Este trabalho teve como objetivo estudar o potencial do uso de farelo obtido do resíduo da extração do pigmento de cúrcuma (Cúrcuma longa L.) na elaboração de filmes biodegradáveis. Primeiramente, foi conduzido um estudo da extração de corante de cúrcuma por método Soxhlet para simular o processo industrial, dessa forma, utilizaram-se dois tipos de solventes, etanol: isopropanol (1:1) e metanol: acetona (1:1). A partir das tortas foi feito um processo de moagem e peneiragem na tentativa de isolar o amido presente, apesar de não ter obtido sucesso, este processo permitiu obter diferentes frações de farelo de cúrcuma. As frações foram divididas em 80 (F1), 200 (F2), 270 (F3), 400 (F4) mesh e fração centrifugada (F5). A caracterização das tortas de cúrcuma e das frações consistiu em análise da composição centesimal, MEV, difração de raios X e FTIR. A partir destas frações foram elaborados filmes pela metodologia casting. Os filmes foram caracterizados por MEV, difração de raios X, FTIR, análise antioxidante, propriedades mecânicas, solubilidade em água, umidade e permeabilidade ao vapor de água. Os filmes feitos a partir das frações (metanol:acetona) apresentaram melhores propriedades mecânicas e de barreira do que os feitos a partir da frações (etanol:isopropanol), porém industrialmente o solvente utilizado para a extração do pigmento é o etanol:isopropanol. Assim, o filme elaborado a partir da fração FE2 (200 mesh) (etanol:isopropanol) foi o escolhido para realizar o estudo de otimização do processo de elaboração destes filmes por ter as melhores propriedades mecânicas e de barreira do que os filmes feitos a partir das frações FE3 e FE5 . Para o estudo da otimização foi desenvolvido um planejamento experimental 22 com quatro pontos axiais e três pontos centrais para estudar o efeito da temperatura de aquecimento (Ta) e do pH da solução filmogênica sobre as propriedades mecânicas, umidade, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água dos filmes plastificados com glicerol (22 g de glicerol/100 g da fração) e sorbitol (30 g de sorbitol/100 g da fração). Os resultados foram avaliados utilizando a metodologia de superfície de resposta e análise de multi-resposta. As condições ótimas obtidas para obter filmes com melhores propriedades mecânicas e funcionais foram: T=84,7ºC e pH 8,3, para filmes com glicerol e T=87,6ºC e pH 8,5 para filmes com sorbitol. Os filmes com glicerol quando comparados com o sorbitol, apresentaram menor índice de cristalinidade, menor teor de curcuminóides pela análise por HPLC e DPPH. Os filmes de farelo de cúrcuma com sorbitol foram mais resistentes, pouco elongáveis e menos permeáveis ao vapor de água do que filmes elaborados com glicerol. / This work aimed to study the potential of the bran residue obtained from the extraction of the pigment from turmeric (Curcuma longa L.) in the preparation of biodegradable films. The extraction of the turmeric dye was conducted by Soxhlet procedure in orer to simulate the industrial process. Two types of solvents were employed ethanol isopropanol (1:1) and methanol acetone (1:1). The pies were crushed and sieved in an attempt to isolate the starch, but no success was achieved. However, this process yielded different fractions, which ensured better characterization of the material. The fractions were divided into 80 (F1), 200 (F2), 270 (F3) and 400 (F4) mesh subfractions and centrifuged (F5). The analysis of pies and turmeric fraction were characterized by chemical composition, SEM, XRD and spectroscopy. Films were prepared from these fractions by film casting methodology, and were characterized by SEM, X-ray diffraction and FTIR analysis; they were also analyzed in terms of their antioxidant, mechanical, water solubility, moisture permeability, and water vapor properties. The films prepared from fractions (methanol: acetone) showed better mechanical and barrier properties than those prepared from the fractions (ethanol: isopropanol), but industrially the solvent used for the extraction of pigment is ethanol: isopropanol. Thus, the film prepared from fractional FE2 (200 mesh) (ethanol: isopropanol) which have the best mechanical and barrier properties than the films prepared from fractions from FE3 and FE5, was chosen for the optimization of the preparation of these films. To this end, we developed an experimental design 22 with four axial points and three focal points, for evaluation of the effect of the heating temperature (Ta) and the filmogenic solution pH on the mechanical properties, moisture, solubility, and permeability to water vapor of the films plasticized with glycerol (22 g fraction glycerol/100 g) and sorbitol (30 g sorbitol/100 g fraction). Results were examined by using response surface methodology and analysis multi-response analysis. The optimum conditions for attainment of films with better mechanical properties and functional characteristics were: T = 84.7 º C and pH 8.3 for films with glycerol, and T = 87.6 ° C and pH 8.5 for films with sorbitol. Compared to films plasticized with sorbitol, the films containing glycerol, had lower crystallinity index, lower content of curcuminoids as verified by HPLC analysis and DPPH. The turmeric bran films plasticized with sorbitol were more resistant, less elongated, and slightly permeable to water vapor compared to films prepared with glycerol.

Esse projeto visa a melhoria das propriedades mecânicas e de processabilidade do Poli(3-hidroxibutirato) (PHB) para futuras aplicações. Foram preparados filmes de blendas de PHB por dissolução em clorofórmio. Poli(etileno glicol), com massa molar de 300 (PEG) ou 4.000.000 g mol-1 (PEO), foi misturado em proporções de 5 a 30 % em massa e análises termogravimétricas (TG), de calorimetria diferencial exploratória (DSC) e ensaios dinâmico-mecânicos (DMTA) foram realizadas para avaliar a miscibilidade da blenda. Foram também analisados filmes recém-preparados e filmes envelhecidos, para avaliar o avanço da cristalização e consequente alteração das propriedades dos filmes com o passar do tempo. Para isso foram feitas comparações visuais de imagens microscópicas da morfologia das blendas, obtidas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As blendas foram analisadas quanto ao grau de cristalinidade através de análise calorimétrica (DSC) e de difratometria de raio-X. As curvas de DSC mostram uma redução da Tm do PHB com a adição de PEG e PEO, o que indica uma forte interação entre os polímeros. As análises de TG mostram uma etapa principal de degradação, evidenciando a miscibilidade entre os polímeros. A TG também mostra uma sensível redução na temperatura de degradação do PHB para concentrações acima de 10 % em PEG, o que é indesejável. Através do MEV nota-se que existe também uma segregação de fases que aumenta com o tempo de estocagem do material, levando à recristalização do PHB e sua consequente fragilização. A difração de raios-X nos mostra que a adição de PEG e PEO ao PHB traz uma redução considerável para a cristalinidade do sistema, e que o aumento de 5 % para 30 % no teor de PEG é responsável por apenas uma pequena redução na cristalinidade, mas uma considerável redução na recristalização sofrida pela blenda com o tempo de estocagem. As análises de DMTA mostram que as blendas possuem módulo de armazenamento similar ao de polímeros flexíveis, evidenciando uma efetiva tenacificação do PHB. Amostras utilizando PEO apresentam maior rigidez do que as amostras contendo PEG. / This project aims the enhancement of both processability and mechanical properties of poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) for future applications. Films of blends of PHB and poly(ethylene oxide) were prepared by chloroform solution casting and evaporation. Poly(ethylene oxide) having molar mass of 4,000,000 (PEO) or 300 g.mol-1 (PEG) was blended in proportion of 5 to 30 wt %, Thermogravimetric Analysis (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic-Mechanic Analysis (DMTA) were performed in order to evaluate the miscibility of the blends. As-cast and aged films were also compared in order to analyze the crystallization progress and the consequent changes in the blends properties due to the aging process. For this, visual comparison was drawn between microscopy pictures obtained through scanning electron microscopy (SEM). The blends have their crystallinity degree determined by analyzing their X-ray diffraction curves. The DSC curves show a reduction at the PHBs Tm as the mass percentage of PEG increases, indicating a strong interaction in between the polymers. The TG and DTG analyses reveal a single main degradation step, what denotes miscibility in between the polymers. The TG also shows a considerable reduction of the PHBs degrading temperature for PEG concentrations over 10 %, which is undesirable. Through SEM one can note a phase segregation that increases with storaging time, leading to further crystallization of PHB and its subsequent enbrittlement. The X-ray diffraction curves show that the PEG and PEO bring a considerable crystallinity reduction to the system, and that the increasing of PEG content from 5 to 30% has only a minor effect per se, though also a considerable reduction of the perfection undergone by the system with storage time. The DMTA shows that the blends have a storage modulus similar to the one of flexible polimers, hence showing an effective PHB toughening. Samples containing PEO are more rigid than those containing PEG.

No Brasil, o uso da Inseminação Artificial em tempo fixo (IATF) vem crescendo rapidamente, uma vez que elimina a necessidade de observação do cio e induz a ciclicidade de vacas em anestro (MADUREIRA et al., 2004). Na maioria dos protocolos de IATF, empregam-se dispositivos de liberação sustentada de progesterona (P4) introduzidos na cavidade vaginal. Estes dispositivos são, na sua grande maioria, importados e confeccionados com uma armação de nylon, recoberta com silicone e progesterona. Visando a diminuição dos custos de produção e impacto ambiental, Pimentel (2006) confeccionaram dispositivos vaginais de liberação sustentada de progesterona, empregando uma mistura biopolimérica de PHB (Poli-hidroxibutirato) e PCL (poli-ɛ-caprolactona), para utilização no controle farmacológico do ciclo estral de vacas. No presente trabalho, foi estudado o mecanismo pelo qual, a progesterona é liberada da mistura biopolimérica (PHB46%+PCL46%+P48%). Para o estudo da cinética de liberação de P4 foram utilizados dispositivos (n=21) para experimento in vivo, onde foram introduzidos na cavidade vaginal das vacas e coletados a cada 24 horas durante 7 dias. Para experimentos in vitro foram utilizados 12 dispositivos que foram colocados em dissolutor de comprimidos e foram retirados em triplicata a cada 24 horas por 4 dias. Foi realizado experimento para avaliação da distribuição e quantidade de P4 em dispositivos de duas partidas diferentes em diversos pontos. A cinética de liberação de 4 tipos de dispositivos compostos de PHB+PCL+P4+ IrganoxB215® adicionados ou não de um protetor anti raios ultra violeta ( Tinuvin®) foi avaliada. Foi observado que a cinética de liberação de P4 se comportou de forma diferente entre sistemas in vivo e in vitro; em sistema in vivo foi de forma linear (R2=0,929), sugerindo que a progesterona possa ser liberada de acordo com o mecanismo de ordem zero e in vitro a liberação pode ser explicada pelo modelo matemático de Higuchi (R2=0,99) com o coeficiente de difusão calculado conforme a segunda lei de Fick foi de 2,09 x10-8 (cm2/s). Observou-se que a P4 no dispositivo está distribuída uniformemente (P= 0,519) e que aditivos e diferentes proporções de PHB+PCL não influenciaram a liberação de P4 por um período de 96 horas de testes in vitro. / In Brazil, the use of fixed-time artificial insemination (TAI) has been growing rapidly since it eliminates the need for estrus detection and induce cyclicity in anestrous cows (MADUREIRA et al., 2004). In most TAI protocols, devices are employed for the sustained release of progesterone (P4) introduced into the vaginal cavity. These devices are mostly imported and made with a nylon frame, covered with silicone and progesterone. Seeking to reduce production costs and environmental impact, Pimentel (2006) crafted devices for the sustained release vaginal progesterone, using a mixture biopolymer PHB (poly-hydroxybutyrate) and PCL (poly-ɛ-caprolactone), for use in pharmacological control estrous cycle of cows. In the present work was to study the mechanism by which the progesterone is released from the mixture biopolymers (PHB46 PCL46% +% +% P48). To study the kinetics of release of P4 device was used (n = 21) for in vivo experiment, where they were introduced into the vaginal cavity of cows and collected every 24 hours for 7 days. For in vitro experiments were used 12 devices were placed in dissolutor tablets and were taken in triplicate every 24 hours for 4 days. Experiment was conducted to assess the distribution and amount of P4 in two matches and different devices on several points. The release kinetics of four types of devices composed of PHB + PCL + P4 + IrganoxB215 ®, added to a protective anti ultraviolet rays (Tinuvin ®) was evaluated. It was observed that the kinetics of release of P4 behaved differently between systems in vivo and in vitro, the in vivo system was linear (R2 = 0.929), suggesting that progesterone may be released according to the mechanism of order zero and in vitro release can be explained by the mathematical model of Higuchi (R2 = 0.99) with the diffusion coefficient calculated according to Fick\'s second law was 2.09 x10-8 (cm2 / s). It was noted that a P4 is evenly distributed on the device (P = 0.519) and additives that different proportions of PHB and PCL + did not influence the release of P4for a period of 96 hours of in vitro tests.

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.

Visando o desenvolvimento de materiais biodegradáveis para embalagens, blendas de amido/quitosana estruturadas com nanopartículas de montmorilonita (MMT) ou nanofibras de bambu (NFBs) em concentrações de (0,0; 0,5 e 1,0) g de NPs/100 g de polímero foram obtidas pelas técnicas de casting e extrusão. Os bionanocompósitos obtidos das duas técnicas foram caracterizados, bem como foi avaliada a influência da dispersão das nanopartículas sobre as principais propriedades físico-químicas dos bionanocompósitos. Para os filmes produzidos de blendas de amido/quitosana por casting, foram avaliadas as proporções de (5/0; 3,75/0,25; 2,5/2,5; 1,25/0,75 e 0/1) g/100 g base polímero, e a adição dos reforçadores na solução filmogênica. Observou-se uma dispersão assim como uma intercalação satisfatória da MMT nos bionanocompósitos, confirmadas pelas mudanças da cristalinidade devido ao deslocamento do pico característico de 7,2 º para 5,2 º; e os filmes estruturados com NFBs apresentaram variações nas frequências vibracionais dos arranjos moleculares indicando a formação de ligações fortes entre as blendas e os reforçadores. A partir da extrusão da mistura de homo pellets e pellets masterbatch, das blendas de amido/quitosana nas proporções de (100/0; 75/25 e 50/50) g/100 g, foram obtidos compósitos em processo contínuo os quais exibiram propriedades qualitativas satisfatórias assim como mudanças de cristalinidade e interações moleculares. Em relação às propriedades mecânicas, os bionanocompósitos apresentaram um aumento da resposta à tensão assim como da elongação e módulo de elasticidade em relação às concentrações dos reforçadores em cada umas blendas avaliadas. Por outro lado, tanto a formação das blendas como as interações dos reforçadores modificaram significativamente a rede tridimensional dos filmes em relação à taxa de transferência de vapor de água, obtendo-se valores de (155 e 139) g m-2 d-1 para os compósitos obtidos da blenda amido/quitosana 100/0 estruturados com (0,5 e 1,0) g MMT/100 g, respectivamente. Os valores de PVA obtidos são inferiores aos reportados por produtos comerciais como o (PBS) Bionolle&trade; (330 g m-2 d-1) e (PBAT) Ecoflex&reg; (272 g m-2 d-1). Neste trabalho foi possível desenvolver um material promissor com características diferenciadas e alta aplicabilidade no setor de embalagens biodegradáveis para uso industrial. / Aiming at the development of biodegradable packaging materials, starch/chitosan blends structured with montmorillonite nanoparticles (MMT) or bamboo nanofibers (NFBs) at concentrations of (0.0,0.5 and 1.0) g NPs/100 g of polymer were obtained by the casting and extrusion techniques. The obtained bio-nanocomposites were characterized, as well as, how the dispersion of nanoparticles influenced the main physicochemical properties of the films. For the films from starch/chitosan blends produced by the casting method, the proportions of (5/0, 3.75/0.25, 2.5/2.5, 1.25/0.75 and 0/1) g/100 g based on polymer, were tested and the introducing of the reinforcers into filmogenic solution were evaluated. Satisfactory dispersion and exfoliation of MMT in bio-nanocomposites were confirmed by changes of crystallinity due to displacement of the characteristic peak from 7.2 ° to 5.2 °. In the same way, films structured with NFBs showed variations of the vibrational frequencies of the molecular arrangements indicating strong bonds between the polymer blends and the reinforcers. By the extrusion from the mixture of homo pellets and masterbatch pellets, from starch/chitosan blends at proportions of (100/0, 75/25 and 50/50) g/100 g, the obtained films have exhibited changes of the crystallinity and the molecular interactions. In relation to mechanical properties, the films presented increase of the tension response as well as the elongation and modulus of elasticity in relation to the reinforcer concentration in each evaluated blend. On the other hand, the formation of polymer blends and the interactions of reinforcers with the matrix changed significantly the three-dimensional network and consequently the water vapor transmission (WVT). Films produced from starch/chitosan 100/0, nanostructured with (0.5 and 1.0) g MMT/100 g, exhibited lower values of WVT 155 e 139) gm-2 d -1, respectively, when compared to commercial products such as Bionolle &trade; (PBS) 330 g m-2 d-1) and (PBAT) Ecoflex&reg; (272 g m-2 d-1). In this work, it was possible to develop a promising material with desired characteristics in the biodegradable packaging sector with wide application in the industry.

Os Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres naturais, acumulados por diversos microorganismos como reserva de carbono e energia, sendo hoje considerados a melhor alternativa para o plástico tradicional, devido às suas propriedades biodegradáveis e biocompatíveis. Escherichia coli é considerada um hospedeiro ideal para a produção de PHAs, devido a várias vantagens sobre outros microrganismos. Linhagens de Escherichia coli foram avaliadas com o intuito de escolher aquela que apresentasse as melhores características como hospedeira dos genes envolvidos na produção dos PHAs. A linhagem E. coli LS5218 apresentou os melhores resultados de consumo das diferentes fontes de carbono avaliadas, assim como as melhores velocidades de crescimento. Esta linhagem tem a capacidade de produzir, além do P3HB, o copolímero P3HB-co-3HV. Os resultados obtidos a partir dos cultivos em frascos agitados demonstraram que a linhagem E. coli LS5218 consegue produzir P3HB, correspondendo a cerca de 40% da massa seca celular. A limitação do crescimento nos cultivos em biorreator, mediante o controle da velocidade de alimentação da fonte de carbono e nitrogênio, favoreceu a síntese e acúmulo do polímero. A análise de fluxos metabólicos indicou que existe uma considerável perda de carbono na forma de CO2, devido ao suprimento de NADPH pela isocitrato desidrogenase. A análise de modos elementares aponta que, para se atingir desempenhos melhores, o fluxo na via das pentoses deveria ser aumentado significativamente, de forma a que todo o NADPH para biossíntese de P3HB fosse suprido por essa via, e, que o fluxo no ciclo de Krebs deveria ser o menor possível, suprindo apenas a demanda de precursores para a biossíntese de biomassa residual. Finalmente, foi possivel obter, embora em pequenas quantidades, acúmulos do copolimero a partir de E. coli LS5218 expressando os genes de C. necator. A partir destes resultados, fica evidente que a utilização da linhagem LS5218 é interessante sob o ponto de vista industrial, devido ao fato de ela utilizar eficientemente fontes de carbono, e ter a capacidade de acumular o P3HB e seu copolímero P3HB-co-3HB. / The Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are natural polyesters accumulated by several microorganisms as a source of carbon and energy, now considered as the best alternative to the traditional plastic due to their biocompatible and biodegradable properties. Escherichia coli is considered an ideal host for the production of PHAs, due to several advantages over other microorganisms. Escherichia coli strains were evaluated in order to choose the one that presented the best characteristics as a host of genes involved in the production of PHAs. The strain E. coli LS5218 showed the best results in terms of consumption of different carbon sources being tested and the best growth rates. This strain has the ability to produce the P3HB and additionally, the copolymer P3HB-co-3HV. The results from the cultivation in shaked flasks showed that the strain E. coli LS5218 can produce P3HB, corresponding to 40% approximatelly of the dry cell mass using glucose as carbon source. Limiting the growth of cultures in a bioreactor by controlling the feeding speed of the carbon and nitrogen source, favored the synthesis and accumulation of the polymer. Analysis of the metabolic flux indicated that a considerable loss of carbon in the form of CO2 due to NADPH supply by the isocitrate dehydrogenase. Elemental analysis shows that to achieve better performance, the flow of the pentose pathway should be substantially increased, in order to all the NADPH for the biosynthesis of P3HB can be supplied by this pathway and that the flow in the Krebs cycle should be as small as possible, only to supply the demand of precursors for the biosynthesis of residual biomass. Finally, it was possible to obtain, although in small quantities, accumulation of the copolymer using E. coli LS5218 expressing the genes of C. necator. From these results it is evident that the use of LS5218 strain is interesting from the industrial point of view due to the fact of efficiently utilize carbon sources and have the capacity of accumulate the P3HB and its copolymer P3HB-co-3HB.

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.

Orientador: Carlos Raimundo Ferreira Grosso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Braga_AndreaHelenaFerreira_D.pdf: 2190091 bytes, checksum: 46376779b7866dd62ac05c2a6abc7be6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A eficiente combinação entre proteínas e polissacarídeos produz filmes biodegradáveis com melhores propriedades funcionais, a interação associativa entre os grupamento presentes na cadeia polimérica dos biopolímeros gera uma rede polimérica mais coesa e resistente. Esta associação, em geral, ocorre através das interações eletrostáticas entre os biopolímeros que é controlada pelas condições de pH, força iônica e proporção estequiométrica dos polimeros, entre outros parâmetros. O objetivo deste trabalho foi utilizar o método de coacervação na elaboração de filmes a base de gelatina-quitosana (GEL/QUI), gelatina-pectina (GEL/PEC) e de gelatina-goma arábica (GEL/GAR) com o intuito de promover maiores interações intermoleculares entre os biopolímeros, formando filmes mais resistentes mecanicamente e menos susceptíveis a ação da água. O desenvolvimento deste trabalho pode ser dividido em: 1-) Análise da solução filmogênica de GEL/QUI ou PEC ou GAR (em várias proporções estequiométricas): nesta etapa foi feito um estudo para definir o pH de coacervação para cada formulação utilizando o ?-potencial zeta. No pH de coacervação ocorre a máxima interação eletrostática entre os biopolímeros gerando carga elétrica neutra para a solução filmogênica (?-potencial zeta igual a zero), devido a neutralização da carga elétrica positiva (-NH4+) com a carga elétrica negativa (-COO-) dos biopolímeros. 2-) Elaboração dos filmes coacervados foi realizada em várias proporções estequiométricas no seu devido pH de coacervação. 3-) Caracterização dos filmes de acordo com o aspecto visual, propriedades mecânicas, permeabilidade ao vapor de água (PVA), solubilidade em água (SOL), umidade (UMI) e opacidade (Op). Análises complementares de difração de raio-X (DRX), espectroscopia de infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e calorimetria diferencial de varredura (DSC) foram realizadas em alguns filmes. 4-) Seleção dos filmes: foi escolhida a proporção estequiométrica que produziu filmes com maior resistência mecânica, menor PVA e SOL. 5-) Concentração do material polimérico: na formulação selecionada foram testadas maiores concentrações de material polimérico (4, 6, 8 e 10%) com o intuito de reduzir o tempo de secagem dos filmes coacervados. Estes filmes foram novamente caracterizados (propriedades mecânicas, PVA, SOL e UMI). A concentração de material polimérica escolhida para prosseguir o estudo associou o menor tempo de secagem sem alterar a PVA e SOL dos filmes. 6-) Adição do plastificante: nesta etapa foi avaliado o tipo de plastificante (triacetina e glicerol) e a sua concentração (2,5, 5, 7,5, 10, 15, 20, 25 e 30g de plastificante/100g de material polimérico). Os filmes coacervados de GEL/QUI foram elaborados em pH alcalino (pH de coacervação entre 6,2-7,2) por combinar um polissacarídeo catiônico (QUI) com a GEL. Formulações com maior teor de GEL (10:1 e 20:1 de GEL/QUI) confere ao filme coacervado maior resistência à ruptura, flexibilidade e menor PVA. As análises de difração de raio-X e de FTIR evidenciam a presença de interações eletrostáticas atrativas entre as cadeias da gelatina e a quitosana. Ao comparar os filmes coacervados com os filmes compostos (sem ajuste de pH) verificou-se que o método de coacervação conferiu ao filme maior tensão na ruptura, menor PVA e menor SOL. Ao aumentar a concentração de material polimérico de 2% para 6% constatou-se redução pela metade do tempo de secagem, além de promover maior resistência a ruptura e menor PVA. Os filmes coacervados de GEL/PEC e GEL/GAR foram elaborados em pH ácido (pHcoacervação igual a 4,0 e 4,5-5,0, respectivamente), isto ocorre devido a interação do grupo carboxil (-COO-) dos polissacarídeos aniônicos com o grupo amina (-NH4+) da GEL, já que a proteína encontra-se carregada positivamente somente em pHs abaixo do seu ponto isoelétrico - pI (pI da GEL 4,8-5,2). Para filme coacervado de GEL/PEC, somente a solução filmogênica contendo 20:1 de GEL/PEC apresentou-se homogênea e com em condição de coacervação (pHcoacervação=4,0). O espectro de FTIR do filme coacervado de GEL/PEC (20:1) mostrou que o grupo carboxil da PEC pode estar interagido com o grupo amina da GEL gerando novos grupamentos amida (1630 e 1530 cm-1). A incorporação do glicerol foi mais eficiente na matriz polimérica da GEL/PEC do que a triacetina, isto foi comprovado pela análise visual e pela difração de raio-X. Filmes coacervados de GEL/GAR apresentaram-se coesos, uniformes e homogêneos. Filmes coacervados com alto teor de GEL mostraram-se mais resistentes e flexíveis e menos solúveis em água do que as formulações com menor teor de GEL (1:1 e 2:1 de GEL/GAR), resultados confirmados pelas análises de FTIR, DSC e DRX. O método de coacervação formou filmes mais resistentes mecanicamente e a ação da água do que nos filmes não coacervados (sem ajuste de pH). O aumento da concentração do material polimérico de 2 para 6% reduziu o tempo de secagem do filme de GEL/GAR (10:1) pela metade sem alterar suas propriedades funcionais. Todos os filmes coacervados de GEL/QUI, PEC ou GAR, de modo geral, apresentaram o mesmo comportamento frente a a adição do plastificante. A adição do glicerol foi mais eficiente devido sua melhor incorporação na matriz polimérica produzindo filmes coacervados mais flexíveis, mais resistentes, com menor PVA e mais transparentes do que os filmes coacervados contendo triacetina. Os resultados apresentados neste trabalho confirmam a eficiencia do método de coacervação em melhorar a compatibilidade, e consequentemente, intensificando a interação eletrostáticas entre a proteína e o polissacarídeo. Isto reflete diretamente nas propriedades funcionais dos filmes coacervados, pois a maior interação entre os biopolímeros promove a formação de uma rede polimérica mais densa e coesa, gerando filmes com maior TR, menor PVA, menor ELO e em alguns formulações mais resistentes a ação da água (menor SOL) / Abstract: The efficient combination of proteins and polysaccharides produces biodegradable films with improved functional properties; the associative interaction between the groupings present in the polymer chain of biopolymers generates a more cohesive and resistant polymer network. This association generally occurs through electrostatic interactions between the biopolymers which is controlled by the conditions of pH, ionic strength and stoichiometric ratio of polymers, among other parameters. The aim of this study was to use the coacervation method in developing films based on gelatin-chitosan (GEL/QUI), on gelatin-pectin (GEL/PEC) and on gelatin-gum arabic (GEL/GAR), in order to promote greater intermolecular interactions between biopolymers, forming mechanically stronger films and less susceptible to the action of water. The development of this work can be divided into: 1-) Analysis of the film solution GEL/QUI or PEC or GAR (in various stoichiometric ratios): in this step a study was done to determine the pH of coacervation for each formulation using ?-zeta potential. At pH of coacervation occurs maximum electrostatic interaction between biopolymers generating a neutral electric charge for filmogenic solution (? - zeta potential of zero), due to neutralization of the positive charge (-NH4+) with negative charge (-COO-) of biopolymers. 2-) Development of coacervated films was held in various stoichiometric ratios in its proper pH of coacervation. 3-) Characterization of films according to the visual appearance, mechanical properties, permeability to water vapor (PVA) water solubility (SOL), humidity (UMI) and opacity (Op). Complementary analyzes of X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and differencial scanning calorimetry (DSC) were performed in some films. 4-) Selection of films: it was chosen a Stoichiometric ratio which produced films with higher mechanical strength and lower PVA SOL. 5-) Concentration of polymeric material: higher concentration of polymeric material (4, 6, 8, and 10% ) were tested in the selected formulation in order to reduce the drying time of the coacervated films. These films were further characterized (mechanical properties, PVA, SOL and UMI). The concentration of polymeric materials chosen for further study associated the lowest drying time without changing the SOL and PVA films. 6-) Addition of plasticizer: In this step the type of plasticizer (triacetin or glycerol) and its concentration was evaluated (2.5, 5, 7.5, 10, 15, 20, 25 and 30g plasticizer/100g polymeric material). The coacervated films GEL/CHI were prepared at alkaline pH (pH of coacervation between 6.2-7.2) by combining a cationic polysaccharide (QUI) with GEL. Formulations with higher content of gel (10:1 and 20:1 GEL/QUI) gave the coacervated film higher tensile strength, flexibility and less PVA. The analysis of X- ray diffraction and FTIR showed the presence of attractive electrostatic interactions between the chains of gelatin and chitosan. Comparing coacervated films with composite films (without pH adjustment) it was found that the coacervation method gave the highest film tensile strength, lower PVA and lower SOL. By increasing the concentration of polymeric material from 2% to 6% a reduction by half of the drying time was found promoting a greater resistance to breakage and lower PVA. The coacervate films GEL/PEC and GEL/GAR were prepared in acidic pH (pH of coacervation equal to 4.0 and 4.5 to 5.0, respectively), this occurs due to interaction carboxyl group (-COO-) of anionic polysaccharides with amino group (-NH4+) of GEL, since the protein is positively charged at pHs only below its isoelectric point - pI (pI of 4.8 to 5.2 GEL). To coacervate film GEL/PEC, only film solution containing 20:1 GEL/PEC appeared homogeneous and in condition coacervation (pH of coacervation = 4.0). The FTIR spectrum of the coacervated film GEL/PEC (20:1) showed that the carboxyl group of the PEC may have been interacted with the amino group generating new clusters of GEL amide (1630 and 1530 cm-1). The incorporation of the glycerol was more efficient in the polymer matrix of GEL/PEC than triacetin. It was confirmed by visual analysis and by X -ray diffraction. Films coacervated GEL/GAR presented themselves cohesive, uniform and homogeneous. Coacervated films with high gel content were more resistant and flexible and less soluble in water than the formulations with lower content of gel (1:1 to 2:1 GEL/GAR), which was confirmed by analysis of FTIR, DSC and XRD. The coacervation method formed films more mechanical and water resistant than in the non coacervated films. (without pH adjustment). Increasing the concentration the polymeric material from 2 to 6 % reduced the drying time of the film GEL/GAR (10:1) by half without altering their functional properties. All coacervated films GEL/QUI, PEC or GAR, in general, showed the same behavior in addition of plasticizer. The addition of glycerol was more efficient because of its better incorporation into the polymer matrix coacervated producing more flexible films, tougher, with less PVA and more transparent than coacervated films containing triacetin. The results presented here confirm the efficiency of the coacervation method to improve the compatibility, thus intensifying the electrostatic interaction between protein and polysaccharide. This highly reflects in the functional property of coacervated films, since the bigger interaction among biopolymers promotes the formation of more dense and united polymeric net, generating films with higher TR, smaller PVA, less ELO in some formulations and more resistant to the action of water (less SOL) / Doutorado / Consumo e Qualidade de Alimentos / Doutora em Alimentos e Nutrição

Este trabalho teve como objetivo principal o aproveitamento dos resíduos agroindustriais provenientes da extração do pigmento de cúrcuma e do óleo de babaçu para elaboração de filmes biodegradáveis. Foram utilizados três diferentes métodos (moagem em meio ácido AS, em meio alcalino KS e em água WS) para isolamento do amido de babaçu e de cúrcuma. Os resíduos e amidos foram caracterizados em composição química, cor, distribuição do tamanho de partícula, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, poder de inchamento e solubilidade, espectroscopia de infravermelho, propriedades térmicas, teor de compostos fenólicos e atividade antioxidante. Os métodos AS e KS forneceram materiais com maior grau de pureza, porém menor teor de amilose. Filmes foram elaborados a partir dos amidos de cúrcuma e de babaçu, e também do mesocarpo de babaçu e tiveram suas propriedades mecânicas, funcionais e ativa determinadas. Filmes elaborados com os amidos de babaçu são mais resistentes e rígidos, menos elongáveis, solúveis e permeáveis ao vapor de água que com mesocarpo de babaçu. Filmes de amido de babaçu WS foram mais resistentes e rígidos, menos flexíveis, mais cristalinos, menos solúveis em água e hidrofílicos, com menor capacidade de absorção de água. Filmes de amido de babaçu AS apresentaram maior atividade antioxidante. O efeito de diferentes plastificantes (glicerol, sorbitol, ureia e glicose) nas propriedades dos filmes de amidos de babaçu também foi estudado. Notou-se que as propriedades finais dos filmes dependeu da interação entre os componentes na matriz: plastificante, amido e água. Para o babaçu também se realizou um estudo sobre os efeitos da concentração de sorbitol (Cs) e da temperatura de aquecimento (Ta) nas propriedades dos filmes através de um planejamento experimental 22 utilizando a metodologia de superfície de resposta e análise de multiresposta para avaliação dos resultados. As regiões sugeridas para se obter filmes com melhores propriedades foram: 26 a 30 g de sorbitol/100 g de amido acompanhado de temperatura de aquecimento de 78 a 80 °C. Para a cúrcuma, apesar do processo de isolamento do amido obter altos teores deste carboidrato (~80%), o material se apresenta bem compactado devido ao processamento industrial com presença de aquecimento. Assim, filmes elaborados com amidos de cúrcuma exigiram 4 h de aquecimento para o seu processamento. Filmes de amido de cúrcuma WS apresentaram maior flexibilidade, menor xxv resistência e rigidez, maior solubilidade e molhabilidade e os filmes de amido de cúrcuma AS, maior atividade antioxidante. Foram elaboradas também blendas com os diferentes amidos de cúrcuma com fécula de mandioca em diferentes proporções (30:70, 50:50 e 70:30). As blendas possibilitaram a elaboração de materiais com menor tempo de preparo (1 h). A adição de fécula de mandioca nas blendas diminuiu a resistência mecânica e rigidez, mas aumentou a elongação, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água enquanto que a adição de amido de cúrcuma proporcionou aumento da atividade antioxidante nestes materiais. Também fora realizado tratamentos (mecânicos/químicos) do resíduo de cúrcuma com o objetivo de tornar este material com melhor capacidade filmogênica. Estes tratamentos permitiram melhor incorporação do material lignocelulósico à matriz do filme e liberação do amido, além de ter promovido oxidação do amido causando a formação de novos grupamentos (carboxílicos e carbonílicos), o que permitiu obter filmes com melhores propriedades que os elaborados com amido de cúrcuma / The main objective of this work was the use of agroindustrial residues from the extraction of turmeric pigment and babassu oil for the preparation of biodegradable films. Three different methods (steeping in acid media - AS, in alkaline media - KS and in water - WS) were used to isolate babassu and turmeric starch. The residues and starches were characterized in centesimal composition, color, particle size distribution, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, swelling power and solubility, infra-red spectroscopy, thermal properties, phenolic compounds content and antioxidant activity. The AS and KS methods provided materials with higher purity but less amylose content. Films were made from the turmeric and babassu starches, and also from the babassu mesocarp and had it mechanical, functional and active properties determined. Films made from babassu starches are more resistant and rigid, less flexible, soluble and permeable to water vapor than with babassu mesocarp. WS babassu starch films were more resistant and rigid, less flexible, more crystalline, less water soluble and hydrophilic, with less water absorption capacity. AS babassu starch films showed the highest antioxidant activity. The effect of different plasticizers (glycerol, sorbitol, urea and glucose) on the properties of babassu starch films was also studied. It was noted that the final properties of the films depended on the interaction between the components in the matrix: plasticizer, starch and water. A study on the effects of sorbitol concentration (Cs) and heating temperature (Ta) on the properties of the films was also carried out for the babassu through an experimental design 22 using the response surface methodology and multi-response analysis for evaluation of the results. The regions suggested to obtain films with better properties were: 26 to 30 g of sorbitol / 100 g of starch accompanied by a heating temperature of 78 to 80 °C. For turmeric, although the starch isolation process obtained high levels of this carbohydrate (~ 80%), the material presents well compacted due to industrial processing with presence of heating. Thus, films made with turmeric starches required 4 h of heating for processing. Turmeric WS starch films showed greater flexibility, lower strength and stiffness, higher solubility and wettability and the films of turmeric starch AS, higher antioxidant activity. Blends with the different turmeric starches with cassava starch in different proportions (30:70, 50:50 and 70:30) were also prepared. The blends made possible the preparation of materials with less preparation time (1 h). The addition of cassava starch to the blends decreased xxvii mechanical rigid and mechanical resistance, but increased elongation, solubility and water vapor permeability while the addition of turmeric starch provided increased antioxidant activity in these materials. It was done also treatments (mechanical / chemical) in the turmeric residue to have this material with better filmogenic capacity. These treatments allowed better incorporation of the lignocellulosic material to the matrix of the film and release of the starch, besides promoting oxidation of the starch causing the formation of new groups (carboxylic and carbonylic), which allowed to obtain films with better properties than those elaborated with starch of turmeric

O tratamento de pacientes com doenças inflamatórias oculares crônicas frequentemente implica no uso prolongado de drogas anti-inflamatórias sistêmicas como, corticosteroides e outros imunossupressores, podendo acarretar efeitos colaterais importantes. O uso local destas drogas pode contribuir para aumentar seus efeitos desejáveis e reduzir os efeitos colaterais. Implantes intraoculares biodegradáveis são capazes de disponibilizar o fármaco diretamente na cavidade vítrea em doses terapêuticas por período prolongado. O copolímero do ácido lático e glicólico (PLGA) é um clássico exemplo entre os polímeros sintéticos biodegradáveis aplicados em sistemas de liberação de fármacos devido à sua biocompatibilidade e ausência de toxicidade em testes in vivo. A ciclosporina A (CsA) é um imunossupressor largamente usado na clínica médica, e também tem sido empregada no tratamento de várias doenças inflamatórias intraoculares. O objetivo deste estudo foi avaliar a farmacocinética vítrea da CsA, quando aplicada por meio de implante biodegradável de PLGA intravítreo na concentração de 350 µg em olhos de coelhos, assim como avaliar a ocorrência de toxicidade retiniana causada pela presença intraocular do sistema de liberação de fármacos por meio de eletrorretinografia (ERG) e histopatologia. Dos sessenta coelhos que foram utilizados neste estudo, 38 receberam o implante intravítreo de PLGA contendo CsA e 22 somente os veículos. Somente o olho direito dos coelhos foi analisado na pesquisa. O estudo teve duração de oito semanas. Quatro coelhos do grupo CsA e dois do grupo controle foram sacrificados semanalmente para a coleta do vítreo e posterior estudo farmacocinético. Quatro animais de cada grupo foram escolhidos para terem a pressão intraocular aferida semanalmente. Seis coelhos foram submetidos a ERG no início e ao final do estudo, sendo então sacrificados, e os olhos processados para estudos histológicos da retina. O período inferido de permanência da CsA na cavidade vítrea foi de 17 semanas. Nos dois grupos, com e sem CsA, não foram observadas alterações histológicas na retina, entretanto houve importante redução da onda b nas fases escotópicas da ERG no grupo CsA, indicando toxicidade na via dos bastonetes após as oito semanas de seguimento. Em resumo, estes resultados mostraram que a CsA aplicada por meio de implantes oculares de PLGA na dose de 350 µg não causa alterações histológicas da retina, mas provoca um padrão exclusivo de diminuição da onda b. Em estudos futuros, seria interessante avaliar os efeitos de implantes contendo concentrações inferiores a 350 µg de CsA, e também, veículos que permitam que sua liberação seja mais lenta, evitando-se, assim, a toxicidade observada nos ERGs e confirmar sua aplicabilidade clínica como alternativa interessante para o tratamento de doenças oculares inflamatórias crônicas. / Treatment of patients with chronic inflammatory ocular diseases often involves the use of systemic anti-inflammatory drugs such as corticosteroids and other immunosuppressive agents for a long period of time, which may cause significant systemic side effects. Intraocular use of these drugs may help to improve their local beneficial effects and reduce systemic adverse effects. Biodegradable intraocular implants are able to deliver drugs directly into the vitreous cavity in therapeutic doses for an extended period of time. Poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) is a good example of synthetic biodegradable polymers used in ocular drug delivery systems due to its biocompatibility and absence of toxicity. Cyclosporine A (CsA) is a largely used immunossupressor, and it has also been employed for treatment of various intraocular inflammatory diseases. The objective of this work was to evaluate the pharmacokinetics of CsA, when applied in biodegradable PLGA intravitreal implants in rabbit eye and its retina toxicity by electroretinography and histopathology. Right eyes of sixty rabbits were used on this study, 38 received the PLGA implant containing 350 µg of CsA, and 22 the implant without the drug and were followed during 8 weeks. Four animals of CsA group and 2 of control group were sacrificed weekly to have their vitreous samples collected for subsequent pharmacokinetic study. Four animals from each group were chosen to have intraocular pressure measured weekly. Six animals of each group underwent electroretinography tests at baseline and at the end of the study. Then they were sacrificed and had their eyes processed for histological studies of the retina. It was hypothetically calculated that CsA would take 17 weeks to be completely delivery by this system. Histologically the retina did not show alterations in both groups, but there was a significant reduction in the b wave of the scotopic ERG phases in the CsA group indicating toxicity of the rods pathway after 8 weeks of follow-up. In summary, PLGA implants with 350 µg of CsA does not cause retinal histological changes, but decreases b wave amplitude. In future studies it would be interesting to test lower concentrations of CsA using this delivery system to decrease possible toxicity and to guarantee its clinical applicability.