A caracterização dielétrica de um material pode ser usada como uma técnica não destrutiva para avaliar e monitorar sua qualidade, bem como no entendimento da relação estrutura-propriedade de um material, através de suas propriedades dielétricas em função da frequência, temperatura, composição química do material, dentre outros. Na literatura há escassez de trabalhos e dados de caracterização dielétrica de filmes a base de biopolímeros. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a construção de uma instrumentação alternativa a equipamentos disponíveis no mercado, como analisadores de rede e de impedância, que pudesse ser utilizada para a caracterização dielétrica de filmes biodegradáveis a base de gelatina. Foi utilizado o método de placas paralelas na determinação da parte real da permissividade conhecida como permissividade relativa ou constante dielétrica (ε\'). O circuito utilizado para a instrumentação foi um oscilador astável com funcionamento baseado no amplificador operacional (741) chaveado pela carga de um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico foi uma amostra de filme biodegradável. A partir dos valores da frequência de oscilação e geometria do capacitor, foi possível calcular a capacitância de cada amostra e, consequentemente obter os valores da permissividade relativa do filme, usando relações básicas bem estabelecidas. Os filmes de gelatina foram produzidos pela técnica de casting sendo utilizados como plastificantes o glicerol (G), o sorbitol (S) e suas misturas, na proporção (G:S) de 30:70, 50:50 e 70:30. Os filmes foram caracterizados quanto à umidade e cristalinidade. A permissividade relativa (ε\') dos filmes, determinada a temperatura ambiente, foi avaliada em função da frequência (5 a 50 kHz), tempo de armazenamento, do teor de umidade e tipo de plastificante. A instrumentação projetada e construída foi capaz de medir com precisão a permissividade relativa das amostras, sendo que essa propriedade diminuiu com o aumento da frequência para todos os filmes. Mantendo-se a frequência constante, não houve variação de ε\' para os filmes de gelatina, independente do plastificante, ao longo de um mês de armazenamento a 24 ± 3 °C. O efeito da umidade foi observado em frequências menores que 25 kHz, sendo que quanto maior o teor de umidade maior a permissividade relativa. O efeito do tipo de plastificante na permissividade relativa dos filmes foi observado a baixas frequências (5 kHz) e filmes plastificados com sorbitol apresentaram maiores valores de ε\'. Os filmes plastificados com maior teor de umidade apresentaram menor cristalinidade, portanto maior mobilidade molecular e consequentemente maior a permissividade relativa. / The dielectric characteristics of a material can be used as a non-destructive technique to evaluate and monitor the quality as well as the understanding of the structure-property of a material, through its dielectric properties as a function of frequency, temperature, chemical composition of the material, among others. In the literature there are few studies and data of dielectric characterization of films based on biopolymers. In this context, the objective of this research was the development and construction of an alternative instrumentation equipment on the market, such as network and impedance analyzers, which could be used for the dielectric characterization of biodegradable films based on gelatin. The method of parallel plates was used to determine the real part of permittivity known as relative permittivity or dielectric constant (ε\'). The circuit used for the instrumentation was an astable oscillator operation based on operational amplifier (741) switched by the load of a parallel plate capacitor whose dielectric was a sample of the biodegradable film. From the values of the oscillation frequency and geometry of the capacitor, it was possible to calculate the capacitance of each sample and thus obtaining values of the relative permittivity of the film, using well established basic relationships. Gelatin films were produced by casting technique being used as plasticizer glycerol (G), sorbitol (S) and mixtures thereof, in proportion (G:S) 30:70, 50:50 and 70:30. The films were characterized for moisture and crystallinity. The relative permittivity (ε\') of the films, determined at room temperature, was evaluated as a function of frequency (5-50 kHz), storage time, moisture content and type of plasticizer. The designed and constructed instrumentation was able to accurately measure the relative permittivity of the samples, being that this property decreased with increasing frequency for all films. Keeping constant frequency, there was no variation in ε\' for the gelatin films, independent of the plasticizer over one month of storage at 24 ± 3 °C. The moisture effect was observed at frequencies lower than 25 kHz, how bigger the moisture content the higher the relative permittivity. The effect of the plasticizer type in relative permittivity of the films were observed at low frequency (5 kHz) and plasticized films with sorbitol have higher ε\' values. The plasticized films with higher moisture content exhibit lower crystallinity, hence larger molecular mobility and consequently higher the relative permittivity.

Neste trabalho, desenvolvemos blendas de polímeros biodegradáveis e polímeros condutores com objetivo de avaliar o potencial destes materiais para uso em aplicações biomédicas. O polímero condutor polipirrol (PPY) e os polímeros biodegradáveis poli(-caprolactona) (PCL) e poli(3-hidróxido de butirato) (P3HB) foram escolhidos devido à comprovada biocompatibilidade apresentada por cada um destes três polímeros. O PPY foi sintetizado via polimerização em emulsão, utilizando-se o dodecil sulfato de sódio (SDS) como surfactante e o FeCl3 como oxidante e dopante. A morfologia do polímero obtido foi estudada por microscopia eletrônica de varredura e por microscopia eletrônica de transmissão. O PPY se apresentou como agregado de partículas aproximadamente esféricas, com dimensões da ordem de 80 a 200nm. Verificamos que ocorre uma redução significativa do tamanho das partículas formadas, proporcionalmente ao aumento da concentração de SDS. Os ensaios de microanálise por energia dispersiva (EDS) e de espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR) demonstraram a incorporação de SDS ao PPY, o SDS atuando como contra-íon deste polímero. Isto está de acordo com os resultados de condutividade elétrica obtidos para o polímero sintetizado sem o SDS (1.9S/cm) e com 100mM de SDS (23.3S/cm). A seguir, foram preparadas as blendas, dispersando-se as partículas de PPY em matrizes poliméricas de PCL ou de P3HB, sendo a morfologia destas blendas estudada por microscopia eletrônica de varredura. Em blendas de PCL, as partículas de PPY localizam-se principalmente entre os esferulitos da matriz, devido ao processo de cristalização da PCL. Diferentemente, nas blendas de P3HB estas partículas agruparam-se em várias regiões, e não foram localizadas na superfície dos filmes produzidos. A condutividade elétrica obtida para as blendas de PCL e de P3HB, ambas contendo 15% de PPY, foi respectivamente, 20.8mS/cm e 5.5mS/cm. Esta diferença de valores encontrada, parece estar relacionada à formação de uma rede de partículas de PPY na matriz de PCL. Medidas do ângulo de contato da superfície das blendas de PCL e de P3HB mostraram que elas se tornam progressivamente mais hidrofílicas com o aumento da proporção de PPY. Os resultados obtidos neste trabalho indicam que estas blendas podem ser biocompatíveis, justificando o prosseguimento de novos estudos envolvendo métodos de ensaio in vivo, para uma avaliação mais adequada. / Polymers blends making use of two biodegradable polymers, and a conductive one, were synthesized and characterized in the laboratory, aiming at the development of a new material that would combine adequate properties of biodegradability and electrical conductivity. As such, these blends would be suitable for making special devices to be used in biomedical applications. The well known conducting polymer polypyrrole (PPY), was synthesized, then blended with either poly(-caprolactone) (PCL) and poly(3-hydroxybutyrate) (P3HB), both biodegradable, therefore biocompatible, polymers. PPY particles were obtained along the polymerization route, in which SDS (sodium dodecyl sulfate) acted as a surfactant and FeCl3 as the oxidizing and dopant agent. The PPY samples were characterized by scanning and transmission electron microscopy, as spherical particles having 80-200nm in diameter; it was found that final particle size was inversely related to the concentration of SDS used in the synthesis pathway. The particles were further characterized by energy dispersive microanalysis (EDS) and infrared spectroscopy (FTIR), to demonstrate incorporation of the SDS into the PPY. SDS actually behaves as a counterion of the polymer, according to electrical conductivity results of polymer synthesized without SDS (1.9S/cm) or with 100mM SDS (23.3S/cm). This PPY polymer was then blended with either PCL or PHB matrices. The microstructure of the two resulting blends, as investigated by scanning electron microscopy demonstrates PPY particles mostly located within the interstices of spherulites in the PCL blends, whereas in P3HB blends, they formed irregular patches along the matrix. Electrical conductivity for blends containing 15% PPY were: 20.8mS/cm for PCL blends and 5.5mS/cm for P3HB blends. It can be concluded therefore, that these different values obtained for electrical conductivity were related to the particle distribution within the two matrices. Also, hydrophilic properties of the two blends, according to contact angle measurements, seem to correspond to the content of PPY.

Uma das alternativas possíveis para substituir os materiais sintéticos na área de embalagem de alimentos é o desenvolvimento de filmes baseados em biopolímeros. Vários estudos têm demostrado o melhoramento nas propriedades de filmes baseados em biopolímeros, devido à utilização de nanopartículas como reforço. No entanto, as melhorias observadas são ainda limitadas e pode-se considerar que isso é devido a problemas de dispersão das nanopartículas em água, especialmente quando se utiliza a técnica tipo casting. Assim, os objetivos deste projeto foram: A) estudar a qualidade da dispersão de nanopartículas de montemorilhonita em água, e B) estudar o efeito dessas dispersões sobre algumas propriedades físicas e funcionais de filmes de gelatina produzidos com elas. As nanopartículas foram dispersas em água na concentração de 1 g MMT/100 g solução, com três dispositivos: homogeneizador mecânico (UT), moinho coloidal (MC) e processador ultrassônico (US). As dispersões foram analisadas para determinação de tamanho das partículas e potencial zeta, e por microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica. Os filmes foram produzidos pela técnica de \"casting\", com 5 g de gelatina/100 g de solução filmogênica e 30 g de glicerol/100g de gelatina. A concentração de nanopartículas foi 0, 1, 3, 5 e 7 g de MMT/100g de gelatina. Os filmes de controle e nanocompósitos produzidos com as dispersões de montemorilhonita foram caracterizados para determinação de espessura, umidade, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água, propriedades mecânicas por testes de tração e perfuração, cor e opacidade, brilho, microestrutura por microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica, transição vítrea por calorimetria diferencial de varredura, difração de raios-X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e ângulo de contato. O potencial zeta e tamanho médio da partícula foi -53, -40, -47 mV e 377, 289, 395 nm, para as dispersões processadas por UT, US e MC, respectivamente. No geral, os filmes reforçados com montemorilhonita, foram 44% menos brilhantes e foram ligeiramente mais hidrofílicos do que os filmes de controle. A tensão na ruptura aumentou de 22 MPa para filmes de controle até 40 MPa, quando a concentração da montemorilhonita foi de até 5 g de MMT/100g de gelatina. A permeabilidade ao vapor de água não variou nos filmes nanocompósitos. O método de dispersão utilizado teve uma forte influência sobre a qualidade das dispersões, afetando o tamanho da partícula e potencial zeta, com efeito evidente sobre as propriedades físicas dos nanocompósitos. A concentração crítica de montemorilhonita como reforço pareceu estar limitada a 5 g de MMT/100 g de gelatina. / One of the possible alternatives to replace synthetic materials in the area of food packaging is the development of films based on biopolymers. Several studies have demonstrated the improvement in properties of films based on biopolymers due to the use of nanoparticles as reinforcement. However, the observed improvements are still limited and it can be considered that this is due to dispersion problems of nanoparticles in water, particularly when using the casting technique. The aim of this project was to study the quality of the dispersion of nanoparticles (montmorillonite) in water, and to analyze the effect of these dispersions on some physical and functional properties of gelatin films. The nanoparticles were dispersed in water (1 g MMT/100 g solution), with three devices: mechanical homogenizer (UT), colloidal mill (MC) and ultrasonic processor (US). The dispersions were analyzed for determination of particle size and zeta potential, and by scanning electron and atomic force microscopies. Films were produced by casting, with 5 g of gelatin/100 g of film-forming solution and 30 g of glycerol/100 g of gelatin. The nanoparticles concentrations were 0, 1, 3, 5 and 7 g of MMT/100g of gelatin. The control and nanocomposite films were characterized for determination of thickness, moisture, water solubility, water vapor permeability, tensile and puncture mechanical properties, color and opacity, brightness, microstructure by scanning electron microscopy and atomic force microscopy, glass transition temperature by differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, infrared spectroscopy with Fourier transform and contact angle. The zeta potential and average particle size was -53, -40, -47 mV and 377, 289, 395 nm; for UT, US and MC dispersions, respectively. In general, the films filled with montmorillonite were 44% less glossy and were slightly more hydrophilic than control film. The maximum tensile strength increased from 22 MPa for control film to 40 MPa when the concentration of montmorillonite was up to 5 g of MMT/100g of gelatin. The water vapor permeability did not change in the nanocomposite films. The dispersion method used had a strong influence on the quality of dispersions; it can affect the particle size and zeta potential, with evident effect on the physical properties of nanocomposites. The critical concentration of montmorillonite as reinforcement seemed to be limited to 5 g of MMT/100 g of gelatin maximum tensile strength increased from 22 MPa for control film to 40 MPa when the concentration of montmorillonite was up to 5 g of MMT/100g of gelatin. The water vapor permeability did not change in the nanocomposite films. The dispersion method used had a strong influence on the quality of dispersions; it can affect the particle size and zeta potential, with evident effect on the physical properties of nanocomposites. The critical concentration of montmorillonite as reinforcement seemed to be limited to 5 g of MMT/100 g of gelatin.

Polihidroxialcanoatos (PHA) produzidos por Pseudomonas sp. LFM046 a partir de carboidratos e ácido propiônico contem monômeros com número ímpar e par de carbonos, representando um bom modelo para o estudo do metabolismo de propionato. Genes relacionados ao ciclo do 2-metilcitrato foram encontrados em todas as espécies de Pseudomonas compondo um operon prpRBCAcnMprpFD. Genes da via do metilmalonil-CoA não foram encontrados em Pseudomonas. Genes da <font face=\"Symbol\">a-oxidação de propionato foram encontrados apenas em P. aeruginosa. A análise de um mutante prp obtido por inserção de transposon revelou que estava mutado no gene prpB, relacionado ao ciclo do 2-metilcitrato. A análise de mutantes obtidos por radiação ultravioleta revelou que dois devem estar afetados em via menos relevante para o metabolismo de propionato e outros dois na ativação desse ácido orgânico. Experimentos com propionato marcado (1C13) demonstraram que as vias do oxobutirato, do metimalonil-CoA e do 2-hidroxiglutarato não devem contribuir para o metabolismo de propionato em Pseudomonas sp. LFM046. / Polyhydroxyalkanoates (PHA) produced by Pseudomonas sp. LFM046 from carbohydrates and propionic acid contains monomers with odd and even number of carbons, representing a good model to study the propionate metabolism. Genes related to 2-methycytrate cycle were found in all Pseudomonas species organized in an operon prpRCAAcnMprpFD. Genes related to the methylmalonyl-CoA pathway were not found in Pseudomonas. Genes related to the propionic <font face=\"Symbol\">a-oxidation were found only in P. aeruginosa. Analysis of a prp mutant obtained by transposon insertion revealead that it was mutated in prpB gene, related to the 2-methylcytrate cycle. The analysis of mutants obtained using ultraviolet radiation showed that two should be affected in less relevant propionate metabolism pathways and other two in the activation of this organic acid. Experiments with labeled propionate (113C) demonstrated that the oxobutyrate, methylmalonil-CoA and 2-hydroxyglutarate pathways should not contribute to the propionate metabolism in Pseudomonas sp. LFM046.

Este trabalho apresenta a preparação e caracterização de materiais compósitos baseados na mistura (blenda) de poli (ácido lático) PLA e poli (adipato co-tereftalato de butileno) PBAT reforçados com bio-hidroxiapatita \"HAp\", obtida a partir de cascas de ovos brancos de galinha. A obtenção de HAp foi realizada por via úmida, reação ácido-base. Primeiramente, foi obtido o bio-carbonato de cálcio a partir das cascas de ovos brancos de galinha, seguido de um ciclo térmico de aquecimento a 800 °C para a conversão em óxido de cálcio, o qual posteriormente foi sinterizado a 900 °C para a obtenção da HAp. Os materiais compósitos de PLA/PBAT reforçados com 1, 3 e 5 %, em massa, de HAp em pó, com tamanho de partículas iguais ou menor que 10 &mu;m, foram preparadas pelo processo de extrusão utilizando-se uma extrusora de dupla-rosca. Após o processo de extrusão, os materiais foram alimentados ao funil de alimentação de uma injetora de laboratório para a obtenção dos corpos de prova para os ensaios de caracterização. Parte dos corpos de prova foram submetidos à esterilização por radiação gama (radioesterilização), utilizando-se feixe de elétrons de alta energia, gerados em um acelerador de elétrons industrial, de 1,5 MeV, à temperatura ambiente e na presença de ar, com dose de radiação de 25 kGy. As amostras de HAp foram caracterizadas por meio dos ensaios de difração de raios X (DRX), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), termogravimetria (TG) e microscopia eletrônica de varredura com fonte de emissão de campo (MEV-FEG). O PLA/PBAT puro e seus compósitos não irradiados e irradiados foram caracterizados por meio dos ensaios de DRX, TG, MEV-FEG, calorimetria exploratória diferencial (DSC), temperatura de distorção térmica (HDT), ponto de amolecimento Vicat, resistência à tração, à flexão e ao impacto Izod, validação do processo de esterilização (teste de carga microbiana (Biocarga ou Bioburden) e ensaios de esterilidade) e citotoxicidade \"in vitro\" pelo método de incorporação do vermelho neutro para avaliação da biocompatibilidade das amostras. As análises de DRX da HAp mostraram os picos característicos presentes na fase amorfa da HAp; os picos e bandas largas pertencentes aos grupos moleculares da HAp foram identificados por meio da análise por FTIR; a estabilidade térmica da HAp obtida foi confirmada por termogravimetria, a qual mostrou uma pequena perda de massa com o aumento da temperatura, devido à queima do solvente, evaporação de água e queima de materiais orgânicos presentes na amostra de HAp, as imagens obtidas por MEV-FEG mostraram estruturas irregulares características da HAp. A incorporação de HAp na blenda de PLA/PBAT promoveu ganhos superiores a 10 % na temperatura de distorção térmica e no ponto de amolecimento Vicat original da blenda, aumento superior a 15 % nas propriedades mecânicas de resistência à tração e à flexão, e aumento superior a 10 % a resistência ao impacto Izod, melhorando suas propriedades de forma significativa quando comparado a blenda de PLA/PBAT. Os testes de carga microbiana e esterilidade mostraram que a dose de radiação de 25 kGy aplicada foi eficaz para a esterilização das amostras dos materiais. Todas as amostras apresentaram-se biocompatíveis em ambiente celular pelo teste de citotoxicidade \"in vitro\", apresentando potencial para estudo \"in vivo\". / This work presents the preparation and characterization of composites based on blends of poly (lactic acid) - PLA and poly (adipate co-terephthalate of butylene) - PBAT reinforced with bio-hydroxyapatite \"HAp\", obtained from avian eggshells waste of white color. The HAp was obtained by the wet chemical method from the acid-base reaction. Firstly, the bio-calcium carbonate (bio-CaCO3) was obtained from the avian eggshells waste. The bio-CaCO3 was submitted to a heating cycle at 800 °C in order to convert bio-CaCO3 in the bio-calcium oxide, which was then sintered at 900 °C and the bio-HAp was obtained. PLA/PBAT reinforced with 1, 3 and 5 % in weight of HAp, particle size &le; 10 &mu;m, were prepared by the extrusion process using a twin-screw extruder. After the extrusion process, the PLA/PBAT blend and its composites were fed into a laboratory injection molding machine and the specimens test were obtained for the characterization tests. Part of the specimens was submitted to sterilization by gamma radiation (radio-sterilization) with electron-beam using an industrial electron accelerator of 1.5 MeV, at the radiation dose of 25 kGy, room temperature and in the presence of air. HAp was characterized by X ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetry (TG) and scanning electron microscopy with field emission source (FE-SEM) analysis. The blends and composites (non-irradiated and irradiated samples) were characterized by XRD; TG; FE-SEM and differential scanning calorimetry (DSC) analysis. The thermal distortion temperature (HDT), Vicat softening temperature, tensile, flexural, and impact Izod tests were also carried out. The validation of materials sterilization process (Bioburden tests) and cytotoxicity test \"in vitro\" to evaluating the biocompatibility of the material composites were also made. XRD analyzes results showed a characteristic peak in the amorphous phase of HAp. FTIR analysis identified broad peaks and bands belonging to the molecular groups of HAp. The thermal stability of the HAp was confirmed by the TG analysis, which showed a small loss of mass with the increase of temperature due to the burning of solvents, water evaporation and burning of organic materials present in the sample of HAp. The FE-SEM images showed irregular structures characteristic of HAp. Regarding the PLA/PBAT/HAP composites, it can be observed increases up to 10 % in thermal distortion temperature and Vicat softening temperature, higher than 15 % in the tensile and flexural strength, and higher than 10 % in the Izod impact when compared with neat PLA/PBAT blend. The bioburden tests showed that radiation dose of 25 kGy was effective for sterilization of the materials. The results of the cytotoxicity test \"in vitro\" showed that all samples are biocompatible in the cellular environment, and therefore, presents a potential for \"in vivo\" study.

Orientador: José Francisco Lopes Filho / Coorientador: Ana Lúcia Barretto Penna / Banca: Vânia Regina Nicoletti Telis / Banca: Elisa Helena Giglio Ponsano / Banca: Maria Aparecida Mauro / Banca: Crislene Barbosa de Almeida / Resumo: Devido à sua composição química, os alimentos podem sofrer alteração da qualidade e do seu conteúdo nutricional como consequência de fatores tais como a contaminação microbiológica, a contaminação com outros alimentos ou compostos químicos, a ação de agentes ambientais como radiação (UV), ar (oxigênio), câmbios de temperatura, entre outros. Por essa razão, a indústria dos alimentos, a fim de proteger e garantir a qualidade, a segurança e o conteúdo nutricional dos produtos alimentícios, é a indústria que mais usa embalagens não biodegradáveis. No entanto, a preocupação mundial devido ao excessivo aumento da contaminação ambiental e acumulação de embalagens plásticas não biodegradáveis têm gerado a necessidade de desenvolver embalagens biodegradáveis que permitam garantir a qualidade do produto além de diminuir o impacto negativo ao ambiente. Dessa forma, nos últimos tempos, as indústrias de alimentos e de embalagens, assim como as instituições de pesquisa, têm focado os seus estudos no desenvolvimento de embalagens biodegradáveis produzidas a partir de resíduos agrícolas e subprodutos da agroindústria que podem ser rapidamente degradados pela ação de microrganismos do solo. Essas embalagens, principalmente na forma de filmes e coberturas, são baseadas em biopolímeros como proteínas (zeína, colágeno, gelatina, entre outras), carboidratos (amido, quitosana, alginato, entre outras) e lipídeos (ceras e ácidos graxos). A zeína, principal proteína do milho, tem sido usada em algumas aplicações na indústria de alimentos e farmacêutica, porém, o seu uso como embalagem ainda é um grande obstáculo visto que as suas propriedades físicas, mecânicas e estruturais são inferiores quando comparadas com as embalagens plásticas tradicionais. Baseado nisso, vários estudos têm demonstrado que a combinação de duas ou mais biomoléculas, além de agentes plastificantes, permite melhorar as... / Abstract: Due to their chemical composition, foodstuffs may undergo quality and nutritional content deterioration as a consequence of factors such as microbiological contamination, contact with other foodstuffs or chemical compounds, the action of environmental agents as radiation (UV), air (oxygen), temperature variations, among others. Based on that, the food industry, aiming to protect and assure the quality and nutritional content of foodstuffs, is the greatest user of non-biodegradable packaging. In spite of that, the world's environmental concern due to the increase of the contamination and the accumulation of non-biodegradable packaging has promoted the development of biodegradable materials that allows for reducing the negative environmental impact as well as assures the food quality and nutritional content of foodstuffs. Thereby, food and packaging industries as well as several research institutions have focused their studies on the development of biodegradable packaging from sources such as agricultural residues and agroindustry by-products that are quickly degraded by soil microorganisms due to their natural origin. These packaging, mainly films and coatings, are based on biopolymers such as proteins (zein, collagen, gelatin, among others), carbohydrates (starch, chitosan, alginate, among others) and lipids (waxes and fatty acids). Zein, the main corn protein, has been used for industrial food and pharmaceutical applications; nonetheless, its use as an industrial packaging is limited due to its inferior physical, mechanical and structural properties compared to traditional plastic packaging. Based on that, several studies have demonstrated that combining two or more biopolymers as well as including plasticizer agents into the matrix of the biodegradable materials allows for improving the functional properties of the zeinbased films. Thus, in the first part of this study, different concentrations of ethanol (zein solvent) and glycerol... / Doutor

O Histoplasma capsulatum é um fungo dimórfico responsável por infecções pulmonares graves caracterizadas por reação granulomatosa. Sua incidência vem aumentando nos últimos anos devido principalmente às alterações imunológicas relacionadas ao comprometimento da imunidade celular. Anteriormente, nosso grupo de pesquisa demonstrou o envolvimento dos leucotrienos (LTs) nos mecanismos de defesa do hospedeiro durante a histoplasmose. Além disso, demonstrou que antígenos livres de células (CFAgs, do inglês cell-free antigens), derivados de H. capsulatum, quando empregados na imunização de animais, conferem proteção eficiente aos mesmos e controle da infecção, uma vez que ativam a imunidade celular, e aumento da produção de LTs nos pulmões dos animais imunizados. Assim, nosso grupo desenvolveu microesferas (MS) biodegradáveis, constituídas de ésteres derivados dos ácidos láctico e glicólico (PLGA), contendo LTB4. Estas MS foram avidamente fagocitadas por macrófagos in vitro e aumentaram o recrutamento de leucócitos para os pulmões, quando administradas intratraquealmente. Diante do papel dos LTs na histoplasmose e dos potenciais terapêutico e profilático dos CFAgs, o objetivo deste estudo foi avaliar as atividades biológicas in vitro e in vivo de MS contendo LTB4 e/ou CFAgs. Assim, foram desenvolvidas MS (PLGA) contendo LTB4 e/ou CFAgs através do processo de simples ou dupla emulsão seguido pela extração do solvente. Este método permitiu uma eficiente encapsulação tanto do mediador lipídico quanto dos antígenos protéicos e um perfil de liberação sustentada ao longo dos dias avaliados. O potencial zeta e a morfologia das MS não foram alterados com o processo de microencapsulação; da mesma forma, a integridade dos CFAgs não foi interferida. Para estudos in vitro, empregamos macrófagos diferenciados de medula óssea murina (BMDM). O tamanho adequado das MS contribuiu para sua eficiente fagocitose pelos BMDM e as MS contendo LTB4 e/ou CFAgs modularam a produção de TNF-, IL-1, IL-6 e IL-12, quimiocinas (KC, MCP-1 e RANTES), e nitrito, sendo que as MS-CFAgs mostraram-se mais potentes. O estímulo com as diferentes MS induziu discreto aumento na expressão de CD86 na superfície de BMDM. Neste contexto, verificamos o envolvimento do fator de transcrição NF-B durante a ativação de BMDM induzida pelas MS. Apesar da eficiente ativação dos BMDM induzida pelas MS, não foi possível evidenciar uma resposta imune celular em animais imunizados com as MS-LTB4+CFAgs ou MS-CFAgs. Portanto, futuros experimentos deverão ser realizados a fim de investigar o potencial profilático das MS contendo LTB4 e/ou CFAgs na histoplasmose. / Histoplasma capsulatum is a dimorphic pathogenic fungus that causes a pulmonary disease characterized by chronic granulomatous reaction. In the last years, the incidence of histoplasmosis has increased, mainly as a result of the immunological alterations involved with deficiency of the cellular immunity. Previously, our research group demonstrated the involvement of leukotrienes (LTs) on host defense mechanisms during the histoplasmosis. Cell-free antigens (CFAgs) derived from H. capsulatum, when employed for animals´ immunization, can confer efficient protection and control of the infection, since they activate the cellular immunity. Furthermore, the protection of CFAgs-immunized mice was associated with increased LTB4 generation in the lungs. Based on these results, our group developed biodegradable microspheres (MS) based on PLGA containing LTB4. We showed that these MS were phagocytosed by macrophages in vitro and increased the leukocyte recruitment into the lungs, when administrated via intratracheal. Because the role of leukotrienes in the histoplasmosis and therapeutic and profilatic effects of CFAgs, the aim of this study was evaluate the in vitro and in vivo biological activities of MS containing LTB4 and/or CFAgs. Then, MS (PLGA) containing LTB4 and/or CFAgs were developed through simple or double emulsion/extraction process. This method allowed an efficient encapsulation of the lipid mediator and CFAgs, and a sustained release profile during the evaluated days. Zeta potential and morphology of MS were not altered with the microencapsulation process; CFAgs integrity was not interfered. For in vitro studies, we employed bone marrow-derived macrophages (BMDM). The appropriate size of MS contributed for efficient uptake by BMDM. MS containing LTB4 and/or CFAgs modulated the TNF-, IL-1, IL-6 and IL-12, chemokines (KC, MCP-1 and RANTES), and nitrite production by BMDM, since the MS-CFAgs showed potent immunostimulant effect. Moreover, the stimulus with different MS provoked a discreet increase in the CD86 cell expression. Also we verified an involvement of the transcription factor NF-B during the BMDM activation induced by MS. Even though the in vitro biological activities on BMDM, it was not possible to evidence a cellular immune response in immunized mice with the MS-LTB4+CFAgs or MS-CFAgs. Therefore, future experiments should be conducted in order to investigate the profilatic potential of MS containing LTB4 and/or CFAgs in the histoplasmosis.

Leucotrienos e prostaglandinas são metabólitos do ácido araquidônico que, além de mediadores da inflamação são importantes imunomoduladores da liberação de citocinas, nas respostas imune inata e adquirida. Embora estes mediadores apresentem potencial para serem utilizados como adjuvantes ou imunomoduladores da resposta imune, eles são altamente instáveis, dificultando o uso in vivo. Por esta razão, estas substâncias foram incorporadas em um sistema polimérico microestruturado. Este foi constituído de microesferas de quatro a seis micrômetros de diâmetro, contendo leucotrieno B4 (LTB4) ou prostaglandina E2 (PGE2) incorporados na matriz polimérica (PLGA). A caracterização in vitro das microesferas de PLGA, contendo LTB4 ou PGE2, foi feita através da determinação da morfologia e medida dos diâmetros médios, taxa de encapsulação e perfil de liberação in vitro dos mediadores. Além disso, foi avaliada a preservação da atividade biológica do LTB4 liberado das microesferas, através do efeito do mesmo sobre a expressão de moléculas de adesão Mac-1 por citometria de fluxo. Também foram avaliadas a preservação da atividade biológica do LTB4 e da PGE2 liberados do interior das microesferas, através de estudos com microscopia intravital e a ativação de células endoteliais humanas (HUVECs e HUAECs). Realizamos ainda, ensaio de fagocitose com as microesferas contendo os dois mediadores encapsulados, utilizando macrófagos peritoneais murinos, além da avaliação da sobrevivência dos animais tratados intranasalmente com microesferas contendo LTB4 ou PGE2 durante a infecção pelo H. capulatum. Nestes animais, avaliamos a reação inflamatória pulmonar, o número de UFCs recuperadas dos pulmões e a modulação da resposta imune, através da quantificação de citocinas inflamatórias. Os estudos abordados neste trabalho revelaram achados interessantes e importantes quanto ao uso de microesferas biodegradáveis contendo mediadores lipídicos em situação de terapia, especialmente quando estes estão envolvidos em processos inflamatórios e/ou infecciosos. / Leukotrienes and prostaglandins are arachidonic acid metabolites, which participate in the inflammatory response and modulate cytokines release in both adaptive and innate immune responses. However, some physicochemical characteristics of these mediators, such as poor solubility in water and chemical instability, make them difficult to administer in vivo. In this sudy, we developed a polymeric microparticulate system for the encapsulation of lipid mediators. Regarding the in vitro characterization of the microspheres, we determined their diameters, evaluated the in vitro release of the mediators and the microspheres uptake by peritoneal macrophages. To assess the preservation of the biological activities of these mediators, we conducted intravital microscopy studies and determined the effect of LTB4 and PGE2-loaded biodegradable microspheres on inflammatory mediators release by murine peritoneal macrophages and human endothelial cells. In mice infected by H. capsulatum, we investigated the effects of intranasal administration of the microspheres on pulmonary inflammatory response. In this context, we analyzed the inflammatory cells recruited to the bronchoalveolar space, the mice survival and the number of CFUs recovered from the lungs after the administrations. We also assessed the cytokines release by the lung cells after the treatment with microspheres during the course of the infection. In conclusion, our findings showed that biodegradable microspheres could preserve the biological activity of the encapsulated mediators indicating their use as a new strategy to modulate cell activation, especially in the innate immune response.

Made available in DSpace on 2016-05-17T16:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-03. Added 1 bitstream(s) on 2016-05-17T16:54:52Z : No. of bitstreams: 1 000863371_20160803.pdf: 166425 bytes, checksum: 752e027feac0fcf614b869f789d1b5e5 (MD5) Bitstreams deleted on 2016-08-03T14:23:01Z: 000863371_20160803.pdf,. Added 1 bitstream(s) on 2016-08-03T14:23:33Z : No. of bitstreams: 1 000863371.pdf: 1791623 bytes, checksum: 3c0e869b1e7500a28d6bcd4849409a72 (MD5) / A busca por materiais substitutos do petróleo para a produção de polímeros tem crescido muito na última década, devido a grande poluição causada por estes derivados. Dentre várias alternativas de novos materiais estudados a zeína, uma proteína componente do glúten do milho, apresenta ótimas características de polimerização com a possibilidade de formar filmes com funcionalidades compatíveis aos materiais derivados de petróleo. Entretanto, para determinadas utilizações, há necessidade de melhorias em algumas propriedades mecânicas e de resistência. O milho é um produto agrícola de grande consumo na alimentação humana e animal, devido a sua composição química, que confere aos seus derivados importantes funções nutricionais e tecnológicas. O Brasil é o terceiro maior produtor e a moagem úmida é o processo utilizado para obtenção de vários coprodutos do grão e tem como objetivo separar o grão em frações relativamente puras: germe (com alto teor de óleo), fibra (proveniente do pericarpo e endosperma dos grãos), amido (64%) e glúten (10%) de alto teor proteico (constituído pelas proteínas glutelina, globulina, albumina e zeína). A banana é uma das frutas mais importantes do mundo, tanto no que se refere à produção quanto à comercialização, constituindo o quarto produto alimentar mais produzido mundialmente, a seguir ao arroz, trigo e milho. O Brasil é o segundo colocado em área plantada com 7 milhões de toneladas ao ano, produzindo de 180 a 200 toneladas de resíduos vegetais, o que pode favorece a proliferação de fungos com difícil controle de tratamento, devido à alta umidade incidente nas plantações. A extração do pseudocaule das bananeiras pode ser uma alternativa de renda interessante para a mão de obra rural, além de poder ser uma alternativa viável para reforço de compósitos. Estudos têm sido realizados para buscar alternativas de uso dos subprodutos obtidos,... / The search for materials which substitute oil for the production of polymers has increased a lot in the last decade, due to the high pollution caused by its derivatives. Among several alternatives of new materials studied, zein, a protein component of corn gluten, presents great polymerization characteristics with the ability to form films with compatible roles to materials derived from petroleum, however for certain uses there is need for improvement in some mechanical and resistance properties. Corn is an agricultural product of major consumption in both human and animal food attributable to its chemical composition, which gives its derivatives important nutritional and technological functions. Brazil is the third largest producer and the second largest sector of corn processing in the country is the wet milling which aims to separate the grain in relatively pure fractions: germ (with high content of oil), fiber (from the pericarp and endosperm of the grain), starch (64%) and gluten (10%) of high protein content (formed by the glutelin, globulin, albumin and zein proteins). The banana is one of the most important fruit in the world, both as regards production and marketing, being the fourth most food product produced worldwide, after rice, wheat and corn. Brazil is the second in area planted to 7 million tons a year, producing 180-200 tons of plant residues, which may favor the proliferation of fungi difficult to control with treatment, due to high humidity incident on the plantations. The extraction of the pseudostem of banana trees can be an interesting alternative income for the hand of rural work, and can be a viable alternative for reinforcing composites. There is an emerging need to seek alternatives by using its by-products, primarily the ones of lower aggregated value such as fiber, since they have low value, and are used mainly for animal food formulations. The development of new materials using these components will add ...

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciencias Agrarias, Programa de Pós-graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:34:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 315048.pdf: 2247511 bytes, checksum: dd54f0841afa8576114c3f9806b74bb1 (MD5) / O objetivo deste trabalho foi desenvolver biofilmes poliméricos incorporados por nanopartículas de ?-caroteno, para avaliar a possibilidade de seu uso como embalagens ativas antioxidantes. Em um primeiro momento, desenvolveu-se nanopartículas de ?-caroteno, pelo método de nanoprecipitação. Analisou-se a influência de três tipos de carreadores da substância ativa e três tipos de surfactantes lipofílicos sobre as propriedades físico-químicas das nanopartículas. Nanopartículas mais estáveis foram obtidas quando utilizou-se a combinação de lecitina de soja e triglicerídeos de ácido cáprico e caprílico nas formulações. Posteriormente, utilizou-se a metodologia de superfície de resposta para avaliar a influência da concentração de ?-caroteno, lecitina de soja e triglicerídeos de ácido cáprico e caprílico sobre as propriedades de tamanho de partícula, índice de polidispersão, potencial zeta, eficiência de encapsulação e recuperação, e assim otimizar as formulações de nanopartículas. As condições ótimas obtidas para concentração de ?-caroteno, volume de triglicerídeos de ácido cáprico e caprílico e lecitina de soja foram, 0,2160 mg/ml, 232,42?L e 2,59 mg/ml, respectivamente. As formulações otimizadas foram caracterizadas quanto à morfologia das nanopartículas através da microscopia eletrônica de transmissão. Após otimização das formulações de nanopartículas, procedeu-se os estudos desenvolvendo biofilmes de metilcelulose incorporados por suspensões de nanopartículas de PCL/?-caroteno, pelo método de casting. Resultados apontam que as propriedades mecânicas são significativamente (P < 0,05) afetadas pela inserção de nanopartículas a solução dos filmes, sendo que o aumento da concentração de nanopartículas diminuiu a tensão e o módulo de Young, porém elevou-se a elongação dos filmes, tornando-os mais elásticos. Os dados de transmitância apontam para um significante aumento da barreira à radiação UV, pelos filmes incorporados por nanopartículas de ?-caroteno, chegando a quase 90% de absorção da radiação UV pela matriz polimérica, quando utilizou-se 70% de soluções de nanopartículas nas soluções filmogênicas. Os filmes incorporados por suspensões de nanopartículas apresentaram coloração amarelo-alaranjada, sendo significantemente diferentes dos filmes contendo apenas metilcelulose. A liberação do ?-caroteno dos filmes apresentou máximo de 7,68 ?g/ml, 9,31 ?g/ml e 10,93 ?g/ml por grama de filme, para filmes com 30, 50 e 70%, respectivamente, sendo este valor máximo atingido na 10a hora de análise, para todos os filmes estudados. Todos os filmes desenvolvidos apresentaram atividade antioxidante, sendo que os filmes contendo 70% de nanopartículas de ?-caroteno apresentaram os maiores resultados de inibição dos radicais ABTS.