Desde o início da espécie humana, houve quem procurasse auxiliar o corpo na tentativa natural de restaurar suas partes injuriadas. Um dos grandes desafios atuais é a substituição de tecidos do organismo, inclusive em áreas de lesão cutânea. Um biomaterial pode ser utilizado para melhorar, aumentar ou substituir, parcial ou inteiramente tecidos ou órgãos. A membrana de celulose bacteriana (CB) possui moldabilidade, boas propriedades mecânicas, permeabilidade seletiva, permitindo a passagem de vapor d\'água, mas impedindo a passagem de microrganismos. O colágeno (COL) vem sendo amplamente usado como material na fabricação de biomateriais. Neste trabalho obteve-se membrana e hidrogel de CB-COL, caracterizados de diferentes maneiras. Foram realizados, estudos in vivo, análises macroscópica e histológica de coberturas de CB-COL, comparando com os controles (coágulo e a pomada de colagenase), após a aplicação sobre as feridas confeccionadas no dorso de ratos. Os animais foram sacrificados depois de 3, 7, 15 e 30 dias, e os dorsos processados segundo rotina histológica para coloração em HE. As caracterizações realizadas neste trabalho (microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e difratometria de raios-X (DRX)) confirmaram a incorporação do COL às matrizes de CB. A avaliação macroscópica somente demonstrou diferença estatisticamente significante da reparação tecidual entre os tratamentos aos sete dias de pós-operatório, sendo que o hidrogel apresentou uma tendência para uma reparação mais rápida. Os resultados da avaliação histológica demonstraram diferença estatisticamente significante para reação inflamatória tecidual entre os tratamentos em todos os períodos estudados. Na avaliação da qualidade, quantidade e orientação das fibras colágenas, somente o período de três dias que não apresentou diferença estatisticamente significante entre os tratamentos. Conclui-se com esses resultados que as duas coberturas são biocompatíveis. / Since the beginning of the human race, there was those who sought to assist the body in a natural attempt to restore yours injured parts. One of the main current challenges is the replacement of body tissues, including areas of skin lesion. A biomaterial can be used to improve, enhance or replace, partially or fully tissues or organs. The membrane of bacterial cellulose (BC) has moldability, good mechanical properties, selective permeability, allowing the passage of water vapor but preventing the passage of microorganisms. The collagen (COL) has been widely used as material in the manufacture of biomaterials. In this study was obtained hydrogel and membrane BC-COL, characterized in different ways. Were realized in vivo studies, macroscopic and histological analyzes from dressings of BC-COL, comparing with controls (clot and collagenase ointment), after applying in wounds on the backs of rats. The animals were sacrificed after 3, 7, 15 and 30 days, and the scars were processed according to histological routine to HE staining. The characterizations performed in this study (scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy with Fourier transform (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD)) confirmed the incorporation of the COL to matrices BC. The macroscopic evaluation only demonstrated statistically significant difference of tissue repair between treatments at seven days postoperative, and the hydrogel showed a trend for a faster repair. The results of the histological evaluation showed statistically significant difference in inflammatory tissue reaction between treatments in all periods studied. In quality evaluation, quantity and orientation of collagen fibers, only three days period didnt show statistically significant difference between treatments. We conclude from these results that the two dressings are biocompatible.

O lactato é um metabólito chave formado pelo metabolismo anaeróbico da glicose nos músculos, e tem se tornado um biomarcador importante no âmbito clínico e esportivo. Atualmente, existem biossensores eletroquímicos portáteis que são capazes de determinar os níveis de lactato no organismo em tempo real. No entanto, tal método é invasivo uma vez que requer amostras de sangue. O presente projeto tem como objetivo desenvolver um biossensor eletroquímico descartável para detecção de lactato no suor. Para isto a configuração do dispositivo foi feita utilizando a celulose bacteriana como substrato para obtenção de um dispositivo que seja resistente à deformação mecânica, especialmente quando molhado e, também, permeável ao suor. A impressão dos eletrodos de carbono neste substrato foi efetuada utilizando o processo de serigrafia. Com os dispositivos produzidos foram realizados experimentos de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica, a fim de caracterizar o sensor desenvolvido e investigar a influência do pré-tratamento eletroquímico na sua performance analítica. A partir da modificação da superfície eletródica com nanocubos de Azul da Prússia foi possível desenvolver um sensor eletroquímico para detecção de peróxido de hidrogênio. A cronoamperometria foi utilizada para a determinação da curva analítica para o peróxido de hidrogênio. Com todos os parâmetros da cronoamperometria otimizados, uma dependência linear da corrente catódica com a concentração de peróxido de hidrogênio foi obtida, com a equação: Ip = 0,1 + 4,30 [H2O2], com r2 = 0,999 (n = 3). Esta curva analítica mostrou que a metodologia apresenta um Limite de Detecção e de Quantificação de mol L-1 e mol L-1, respectivamente. Para a configuração do biossensor eletroquímico a enzima lactato oxidase foi incorporada à superfície do papel pelo método de ligação covalente. Adotando esta metodologia foi verificado um aumento da área eletroativa que possibilitou uma melhora significativa no desempenho do sensor desenvolvido. No qual se obteve uma região linear de 1-24,0 mmol L-1 em suor sintético, obtendo-se Limites de detecção e Quantificação de e mol L-1. Tais parâmetros se mostraram adequados já que o suor pode apresentar níveis de aproximadamente 25 mmol L-1 de lactato. De modo geral, foi possível desenvolver uma plataforma eletroquímica no substrato de celulose bacteriana para a detecção de lactato em amostras de suor sintético. O dispositivo desenvolvido apresentou uma boa durabilidade e resistência ao se executarem sucessivas medidas corroborando a viabilidade deste substrato na projeção de sensores vestíveis para a aplicação direta na pele e monitoramento dos níveis de lactato em tempo real. / Lactate is a key metabolite formed in the anaerobic metabolism of glucose in the muscles. It has become an important biomarker in the clinical and sport scopes. Currently, there are portable biosensors that are able to determine lactate levels in real time. However, these methods are invasive since they require blood samples. Herein, we aim to develop a disposable wearable electrochemical biosensor for detection of lactate in sweat. For this purpose the configuration of the device was made with bacterial cellulose substrate in order to be permeable to sweat and resistant to mechanical deformation, especially when wet. The fabrication of the electrodes was made through screen printing technique. Electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry were used to characterize the sensor developed in order to investigate the influence of the electrochemical pre-treatment in the analytical performance of the electrodes. To develop an electrochemical sensor for the detection of hydrogen peroxide the screen printed electrode was modified with Prussian blue nanocubes. Chronoamperometry experiments were used to detect of hydrogen peroxide. From optimized chronoamperometry parameters, a linear dependence of the cathodic current with the hydrogen peroxide concentration was obtained with the equation: Ip = 0.1 + 4.30 [H2O2], with r2 = 0.999 (n = 3). The limit of detection (LOD) and the limit of quantification (LOQ) were mol L-1 e mol L-1, respectively. For the configuration of the electrochemical biosensor the lactate oxidase enzyme was immobilized on the paper surface by the covalent bonding method. Adopting this methodology was verified an increase of the electroactive area that allowed a significant improvement in the performance of the developed sensor. In which a linear concentration range of 1-24.0 mmol L-1 was obtained in the synthetic sweat, obtaining LOD and LOQ of mol L-1 e mol L-1, respectively. Such parameters were adequate since sweat may have lactate levels of approximately 25 mmol L-1. Finally, it was possible to develop an electrochemical platform using the bacterial cellulose substrate for the detection of lactate in samples of synthetic sweat. The developed device presented a good durability and resistance when performing electrochemical measurements assuring the feasibility of this substrate in the projection of wearable sensors for the direct application to skin and monitoring of lactate levels in real time.

Submitted by Thais Silva do Amaral null (thais_rpss@yahoo.com) on 2016-06-03T19:14:32Z No. of bitstreams: 1 Thais Silva do Amaral-Dissertação.pdf: 3804617 bytes, checksum: 8083e47078da73695bac6f8aa62e3778 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-06-08T13:24:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 amaral_ts_me_araiq_par.pdf: 1221750 bytes, checksum: e72ea0e2cee4ebb7654b4a0d18d9289f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-08T13:24:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 amaral_ts_me_araiq_par.pdf: 1221750 bytes, checksum: e72ea0e2cee4ebb7654b4a0d18d9289f (MD5) Previous issue date: 2015-05-12 / Polímeros derivados do petróleo como polietileno tereftalato (PET) e polietileno naftalato (PEN), são utilizados em larga escala como substratos em diversos dispositivos eletrônicos. A crescente preocupação com o meio ambiente nos leva a buscar alternativas sustentáveis na utilização de materiais para fabricação de novas tecnologias. Neste trabalho, com o intuito de avaliar a viabilidade da substituição destes substratos por polímeros naturais, foi explorada uma biocelulose, a celulose bacteriana (CB), secretada por bactérias Acetobacter xylinum, que é um polímero de obtenção ―verde‖, não gerando resíduos ou altos impactos ambientais para ser produzida, além de possuir características desejáveis para ser utilizado como substrato em novos materiais, como resistência mecânica com módulo de Young de 134 GPa, tamanho nanométrico das fibras e transparência. Membranas funcionais foram obtidas pelo crescimento de nanofios de óxido de zinco na sua superfície. Os nanofios de ZnO foram obtidos com comprimento médio de 1,69 ± 0,08 μm e diâmetro de 37,2 ± 4,2 nm. Os materiais foram avaliados estruturalmente pela Difratometria de Raios-x (DRX) e Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), e quimicamente utilizando Espectroscopia de Espalhamento Raman e Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho (FT-IR). Também foram realizadas de medidas de Impedância Elétrica e Análise termogravimétrica (TG/DTG). Por fim os materiais foram testados em três diferentes aplicações: como membrana para fotodegradação de corantes, sensor piezoelétrico e substrato removível para obtenção de fios de ZnO não suportados que se mostraram aplicações viáveis para o material. / Petroleum-derived polymers such as Polyethylene Terephthalate (PET) and Polyethylene Naphthalate (PEN), are largely used as substrates in various electronic devices. The growing concern with the environment leads us to seek sustainable alternatives in the use of materials for the manufacture of new technologies. In this work, in order to assess the feasibility of replacing these substrates by natural polymers, bacterial cellulose (BC) was explored, secreted by bacteria Acetobacter xylinum is a ―green‖ polymer that don’t generate waste or high environmental impacts to be produced, and has desirable characteristics for use as new substrate materials, such as mechanical strength with Young's modulus of 134 Gpa, nano-sized fibers and transparency. Functional membranes were prepared by growing ZnO nanowires on the BC dried membranes surface. The obtained ZnO nanowires presented an average length of 1.69 ± 0.08 m and diameter of 37.2 ± 4.2 nm. Materials were evaluated structurally by X-ray Diffraction (XRD) and High-resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), chemically using Raman Scattering spectroscopy and Vibrational Spectroscopy in the Infrared Region (FT-IR). Electrical Impedance measurements and thermal gravimetric analysis (TG / DTG) were performed as well. Finally the materials were tested in three different applications: as a membrane for dyes photodegradation, piezoelectric sensor and removable substrate for obtaining unsupported ZnO nanowires that are viable applications for the material.

[pt] Nas últimas décadas a tecnologia de displays e células solares evoluiu consideravelmente. Há menos de cinco décadas atrás a tecnologia de volume (bulk) era a mais amplamente utilizada no mundo. Com o surgimento das tecnologias de dispositivos planos ocorreu uma grande revolução e, nos dias atuais, é a tecnologia dominante na área de displays e de células solares. Já a tecnologia do futuro surgiu com a descoberta dos materiais orgânicos semicondutores tornando possível a substituição dos convencionais substratos de vidro por substratos flexíveis, como os substratos poliméricos ou metálicos. Nesta tese foram desenvolvidos diferentes tipos de substratos compósitos poliméricos baseados no termoplástico comercial de alto desempenho, poli(éter imida) (PEI), e na celulose bacteriana (CB), um polímero natural e biocompatível comumente utilizado como pele artificial. Os nanocompósitos foram idealizados para aplicação como substratos flexíveis em dispositivos orgânicos. Três tipos de substratos foram estudados: nanocompósito PEI/nanotubos de carbono (CNTs); nanocompósito CB/PEI; e CB modificada por camada de dióxido de titânio dopado com alumínio (AlTiO2). Os dois primeiros substratos foram utilizados na produção de dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs), enquanto o último na produção de um dispositivo fotodetector em meio aquoso – implante de retina. Os novos materiais foram caracterizados, principalmente, por suas propriedades ópticas e morfológicas, e os resultados foram utilizados para determinar suas possíveis aplicações. O nanocompósito PEI/CNT apresentou propriedades similares ao polímero puro quando produzido com baixas concentrações de CNTs. Para maiores concentrações os resultados obtidos mostraram-se inferiores aos do polímero puro. Já o nanocompósito CB/PEI apresentou propriedades comparáveis ou melhores que dos polímeros puros. Podemos destacar a grande melhoria em sua transparência óptica na região do visível, além de ter sido possível a obtenção de uma rugosidade superficial comparável à encontrada para substratos de vidro e com maior homogeneidade em relação aos substratos de PEI. Ambos substratos foram funcionalizados pela deposição de uma camada de óxido de índio-estanho (ITO), que foi utilizado como eletrodo transparente na produção dos OLEDs. A análise da funcionalização da superfície mostrou que os filmes de ITO sobre os compósitos apresentou propriedades elétricas também comparáveis aos obtidos para substratos de vidro e PEI. No caso do substrato de CB/PEI foi verificada melhor estabilidade do filme de ITO nos testes de flexão, não sendo observado variações no valor de sua resistividade mesmo após sofrer flexão de 5mm de diâmetro. Os dispositivos produzidos no substrato compósito PEI/CNT também apresentaram propriedades semelhantes às obtidas pela utilização do polímero puro. A maior eficiência atingida por ambos dispositivos flexíveis chegou a 1,45 cd/m2, ainda abaixo dos valores obtidos para os substratos de vidro – 2,15 cd/m2 no caso do substrato com ITO comercial e 2,00 cd/m2 no caso do substrato com ITO depositado. Já os dispositivos produzidos no nanocompósito CB/PEI apresentou excelente eficiência (2,50 cd/m2), sendo maior que o obtido para subtratos revestidos com ITO comercial. O substrato de CB/AlTiO2 foi idealizado para melhorar a aderência do ITO no filme de CB quando em contato com a água. O resultado obtido foi bastante satisfatório, pois, além de manter a camada de ITO aderido ao substrato, melhorou em 46 porcento sua rugosidade superficial. Essa modificação na morfologia da superfície acarretou em uma melhora significativa da resistividade elétrica do filme de ITO sobre o substrato flexível, uma redução de aproximadamente 63 porcento. Os substratos modificados foram utilizados para a produção de um dispositivo fotodetector. Os resultados obtidos apontam substratos promissores para a produção de implantes de retinas flexíveis e biocompatíveis. / [en] Over the past decades displays and solar cells technology had substantially evolved. For less than five decades ago the bulk technology was the most widely used worldwide. With the emergence of flat device technology a great revolution has occurred and, nowadays, this is the dominant technology in the field of displays and solar cells. The future technology has begun with the discovery of the organic semiconductor material which makes possible to replace conventional glass substrates for flexible substrates such as polymeric or metallic ones. In this thesis different types of polymeric composite substrates based on commercial high performance thermoplastic polyetherimide (PEI), and a natural and biocompatible polymer commonly used as artificial skin, bacterial cellulose (BC) has been developed. The above mentioned nanocomposites were developed for application as flexible substrates in organic devices. Three types of substrates were studied: PEI/carbon nanotubes (CNTs) nanocomposite; BC/PEI nanocomposite; and BC modified with an aluminum doped titanium dioxide (AlTiO2) layer. The first two substrates were used for the production of organic emitting devices (OLEDs), while the latter one was used for the production of a photodetector device in aqueous medium – retinal prosthesis. The new materials were mainly characterized by its optical and morphological properties and the results were used to determine its possible applications. PEI/CNT nanocomposite presented similar properties to the pure polymer when produced with low CNTs contents. For higher concentrations the results were inferior to those of the pure polymer. BC/PEI nanocomposite has showed comparable or better properties when compared with pure polymers. A highlight was the great improvement in their optical transparency in the visible region of electromagnetic spectrum, and the smooth surface achieved by the nanocomposite – comparable to that found for glass substrates and with better uniformity in relation to PEI substrates. Both substrates were functionalized by depositing a layer of tin doped indium oxide (ITO), which was used as a transparent electrode in the production of OLEDs. The analysis of surface functionalization showed that electrical properties of ITO films onto composites were also comparable to those obtained for glass and PEI substrates. However, BC/PEI substrate presented better ITO film stability in bending tests, showing no changes in its resistivity value even after undergoing 5 mm diameter of bending. The devices produced in the PEI/CNT composite substrate has also similar properties to those obtained by using pure polymer. The higher efficiency achieved by both flexible devices reached 1.45 cd/m2 which is still below the values obtained for the glass substrates – 2.15 cd/m2 in the case of commercial ITO substrate and 2.00 cd/m2 in the case the substrate with deposited ITO. The devices produced onto CB/PEI composite substrates showed excellent efficiency (2.50 cd/m2), a higher value than that obtained for substrates coated with commercial ITO. The CB/AlTiO2 substrate was designed to improve the adhesion of the ITO film onto BC substrate when in contact with water. The result was quite satisfactory, because in addition to maintaining the ITO layer adhered to the substrate it has a 46 percent improvement in surface roughness. This change in surface morphology resulted in a significant improvement of ITO electrical resistivity, a reduction of approximately 63 percent was observed. The modified substrates were used for production of a photodetector device and the results showed a promising substrate for production of biocompatible and flexible retinal prosthesis.

Orientador: Sidney José Lima Ribeiro / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de membranas de cellulose bacterianas (BCM), econômicas e ecologicamente amigáveis com propriedades funcionais. Nanopartículas de sílica esféricas com tamanho de partícula de cerca de 51 ± 4 nm, obtidas pelo método sol-gel e nanopartículas de sílica com tamanho de partículas heterogêneo, extraídas da casca de arroz, foram preparadas e funcionalizadas pelas metodologias in situ e post-grafting, respectivamente, com alcoxisilanos com propriedades easy-cleaning e curcuma. Nanocompósito de anatase SiO2@TiO2 preparado pelo método sol-gel, também foi desenvolvido. Posteriormente, estes nanomateriais funcionais e os organosilanos 1,4 – bis(trietoxissilil)benzeno (BTEB), Bis(trietoxisililpropil)disulfeto (BTPD) and 1,2-Bis(trietoxissilil)etano (BTSE), foram imobilizados com sucesso na BCM, segundo as metodologias in situ e post-grafting. Na BCM funcionalizada com os organosilanos BTEB, BTPD e BTSE, nanopartículas de sílica esféricas com estrutura porosa e distribuição de tamanho de partícula heterogêneo, foram formados nas fibras de celulose. A repelência da BCM funcionalizado com nanopartículas de sílica contendo propriedades de limpeza facilmente melhorada notavelmente. BCM apresenta fobicidade à água, tolueno, cicloexano e solução de suor artificial. Especificamente, a BCM funcionalizada com a amostra SiO2@F13TES segundo as metodologias in situ e post-grafting, apresentam uma superfície quase superhidrofóbica (> 150°). As medições de decomp... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work reports the development of economic and environmentally friendly Bacterial Cellulose Membrane (BCM) with functional properties. The spherical mesoporous silica nanoparticles with average particle size around 51 ± 4 nm, obtained by sol-gel method and spherical silica nanoparticles with heterogeneous particles size distribution (20-40 nm) obtained through agro-industrial waste were prepared and functionalized by in situ and post-grafting methodology, respectively, with alkoxysilanes with easy-cleaning properties and natural dye obtained through natural extracts, namely curcuma. Anatase TiO2@SiO2 spherical nanocomposites prepared by the sol-gel method, have also been developed. Subsequently, these functional nanomaterials and the organosilanes 1,4 – bis(triethoxysilyl)benzene (BTEB), Bis(triethoxysilylpropyl)disulfide (BTPD) and 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethane (BTSE), were successfully incorporated into BCM, by in situ and post-grafting methodologies. In the BCM functionalized with BTEB, BTPD and BTSE, spherical silica nanoparticles with porous structure and heterogeneous particle size, were formed on the cellulose fibers. The surface repellency of the functionalized BCM with silica nanoparticles containing easy-cleaning properties was remarkably enhanced. This BCM displaying phobicity to water, toluene, cyclohexane and artificial sweat. Specifically, the BCM functionalized by in situ and post-grafting with SiO2@F13TES, displayed a surface almost superhydrophobic (> 150°... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor