There was a correlation between the different salt solutions and changes in the solubility and structural conformations of BV. It was prepared stable BV-PLGA-MS formulations with preserved biological activity. The MS showed encapsulation efficiencies between 49-75%, and a triphasic release profiles of BV. Although structural changes were observed in the released BV, its immunological recognition was maintained. Ex vivo and in vivo assays showed that formulations avoided the inflammatory reactions caused by direct contact of BV and organism leading to increases in phagocytosis rate of particles containing BV, providing its delivery directly to the intracellular environment. These formulations could stimulate the production of anti-BV antibodies comparable to traditional VIT with reduced number of injections needed to produce the same immunological effect. Therefore, PLGA-MS containing BV are safe and effectively superior to the VIT traditional.

O objetivo deste trabalho foi a preparação de um revestimento inteligente com resina epóxi, capaz de autorreparar-se quando o sofre um defeito mecânico. A autorreparação é possibilitada pela presença de microcápsulas, dispersas na resina (revestimento de epóxi sem pigmentos) e que contêm no seu núcleo o agente de autorreparação, o óleo de linhaça. Estas cápsulas foram preparadas por uma emulsão de óleo de linhaça em água para formar micelas e sobre estas uma parede ou casca exterior de poliuréia-formaldeído. Para a avaliação da resistência à corrosão e do efeito de autorreparação do revestimento, chapas de aço carbono foram revestidas e avaliadas pela técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) em 0.1molL-1 1 NaCl e também foram avaliadas pelo teste acelerado de corrosão em câmara de névoa salina (SSC). Após a cura do revestimento aditivado com as microcápsulas, aplicado sobre placas de aço carbono, as medidas eletroquímicas de impedância foram realizadas em corpos de prova com um defeito mecânico provocado de forma controlada e reprodutível. Uma célula de três eletrodos foi utilizada. Estas medidas foram efetuadas após 0h, 24h e 48h da execução da incisão ou defeito mecânico. Para comparação, as mesmas medidas foram realizadas com as placas pintadas com o revestimento não-aditivado, com a mesma espessura total de 120 m. Os resultados mostraram que as cápsulas foram quebradas e se liberou o óleo de linhaça, reparando a área da incisão o defeito após pelo menos 24 horas de exposição natural ao ar ambiente. Verificou-se que para as placas revestidas sem defeito, os valores de | Z | mantiveram-se elevados. No entanto, o revestimento sem as microcápsulas, após 24 horas, mostrou uma diminuição considerável no valor de módulo de impedância, |Z|. Assim, usando a técnica de EIE foi possível avaliar quantitativamente o mecanismo de autorreparação do revestimento aditivado com microcápsulas que contêm óleo de linhaça. Os ensaios acelerados de corrosão (SSC) mostraram resultados em estreita concordância com os obtidos por EIE. / The aim of this work was the preparation of a smart coating with epoxy resin which is able to repair itself (self-healing effect) after suffering a mechanical defect. Self-healing is possible due to the presence of microcapsules, dispersed in the resin (clear type epoxy coating) and contain in their core the self-healing agent, the linseed oil. These capsules were prepared in an emulsion of linseed oil in water to form micelles and an outer skin or wall of poly(urea-formaldehyde) was formed. For the corrosion resistance and the self-healing effect evaluation of the coating, carbon steel plates were coated and tested by electrochemical impedance spectroscopy technique (EIS) in 0.1molL-1 NaCl solution and by accelerated corrosion test in salt spray chamber (SSC). After curing of the capsules additivated epoxy based clear coating applied on carbon steel plates, electrochemical impedance measurements were performed on plates with a controlled and reproducible mechanical defect. A three-electrode electrochemical cell was used. These measurements were performed after 0h, 24h and 48h of making the incision or mechanical defect. For comparison, the same measurements were performed with the plates painted with a non- capsules additivated clear coating of the same total thickness of 120 m. The results showed that the capsules were broken and released the linseed oil, which indeed have repaired the incision area after at least 24 hours of natural air aging. It was found that for the plates coated without a defect, the values of impedance modulus, |Z|, remained high. However, the coating without the capsules after 24 hours, showed a considerable decrease in |Z|. So, using EIS it was possible to quantitatively assess the mechanism of self-healing of the additivated coating using microcapsules containing linseed oil. The SSC accelerated corrosion tests showed results in close agreement with those obtained by EIS.