A comprovação de que siRNA pode ser usado para supressão de genes em diferentes células de mamíferos atraiu grande atenção como nova possibilidade de tratamento para diversas doenças. No entanto, para aplicação terapêutica de siRNA é necessário o desenvolvimento de um sistema de liberação efetivo e não tóxico, que permita a captação celular do siRNA e também que evite a sua degradação por enzimas. A capacidade de supressão de genes promovido pelo siRNA depende tanto do número de moléculas de siRNA transfectadas quanto da taxa de duplicação da célula. Uma das formas farmacêuticas que vem sendo amplamente utilizadas na literatura com o objetivo de prolongar e proteger a liberação de fármacos são as formulações com capacidade de formação de gel in situ. Desta forma, a presente pesquisa teve por objetivo o desenvolvimento farmacotécnico de formulações líquido cristalinas com formação de gel in situ após administração por via subcutânea para veiculação sustentada de siRNA. Misturas adequadas de monoleína, propilenoglicol, tampão Tris e polietilenoimina ou oleilamina (polímero e lipídeo catiônico, respectivamente) formaram sistemas precursores capazes de se geleificar in situ com excesso de água e, como demonstrado pelo estudo de absorção de água, a formação do gel é um processo rápido. As formulações desenvolvidas também foram eficientes para complexar o siRNA comprovando a importância da incorporação dos aditivos catiônicos aos sistemas. A liberação in vitro dos sistemas líquido cristalinos mostraram que a liberação é dependente da taxa de absorção de água e os estudos in vivo em modelo animal para avaliação da formação do gel in situ e toxicidade demonstraram que o gel se forma in vivo com a absorção de água dos fluidos corporais, sendo biodegradável e biocompatível. Os sistemas desenvolvidos mostraram-se promissores para o tratamento de doenças onde a administração localizada e sustentada de siRNA é necessária. / The evidence that siRNA can be used for suppression of genes in different mammalian cells attracted wide attention as a new possibility of treatment for various diseases. However, for siRNA therapeutic application is necessary to develop an effective non-toxic delivery system, which facilitate the siRNA cell uptake and avoid its degradation by enzymes. The genes suppression promoted by siRNA depends on the number of siRNA molecules transfected as the cell replication rate. One of the dosage forms that have been widely used in literature in order to prolong and protect the drug release is the in situ gelling formulations. Thus, the present study aimed the development and characterization of the in situ gelling liquid crystal-based systems for subcutaneous application of siRNA in gene therapy. Appropriate mixtures of monoolein, propylene glycol, Tris buffer and polyethyleneimine or oleylamine (cationic polymer and lipid, respectively) was able to form precursor formulation that gelling in water excess and, as demonstrated by the swelling studies, the gel formation is a fast process. The developed formulations were also effective for complexing the siRNA, indicating the importance of the incorporation of cationic additives in the systems. The in vitro release study showed that the release is dependent on the water absorption rate. In vivo studies in animal models have shown the gel is formed in vivo after water uptake of body fluids, and it is biodegradable and biocompatible. The systems developed are promising for the treatment of diseases where the local and sustained administration of siRNA is necessary.

Consideramos o modelo de Maier-Saupe com a discretização de Zwanzig para as possíveis orientações das moléculas de cristais líquidos nemáticos. Esse modelo reproduz a transição de fases nemático-isotrópica dos cristais líquidos termotrópicos em acordo com a teoria fenomenológica de Maier e Saupe. Introduzimos variáveis desordenadas de forma a fim de descrever uma eventual estrutura biaxial em uma mistura binária de moléculas uniaxiais oblatas e prolatas. Para uma desordem do tipo quenched, o diagrama de fases do modelo possui uma fase nemática biaxial estável. Para uma desordem do tipo annealed, a estrutura biaxial é termodinamicamente instável. Esses resultados são confirmados realizando um contato com a teoria de Landau-de Gennes. Para ganhar intimidade com os cálculos estatísticos estudamos também um modelo para uma mistura binária de magnetos de Ising na rede. Para ir além dos resultados de campo médio, formulamos o modelo de Maier-Saupe discretizado na rede de Bethe. A análise desse problema é realizada através das relações de recorrência para a função de partição. A transição nemático-isotrópica é localizada através de uma expressão para a energia livre obtida pelo engenhoso método de Gujrati. Considerando o problema das misturas binárias de moléculas nemáticas e utilizando o formalismo adequado à fluidez das partículas annealed, tanto uma análise de estabilidade linear das relações de recorrência quanto uma análise termodinâmica proibem a existência da fase nemática biaxial. / We consider the Maier-Saupe model with the Zwanzig restriction for the orientations of the liquid-crystalline molecules. This model describes the nematic-isotropic phase transition of the thermotropic liquid-crystals. In order to study an elusive biaxial structure on a binary mixture of rods and discs, we add new disordered shape variables. For a quenched distribution of shapes, the system displays a stable biaxial nematic phase. For a thermalized distribution of shapes, however, the biaxial structure is forbidden. These results are confirmed through a connection with the Landau-de Gennes theory. To gain confidence in the use of these techniques, we also studied a model for a binary mixture of Ising magnets on a lattice. In order to go beyond the mean-field calculations, we consider the discretized Maier- Saupe (-Zwanzig) model on a Bethe lattice. The analysis of the problem is performed by the iteration of some recurrence relations. The isotropic-nematic phase transition is determined through the free energy that comes from the Gujrati method. For the problem of a binary mixture of prolate and oblate molecules, using a formalism suitable for the fluidity of the nematic molecules, we show that both thermodynamic and dynamic analyses of stability preclude the existence of a nematic biaxial phase.

Esta pesquisa mostrou a viabilidade técnica da utilização de células de cristais líquidos nemáticos (CLNs) como elementos sensores eletro-ópticos de tensões elétricas eficazes (RMS). Duas foram as filosofias abordadas na concepção desses sensores: a modulação em amplitude da intensidade da luz polariza atuando em células transmissivas e a tensão de Freedericksz atuando em células reflexivas. Os sensores baseados na primeira filosofia foram denominados, nesta pesquisa, de sensores de escala de cinza (EC) e os segundos de sensores de gráfico de barras (GB). O sensor EC foi desenvolvido para aplicações em altas tensões. Este sensor é constituído por um divisor de tensão capacitivo, onde o braço de baixa tensão é composto por uma célula de cristal nemático torcida (CLNT). O sensor EC alia as vantagens dos tradicionais sistemas eletro-ópticos, tais como a imunidade às interferências eletromagnéticas (IEM); o alto isolamento elétrico proporcionado pela fibra óptica; com as vantagens de ser um sistema com um simples aparato óptico, então indutivo. O sensor GB mostrou-se mais versátil que o sensor EC. Neste sensor o braço de alta tensão do divisor de tensão capacitivo foi confeccionado na própria célula. Além disso, o sensor GB é menos sensível a influências térmicas, sendo neste caso mais indicado para aplicações de campo. Além das vantagens citadas acima, os sensores desenvolvidos apresentam as características de possuírem baixo custo, facilidade de instalação, versatilidade e empregarem tecnologia nacional. Também neste trabalho, foram estudados e determinados modelo físicos e elétricos que melhor representam o comportamento das células de CLNs. Os modelos físicos permitiram expandir o conhecimento sobre o comportamento de dispersão dielétrica presente nestes materiais devido ao movimento de impurezas iônicas; ao movimento molecular, e ao acúmulo de cargas espaciais nas interfaces entre as camadas de alinhamento e o cristal líquido, e também, auxiliaram na compreensão dos parâmetros físicos que influenciam no comportamento anisotrópico da permissividade dielétrica e da condutividade elétrica dos CLNs. Os modelos elétricos, além de auxiliarem na compreensão dos mecanismos físicos auxiliando com isso a proposição de modelos fenomenológicos, também mostraram-se uma poderosa ferramenta a ser aplicada na otimização de processos de fabricação e no desenvolvimento de dispositivos utilizados na confecção de mostradores de informação (LCDs). Estes modelos elétricos foram testados e utilizados em programas computacionais dedicados à simulação de circuitos elétricos, e puderam auxiliar sobremaneira no desenvolvimento do sensor GB. / In this research the technical viability of the usage of nematic liquid crystal (NLC) cells as sensor elements of effective electric voltage (RMS) is presented. Two approaches were adopted for the conception of these sensors: the modulation in width of the intensity of the polarized light acting in transmissive cells and the voltage of Freedericksz acting in reflexive cells. The sensors based on the first approach were termed grayscale sensors and the second were bargraph sensors. A grayscale sensor was developed for applications in high voltage. This sensor is constituted by a capacitor voltage divider, where the low voltage arm is composed of a cell of twisted nematic liquid crystal (TNLC). The grayscale sensor combines the advantages of traditional electro-optical systems, such as immunity to the electro-magnetic-interference (EMI) and the high electric insulation provided by the optical fiber; associated to characteristics of being a simple optical apparatus and a non-inductive system. The bargraph sensor has shown to be more versatile than the grayscale sensor. In this bargraph sensor the high voltage arm of the capacitor voltage divider was built in the CLNT cell itself, facilitating its use in both high and low voltages. Besides, the bargraph sensor is less sensitive to thermal influences, being in this case more suitable to field applications. In addition to the advantages mentioned above, both sensors developed showed characteristics of low cost, installation easiness, versatility and indigenous technology. Due to the need of establishing parameters for the development of the electric voltage sensor, also in this research, physical and electric models that best represent the behavior of NLC cells were obtained. The physical models allowed expanding the knowledge about the behavior of dielectric dispersion present in these materials due to the movement of ionic impurities, molecular movement, and the accumulation of space charge in the interfaces between the alignment layers and the liquid crystal. These models have also contributed to the understanding of the physical parameters that influence the anisotropic behavior of both dielectric permittivity and electric conductivity of NLCs. Besides, the electric models helped in the understanding of the physical mechanisms aiding in the proposition of phenomenological models. They have also proved to be a powerful tool to be applied in the optimization of production processes, as well as in the development of devices used in liquid crystal displays (LCDs). These electric models were tested and used in software for the simulation of electric circuits and could aid greatly in the development of bargraph sensors.

Estruturas líquidas cristalinas estão presentes em materiais compostos por moléculas com anisotropia de forma e são caracterizadas por uma ordem orientacional de longo alcance. Na mesofase nemática as moléculas alongadas tendem a se alinhar paralelas entre si, a direção média de orientação define é caracterizada por um vetor unitário, chamado de diretor n. Os cristais líquidos liotrópicos são obtidos usualmente a partir da dispersão de moléculas anfílicas em água. Essas moléculas anfílicas, por terem uma parte polar e uma parte apolar, tendem a formar agregados anisotrópicos, com a parte polar da molécula na superfície. Esse tipo de estrutura esta presente em todos os seres vivos e o exemplo mais clássico é a membrana da célula. A existência de uma superfície de contorno ou uma fronteira modifica as propriedades de um material na vizinhança dessa fronteira. Isso é particularmente verdadeiro para os cristais líquidos, que são muitos sensíveis as condições de contorno, mesmos quando estas não são tão intensas. De fato essa propriedade e bastante útil para a fabricação de dispositivos eletro-ó pticos. Um dos efeitos de superfície mais evidente é a mudança no ordenamento das moléculas devido a quebra de simetria na superfície. Nas fases nemáticas esse efeito microscópico resulta na formação de uma camada superficial com uma ordem posicional que se estende ao longo de uma certa distância no volume. 0 outro efeito resulta da origem a mudanças significativas no estado orientacional das moléculas no volume devido a presença de forças superficiais. Esse efeito é conhecido como ancoramento. Na ausência de campos extemos ou condições de contorno qualquer orientação é igualmente provável. Neste trabalho serão apresentados os resultados de investigação das propriedades de cristais líquidos liotrópicos na interface com um substrata. Estudamos o comportamento dinâmico da camada superficial quando o campo magnético é aplicado e induz uma re­ orientação do diretor. Nesse estudo são utilizadas amostras de cristal líquidos liotrópicos. / Liquid crystalline structures are found in materials made from molecules which are anisotropic in shape; such material are characterized mainly by a long range orientational order. In the nematic phase, the rodlike molecules tend to align parallel to each other. The average orientation defines a unit vector, called director n. Lyotropic liquid crystals are usually obtained by the dispersion of amphiphilic molecules in water. Due the fact that these molecules present a polar head and a non-polar tail, they tend to form aggregates with the polar part at the aggregate surface. This type of struc­ ture is present in all living being; the most classical example is the cell membrane. The existence of a boundary surface affects the properties of a material close to this boundary. This particularly true for liquid crystals, which are very sensitive to boundary conditions, even when weak. Indeed, this property is quite useful in the fabrication of electro-optic devices. One of the most obvious surface effect is the change in the molecules organization due to a breaking of the symmetry at the boundary surface. In the nematic phases, this microscopic effect results in the formation of a surface la yer with a positional order that extends through the bulk up to a certain distance from the surface. The other effect of the surface results in a change in the orientational state of the molecules in the volume due to the sur face forces. This macroscopic effect is known as anchoring. In the absence of any external field or boundary conditions, all molecular orientation is equally probable. In this work, we will present some results of the investigation of the properties of lyotropic liquid crystals at the interface with a solid substrate. We have studied the dy­ namic of the surface layer when a applied magnetic field induces a reorientation of the nematic director. In this study different systems were used: lyotropic liquid crystals in the nematic phase, ferronematics (nematic phase doped with ferrofluid) and filled nematics (nematic phase doped with silica nano-spheres). By means of transmittance measurements.

A Terapia Fotodinâmica (TFD) é uma modalidade de tratamento de câncer relativamente nova e promissora. Baseia-se na utilização de uma substância fotossensibilizante e luz para provocar um dano seletivo ao tecido alvo, sendo que a seletividade ao órgão/tecido deve ser reconhecida como uma das vantagens no tratamento do câncer. Atualmente, o desenvolvimento de sistemas de liberação e promotores de absorção visando a otimização da liberação tópica de fotossensibilizadores, apresenta-se como um promissor e inexplorado campo de pesquisa na TFD do câncer de pele. Sistemas de liberação compostos por monoleína, um lipídeo polar biocompatível, e água são capazes de aumentar a permeação de fármacos na pele, além de serem capazes de controlar a liberação dos mesmos. No presente estudo foram desenvolvidas e caracterizadas nanodispersões de cristais líquidos como sistemas de liberação para os fotossensibilizadores Protoporfirina IX (PpIX) e Ftalocianinas de Zinco (ZnPc) e Cloro Alumínio (ClAlPc), objetivando otimizar a penetração cutânea destes na epiderme. As nanodispersões foram avaliadas em relação a sua eficiência de encapsulação, estabilidade física e química dos fotosensibilizadores veiculados, bem como a permeação e retenção cutânea in vitro e in vivo por microscopia de fluorescência. Estudos de pré-tratamento foram realizados, objetivando-se verificar o efeito promotor de absorção cutânea das nanodispersões desenvolvidas. Os experimentos de eficiência de encapsulação e estabilidade mostraram que as nanodispersões são um sistema de liberação adequado a aplicação tópica de fotosensibilizadores. Os experimentos in vitro mostraram que as nanodispersões aumentaram a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc no estrato córneo em, respectivamente, 3,4 e 11,7 vezes, quando comparadas a formulação controle. Na epiderme mais derme sem estrato córneo, os aumentos promovidos pelas nanodispersões foram de 6,5 e 9,7 vezes para a PpIX e ClAlPc. No experimento in vivo as nanodispersões aumentaram a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc no estrato córneo em, respectivamente, 13,7 e 7,0 vezes, quando comparadas ao controle, sendo que na epiderme mais derme sem estrato córneo somente as nanodispersões foram capazes de promover a penetração cutânea destes fotossensibilizadores nestas camadas da pele. A visualização da penetração cutânea dos fotosensibilizadores por microscopia de florescência confirmou os resultados obtidos nos experimentos in vivo de que as nanodispersões foram superiores ao controle em aumentar a penetração cutânea da PpIX e ClAlPc em camadas mais profundas da pele. Os resultados obtidos mostraram que as nanodispersões desenvolvidas são sistemas de liberação promissores para a PpIX e ClAlPc no tratamento do câncer de pele na TFD uma vez que aumentaram in vitro e in vivo a penetração cutânea destes na epiderme. / Photodynamic therapy (PDT) is a relatively new and promising cancer treatment modality that involves the administration of a photosensitizing drug and its subsequent activation by light to produce activated oxygen species that selectively destroy target cells. Recently, PDT to treat skin cancer is focused on the development of drug delivery systems and penetration enhancers that aim to optimize the topical release of photosensitizers. Drug delivery systems based on monoolein, a biocompatible polar lipid, and water are able to enhance the cutaneous penetration of drugs and control their release. Liquid crystal nanodispersions were developed and characterized in this project as delivery systems for the photosensitizers Protoporphyrin IX (PpIX) and Zinc and Chloroaluminum phthalocyanines (ZnPc and ClAlPc), aiming to increase their topical penetration in the epidermis. The physical stability of the nanodispersions, their encapsulation efficiency and the chemical stability of the photosensitizers incorporated were tested. In vitro and in vivo skin penetration tests were performed to verify the efficacy of the nanodispersions in enhancing the topical delivery of the photosensitizers. In vitro pre-treatment tests were conducted to determine if the nanodispersions are able to increase the skin penetration of the photosensitizers by a penetration enhancing effect. Stability and encapsulation efficiency tests showed that nanodispersions are an adequate topical delivery system for photosensitizers. In vitro experiments showed increased PpIX and ClAlPc penetration in the stratum corneum, respectively, of 6.5- and 9.7-fold for the nanodispersions compared to the control. In the epidermis with dermis, without stratum corneum, the increase promoted by the nanodispersions for PpIX and ClAlPc were, respectively, of 6.5- and 9.7-fold. Experimental retention in vivo confirmed that when the nanodispersions were used as carrier, PpIX and ClAlPc concentrations in the stratum corneum were about 13.7- and 7.0-fold higher, respectively, than control. In the epidermis with dermis, without stratum corneum, only the nanodispersions were able to promote the skin penetration of these photosensitizers. Visualization of PpIX and ClAlPc skin penetration by fluorescence microscopy confirmed that the nanodispersions increased the skin penetration of these photosensitizers in deeper skin layers. The results showed that the nanodispersions are promising topical delivery systems in the PDT of skin cancer once they increased in vitro and in vivo the topical penetration of PpIX and ClAlPc in the epidermis.

Neste trabalho estudamos a influência do tamanho molecular médio sobre a natureza da transição de fase esmética A (SA)-colestérica (C) líquido-cristalina para os compostos termotrópicos de miristato de colesterila (C14), nonanoato de colesterila (C9) e misturas binárias de C14 e C9 e caproato de colesterila (C6) e C9. Medidas de microscopia óptica foram realizadas para determinar as temperaturas de transição de fase SA C e C-isotrópica (I). Isto possibilitou a escolha dos intervalos de temperatura próximos às transições de fases, como referências para as outras técnicas utilizadas no trabalho. A natureza das transições de fase (descontínua, também denominada de primeira ordem, ou contínua) foi inferida através das análises de medidas de densidade e entálpicas. Os resultados evidenciaram que a transição passa de primeira ordem para contínua quando o tamanho molecular médio e a temperatura reduzida, r (definida como a razão entre as temperaturas de transição de fases SA C e C I ), decrescem no sistema. A ocorrência de uma transição de fase SA C contínua foi observada para a concentração de 65% de C9 na mistura C6 C9, para o valor de r ~ 0, 92. Propriedades mesoscópicas dos compostos estudados, como a distância entre as camadas esméticas na fase SA, dSA, o tamanho molecular médio, , no domínio C, e o comportamento do tamanho de correlação, , ao longo das transições de fase, foram determinadas da análise dos picos de difração de raios X. Os dados revelaram que dSA diminui com o decréscimo do tamanho molecular médio, como era esperado. Além disso, os valores de obtidos na fase C, próximos à transição I C, concordam com os tamanhos moleculares médios calculados supondo que as moléculas estejam em conformação estendida. Mais ainda, foi observado um aumento no tamanho de correlação na fase C quando a temperatura é reduzida da fase I para a fase SA, representando um aumento no grau de ordem orientacional. Contudo, o parâmetro troca abruptamente na transição C SA. Tal descontinuidade diminui com o decréscimo do tamanho molecular médio (e assim com r). Para o sistema particular composto por 65% C9 : 35% C6, onde identificamos um transição de fase contínua SA C, observamos um comportamento de (T TSAC)0,5 no domínio da fase C, em bom acordo com a teoria de campo médio. / The influence of the mean molecular length on the nature of the smectic A (SA)- cholesteric (C) liquid crystal phase transition has been studied for cholesteryl myristate (C14), cholesteryl nonanoate (C9) and binary mixtures of C14 and C9 and cholesteryl caproate (C6) and C9. Optical microscopy was carried out to determine the temperatures of the SAC as weel as the C - isotropic (I) phase transitions. This allowed the choice of the optimum temperature interval near the phase transitions. Information concerning the nature of the transitions (descontinuous, also referred to as first order, or continuous) was evaluated through the analysis of the density and enthalpic measurements. The results have evidenced that the transition crosses over from first order to continuous when both the mean molecular length and the reduced temperature, r (ratio between SAC and CI phase transition temperatures), decrease in the system. The occurrence of a continuous SA C phase transition is observed for a concentration very near 63.1 molar percent of C9 in the C6 C9 mixture (65 wt% C9 : 35 wt% C6), at r ~ 0.92. Mesoscopic properties of the systems, as the distance between the smectic layers in the SA phase, dSA, the mean molecular length, , in the C domain, and the correlation length, , behavior along the phase transitons, were determined from the X-ray difraction peaks. The data have revealed that dSA decreases as the mean molecular length is reduced, as it was expected. Moreover, values obtained in the C phase near the I C phase transition agree with the mean molecular lengths calculated from the corresponding extended molecule lengths. In addition, an increase in the correlation length in the C phase is observed, as the temperature is reduced from I to SA phases, representing an increase in the orientational order. Nevertheless, the parameter jumps in the C SA phase transition. Such discontinuity decreases as the mean molecular length (and hence the reduced temperature) diminishes. For the particular system composed of 65 wt% C9 : 35 wt% C6, where a continuous SA C phase transition was identified, a behavior of (T TSAC)0,5 in the C domain was observed, in good agreement with the mean field theory.

A comprovação de que siRNA pode ser usado para supressão de genes em diferentes células de mamíferos atraiu grande atenção como nova possibilidade de tratamento para diversas doenças. No entanto, para aplicação terapêutica de siRNA é necessário o desenvolvimento de um sistema de liberação efetivo e não tóxico, que permita a captação celular do siRNA e também que evite a sua degradação por enzimas. A capacidade de supressão de genes promovido pelo siRNA depende tanto do número de moléculas de siRNA transfectadas quanto da taxa de duplicação da célula. Uma das formas farmacêuticas que vem sendo amplamente utilizadas na literatura com o objetivo de prolongar e proteger a liberação de fármacos são as formulações com capacidade de formação de gel in situ. Desta forma, a presente pesquisa teve por objetivo o desenvolvimento farmacotécnico de formulações líquido cristalinas com formação de gel in situ após administração por via subcutânea para veiculação sustentada de siRNA. Misturas adequadas de monoleína, propilenoglicol, tampão Tris e polietilenoimina ou oleilamina (polímero e lipídeo catiônico, respectivamente) formaram sistemas precursores capazes de se geleificar in situ com excesso de água e, como demonstrado pelo estudo de absorção de água, a formação do gel é um processo rápido. As formulações desenvolvidas também foram eficientes para complexar o siRNA comprovando a importância da incorporação dos aditivos catiônicos aos sistemas. A liberação in vitro dos sistemas líquido cristalinos mostraram que a liberação é dependente da taxa de absorção de água e os estudos in vivo em modelo animal para avaliação da formação do gel in situ e toxicidade demonstraram que o gel se forma in vivo com a absorção de água dos fluidos corporais, sendo biodegradável e biocompatível. Os sistemas desenvolvidos mostraram-se promissores para o tratamento de doenças onde a administração localizada e sustentada de siRNA é necessária. / The evidence that siRNA can be used for suppression of genes in different mammalian cells attracted wide attention as a new possibility of treatment for various diseases. However, for siRNA therapeutic application is necessary to develop an effective non-toxic delivery system, which facilitate the siRNA cell uptake and avoid its degradation by enzymes. The genes suppression promoted by siRNA depends on the number of siRNA molecules transfected as the cell replication rate. One of the dosage forms that have been widely used in literature in order to prolong and protect the drug release is the in situ gelling formulations. Thus, the present study aimed the development and characterization of the in situ gelling liquid crystal-based systems for subcutaneous application of siRNA in gene therapy. Appropriate mixtures of monoolein, propylene glycol, Tris buffer and polyethyleneimine or oleylamine (cationic polymer and lipid, respectively) was able to form precursor formulation that gelling in water excess and, as demonstrated by the swelling studies, the gel formation is a fast process. The developed formulations were also effective for complexing the siRNA, indicating the importance of the incorporation of cationic additives in the systems. The in vitro release study showed that the release is dependent on the water absorption rate. In vivo studies in animal models have shown the gel is formed in vivo after water uptake of body fluids, and it is biodegradable and biocompatible. The systems developed are promising for the treatment of diseases where the local and sustained administration of siRNA is necessary.

Neste trabalho investigamos os efeitos de superfícies de contorno e de confinamento na ordem orientacional de cristais líquidos, onde utilizamos cristais líquidos termotrópicos e liotrópicos. A importância deste estudo deve-se à aspectos tanto de interesse tecnológico (formas de alinhamento) como de pesquisa básica. Com relação aos cristais líquidos termotrópicos, determinamos que cargas eletrostáticas superficiais induzidas por esfregamento influenciam as propriedades orientacionais do cristal líquido, essas cargas foram medidas com a técnica de microscopia de força eletrostática (EFM). Estudamos novas formas de alinhamento ao tratar a superfície com polímeros fotosensíveis, onde foi possível introduzir uma competição entre dois potenciais superficiais de alinhamento (grades de relevo e fotoalinhamento) e geramos padrões microtexturizados com diferentes direções de alinhamento, o que pode ser aplicado na elaboração de dispositivos biestáveis. Em ambos os casos, uma forma de alinhamento local pode ser obtida com o uso de um microscópio óptico de campo próximo (SNOM). Com o uso de um surfactante (OTE) produzimos um perfil periódico de alinhamento homeotrópico e planar para tentar observar estados orientacionais esperados teoricamente, além de propor novos tratamentos superficiais. As análises topográficas foram feitas com medidas de microscopia de força atômica (AFM) e as análises de textura do cristal líquido com um microscópio óptico de luz polarizada. O efeito do confinamento de uma amostra de cristal líquido liotrópico foi investigado através do comportamento dinâmico induzido por campos magnéticos externos, dando evidências de uma transição de fase induzida apenas pelo confinamento da amostra. A ocorrência desta transição de fase foi confirmada através de medidas diretas com o uso de técnicas ópticas não-lineares, como a geração de segundo harmônico e Varredura-Z. / In this work we investigated the boundary surface and confinement effects on the orientational order of liquid crystals, where we used thermotropic and lyotropic liquid crystals. The importance of these studies refers to technological and fundamental research aspects. Regarding to the thermotropic liquid crystals, we determined that the electrostatic charges induced by rubbing of polymeric surfaces influence the liquid crystal orientational properties, these charges were measured with the electrostatic force microscopy technique (EFM). We studied new liquid crystal aligning forms with photosensitive polymers, where it was possible to impose a competition between two surface aligning potentials (surface relief gratings and photoalingment) and we created microtextured patterns of diferent alignment directions, which favors the use in bistable devices. In both cases, a local treatment can be achieved with a scaning near-field optical microscope (SNOM). With a surfactant (OTE) we produced periodic patterns of homeotropic and planar states to investigate the possibility of new orientational states induced to the liquid crystal, which are expected theoretically. The topographic analysis were done by atomic force microscopy (AFM) measurements and the liquid crystal texture was investigated with a polarized microscope. The confinement effect on a lyotropic liquid cristal was investigated according to theoretical approches of the dynamical behavior induced by external magnetic fields, giving evidences of a phase transition induced only due to the sample confinement. This phase transition was confirmed with direct measurements of the transition by using nonlinear optical techniques, as second harmonic generation and Z-scan.

Atualmente, decorrente da cultura estética onde há o culto aos corpos esbeltos com aparência saudável e pele lisa, macia e viçosa, a hidrolipodistrofia ginóide, conhecida como celulite, tem sido um dos desafios para os dermatologistas e cirurgiões plásticos. Assim, temse testado diferentes formas de tratamentos entre as quais estão aplicações de cremes à base de xantinas visando a atenuação dos sintomas. O conhecimento das propriedades físicoquímicas de tais formulações é essencial para otimizar as condições de produção e liberação do ativo na pele, além de prover elegância cosmética do produto desenvolvido. Os objetivos desse trabalho foram obter e avaliar a estabilidade de emulsões O/A contendo fase líquida cristalina, adicionada de cafeína, para aplicação no tratamento da hidrolipodistrofia ginóide, bem como avaliar o perfil de liberação da substância ativa in vitro com intuito de determinar sua disponibilidade. A emulsão O/A contendo como fase oleosa, óleos vegetais naturais (óleo de urucum, de café e de melaleuca) foi desenvolvida através da utilização do Sistema Equilíbrio Hidrófilo- Lipófilo (EHL). Utilizando os tensoativos não-iônicos Ceteareth 5 e Steareth 2 nas concentrações de 10,0 e 15,0% foi possível obter fases líquidas cristalinas lamelares. A adição de cafeína a 1,0% foi conseguida em emulsão contendo 15,0% da mistura de tensoativos e com auxílio na solubilização através do uso de benzoato de sódio na mesma concentração (1,0%). As emulsões foram consideradas estáveis segundo as condições experimentais e parâmetros analisados. O perfil de liberação da substância ativa apresentou fase inicial de liberação mais rápida seguida de outra mais lenta. A eletroforese capilar mostrou-se ferramenta mais adequada para quantificação do ativo. Os resultados sugerem que os cristais líquidos lamelares estejam atuando provavelmente como veículo de liberação lenta. / Nowadays, due to aesthetic culture that there is the cult to slim body with health appearance and smooth, vigorous skin, the gynoid hydrolipodystrophy, known as cellulite, has been one of the challenges for dermatologists and plastic surgeons. Thus, different kinds of treatments have been tested, and among them, the application of xantines-based creams in order to attenuate the symptoms. The knowledge of the physicochemical properties of such formulations is essential to optimize the production conditions and active skin delivery, besides promoting cosmetic elegance of the developed product. The aims of this research were to attain and to evaluate the stability of O/W emulsions containing liquid crystalline phase, with the addition of caffeine, to be used on the gynoid hydrolipodystrophy treatment, as well as evaluate the release profile of the active in vitro in order to determine its availability. The O/W emulsion containing natural vegetable oils (annatto oil, coffee oil and tea tree oil) as oily phase was developed through the utilization of Hydrophilic Lipophilic Balance System (HLB). When using the non-ionic surfactants Ceteareth 5 and Steareth 2 in the 10.0 and 15.0% concentrations it was possible to obtain lamellar liquid crystalline phases. The addition of caffeine 1.0% was attained in emulsion containing 15.0% of the surfactant mixture and its solubility was improved through the sodium benzoate use in the same concentration. The emulsions were considered stable according to the experimental conditions and evaluated parameters. The release profile of the active agent presented a faster initial phase followed by a slower one. The capillary electrophoresis showed a more suitable tool to quantify the active. The results suggest that the lamellar liquid crystals are probably acting as slow delivery vehicle.

Esta dissertação apresenta os resultados obtidos na caracterização reológica, utilizando ensaios rotacionais e oscilatórios, de sistemas de cristais líquidos liotrópicos nemáticos e colestéricos à base de cloreto de decilamônio (CDA). Os sistemas colestéricos foram obtidos pela adição às matrizes nemáticas de indutores quirais hidrofóbico (Colesterol) ou hidrofilico (D-(+)Manose) que conferem à estrutura liquidocristalina um arranjo helicoidal. Procuramos analisar os efeitos da concentração do indutor no comportamento reológico, bem como da sua natureza e da quantidade de solvente presentes nestes sistemas mesomórficos. Os ensaios rotacionais foram realizados utilizando-se taxas de cisalhamento constante e variadas. Os resultados obtidos mostraram que ocorre uma mudança no comportamento reológico dependente da natureza do indutor quiral. Fases com indutor hidrofóbico têm sua viscosidade diminuída com a adição de colesterol, enquanto as fases com D-(+)-Manose têm sua viscosidade aumentada. Também foram observadas mudanças no comportamento reológico segundo a quantidade de solvente presente na mesofase. Para sistemas com colesterol e com maior quantidade de água em sua composição, a viscosidade aumenta ao longo do tempo até atingir um valor máximo, seguido de uma diminuição. Este comportamento deve indicar que nestes sistemas, as fases devem primeiro sofrer uma deformação atingindo um máximo de tensão, a partir da qual começa a ocorrer uma melhor acomodação da sua estrutura, provocando a diminuição da viscosidade. Nos sistemas com indutor hidrofóbico e com menor. quantidade de solvente, a viscosidade diminui até atingir um valor mínimo. Pode-se observar que quanto maior for a concentração de indutor, maior é o tempo necessário para se atingir este mínimo. A partir deste ponto há um aumento da viscosidade até um valor constante. Isto sugere a ocorrência de uma quebra da estrutura do sistema, seguida por sua reorientação por fluxo. Em sistemas em que o indutor é D-(+)-Manose, o comportamento reológico observado é semelhante tanto em fases com maior ou menor quantidade de solvente, ou seja, aumento da viscosidade até um valor máximo, seguido pela sua diminuição. A diferença observada é que em sistemas com maior quantidade de solvente, o máximo é atingido mais cedo. O aumento da viscosidade deve caracterizar uma deformação da estn1tura que após atingir uma tensão máxima, começa a se orientar em uma direção preferencial, causando a diminuição da viscosidade sem quebra do edifício colestérico. A determinação da entalpia livre de ativação de fluxo (ΔH≠) mostra que para os sistemas em que o colesterol foi usado como indutor, a energia diminui com o aumento da concentração de indutor, quando D-(+)-Manose é utilizado, a energia aumenta. No caso do indutor hidrofóbico, a força quiral auxiliaria na orientação por fluxo das micelas, pois ao se movimentar uma micela, as outras seriam arrastadas pelas forças elásticas, diminuindo a entalpia de ativação de fluxo. Quando o indutor utilizado é hidrofílico, a entalpia de ativação aumenta, possivelmente devido à natureza do indutor, que possui uma interação maior com o solvente, agindo como uma barreira para a movimentação e orientação das micelas por fluxo. Os ensaios oscilatórios, por sua vez, mostram que a capacidade de armazenamento e devolução de energia, determinada pelo valor do módulo de armazenamento (G\') é maior que capacidade de dissipação desta por calor ou difusão das partículas, obtida pelo módulo de perda (G\"). Ambos os módulos apresentam uma dependência em relação quantidade de indutor, natureza de indutor e quantidade de água disponível, porém não foi possível se determinar nenhuma relação direta entre esses fatores. Esse sistema liotrópico pode ser descrito pelo modelo de Burger, contanto que seja levado em consideração que a componente elástica do elemento de Maxwell possua uma dependência temporal. Esse efeito provavelmente é devido à própria inércia do sistema. / This dissertation shows the results obtained on the rheological characterization, using rotation and oscillatory essays, for nematics and cholesterics lyotropic liquid crystals based on decylammonium chloride (CDA). The cholesteric systems were obtained adding chiral inductors, hydrophobic (Cholesterol) or hydrophilic (D-(+)-Mannose) to nematic matrixes, inducing a helical arrangement on the liquid crystalline stn1cture. The effect of the inductor concentration besides of its nature and the amount of solvent in these mesomorphic systems were correlated to the rheological properties obtained. The rotation essays were done using constant and varied shear rates. The obtained results showed a change in the rheological behavior dependent of the chiral inductor nature. Phases with hydrophobic inductor presented viscosity decreased with the increase of cholesterol concentration, while the increase of D-(+)-Mannose concentration leads to the viscosity increase. Changes in the rheological behavior were also observed according to the amount of solvent present on the phase. For systems with cholesterol and larger amount of water, the viscosity increases along the time until reaching a maximum value, followed by a decrease. This behavior should indicate that in these systems, the phases should suffer some kind of deformation until reaching a maximum of tension. After that, an accommodation process of the structure causes the viscosity decrease. For the systems with hydrophobic inductor and with smaller amount of solvent, the viscosity decreases until reach a minimum value, that is reached later as larger it is the inductor concentration. After that, there is an increase of the viscosity until a constant value be obtained. It suggests the occurrence of a breakdown of the stn1cture, proceeded by its reorientation by flow. For the systems with D-(+)-Mannose, the rheological behavior observed is quite similar for phases with larger or smaller amount of solvent, i.e., increase of the viscosity to a maximum value, followed proceeded by its decrease. The difference is that in systems with larger amount of solvent, the maximum is reached earlier. The increase of the viscosity should characterize a deformation of the stn1cture that after reaching a maximum tension, it will be orientated in a preferential direction, causing the decrease of the viscosity without break of the cholesteric building. The flow activation free enthalpy (ΔH≠) determination shows a decrease of energy value for increase of inductor concentration in lyotropic cholesteric liquid crystal that used cholesterol as inductor. When D-(+)-Mannose was used, the flow activation free enthalpy value increases. In the systems that hydrophobic inductor is used, the chiral forces should help in micelles flow orientation process, seemingly, after the movement of a micelle, the others would be dragged by the elastic forces, decreasing the flow activation enthalpy. When it is used a hydrophilic inductor, flow activation enthalpy increases with increases of inductor concentration, probably because the inductor nature that has a greater interaction with the solvent, acting as a barrier against the micelles flow orientation. The oscillatory essays show that the storage energy capacity, determined by the value of the storage modulus (G\') is larger than heat or diffusion dissipation capacity of the particles, obtained by the loss modulus (G\"). Both modulus (G\' and G\") decrease for the phases with smaller amount of available water and stay constant for the systems with larger amount of water. The lyotropic mesophase studied can be described by a Burger model modified by taken into account a temporary dependence to the elastic Maxwell component. This effect should be probably due to the inertia of the system.