Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-01-18Bitstream added on 2014-06-13T19:17:16Z : No. of bitstreams: 1 pedro_ro_me_sjrp_parcial.pdf: 308733 bytes, checksum: 9891c3253677398a2eaeee4aa835dae4 (MD5) Bitstreams deleted on 2015-02-09T14:35:39Z: pedro_ro_me_sjrp_parcial.pdf,Bitstream added on 2015-02-09T14:36:20Z : No. of bitstreams: 1 000713827.pdf: 1107831 bytes, checksum: 7123832b50b5229b5f6397201b89b8a2 (MD5) Bitstreams deleted on 2015-02-09T17:15:02Z: 000713827.pdf,Bitstream added on 2015-02-09T17:15:39Z : No. of bitstreams: 1 000713827.pdf: 1107831 bytes, checksum: 7123832b50b5229b5f6397201b89b8a2 (MD5) / Os fungos do gênero Aspergillus, presentes em amendoins, milho, arroz, nozes e outros grãos, são uma constante preocupação nos dias atuais devido a sua capacidade de produzir toxinas cancerígenas. Dentre as várias técnicas de controle desse microrganismo, tem se destacado o uso de produtos naturais, não agressivos ao meio ambiente e de baixo custo, como por exemplo, a quitosana. O presente trabalho apresenta a síntese e caracterização de duas séries de novos derivados de quitosana para utilização como biofungicida contra os fungos Aspergillus flavus e Aspergillus parasiticus. A primeira série descreve a síntese de derivados de quitosana pela reação de quitosana desacetilada (QD) com brometo de propil (Q-Propil) pentil (Q-Pentil) trimetilamônio para obter derivados com proporções crescentes do grau de substituição (GS). A segunda série foi obtida a partir da síntese de sais bi-quaternários de amônio, com a posterior reação com quitosana desacetilada obtendo-se derivados bi-quaternários de quitosana. Todos os derivados foram caracterizados por técnicas de RMN 1 H, infra-vermelho (IR) e titulação potenciométrica e as suas atividades fungicidas testadas contra o crescimento micelial dos fungos A. flavus e A. parasiticus in vitro. Os estudos foram conduzidos variando-se a acidez e a força iônica do meio. Os resultados dos ensaios microbiológicos mostram que as atividades antifúngicas aumentam com o grau de substituição e os derivados mais substituídos de ambas as series, propil e pentil, exibiram respectivamente atividades três e seis vezes maiores que as quitosanas comercial e desacetilada. As concentrações inibitórias mínimas foram avaliadas após 24, 48 e 72 horas, variando-se a concentração dos polímeros de 0,5 a 16 g L -1 e os resultados mostraram que os derivados quaternários inibem o crescimento... / The fungi of the genus Aspergillus, present in peanuts, corn, rice, nuts and other grains, are a constant concern nowadays due to its ability to produce carcinogenic toxins. Among the various techniques for controlling this microorganism it has been emphasized the use of natural products not harmful to the environment and at a low cost, for example, chitosan. This paper presents the synthesis and the characterization of two series of novel derivatives of chitosan for use as biofungicide against the Aspergillus flavus and Aspergillus parasiticus fungi. The first series of derivatives was synthesized by the reaction of deacetylated chitosan (QD) propyl bromide (Q-Propil) and pentyl trimethylammonium (Q-Pentil) for obtaining derivatives with increasing degrees of substitution (GS). The second series was obtained from the synthesis of bi-quaternary salts, with subsequent reaction with deacetylated chitosan to yield bi-quaternary derivatives of chitosan (Q-BPHD). All derivatives were characterized using NMR techniques, infra-red (IR) and potentiometric titration and fungicides activities were tested against A. flavus and A. parasiticus by evaluating the mycelial growth of fungi in vitro. The studies were conducted by varying the acidity and ionic strength of the medium. The antifungal activities increase with the degree of substitution and the most substituted derivatives from both series, propyl and pentyl, respectively exhibited activities three to six times lighter than the commercial and deacetylated chitosans. The minimum inhibitory concentrations were recorded after 24, 48 and 72 hours varying the concentration of polymer from 0.5 to 16 g L -1 and the results showed that the quaternary derivatives inhibit the growth of fungi in concentrations four times lower than deacetylated chitosan . The bi-quaternary derivative (Q-BPHD) showed the... (Complete abstract click electronic access below)

Agentes com propriedades antimicrobianas e antifúngicas são nanoencapsuladas em nanopartículas tendo em vista aumentar os efeitos contra as infecções microbiológicas causadas por Aspergillus ssp. e Staphylococcus aureus. Dentre os sistemas veiculares para entrega de fármacos as nanocápsulas de núcleo lipídico se destacam e tem sido largamente estudadas devido aos seus potenciais terapêuticos. Neste estudo desenvolvemos e caracterizamos as nanocápsulas de núcleo lipídico revestidas com quitosana para assim associar efeitos antimicrobianos, do fármaco e de material de revestimento das nanocápsulas. Para tanto, encapsulamos a dapsona nas nanocápsulas com o propósito obter sua dupla atividade antimicrobiana, associada à da quitosana, material de revestimento. Posteriormente, as nanocápsulas contendo dapsona e revestidas com quitosana foram secas pela técnica de spray-drying a fim de desenvolver uma plataforma tecnológica para a obtenção de produtos intermediários e finais, para futuras aplicações pulmonares ou tópicas dos pós de nanocápsulas. As formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico e as com dapsona revestidas com fosfatidilcolina e polissorbato 80 e fosfatidilcolina, polissorbato 80 e quitosana apresentaram distribuição unimodal. Por meio da microscopia eletrônica de transmissão foi possível observar a coroa hidrofilica das nanocápsulas constituida de estruturas micelas. Os resultados demonstraram uma redução de até dez vezes na concentração de dapsona quando nanoencapsulada em sistema nanoestruturado revestidos com fosfatidilcolina, polissorbato 80 e quitosana em comparação com a administração da dapsona em solução para efeitos antibacterianos. As formulações de nanocápsulas de núcleo lipídico sem o fármaco revestidas com fosfatidilcolina, polissorbato 80 e quitosana também inibiram o crescimento bacteriano e fúngicos quando a quitosana foi administrada nas concentrações relativas. O efeito da quitosana demostrou elevado potencial para inibir o crescimento bacteriano e fúngico. Os pós das nanocápsulas contendo dapsona revestidas com quitosana e secas com leucina apresentaram produtos intermediários para futuras aplicações biológicas, tanto para via respiratória quanto para via tópica a fim coibir as infecções causadas pelos microorganismos. / Agents with antimicrobial and antifungal properties were encapsulated into nanoparticles in order to improve the effects against microbial infections caused by Aspergillus spp. and Staphylococcus aureus. Among the carriers for drug delivery systems of the lipid core nanocapsules have been widely studied because of their therapeutic potential. In this study we have developed and characterized the lipid core nanocapsules coated with chitosan thus to associate antimicrobial effects of the drug to nanocapsules of the coating material. To this end, dapsone was encapsulated into the nanocapsules in order to obtain a double antimicrobial activity, associated to the chitosan coating material. Subsequently, the nanocapsules containing dapsone and coated with chitosan were dried by spray-drying technique in order to develop a technological platform to obtain intermediates and final products for future pulmonary or topical application of nanocapsules powders. The lipid core nanocapsules with and without dapsone coat with phosphatidylcholine and phosphatidyl choline and polysorbate 80, polysorbate 80, and chitosan showed unimodal distribution. By transmission electron microscopy it was possible to observe the crown of hydrophilic nanocapsules consisting of micellar structures. The results showed a reduction of up to ten times the concentration of dapsone when nanocoated in nanostructured system coated with phosphatidylcholine, polysorbate 80 and chitosan compared to administration of dapsone in solution for antibacterial effects.The lipid core nanocapsule formulations without drug coated with phosphatidylcholine, polysorbate 80, chitosan also inhibit bacterial and fungal growth when chitosan was administered in relative concentrations. The effect of chitosan demonstrated high potential to inhibit bacterial and fungal growth.The powder of nanocapsules containing dapsone coated with chitosan and dried with leucine showed intermediate products for future biological applications, for both the airway and topically to prevent infections caused by microorganisms.

O uso da nisina como conservante natural tem aumentado cada vez mais, assim como os estudos para aprimorar o uso desta. Este trabalho visa o aumento da eficiência da nisina na inibição de microorganismos, como a Listeria, através da encapsulação da mesma na forma de nanolipossomas com incorporação de polissacarídeos. Foram testados nanolipossomas de nisina e nanolipossomas de nisina com incorporação de quitosana e incorporação de sulfato de condroitina. As análises mostraram que estes lipossomas tiveram a mesma eficiência que a nisina livre na inibição da L. monocytogenes 4b* e da Listeria sp.* e uma maior eficiência na inibição da L. monocytogenes 4b ATCC 6477. As análises de potencial zeta indicaram que os lipossomas de nisina com e sem incorporação de polissacarídeos possuem carga em torno de -20mV e estes apresentaram estruturas esféricas e não esféricas quando observados através de TEM. Apesar dos nanolipossomas de nisina com incorporação de quitosana apresentarem uma eficiência de encapsulaçãos mais baixa, em torno de 10%, estes tiveram maior estabilidade e também maior eficiência na inibição da Listeria monocytogenes ATCC 7644, quando comparados aos nanolipossomas de nisina com e sem incorporação de sulfato de condroitina, no tempo final de 24h a redução obtida foi de 2 log comparando-se com os demais tratamentos e de 7 log comparando-se aos controles. / The use of nisin, as a natural preservative, has increased, as well as studies to enhance the use of that. The aim of this study is to increase the efficiency of nisin in inhibition of microorganisms such as Listeria, by encapsulating as nanolipossomes incorporated with polysaccharides. Nisin nanoliposomes and nisin nanoliposomes with incorporation of chitosan and chondroitin sulfate were analysed. The analyzes showed that these liposomes had the same efficiency as free nisin in inhibiting L. monocytogenes 4b and Listeria sp., both isolated from bovine carcass, and greater efficiency in inhibiting L. monocytogenes 4b ATCC 6477. The zeta potential analyzes indicated that nisin liposomes with and without incorporation of polysaccharides have a load around -20mV and these showed spherical and nonspherical structures when observed through TEM. Despite of the efficience of nisin nanoliposomes incorporating chitosan present lower values of encapsulation efficiency, around 10%, they were more stable and also more efficient in inhibiting Listeria monocytogenes ATCC 7644 compared to nisin nanoliposomes with and without incorporation of chondroitin sulfate. In the final time of 24 hours the reduction obtained was 2 log compared with the other treatments and 7 log comparing to the controls.

O uso da nisina como conservante natural tem aumentado cada vez mais, assim como os estudos para aprimorar o uso desta. Este trabalho visa o aumento da eficiência da nisina na inibição de microorganismos, como a Listeria, através da encapsulação da mesma na forma de nanolipossomas com incorporação de polissacarídeos. Foram testados nanolipossomas de nisina e nanolipossomas de nisina com incorporação de quitosana e incorporação de sulfato de condroitina. As análises mostraram que estes lipossomas tiveram a mesma eficiência que a nisina livre na inibição da L. monocytogenes 4b* e da Listeria sp.* e uma maior eficiência na inibição da L. monocytogenes 4b ATCC 6477. As análises de potencial zeta indicaram que os lipossomas de nisina com e sem incorporação de polissacarídeos possuem carga em torno de -20mV e estes apresentaram estruturas esféricas e não esféricas quando observados através de TEM. Apesar dos nanolipossomas de nisina com incorporação de quitosana apresentarem uma eficiência de encapsulaçãos mais baixa, em torno de 10%, estes tiveram maior estabilidade e também maior eficiência na inibição da Listeria monocytogenes ATCC 7644, quando comparados aos nanolipossomas de nisina com e sem incorporação de sulfato de condroitina, no tempo final de 24h a redução obtida foi de 2 log comparando-se com os demais tratamentos e de 7 log comparando-se aos controles. / The use of nisin, as a natural preservative, has increased, as well as studies to enhance the use of that. The aim of this study is to increase the efficiency of nisin in inhibition of microorganisms such as Listeria, by encapsulating as nanolipossomes incorporated with polysaccharides. Nisin nanoliposomes and nisin nanoliposomes with incorporation of chitosan and chondroitin sulfate were analysed. The analyzes showed that these liposomes had the same efficiency as free nisin in inhibiting L. monocytogenes 4b and Listeria sp., both isolated from bovine carcass, and greater efficiency in inhibiting L. monocytogenes 4b ATCC 6477. The zeta potential analyzes indicated that nisin liposomes with and without incorporation of polysaccharides have a load around -20mV and these showed spherical and nonspherical structures when observed through TEM. Despite of the efficience of nisin nanoliposomes incorporating chitosan present lower values of encapsulation efficiency, around 10%, they were more stable and also more efficient in inhibiting Listeria monocytogenes ATCC 7644 compared to nisin nanoliposomes with and without incorporation of chondroitin sulfate. In the final time of 24 hours the reduction obtained was 2 log compared with the other treatments and 7 log comparing to the controls.

Made available in DSpace on 2018-08-01T21:58:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10826_DISSERTAÇÃO DE MESTRADO (JONACIR NOVAES DAS VIRGENS (1).pdf: 2898530 bytes, checksum: 48b46f080aa4052ea24556acee922f6c (MD5) Previous issue date: 2017-04-05 / Os denominados biopolímeros, destaque para a quitosana (QUI) e o colágeno (COL), vêm desempenhando um papel importante como biomateriais, esse novo campo de pesquisa na última década tem alcançado avanços notáveis nas áreas de substituição, reconstituição e regeneração tecidual, pois os mesmos apresentam características essenciais como biocompatibilidade, biodegrabilidade e não-citotoxidade. Este trabalho consiste na obtenção e caracterização de membranas de quitosana/colágeno carregadas com nanopartículas de prata obtidas por mistura das soluções poliméricas em diferentes proporções em massa e posterior evaporação do solvente, já as nanopartículas de prata foram obtidas na própria matriz polimérica. As membranas quitosana/colágeno carregadas com nanopartículas de prata foram caracterizadas através das técnicas de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e espectroscopia de energia dispersiva (EDX). Os resultados obtidos demostraram que o método de síntese das membranas por evaporação e a síntese das nanopartículas de prata na matriz polimérica foram realizados com muita eficiência e comprovados pelos resultados obtidos. As blendas de quitosana-colágeno otidas e analisadas por MEV apresentaram uma morfologia formada por estruturas porosas e interconectadas. A proporção em massa de QUI/COL foi importante para a manuntenção da estrutura do colágeno uma vez que na proporção 3:1 (m/m de QUI-COL) observou-se através do espectro vibracional uma diminuição da razão entre os picos de 1235 cm-1 e 1450 cm-1 respectivamente, o que sugere que o aumento da proporção de quitosana acarreta em uma perda da integridade proteíca do colágeno. As nanopartículas de cloreto de prata agregadas a matriz polimérica da quitosana obtidas tinha tamanho médio de 25 nm confirmadas por MET, no difratograma de raios X foram observado picos padrões para nanopartícula de cloreto de prata, no EDX do precipitado obtido da síntese das nanopartículas de prata foi observado além dos elementos prata e cloro a presença dos elementos carbono e oxigênio que confirmam a presença da matriz da quitosana aderida às nanopartículas de cloreto de prata.

Uma variedade de hidrogéis, que correspondem a uma classe de materiais poliméricos altamente hidratados está sendo empregado como biomateriais. Biopolímeros como quitosana, xantana e colágeno apresentam excelente biocompatibilidade e podem ser utilizados na área de queimados e liberação controlada de fármacos. Neste trabalho foram preparados hidrogéis provenientes da mistura entre quitosana, derivada de β-quitina, xantana comercial e colágeno aniônico (derivado de tendão bovino) em proporções variadas. A caracterização das amostras foi realizada por análise térmica (termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial), espectroscopia no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e absorção de água. Pelas curvas termogravimétricas os resultados mostraram que todos os hidrogéis apresentam uma grande quantidade de água na sua estrutura e que pela reidratação são capazes de reter novamente essa quantidade de água. Por DSC observou-se que todos apresentaram o pico referente à fusão de água livre em temperaturas deslocadas acima de 0oC pelo aumento da interação água/polímero. Por FT-IR constatou-se a presença de bandas características dos biopolímeros com a ausência de novas bandas e pelo estudo por MEV os hidrogéis apresentaram uma estrutura na forma de folhas e a presença de colágeno é bastante visível participando desta estrutura. / Hydrogel are polymeric materials, which have the capacity to retain a great amount of water, and are often used as biomaterials. Chitosan, xanthan and collagen present biocompatibility and they can be used in tissue regeneration and drug delivery. In this work hydrogels were prepared by the mixture with chitosan (from β-quitina), commercial xanthan and anionic collagen (from bovine tendon) in different proportions. They were characterized by thermal analysis (thermogravimetry and differential scanning calorimetry), infrared spectroscopy (FTIR), scanning electronic microscopy and water absorption. Thermogravimetric curves showed that all hydrogels present a great amount of water and after the rehydratation were capable to keep the same amount of water. Melting point of water in DSC curves were shifted to higher values due the increase of water/polymer interaction. FT-IR showed characteristic bands of biopolymers with the absence of new bands and the morphology (MEV) showed that the hydrogels structures were in sheet form and the collagen fibers are visible in the hole structure.

Novos sistemas de liberação de fármacos têm sido desenvolvidos com o intuito de melhorar a eficácia terapêutica de muitos fármacos no tratamento de diferentes patologias. Os sistemas microparticulados têm despertado grande interesse devido a suas propriedades, suas vantagens sobre os sistemas de distribuição convencional e, conseqüentemente, melhoria na adesão ao tratamento. As micropartículas de quitosana são exploradas como sistemas de liberação sítio-específico, devido suas propriedades biodegradáveis, biocompatíveis e mucoadesivas. Assim, visando o tratamento da tuberculose, que atualmente é causa prevalente de morte considerando as doenças infecciosas no mundo, neste trabalho micropartículas constituídas de quitosana foram desenvolvidas para veicular isoniazida. A isoniazida, uma hidrazida do ácido isonicotínico, é uma dos fármacos mais poderosos entre os fármacos de primeira linha utilizados no tratamento da tuberculose devido à sua alta eficiência, baixa dose e de baixo custo, tornando-o um bom candidato para o desenvolvimento de uma formulação de liberação sítio-específica. Por spray-drying, as micropartículas inertes e com isoniazida obtidas apresentaram-se esféricas e com ampla distribuição de tamanho de partículas que variou entre 5 e 12 m, potencial zeta positivo e elevada eficiência de encapsulação. O perfil liberação in vitro em tampão fosfato salino (PBS) pH 7,4 apresentou formação de produto de degradação, sendo confirmado por espectrometria de massa como o ácido isonicotínico. Entretanto, a isoniazida mostrou ter uma liberação rápida (1 hora) a partir das micropartículas de quitosana em meio aquoso. Dessa forma, as micropartículas de quitosana desenvolvidas constituem um sistema promissor para veiculação da isoniazida e administração pulmonar e, finalmente, melhoria da terapia da tuberculose. Ademais, adequações do método deverão ser testadas considerando a via de administração pretendida, bem como será necessária a realização de estudos in vivo para avaliar o comportamento dos sistemas desenvolvidos em condições fisiológicas reais e a biodisponibilidade e biodistribuição do fármaco no organismo. / New drug delivery systems have been developed in order to improve the therapeutic efficacy of many drugs in the treatment of different pathologies. Microparticles have attracted great interest due to its properties, its advantages over conventional delivery systems and, consequently, better treatment adherence. The chitosan-based microparticles are exploited as delivery systems for site-specific, because their biodegradable, biocompatible and mucoadhesive properties. Thus, chitosan-based microspheres containing isoniazid were developed to target the treatment of tuberculosis, which is currently prevalent cause of death considering infectious diseases in the world. Isoniazid, an isonicotinic acid hydrazide, is one of the most powerful drugs among first-line drugs used to treat tuberculosis due to its high efficiency, low dose and low cost, making it a good candidate for the development of site-specific delivery system. By spray-drying, the isoniazid-loaded and free microparticles obtained presented wide size particle distribution with particle size ranging between 5 and 12 m, spherical morphology, positive zeta potential and high encapsulation efficiency. The in vitro release profile in phosphate buffered saline (PBS) pH 7.4 showed the formation of degradation product, which was confirmed by mass spectrometry as isonicotinic acid. However, isoniazid release from the microparticles was fast (1 hour) in water. Thus, the developed chitosan microparticles are a promising system as a vehicle to isoniazid and pulmonary administration, and ultimately to improve the therapy of tuberculosis. Moreover, adaptations of the method should be tested considering the intended route of administration and it will be necessary to perform in vivo studies to evaluate the behavior of the systems developed under physiological conditions and actual bioavailability and biodistribution of the drug in the body.

Orientadores: Telma Teixeira Franco, Cristiana Maria Pedroso Yoshida / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:24:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KatoJunior_EdisonTutomu_D.pdf: 14133160 bytes, checksum: 4ca041ce9eb1c6a78d7e55bb1e39489f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Um sensor inteligente foi desenvolvido neste estudo, visando detectar a presença de gás sulfídrico (H2S). A aplicação deste sensor pode ser abrangente, desde aplicações em controle de vazamentos na indústria petroquímica, até o controle de qualidade de produtos alimentícios, uma vez que o H2S é um dos metabólitos liberado por microrganismos contaminantes em condições de anaerobiose. Este sistema tem a função de comunicar a presença de H2S no caso de vazamentos na linha de recuperação em pontos críticos (juntas, válvulas, conecções, etc.) ou informar ao consumidor possíveis alterações microbiológicas no produto durante o transporte e armazenamento, indicando o estado de frescor do produto. O sensor biodegradável e inteligente foi desenvolvido a partir de filmes de quitosana, um polímero natural proveniente do descarte da indústria pesqueira, biodegradável e capaz de formar filmes resistentes, flexíveis e com eficiente barreira a oxigênio. A incorporação dos indicadores de H2S produz um sinal colorimétrico como uma reposta rápida para a presença deste composto. O objetivo deste estudo consistiu na obtenção do sensor inteligente com indicadores de presença de H2S, na caracterização do sensor quanto suas propriedades mecânicas, correlação da gramatura calculada/prática e capacidade de absorção de água, aplicação e avaliação de eficiência do sensor em ambiente real na análise da identificação de contaminação microbiológica e análises visando caracterizar a interação entre o indicador colorimétrico e a matriz de quitosana. O presente trabalho deu origem ao depósito de uma patente junto ao INPI no dia 18 de dezembro de 2009, sob o número de protocolo 018090056144 e junto ao Patent Cooperation Treaty (PCT) no dia 24 de novembro de 2010, sob o número do processo internacional PCT/BR2010/000394 / Abstract: A smart sensor was developed in this study to detect the presence of hydrogen sulphide gas (H2S). This sensor can be applied for leakage control in the petrochemical industry and also in quality control of food products, once the H2S is one of the metabolites released by contaminating microorganisms under anaerobic conditions. This system has the function of communicating the presence of H2S in the case of leaks in the recovery line at critical points (seals, valves, connections, etc.) in petrochemicals. It can inform the consumer possible microbiological changes in the product during transport and storage, indicating the state of freshness of the product. The biodegradable and smart sensor was developed using chitosan, a natural polymer derived from the disposal of the fishing industry, biodegradable and capable of forming resistant, flexible films and efficient barrier to oxygen. The accumulation of trash of hard degradation is increasing worldwide. The incorporation of H2S indicators produces a colorimetric signal as a rapid response to the presence of this compound. The aim of this study was to obtain intelligent sensors with H2S indicators, the characterization of the sensor as its mechanical properties, correlation of the calculated thickness / practice and ability to absorb water, efficienty evaluation in a real environment on the analysis of the identification of microbiological contamination and analysis to characterize the interaction between the chitosan matrix and the colorimetric indicator / Doutorado / Engenharia Química / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Claudio Airoldi / Tese (doutorado) Universidade Estadual decCampinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-19T11:16:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Khan_Adnan_D.pdf: 2119789 bytes, checksum: 13ca789ddefd4cb414a0c729cd9e6479 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O biopolímero quitosana foi quimicamente modificado com a finalidade de inserir diferentes grupos funcionais nas cadeias pendentes, as quais contêm os centros básicos enxofre, nitrogênio e oxigênio, visando o desenvolvimento de novos materiais para a remoção de metais de solução aquosa. Em um procedimento típico, a quitosana reagiu com metacrilato de glicidila através da abertura do anel epóxido de três membros, dispondo da dupla ligação livre. Assim, esse precursor reagiu com aminas: etilenodiamina, dietilenotriamina, trietilenotetramina, 1,4-(3- aminopropil)piperazina, acetilhidrazina e com tióis: 1,2-etanoditiol e 2-aminoetanotiol. A quitosana foi também modificada com o tiocarbamato e diotiocarbamato por meio da reação de adição de Michael, em uma reação de etapa única de três componentes, empregando-se acriloilmorfolina, acrilonitrila e acrilamida como receptores. Os novos derivados modificados obtidos foram caracterizados por meio de análise elementar, espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear no estado sólido para o núcleo de carbono, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura. Os novos materiais sintetizados foram empregados para a sorção dos cátions divalentes cobre, cádmio, chumbo e níquel, a partir de soluções aquosas, de modo a explorar as basicidades de enxofre, nitrogênio e oxigênio ligados às cadeias poliméricas. As capacidades sortivas máximas para tais cátions foram obtidas por meio de isotermas de sorção de Langmuir. A quitosana apresenta a seguinte ordem de sorção dos cátions metálicos: Cu > Cd > Ni > Pb, enquanto que para as quitosanas modificadas com amina apresentaram maiores capacidades, atingindo até o valor 2,97 mmol g para o cobre, refletindo a melhora nessa capacidade devido à incorporação de centros básicos, o que difere do valor da quitosana de 1,40 mmol g, para o mesmo cátion. Já as quitosanas modificadas com tióis apresentaram maiores capacidades para o chumbo. Quando a quitosana foi modificada com tiocarbamato os valores de sorção foram 2,54 e 1,65 mmol g para chumbo e cádmio, respectivamente, refletindo o efeito interativo dos ácidos com a propriedade mole do enxofre. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de isoterma de sorção de Langmuir, Freundlich e Temkin, usando os métodos de regressão linear e não linear. Quatro tipos de equações lineares de Langmuir foram utilizados para a melhor comparação desses ajustes. Há uma pequena variação entre as constantes de isoterma calculadas por meio dos métodos linear e não linear para os modelos de isotermas. No entanto, os valores das funções de erro para não linear são menores do que os determinados pelo método linear. As funções de erro para os sistemas lineares, os valores previstos das constantes de Langmuir e coeficiente de determinação são diferentes para cada tipo de equação de Langmuir linearizada. O valor do coeficiente de determinação obtido a partir de Langmuir do tipo 1 é maior do que os das outras três equações linearizadas e do que os dos modelos de Freundlich e Temkin, sugerindo que esse modelo é o que melhor se ajusta aos dados experimentais. Assim, essa forma linear foi a mais adequada para descrever os dados experimentais, em comparação com os outros dois modelos propostos / Abstract: Biopolymer chitosan was chemically modified in order to insert different functional groups on the pendant chains, which contain nitrogen, sulfur and oxygen basic centers to develop new materials for metal removal from aqueous solution. In a typical procedure chitosan reacted with glycidylmethacrylate through opening the three member epoxide ring, disposing double bond free. Thus, this precursor reacted with amines: ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, 1,4-(3-aminopropyl)piperazine, acetylhydrazine and thiols: 1,2- ethanedithiol and 2-aminoethanethiol. Chitosan was also modified with thiocarbamate and dithiocarbamate moieties through Michael¿s reaction based on a single step three component using acryloilmorpholine, acrylonitrile and acrylamide as acceptors. The new derivatives obtained were characterized by elemental analysis, infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance in the solid-state for the carbon nucleus, thermogravimetry and scanning electron microscopy. The chemically modified materials were employed to divalent cation sorptions such as copper, lead, cadmium and nickel from dilute aqueous solutions, in order to explore the Lewis basic properties of sulfur, nitrogen and oxygen centers attached to polymeric chains of the biopolymers. The maximum sorption capacities for cations were obtained through Langmuir sorption isotherms. Chitosan presents the following sorption order for metallic cations Cu > Cd > Ni > Pb, while the chemically modified chitosan containing amine showed higher capacity, reaching 2.97 mmol g for copper, reflecting the improvement in sorption capacity, since the amount of copper on pristine chitosan gave 1.40 mmol g. Thiols chitosan derivatives gave highest sorption capacity for lead. When chitosan was modified with thiocarbamate the sorption values were 2.54 and 1.65 mmol g for lead and cadmium, respectively, reflecting the interactive effect of these acids with the soft sulfur property. The experimental data were adjusted to the Langmuir, the Freundlich and the Temkin sorption isotherm models using both linear and non linear regression methods. Four types of Langmuir linear equations were used for better comparison of linear and non linear regression methods. There is a small variation between isotherm constants calculated by linear and nonlinear methods for isothermal models. However, the values of the error functions for non linear are much lower than that determined by the linear method. The error functions for linear systems, the predicted values of the Langmuir constants and coefficient of determination are different for each type of linearized Langmuir equation. The value of the coefficient of determination obtained from Langmuir type 1 is higher than that of the other three linearized equations, the Freundlich and the Temkin models, suggesting that Langmuir type 1 is the bestfitting isotherm compared to the other linear forms. Thus, this linear form is more suitable to describe the experimental data, than the other two models / Doutorado / Quimica Inorganica / Dputor em Ciências

Electrospinning is a technique, which can be used to produce nanofibrous materials by introducing electrostatic fields into the polymer solution. Due to their intrinsic properties, such as small fiber diameter, small pore size and large surface area, nanofibres are suitable for use in a variety of applications including wound dressing, filtration, composites and tissue engineering. The study demonstrates the successful and optimised production of Poly(ethylene oxide) (PEO) and chitosan nanofibres by electrospinning. The biocidal effects of chitosan, chitosan-silver nanofibres and silver nanoparticles were successfully investigated. To set up a functional electrospinning apparatus, the PEO solution parameters (concentration, molecular weight, solvent, and addition of polyelectrolyte) and applied potential voltage on the structural morphology and diameter of PEO nanofibres were studied. At lower PEO concentrations, the fibres had morphology with a large variation in fibre diameter, whereas at the higher concentrations, the nanofibres exhibited ordinary morphology with uniform but larger fibre diameters. Higher molecular weight showed larger average diameters when compared to that obtained with the same polymer but of a lower molecular weight. The addition of polyelectrolyte to the polymer solution had an influence on the structural morphology of the PEO. Flow simulation studies of an electrically charged polymer solution showed that an increase in the flow rate was associated with an increase in poly(allylamine hydrochloride) (PAH) concentration for the low molecular weight polymer, the shape and size of the Taylor cone increasing with an increase in PAH concentration for the low molecular weight polymer. During optimization of the PEO nanofibres, based on statistical modelling and using the Box and Behnken factorial design, the interaction effect between PAH concentration and the tip-to-collector distance played the most significant role in obtaining uniform diameter of nanofibres, followed by the interaction between the tip-to-collector distance and the applied voltage and lastly by the applied voltage. The production and optimization of chitosan nanofibres indicated that the interactions between electric field strength and the ratio of trifluoroacetic acid (TFA) and dichloromethane (DCM), TFA/DCM solvents as well as between electric field strength and chitosan concentration had the most significant effect, followed by the concentration of chitosan in terms of producing nanofibres with uniform diameters. Chitosan and chitosan-silver nanofibres could be successfully electrospun by controlling the solution properties, such as surface tension and electrical conductivity with the silver nanoparticles in the chitosan solutions affecting the electrospinnability. The silver nanoparticles in the chitosan solution modified the morphological characteristics of the electrospun nanofibres, while the conductivity and the surface tension were elevated. The fibre diameter of the chitosan and chitosan-silver nanoparticles decreased with an increase in the silver content. The electrospun chitosan nanofibres had a smooth surface and round shape as compared to the silver-chitosan nanofibres with a distorted morphology. The chitosan and chitosan-silver nanofibres as well as the silver nanoparticles exhibited antimicrobial or inhibition activity against S. aureus than against E. coli. S. aureus bacterial culture showed good cell adhesion and spreading inwards into the chitosan nanofibrous membrane. The chitosan-silver nanofibres exhibited a greater minimum inhibitory concentration (MIC), followed by silver nanoparticles and then chitosan nanofibres; suggesting a synergistic effect between the chitosan and silver nanoparticles.