Objetivos: Desenvolver e caracterizar hidrogéis de quitosana contendo capsaicinóides nanoencapsulados, bem como analisar o efeito das nanocápsulas e do veículo nos perfis de liberação dos capsaicinóides. Metodologia: As nanocápsulas foram obtidas (método de deposição interfacial do polímero préformado) utilizando Eudragit® RS100 e triglicerídeos do ácido cáprico/caprílico como parede polimérica e núcleo oleoso, respectivamente, e foram caracterizadas. Para determinação do teor e da taxa de associação da capsaicina e dihidrocapsaicina às nanocápsulas utilizou-se metodologia validada por CLAE-UV. As nanocápsulas contendo capsaicinóides foram incorporadas em hidrogel de quitosana. Para tanto, determinaram-se previamente as características reológicas e o hidrogel ideal para uso tópico. Através dos estudos de liberação in vitro, utilizando método de saco de diálise, foram obtidos os perfis de liberação dos fármacos a partir das nanocápsulas e destas incorporadas no veículo semissólido. Resultados e Discussão: As nanocápsulas apresentaram diâmetro médio de partícula de 153 ± 7nm (PDI < 0,2), potencial zeta de + 9,62 ± 1,48 mV, pH de 5,7 ± 0,1 e uma leve tendência à sedimentação, típica de suspensões. A nanoencapsulação dos capsaicinóides não provocou alterações nas características da formulação. O teor e a taxa de associação foram próximos a 100% para ambos capsaicinóides, considerando concentração de 0,5mg/mL de capsaicinoides na formulação. Foi possível obter um hidrogel de quitosana contendo nanocápsulas adequado para uso tópico. Previamente, observou-se uma grande influência da concentração de quitosana na consistência dos hidrogéis e um comportamento reológico pseudoplástico que não foi alterado pela adição das nanocápsulas. Observou-se uma liberação controlada devido à nanoencapsulação, de modo que dihidrocapsaicina foi liberada mais lentamente do que a capsaicina. Pode-se observar um retardo na liberação da capsaicina, quando as nanocápsulas foram incorporadas no hidrogel. Conclusões: Nanocápsulas estáveis e capazes de controlar a liberação dos capsaicinóides foram obtidas, sendo que tanto o núcleo oleoso quanto o polímero são responsáveis pelo controle da liberação. A formulação semissólida contendo nanocápsulas, obtida a partir do polímero quitosana, manteve a liberação controlada observada e apresentou adequadas características para aplicação tópica. / Purpose: To develop and characterize chitosan hydrogels containing nanoencapsulated capsaicin and dihydrocapsaicin, as well as to analyze the effect of the nanocapsulation and the vehicle on the in vitro release of the capsaicinoids. Methodology: Nanocapsules were obtained (interfacial deposition of the pre-formed polymer method) using Eudragit® RS100 and capric/caprylic triglycerids as the polymeric shell and oily core, respectively, and they were characterized. An HPLCUV validated method was used to determine the drug content and drug encapsulation efficiency. The nanocapsules containing capsaicinoids were incorporated in a chitosan hydrogel. Previously, the rheological properties and the most suitable hydrogel aiming the topical delivery were determined. By means of in vitro release experiments (dialyses bags), the release profiles of the capsaicinoids from the nanocapsules and the gel containing nanocapsules were obtained. Results and Discussion: The nanocapsule formulation presented an average diameter of 153 ± 7nm (PDI < 0.2), the zeta potential was +9.62 ± 1.48 mV, and the pH 5.7± 0.1. A slight tendency to sedimentation was observed, typical of suspensions. The drug encapsulation did not alter the formulation properties. The drug content and encapsulation efficiency were nearly 100% for both capsaicinoids, considering a drug amout of 0.5mg/mL of capsaicinoids in the formulation. A chitosan hydrogel containing nanocapsules were successfully obtanined. The chitosan concentration significantly influenced the consistence of the formulations, and the pseudoplastic behavior did not change after the nanocapsule incorporation. controlled release was observed due to nanoencapsulation, in a way that capsaicin released faster than dihydrocapsaicin. The release of capsaicin from the hydrogel containing nanocapsules presented a delay in comparison with the release from the nanocapsule suspension. Conclusions: Stable nanocapsules capable of controlling the capsaicinoids release were obtained. Both the oily core and the polymeric shell are responsible for the controlled release. The semi-solid formulation containing nanocapsules obtained with the polymer chitosan maintained the controlled release and presented suitable properties for cutaneous applications.

As nanocápsulas poliméricas têm sido alvo de grande interesse por permitirem alterações no tempo de permanência das substâncias no estrato córneo da pele. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da carga de superfície positiva das nanocápsulas revestidas com quitosana sobre as características físico-químicas e avaliar a penetração cutânea in vitro da benzofenona-3 a partir destas nanocápsulas incorporadas em hidrogéis. As nanocápsulas preparadas com Span 60® (NC-S: 234 nm; NC-S-B3: 260 nm; NC-Q-S-B3: 295 nm) apresentaram diâmetros médios maiores do que as preparadas com Epikuron 170® (NC-E: 174 nm; NC-E-B3: 175; NC-Q-E-B3: 202 nm), e todas apresentaram baixos valores de polidispersão (< 0,2), o que foi confirmado por de microscopia eletrônica de transmissão. O revestimento de quitosana conduziu a um potencial de superfície positivo (NC-Q-S-B3: 21 mV, NC-Q-E-B3: 21 mV), enquanto nas nanocápsulas não revestidas esses foram negativos (NC-S-B3: -12 mV, NC-E-B3: -8 mV). O teor de benzofenona-3 e as taxas de associação foram de aproximadamente 100 % para todas as amostras após preparação e após 30 dias de armazenamento. Análises em Turbiscan LAb® mostraram que as nanocápsulas sem revestimento de quitosana preparadas com Span 60® (NC-S-B3) apresentaram tendência à coalescência. As nanocápsulas incorporadas em hidrogéis de Natrosol® em total substituição à água não alteraram o comportamento pseudoplástico originalmente conferido ao Natrosol®. Análises em Turbiscan LAb® dos hidrogéis mostraram que não há tendência à desestabilização para todas as formulações. Estudos de penetração cutânea usando células de difusão de Franz demonstraram que as nanocápsulas contendo benzofenona-3 revestidas com quitosana foram eficazes em prolongar o tempo de residência do filtro solar sobre o estrato córneo da pele e, também, em reduzir a sua chegada ao meio receptor das células de Franz. Em conclusão, o conjunto de resultados indica que as nanocápsulas contendo benzofenona-3 e revestidas com quitosana são sistemas promissores para aplicação cutânea da benzofenona-3. / Polymeric nanocapsules have been considered to be of great interest because of their ability to promote variation in time-residence of substances on the skin stratum corneum. The aim of this work was to evaluate either the positive charged surface, due to chitosan coating, plays any influence in the nanocapsules physico-chemical properties and to evaluate the in vitro skin penetration of benzophenone-3 from these nanocapsules after incorporation in hydrogels. The nanocapsules prepared with Span 60® (NC-S: 234 nm; NC-S-B3: 260 nm; NC-Q-S-B3: 295 nm) presented higher average diameter than the ones prepared with Epikuron 170® (NC-E: 174 nm; NC-EB3: 175; NC-Q-E-B3: 202 nm), and all of them presented low polidispersity values (under 0,2), results that were confirmed by transmission electronic microscopy. The chitosan coating led to a positive zeta potential (NC-Q-S-B3: 21 mV, NC-Q-E-B3: 21 mV) while the uncoated nanocapsules presented negative zeta potential (NC-S-B3: - 12 mV, NC-E-B3: -8 mV). All the samples showed an amount of benzophenone-3 of 100 % after preparation and 30 days of storage. The drug entrapment was 100 % for all formulations. Turbiscan LAb® analyses demonstrated that the uncoated nanocapsules, prepared with Span 60®, have the tendency to coalescence. The incorporation of the nanocapsules in Natrosol® hydrogels, by substitution of the water for the nanocapsules suspension, did not cause any alteration in the originally observed pseudoplastic reological behavior of Natrosol®. Turbiscan LAb® analyses have also shown no tendency to destabilization for all hydrogel formulations. Skin penetration studies using Franz diffusion cells, have shown that the chitosan coated nanocapsules containing benzophenone-3 were considered to be efficient in prolonging the time-residence of the sunscreen in the stratum corneum and also in reducing its presence in the receptor medium of the Franz cells. In conclusion, the results indicate that the chitosan coated nanocapsules containing benzophenone-3 are promising systems for cutaneous application of the referred sunscreen.

Removal of dyes in industrial effluents has received attention due to increased awareness and stricter environmental laws. Adsorption is one of the techniques successfully employed for effective removal of color. Research has been directed to the type of adsorbent in use. In this work, we used chitosan and its derivatives by physical and chemical modification. The adsorbents in addition to Chitosan (Q) obtained by modification were chitosan crosslinked with Glutaraldehyde (QG), Chitosan Ball crosslinked with Glutaraldehyde dried Alcohol (EQGA), Chitosan Ball crosslinked with Glutaraldehyde dried Greenhouse (EQGE) Chitosan ball crosslinked with glutaraldehyde dried by lyophilization (EQGL), Chitosan Ball with gold nanoparticles incorporated on silica inserted NaOH crosslinked with Glutaraldehyde dried by lyophilization (EQnAuSiO2 - NaOHGL) and Chitosan Ball with gold nanoparticles incorporated on silica inserted into crosslinked gel with Glutaraldehyde dried by lyophilization (EQnAuSiO2 - gelGL). The materials produced were characterized and important information showing the difference between materials, although they are essentially chitosan. The dye used in this work was the dye Reactive Orange 16 (RO16). The best conditions for the adsorption of the dye were obtained by kinetic tests, and thermodynamic equilibrium. For kinetic assays, the equilibration time was about 200 min for the adsorbents. The removal percentage of RL16 dye was around 83% and 99%, with the exception of EQGA which reached a minimum of 13%. As for the kinetic model, we studied the kinetics of pseudo first order and pseudosegunda order, with all adsorbents framed in the kinetics of pseudosegunda order, futher on the analysis by intraparticular diffusion, confirming the influence of more than onde fator in the adsorption. The Langmuir and Freundlich model were used to fit the experimental data, with the QG materials, EQGA and EQGE adjusted to Langmuir isotherm and Q, EQGL, EQnAuSiO2 - NaOHGL and EQnAuSiO2 - gelGL adjusted to Freundlich isotherm. Regarding the various forms of drying the chitosan beads produced, the method by lyophilization presented better removal of the dye under study, including comparing with pure chitosan and chitosan crosslinked with glutaraldehyde. Thus, by comparing the lyophilized adsorbents observed greater efficiency EQnAuSiO2 - gelGL in the removal of the dye with a maximum adsorption capacity of 5000 mgg-1 at 25 °C. According to the thermodynamic information, the adsorptive process is endothermic for QG, EQGA and EQGE being exotherm to Q EQGL, EQnAuSiO2 - NaOHGL and EQnAuSiO2 - gelGL. The enthalpy are supported by the free energy data indicating spontaneous process for Q, EQGL, EQnAuSiO2 - NaOHGL and EQnAuSiO2 - gelGL, and not spontaneous QG, EQGA and EQGE. The results show that the dry sorbent by lyophilization containing gold nanoparticles with incorporation silica at room temperature are the best conditions, according to the data of this work for the removal of dye RO16 can this be used as an alternative for the treatment of wastewater from textile industry. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A remoção de corantes em efluentes industriais tem recebido enorme atenção, devido ao aumento da conscientização e ao maior rigor das leis ambientais. A adsorção é uma das técnicas empregada com sucesso para remoção efetiva da cor. Pesquisas vêm sendo direcionadas para o tipo de adsorventes em uso. Neste trabalho, utilizou-se quitosana e seus derivados por modificação física e química. Os adsorventes além da quitosana (Q), obtidos por modificação da mesma foram, Quitosana reticulada com Glutaraldeído (QG), Esfera de Quitosana reticulada com Glutaraldeído seca à Álcool (EQGA), Esfera de Quitosana reticulada com Glutaraldeído seca à Estufa (EQGE), Esfera de Quitosana reticulada com Glutaraldeído seca por Liofilização (EQGL), Esfera de Quitosana com nanopartículas de ouro incorporadas em sílica inseridas em NaOH reticulada com Glutaraldeído seca por Liofilização (EQnAuSiO2 – NaOHGL) e Esfera de Quitosana com nanopartículas de ouro incorporadas em sílica inseridas em gel reticulada com Glutaraldeído seca por Liofilização (EQnAuSiO2 – gelGL). Os materiais produzidos foram caracterizados e informações importantes mostram a diferença entre os materiais, apesar de serem essencialmente quitosana. O corante utilizado no presente trabalho foi o corante Reativo Laranja 16 (RL16). As melhores condições para a adsorção deste corante foram obtidas, mediante ensaios cinéticos, de equilíbrio e termodinâmicos. Para os ensaios cinéticos, o tempo de equilíbrio foi em torno de 200 min para os adsorventes. O percentual de remoção do corante RL16 foi em torno de 83% e 99%, com exceção do EQGA que chegou a atingir um mínimo de 13%. Quanto ao modelo cinético, foram estudados a cinética de pseudoprimeira ordem, pseudosegunda ordem, estando todos os adsorventes enquadrados na cinética de pseudosegunda ordem, além da análise por disfusão intrapartícula, confirmando a influência de mais de um fator na adsorção. Os modelos de Langmuir e Freundlich foram utilizados para ajustar os dados experimentais, estando os materiais QG, EQGA e EQGE ajustados para isoterma Langmuir e Q, EQGL, EQnAuSiO2 – NaOHGL e EQnAuSiO2 – gelGL ajustados para isoterma Freundlich. Em relação as diferentes formas de secagem das esferas de quitosana produzidas, o método por liofilização apresentou a melhor remoção do corante em estudo, inclusive comparando com a quitosana pura e a quitosana reticulada com glutaraldeído. Desta forma, ao comparar os adsorventes liofilizados observa-se uma maior eficiência para EQnAuSiO2 – gelGL na remoção do corante, com uma capacidade máxima de adsorção de 5000 mgg-1 a 25 °C. De acordo com as informações termodinâmicas, o processo adsortivo é endotérmico para QG, EQGA e EQGE, sendo exotérmico para Q, EQGL, EQnAuSiO2 – NaOHGL e EQnAuSiO2 – gelGL. As informações de entalpia são corroboradas pelos dados de energia livre indicando processo espontâneo para Q, EQGL, EQnAuSiO2 – NaOHGL e EQnAuSiO2 – gelGL, e não espontâneo para QG, EQGA e EQGE. Os resultados obtidos mostram que o adsorvente seco por liofilização contendo nanopartículas de ouro com incorporação de sílica à temperatura ambiente são as melhores condições, segundo os dados deste trabalho para a remoção do corante RL16 podendo este ser empregado como alternativa para o tratamento dos efluentes aquosos da indústria têxtil.

Micropartícula de quitosana complexada com íons metálicos [Fe(II), Fe(III), Zn(II)] foram preparadas e caracterizadas a fim de se obter sistemas microparticulados para a adsorção de substâncias. A técnica de preparo utilizada foi a secagem por aspersão, através da qual se obteve micropartículas esféricas colapsadas e com superfície rugosa. O tamanho de partícula foi influenciado tanto pela reação de reticulação com glutaraldeído como pela presença e tipo do metal utilizado para a formação do complexo. A adsorção do ciprofloxacino pelas micropartículas desenvolvidas foi estudada em meio aquoso, O estado de equilíbrio foi influenciado pelo tipo de metal presente na micropartícula e pela concentração inicial de ciprofloxacino na solução. Com o intuito de descrever o mecanismo de adsorção, foram utilizados modelos matemáticos de isotermas de Langmuir e Freundlich, sendo que os dados apresentaram um melhor ajuste para a isoterma de Freundlich. Através da análise de modelos de cinética de pesudo-primeira-ordem e pseudo-segunda-ordem, verificou-se que os dados melhor se ajustaram ao modelo de pseudo-segunda-ordem, indicando que o mecanismo de adsorção do ciprofloxacino pelas micropartículas é através de quimissorção. A determinação da capacidade de adsorção do ciprofloxacino, conduzido in vitro, demonstrou que as micropartículas de quitosana-Fe(III) e quitosana-Zn(II) apresentam efetividade de adsorção. Com isso as micropartículas de quitosana-Fe(III) foram encapsuladas por uma matriz de pectina, sendo este utilizado para a adsorção de antimicrobianos residuais presentes no cólon. A estabilidade das esferas foi determinada em meios digestivos simulados, onde se verificou uma estabilidade de 1 h e 5 h nos meios gástricos e intestinal, respectivamente. Quando as esferas foram incubadas no meio colônico, observou-se uma degradação dependente da concentração de pectina. Com o intuito de evitar a adsorção do ciprofloxacino no meio intestinal, as esferas foram revestidas com Eudragit RS. Estudos de adsorção em meio colônico simulado demonstrou que a capacidade de adsorção das micropartículas de quitosana-Fe(III) não é afeta pela encapsulação na matriz de pectina. O sistema desenvolvido demonstra ser promissor para a extração do ciprofloxacino presente no meio colônico simulado. / The aim of this work was to develop, characterize chitosan- metal ion [Fe(II), Fe(III), Zn(II)] microparticle, and evaluate the adsorption capacities of ciprofloxacin by these complexes. The microparticles were prepared by a spray drying method. They showed good sphericity and a roughness surface morphology. The particle size was influenced by crosslinking reaction and by the kind of metal ion onto the microparticle. A batch adsorption system was applied to study the adsorption of ciprofloxacin from aqueous solution by chitosan-metal ion crosslinked microparticle. The adsorption process was fast, and the equilibrium contact times were influenced by the kind of metal ion onto microparticle. The Langmuir and Freundlich adsorption models were used for mathematical description of the adsorption equilibrium, and it was found that experimental data fitted well to Freundlich model. Adsorption models, based on the assumption of the pseudo-first-order and pseudo-second-order mechanism showed that the pseudo-second-order adsorption mechanism is predominant, and the adsorption process appears to be controlled by the chemical reaction. Chitosan-Fe(III) and chitosan-Zn(II) microparticle demonstrated the highest adsorption of ciprofloxacin. Chitosan-Fe(III) microparticle was encapsulated in a pectin matrix. The system was used for the adsorption of colonic residual antibiotics responsible by the emergence of resistance. The stability of the beads was carried out on simulated digestive media. Beads incubated in simulated gastric and intestinal medium were stable for 1 h and 5 h, respectively. When incubated in simulated colonic medium, beads were then degraded by pectinases contained in the medium. Coating with Eudragit RS was needed to prevent the early adsorption of antibiotics in intestinal medium. Adsorption studies in simulated colonic medium show that the adsorption capacity of chitosan-Fe(III) is not modified after encapsulation within pectin beads making the elimination reaching the colon clinically feasible.

As β-glicosidades são enzimas que catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas. São amplamente encontradas na natureza em plantas, frutas e animais. Possuem diversas aplicações biotecnologicas podendo ser amplamente empregadas na indústria de alimentos e bebidas afim de melhorar a qualidade de aroma, sabor, coloração e viscosidade do produto. Este estudo apresenta o processo de imobilização de uma β-glicosidase comercial em suporte de quitosana e a obtenção de um derivado ativo e estável, para ser aplicado no processamento de vinhos aumentando a complexidade aromática de vinhos joven. A imobilizaçãpo foi realizada em suporte de quitosana, reticulado com glutaraldeído, atingindo 100% de eficiência na imobilização com 50mg de proteína por grama de suporte e 65% de atividade recuperada no derivado imobilizado. A imobilização além de contribuir para um maior controle do processo, alterou algumas características da β-glicosidase, a qual demonstrou manter uma atividade mais alta em faixas mais amplas de pH, quando comparada a enzima livre. A β-glicosidase imobilizada apresentou grande estabilidade podendo ser reutilizada por mais de 30 ciclos, mantendo sua atividade inicial. A aplicação da β-glicosidase no vinho foi realizada em batelada, por um tempo de 90 min, sob agitação. A análise por SPME/GC-MS revelou um aumento na concentração terpenos, quando comparada a amostras não tratadas. Houve um aumento na concentração de geraniol, citronelol, linalol e nerol. A aplicação da β-glicosidase foi bem sucedida, liberando os compostos aromáticos em um curto períuodo de tempo de contato. O processo de reutilização mostra que o biocatalisador imobilizado é uam ferramenta vantajosa para a indústria de bebidas. / β-glucosidases are enzymes that catalyze the hydrolysis of glycosidic bonds. They are widely found in nature at plants, fruits and animals. They have various biotechnological applications being largely used in food and beverage industry for the enhance the product viscosity, coloration, flavour and aroma qualities. This study presents a commercial β-glucosidase immobilization in chitosan support in order to obtain an active and stable derivative, enabling its application in winemaking, enhancing the aromatic complexity in young wines. The immobilization process was conducted in chitosana support, cross-linked with glutaraldehyde, reaching 100% efficiency in immobilization with 50 mg of protein per gram of support and 65% recovered activity in imobilized derived. The immobilization of the enzyme contributes to greater control of the process, changed some features of β-glucosidase, which proved to be more stable at pH changes when compared to free enzyme. Also the immobilized β-glucosidase showed great operational stability been reused for more than 30 cycles maintaining its initial activity. The application of β-glucosidase in the wine was held in batch for 90 minutes under stirring. The analyzis by SPME / GC-MS revelead a increasement in terpens concentration when compared to the sample without treatment. Was noticed a increase in geraniol, citronellol, linalool and nerol concentration. Apliccation of β-glucosidase was sucesfull, releasing aromatic compounds in contact for a short period of time. The reuses process showed that the immobilized biocatalyst is a advantageous tool for the beverage industry.

Un des enjeux relatifs à la durabilité des isolants thermiques dans l’industrie du bâtiment est l’utilisation de composites issus d’agro-ressources. Ces composites sont généralement mis en œuvre en l’état ou agglomérés par des liants minéraux ou issus de la synthèse. Afin d’explorer l’utilisation de liants polysaccharidiques pour la conception de panneaux isolants à base de broyats de tiges de tournesol (renfort), le chitosane a été choisi comme polysaccharide modèle. Après une première étape de caractérisations physico-chimique, thermique et mécanique du liant et du renfort, un plan d’expérience composite centré a été établi afin de trouver les meilleures valeurs de granulométrie des particules, de ratio massique liant/renfort et de contrainte de compactage influant sur les propriétés thermo-mécaniques des composites. Un composite doté d’une propriété d’isolation thermique de l’ordre de 0,06 W.m-1.K-1 et d’une contrainte à la rupture en traction et en compression de l’ordre de 2 MPa a été obtenu avec un ratio massique en chitosane de 4,3 % et une granulométrie de broyats de tiges de tournesol de 6,3 mm. Ses performances mécanique et thermique sont supérieures à celles des autres isolants biosourcés actuellement sur le marché. Dans une démarche d’éco-conception un travail de formulation du liant par réticulation covalente (génipine) et par ajout d’autres biopolymères (alginate, guar, amidon), dotés de propriétés liantes, a été réalisé via l'élaboration d'un plan d'expérience factoriel fractionnaire. Les résultats montrent la possibilité de conserver des propriétés mécaniques et thermiques satisfaisantes tout en minimisant la quantité de chitosane utilisé. / One of the issues relating to the sustainability of thermal insulation in the building industry is the use of composites derived from agricultural resources. These composites are typically agglomerated with mineral binders or from synthesis. To explore the use of polysaccharide binders for the conception of insulation panels based one sunflower stem aggregates (reinforcement), chitosan has been chosen as polysaccharide model. After a first stage of physico-chemical, thermal and mechanical characterizations of the binder and the reinforcement, an experimental design was established to find the best values of the particle size, the ratio binder/reinforcement and the compaction stress affecting the thermo-mechanical properties of the composites. A composite with a thermal insulation of about 0.06 W.m-1.K-1 and a maximum strength (in tension and compression modes) of 2 MPa was obtained with a ratio chitosan/sunflower stalk aggregates of 4.3 % and a size of 6.3 mm for the aggregates. The mechanical and thermal performances are superior to that of other biobased insulators available on the market. Formulation of the binder by covalent crosslinking (genipin) and by the addition of other biopolymers (alginate, guar gum, starch) with binding property has been achieved through the development of a fractional factorial experimental design. The results show the ability to maintain satisfactory mechanical and thermal properties with reducing chitosan content.

OLIVEIRA, Ulisses Marcondes Freire de. Desenvolvimento de biocatalisadores utilizando lipases de Rhizomucor mihei (RML) imobilizada em suporte de quitosana e sua aplicação na síntese de ésteres butirato de metila e butirato de etila. 2012. 272 f. : Tese (doutorado) - Univerisdade Federal do Ceará, Doutorado em Biotecnologia da Rede Nordeste de Biotecnologia - RENORBIO, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-05-30T14:39:42Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_ umfoliveira.pdf: 5868740 bytes, checksum: fb87a06503cdae0af0e790f65341b983 (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-05-30T14:43:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_ umfoliveira.pdf: 5868740 bytes, checksum: fb87a06503cdae0af0e790f65341b983 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-30T14:43:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_ umfoliveira.pdf: 5868740 bytes, checksum: fb87a06503cdae0af0e790f65341b983 (MD5) Previous issue date: 2012 / Lipases (glycerol ester hydrolases, EC3.1.1.3) are versatile catalysts with broad and diverse possibilities of industrial applications. Its main application is essentially catalyze the hydrolysis of triglycerides. However, in micro-aqueous environments these enzymes have the ability to catalyze the reverse reaction of esterification. These enzymes do not require cofactors, have relatively low cost, are regioespecific, enantioselectives and may act on a broad range of temperature and pH. This work aimed to develop alternative technologies using enzymatic routes mediated by lipase from Rhizomucor miehei (RmL) immobilized on chitosan support in the presence of some classes of surfactants for the production of methyl butyrate and ethyl butyrate, two esters widely used in cosmetic and food industries. In this study two immobilization strategies were evaluated. In the first, the enzymes were immobilized in the presence of selected surfactants on chitosan supports previously activated with glutaraldehyde. In the second immobilization strategy, chitosan was crosslinked with glutaraldehyde after prior adsorption of the enzymes in the presence of surfactants. Among the immobilization procedures studied, the best results were achived when the enzyme was immobilized onto chitosan support in the presence of the surfactant sodium dodecyl sulphate SDS (0.23% m v-1) for 1 h at 4 ° C and 220 rpm, followed by crosslinking with 0.6% glutaraldehyde (v v-1) for 1 h at 25 ° C. In esterification experiments conducted with the best derivative, a detailed study of the parameters that affect the reaction rates were performed. The best yields were obtained when the reactions were conducted at 25 ° C, 6h and 150 rpm using n-heptane as a solvent. For methyl butyrate maximum esterification yield was 89% and for ethyl butyrate the maximum conversion observed was 92%. The results were comparable to yields observed when the esterification reactions were carried out with the commercial enzyme Lipozyme® and the soluble enzyme under the same reaction conditions. / Lipases (glicerol éster hidrolases, E.C.3.1.1.3) são catalisadores versáteis com amplas e diversificadas possibilidades de aplicação industrial. Sua principal aplicação é essencialmente catalisar a hidrólise de triglicerídeos. Entretanto, em ambientes micro-aquosos estas enzimas possuem a habilidade de catalisar a reação reversa de esterificação. Estas enzimas não requerem cofatores, possuem custo relativamente baixo, são regioespecíficas, enantiosseletivas, além de atuarem em uma larga faixa de temperatura e pH. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo desenvolver tecnologias alternativas utilizando rotas enzimáticas mediadas por lipase de Rhizomucor miehei (RmL) imobilizada em suporte quitosana na presença de algumas classes de surfactantes para a produção de butirato de metila e butirato de etila, dois ésteres amplamente utilizados na indústria de cosméticos e de alimentos. Neste estudo, duas estratégias de imobilização foram avaliadas. Na primeira, a enzima foi imobilizada na presença dos surfactantes selecionados em suporte quitosana previamente reticulado com glutaraldeído. Na segunda estratégia de imobilização, o suporte utilizado foi reticulado com glutaraldeído após prévia adsorção da enzima na presença dos surfactantes. Dentre os procedimentos de imobilização estudados, os melhores resultados foram obtidos quando a enzima foi previamente adsorvida no suporte quitosana na presença do surfactante dodecil sulfato de sódio (0,23% m.v-1) por 1h a 4°C e 220 rpm, seguido de reticulação com glutaraldeído 0,6% (v.v-1) por 1h a 25°C. Nos ensaios de esterificação utilizando o melhor derivado obtido, foi efetuado um estudo detalhado dos parâmetros que afetam as taxas de conversão. Os melhores rendimentos foram obtidos quando as reações foram conduzidas a 25°C, 6h e 150 rpm utilizando n-heptano como solvente. Para o butirato de metila, o rendimento máximo de esterificação foi de 89% e para o butirato de etila a maior conversão observada foi de 92%. Os resultados obtidos foram comparáveis aos rendimentos de esterificação observados quando foi utilizada a enzima comercial Lipozyme® nas mesmas condições reacionais.

Sistemas nanocarreadores de moléculas orgânicas têm emergido como promissores sistemas para aplicação na terapêutica e/ou diagnóstico. No presente trabalho foram desenvolvidas nanocápsulas poliméricas contendo, em seus diferentes domínios, sondas fluorescentes capazes de fornecer imagem quando analisadas em microscópio de fluorescência confocal, mostrando as potencialidades do sistema como agente para imagem ótica. Uma importante característica de moléculas propostas como marcadores fluorescentes, é que não haja sobreposição dos espectros de absorção e emissão de fluorescência. Para tanto, foi utilizado um corante sintético do grupo dos benzoxazólicos (HBO-C8) para marcação do núcleo lipofílico, e os polímeros PCL e quitosana foram ligados covalentemente aos corantes rodamina B e alaranjado de acridina, respectivamente. As formulações desenvolvidas e caracterizadas com dois ou três marcadores apresentaram caráter nanotecnológico e as fotomicrografias de transmissão revelaram que as nanopartículas contendo HBO-C8 e PCL-Rho (sem quitosana), preservou a morfologia da nanopartícula. Adicionalmente, o HBO-C8 foi quantificado na formulação contendo HBO-C8 e PCL-Rho, onde verificou-se que 98% do corante está internalizado na nanopartícula, alcançando assim, o objetivo proposto de usá-lo como sonda para marcação do núcleo lipofílico. Por meio da microscopia de fluorescência confocal, foram obtidas imagens dos marcadores fluorescentes colocalizados, para as formulações contendo dois ou três domínios fluorescentes, demonstrando que essas nanocápsulas podem ser propostas como uma plataforma promissora para serem empregadas como sondas para imagem ótica. / Nanocarriers systems of organic molecules have emerged as promising systems for application in therapy and diagnosis. In the present study polymeric nanocapsules containing fluorescent probes in their different domains, capable of providing image when analyzed in confocal fluorescence microscope, showing the potential of the system as an agent for optical imaging. An important feature of proposed molecules as fluorescent probes, there is no overlap of the spectra of absorption and fluorescence emission. Thus, a group of synthetic dye benzoxazólicos (HBO-C8) to mark the lipophilic core, and PCL and chitosan polymers were covalently linked to dye rhodamine B and acridine orange , respectively. The formulations developed and characterized with two or three markers showed nanotechnological character and transmission photomicrographs showed that nanoparticles containing PCL-Rho and HBO-C8 (without chitosan) preserved morphology of the nanoparticle. Additionally, the HBO-C8 was was quantified on formulation contained HBO-C8 and PCL-Rho, where it was found that 98% of the dye is internalized in the nanoparticle thus reaching the purpose proposed to use as a probe for marking the lipophilic core . By images of confocal fluorescence microscopy were obtained the colocalized of fluorescent markers to formulations containing two or three fluorescent domains, demonstrating that these nanocapsules can be proposed as a promising platform to be used as probes for optical image.

Os processos de separação com membranas estão presentes nas mais diversas aplicações industriais. Em especial, a microfiltração e a ultrafiltração vêm sendo extensivamente utilizadas no tratamento de água e de efluentes. Com o aumento da demanda, muitos estudos têm sido feitos para melhorar o desempenho dos processos com membranas, porém a escolha apropriada da membrana é um fator crucial para atingir esse objetivo. As membranas à base de polietersulfona (PES) estão entre as mais utilizadas industrialmente para esse tipo de aplicação devido às suas excelentes propriedades mecânicas, estabilidade térmica e resistência química. No entanto, por serem pouco hidrofílicas, essas membranas apresentam baixos fluxos de água e elevada tendência ao fouling e ao biofouling. A fim de melhorar essas propriedades, muitos autores têm proposto modificações nas membranas para torná-las mais hidrofílicas e, portanto, aumentar o fluxo de água e diminuir o fouling. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo preparar membranas de ultrafiltração de PES, utilizando a ftaloil-quitosana (FQ) como aditivo, a fim de se obter membranas com propriedade antifouling. Membranas de PES e PES/FQ foram preparadas pelo processo de inversão de fases e caracterizadas quanto à morfologia, à estrutura química, à estabilidade térmica, ao caráter hidrofílico, à permeância hidráulica, à massa molar de corte (MMC) e ao desempenho em ultrafiltração de solução proteica. As membranas modificadas com o aditivo apresentaram estrutura mais heterogênea e com macrovazios maiores, maior caráter hidrofílico e maior permeância hidráulica. Os resultados de MMC não foram conclusivos. No teste de ultrafiltração, essas membranas apresentaram maiores fluxos e menor tendência ao fouling, indicando que o aditivo utilizado foi adequado na melhoria das propriedades desejadas. A retenção proteica, a perda de fluxo e a recuperação de fluxo após limpezas não apresentaram diferenças significativas. / In recent years, membrane separation processes have been widely used in all kinds of industries and applications. Particularly microfiltration and ultrafiltration have been extensively used for drinking water and wastewater treatments. With the increasing demand, many efforts have been done in order to enhance the process performance, but the choice of the appropriate membrane is a crucial factor to achieve this goal. Polyethersulfone (PES) based membranes are among the most commonly used for such applications due to their excellent chemical resistance, thermal stability and mechanical properties. However, because of its low hydrophilicity, these membranes have low water flux and high fouling and biofouling tendency. In order to improve these properties, many authors have proposed membrane modifications to make them more hydrophilic and thus increase the water flux and reduce fouling. Within this context, this work aimed to prepare PES ultrafiltration membranes using phthaloyl-chitosan (FQ) as an additive in order to obtain membranes with antifouling property. PES and PES/FQ membranes were prepared by phase inversion process and their morphology, chemical structure, thermal stability, hydrophilicity, hydraulic permeance, molecular weight cutoff (MWCO) and performance in ultrafiltration of protein solution were characterized. The membranes modified with additives showed more heterogeneous structure with larger macrovoids, higher hydrophilicity and higher hydraulic permeance. The MWCO results were inconclusive. In the ultrafiltration test, these membranes exhibited higher fluxes and lower fouling tendency, indicating that the additive used was adequate in improving the desired properties. The protein retention, flux reduction and flux recovery after cleaning showed no significant differences.

Orientadora: Profa. Dra. Christiane Bertachini Lombello / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2014. / A engenharia de tecidos envolve o desenvolvimento de novos materiais ou dispositivos capazes de interações específicas com os tecidos biológicos, buscando a utilização de materiais biocompatíveis que devem servir como arcabouço para o crescimento de células in vitro, organizando e desenvolvendo o tecido que posteriormente será implantado no paciente. Uma variedade de arcabouços como hidrogéis e polímeros, sintéticos e naturais, têm sido investigados para a expansão de condrócitos in vitro, visando o reparo da cartilagem lesionada. Uma molécula de interesse particular na regeneração de cartilagem é o ácido hialurónico (AH). Trata-se de um biopolímero atraente para a fabricação de arcabouços artificiais para engenharia de tecidos por ser biocompatível e biodegradável. A biocompatibilidade do AH deve-se ao fato de estar presente na matriz extracelular nativa, deste modo, cria-se um ambiente propício que facilita a adesão, proliferação e diferenciação celular, para além da existência de sinalização celular específica, o que contribui para a regeneração do tecido. O uso de hidrogel composto de ácido hialurónico e quitosana (QUI) também tem sido investigado em aplicações de engenharia de tecidos de cartilagem, com resultados promissores. A utilização da QUI visa a aprimorar as propriedades mecânicas do AH, para uma proposição futura de aplicação clínica na regeneração da cartilagem articular. Baseando-se nestas informações, este trabalho visa avaliar inicialmente os aspectos da interação celular com biomaterial polimérico a base de AH em blendas com QUI. A abordagem da hipótese levantada envolve a síntese e análises de intumescimento e degradação da blenda polimérica; a inoculação de células no biomaterial; análises de citotoxicidade, adesão, proliferação e morfologia celular sobre a blenda. O ensaio de intumescimento demonstrou a capacidade hidrofílica da blenda, o que resultou em um aumento de 300 % de sua massa inicial após 24 horas de imersão em solução aquosa. Os dados de degradação permitiram a previsão do comportamento das amostras de blenda em PBS em até 30 dias, mostrando que tais amostras apresentam boa estabilidade em PBS, apresentando praticamente nenhuma perda de massa (3 %) no período analisado. A avaliação da citotoxicidade mostrou que os biomateriais, incluindo o AH, a QUI e a blenda, não foram citotóxicos para células Vero. Com a análise quantitativa realizada com o MTT pode-se verificar uma viabilidade celular de 98 % para a blenda, confirmando assim a sua não citotoxicidade. Os ensaios de microscopia de luz e eletrônica das células cultivadas sobre a blenda demonstraram adesão, espalhamento e proliferação celular sobre este biomaterial, diferenciados do padrão controle das células. Com isto, pode-se inferir que a blenda produzida a partir de AH e QUI é um hidrogel promissor para aplicações em Engenharia de Tecido, objetivando futuramente o tecido cartilaginoso. / Tissue engineering involves the development of new materials or devices capable of specific interactions with biological tissues, searching the use of biocompatible materials as scaffolds for cell growth in vitro, organizing and developing tissue that is subsequently implanted into patient. A variety of scaffolds such as polymeric hydrogels, natural and synthetic, have been investigated for the expansion of chondrocytes in vitro in order to repair the damaged cartilage. An hydrogel of particular interest in cartilage regeneration is hyaluronic acid (HA). HA are attractive biopolymers for manufacturing artificial scaffolds for tissue engineering it is biocompatible and biodegradable. The biocompatibility of HA is due to the fact that it is present in native extracellular matrix, thus creates an environment, which facilitates the adhesion, proliferation and differentiation, in addition to the existence of specific cell signaling, which contribute to tissue regeneration. The use of hydrogel composed of hyaluronic acid and chitosan has also been investigated for applications in tissue engineering of soft tissues, like cartilage, with promising results. The use of chitosan aims to improve the mechanical properties of HA. Based on this information, this study aims to evaluate initial aspects of cell interaction with the polymeric biomaterials based on hyaluronic acid in blends with chitosan. The approach to hypothesis involves synthesis and analysis of swelling and degradation of the polymer blend; inoculation of cells on the biomaterial; analysis of cytotoxicity, adhesion and cell morphology on the blend. The swelling assay demonstrated hydrophilicity of the blend, resulting in an increase of 300 % of its initial weight after 24 hours of immersion in aqueous solution. The degradation data allowed the prediction of the behavior of the samples blend in PBS for up to 30 days, showing that these samples had good stability in PBS, with practically no weigth loss (3 %) in the period analyzed. The evaluation of cytotoxicity showed that the biomaterials, including hyaluronic acid, chitosan and the blends, were non cytotoxic for Vero cells. The quantitative analysis performed with the MTT can verify a cell viability of 98 % for the blend, thus confirming its not cytotoxicity. The experiments of light and electron microscopy of .cultured cells on the blend showed adhesion, spreading and proliferation on this biomaterial, distinguished from the pattern of the control cells. These results showed that the blends produced from CHI and HA hydrogels are promising for applications in tissue engineering, aiming at future cartilaginous tissue.