Submitted by JOÃO AUGUSTO OSHIRO JUNIOR (joaooshiro@yahoo.com.br) on 2017-08-31T18:02:19Z No. of bitstreams: 1 TESE JOAO AUGUSTO OSHIRO Jr_28 ago 2017_CORRIGIDA_FM com a ficha catalográfica.pdf: 3397335 bytes, checksum: 441e5684373bdd28dc8eb198a113eebe (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-09-01T14:36:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oshirojunior_ja_dr_arafcf.pdf: 3397335 bytes, checksum: 441e5684373bdd28dc8eb198a113eebe (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T14:36:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oshirojunior_ja_dr_arafcf.pdf: 3397335 bytes, checksum: 441e5684373bdd28dc8eb198a113eebe (MD5) Previous issue date: 2017-08-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A técnica de Regeneração Óssea Guiada (ROG) auxilia a restauração do tecido ósseo impedindo a concorrência entre as células do tecido ósseo e as células dos tecidos moles pelo uso de membranas; entretanto, não existe no mercado uma membrana osteoindutora. O peptídeo de crescimento osteogênico (OGP) atua como estimulador hematopoiético, promovendo a diferenciação osteoblástica e é um bom candidato para ser incorporado em membranas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver membranas a partir de materiais híbridos contendo OGP para otimizar a ROG. Para o desenvolvimento das membranas, foram utilizadas misturas de três polímeros, sendo dois à base de polióxido de etileno (POE) de massa molecular 500 e 1900 g mol-1 e um à base de polióxido de propileno (POP) de massa molecular 400 g mol-1. Diferentes métodos de esterilização foram utilizados. A caracterização dos materiais foi realizada pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), espalhamento de raios-x a baixo ângulo (SAXS), análise mecânica dinâmica (DMA), determinação do pH e microscopia de força atômica (MFA). O OGP foi sintetizado pelo método em fase sólida, purificado por HPLC e caracterizado por espectrometria de massas. Os resultados de esterilização revelaram que a radiação gama a 24 kGy não alterou a estrutura do material, confirmado pelo DSC. A técnica de SAXS revelou a homogeneidade estrutural da matriz, assim como, a nano distância entre os entre os “nós” de silício. Os resultados de DMA mostraram que as membranas não sofreram ruptura, quando submetidas à aplicação de uma elevada intensidade de força (15N). Os resultados de pH permaneceram entre 7,38 e 7,64 durante 48 horas, faixa que não ocasiona efeitos citotóxicos. Os perfis cromatográficos confirmaram o grau de pureza do OGP obtido. O OGP nas membranas foi incorporado na concentração de 66,25x10-10mol. Os resultados de liberação monstraram que as membranas ureasil-POP400/PEO500 e ureasil-POP400/POE1900 liberaram após 48 horas, 7 e 21% respectivamente. A MFA demonstrou que todos os materiais são mesoporosos, mas o ureasil-POP400/POE1900 com OGP possui poros maiores (2,8 µm). Teste de biocompatibilidade in vitro não mostrou nenhum efeito citotóxico. A Análise Histológica revelou que ureasil-POP400/POE1900 promoveu inflamação local após 30 dias semelhante à membrana comercial de colágeno. A cicatrização do tecido ósseo revelou que a resposta do ureasil-POP400/POE1900 é semelhante a membrana comercial. Os resultados obtidos permitem concluir que as membranas híbridas contendo o OGP apresentam características que as tornam potenciais candidatas para o tratamento de defeitos ósseos de tamanhos críticos. / The Guided Bone Regeneration (GBR) technique helps to restore bone tissue through the principle of cellular selectivity, i.e., excluding the epithelium and connective tissues from the damaged area by the use of membranes; However, there is no osteoinductive membrane on the market. The osteogenic growth peptide (OGP) acts as a hematopoietic stimulator, promoting osteoblastic differentiation and is a good candidate to incorporated into membranes. Therefore, the objective of this work was to develop membranes from hybrid materials containing OGP to optimize GBR. For development of the membranes, blends of three polymers were used, being two poly oxide ethylene (POE) of molecular weight 500 and 1900 g mol-1 and one based on poly oxide propylene (POP) of molecular mass 400 g Mol-1. Different methods of sterilization were used. The characterization of the materials was performed by differential scanning calorimetry (DSC), small angle x-ray scattering (SAXS), dynamic mechanical analysis (DMA), pH determination and atomic force microscopy (AFM). OGP was synthesized by the solid phase method, purified by HPLC and characterized by mass spectrometry. Sterilization results revealed that gamma radiation at 24 kGy did not change the structure of the material, as confirmed by the DSC. The SAXS technique revealed the structural homogeneity of the matrix, as well as the nano distance between the "nodes" of silicon. The DMA results showed that the membranes were not ruptured when submitted to a high force intensity (15N). The pH results remained between 7.38 and 7.64 for 48 hours, a range that did not cause cytotoxic effects. The chromatographic profiles confirmed the purity of the obtained OGP. The OGP in the membranes was incorporated in the concentration of 66,25x10-10mol. The release results showed that the ureasil-POP400/PEO500 and ureasil-POP400/POE1900 membranes released after 48 hours, 7 and 21% respectively. AFM showed that all materials are mesoporous, but ureasil-POP400/POE1900 with OGP has larger pores (2.8 μm). In vitro biocompatibility test showed no cytotoxic effect. Histological analysis revealed that ureasil-POP400/POE1900 promoted local inflammation after 30 days similar to commercial collagen membrane. Healing of bone tissue revealed that the ureasil-POP400/POE1900 response is similar to commercial membrane. The results obtained allow conclude that hybrid membranes containing OGP have characteristics that make them potential candidates for the treatment of critically bone defects.

Red blood cells (RBCs) are the predominant cell type in blood and have a two-layered outer shell which is composed of a cytoskeleton network tethered to a cytoplasmic membrane. In this thesis, I study the structure and mechanical properties of the RBC’s cytoplasmic membrane (RBCcm) on the nanoscale and utilize this knowledge to functionalize this biological structure on a molecular level. In a first case study, I measure the membrane’s bending rigidity from thermal fluctuations observed in X-ray diffuse scattering (XDS) and Neutron Spin Echo (NSE) experiments, as well as Molecular Dynamics (MD) simulations. I provide evidence of the RBCcm's highly deformable nature with a bending rigidity that is substantially softer as compared to synthetic membranes. The methods are applied to RBCs that were stored for up to 5 weeks. I demonstrate that storage of RBCs leads to an increased fraction of liquid ordered membrane domains and an increased bending rigidity. RBCs are ideal for pharmaceutical applications as they provide access to numerous targets in the body, however lack specificity. Functionalizing the cytoplasmic membrane is thus a prerequisite to use these cells in biotechnology. I develop protocols throughout two studies to tune the membrane's lipid and protein composition. I investigate the impact of synthetic lipid molecules on the membrane's structure and demonstrate that small molecules can be encapsulated into liposomes that are formed from these hybrid membranes. Further, I provide direct evidence that the SARS-CoV 2 spike protein can be anchored into the RBCcm through a detergent mediated insertion protocol. These virus-like particles are observed to trigger seroconversion in mouse models, which demonstrates the potential of functionalized RBC in biotechnology. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo.pdf: 39215 bytes, checksum: 1745ec4d00cea88989dfe2465399b633 (MD5) Previous issue date: 2011-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The current reference membrane for PEM is Nafion®, a perfluorosulfonic copolymer that exhibits good chemical stability and high proton conductivity in wet conditions and temperatures lower than 90 °C. However the application of this membrane still limited due to loss of conductivity at high temperatures and high cost. In this context new polymeric materials have been studied such as poly(aryl ether ketones), poly(ether-sulphone) and polybenzimidazole. Among them, membranes based on poly(ether-ether-ketone)-PEEK proved to be very promising to application in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). The objective of this study is to develop alternative membranes that have comparable properties to perfluorinated membranes. In this work the production and characterization of hybrid membranes of sulfonated poly(ether-ether-ketone)(SPEEK) and phosphonated copolysilsesquioxanes (CP) SPEEK/CP, and its application in proton exchange membrane fuel cell were studied. For this purpose it carried out the pos-sulfonation of PEEK with sulfuric acid as a sulfonating agent in suitable reaction conditions. In order to improve the proton conduction and thermal stability of the polymer, phosphonated copolysilsesquioxanes were synthesized from diethylphosphatoethyltriethoxysilane and phenyltriethoxysilane. The CP s were characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance of 29Si, 1H e 13C, thermal analysis and viscometry. 10, 20 and 50% (in weight) of CP were incorporated in SPEEK with sulphonation degrees between 60-70%. The semi-interpenetrating copolysilsesquioxanes network was obtained after hydrolysis of the hybrid membrane. The hybrid membranes were also characterized according to their thermal behavior, ion exchange capacity, water uptake, proton conductivity, electrochemical performance in fuel cell and oxidative stability. The proton conductivity in the hydrated state at room temperature was determined by electrochemical impedance spectroscopy. The largest conductivity was presented by hydrolysed membranes with 20% CP produced with 90 mols Ph-TEOS and 10 mols PTES synthesized in 96 horas. With respect to plain SPEEK the proton conductivity of this membrane increased about 367%. The membranes with 20% CP produced with 80 mols Ph-TEOS and 20 mols PTES, and that membrane with 20% CP produced with 90 mols Ph- TEOS and 10 mols PTES synthesized in 24 and 96 h showed the best performance in the fuel cell at 60 °C. / A atual membrana de referência para as células a combustível com membrana trocadora de prótons (PEMFC) é o Nafion® que exibe boa estabilidade química e também alta condutividade de prótons sob condições hidratadas em temperaturas abaixo de 90°C. Entretanto, a aplicação destas membranas ainda é limitada devido à perda de condutividade em temperaturas altas e o custo elevado. Dentro deste contexto, novos materiais poliméricos têm sido estudados, como poli(aril cetonas), poli(éter-sulfona) (PES) e polibenzimidazóis (PBI). Entre eles, membranas baseadas na poli(éter-éter-cetona) (PEEK) mostraram ser muito promissoras para aplicação em PEMFC. O objetivo deste estudo foi desenvolver membranas híbridas alternativas que possuam propriedades comparáveis às membranas perfluoradas. Foram estudados neste trabalho a produção e a caracterização de membranas híbridas de poli(éter-éter-cetona) sulfonada e copolisilsesquioxanos fosfonados SPEEK/CF, e sua aplicação em células a combustível de membrana trocadora de prótons. Para este propósito foi utilizado a pós-sulfonação do PEEK com ácido sulfúrico como agente sulfonante em condições reacionais adequadas. A fim de aumentar a condutividade de prótons e estabilidade térmica do polímero, copolisilsesquioxanos fosfonados (CF) foram sintetizados a partir de dietilfosfatoetiltrietóxisilano e feniltrietóxisilano e adicionados à SPEEK. Os CF s foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de 29Si, 1H e 13C, análise térmica e viscosimetria. Razões mássicas de 10, 20 e 50% de CF foram incorporadas na SPEEK com grau de sulfonação entre 60-70%. A rede semiinterpenetrante de copolisilsesquioxano foi obtida após a hidrólise da membrana híbrida. As membranas também foram caracterizadas quanto ao seu comportamento térmico, capacidade de troca iônica, absorção de água, condutividade de prótons (σ), desempenho eletroquímico na célula a combustível e estabilidade oxidativa. A σ das membranas no estado hidratado em temperatura ambiente foi determinada por espectroscopia de impedância eletroquímica, sendo a maior apresentada pela membrana hidrolisada contendo 20% de CF produzido com 90 mols Ph-TEOS e 10 mols PTES em 96 h de reação. Em relação à SPEEK não modificada, a σ dessa membrana híbrida aumentou cerca de 367%. As membranas hidrolisadas contendo 20% de CF produzido com 80 mols Ph-TEOS e 20 mols PTES por 96 h e aquelas produzidas com 90 mols Ph-TEOS e 10 mols PTES sintetizados em 24 e 96 horas, apresentaram o melhor desempenho na célula a combustível a 60 °C.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T22:18:57Z No. of bitstreams: 1 LUANA ARAÚJO DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2150320 bytes, checksum: ff1e004447bdf3876ca804146d360cca (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T22:18:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUANA ARAÚJO DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2150320 bytes, checksum: ff1e004447bdf3876ca804146d360cca (MD5) Previous issue date: 2016-09-27 / Capes / Este trabalho teve o objetivo de produzir membranas poliméricas (polietileno de ultra alto peso molecular – PEUAPM) e membranas híbridas (PEUAPM/argila verde dura organofílica) e avaliar, em escala de laboratório, o comportamento e o desempenho destas na remoção de emulsão óleo/água, utilizando uma coluna de separação por membranas. Os ensaios foram realizados nas condições de concentração inicial do óleo 100 mgL-1, temperatura igual a 25ºC, pressão atmosférica. As membranas poliméricas foram produzidas utilizando o método incipiente de pós, de acordo com o planejamento experimental que teve como variáveis de entrada a percentagem de massa de argila verde dura organofílica e o tempo de sinterização no forno elétrico, e como resposta a remoção de emulsão óleo/água. A argila verde dura foi organofilizada com o sal quaternário de amônio Genamim. As argilas verde dura: natural e organofílica foram caraterizadas pelas técnicas de Difração de raios X (DRX), Espectroscopia de florescência de raios X por energia dispersiva (FRX-ED), Adsorção física de N2, Capacidade de Troca de Cátions (CTC), Capacidade de adsorção e de Inchamento de Foster, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Térmica Diferencial (ATD) e Termogravimétrica (TG). O polímero PEUAPM foi caracterizado pelas técnicas DRX e TG. As membranas produzidas (poliméricas e híbridas) foram caracterizadas pelas técnicas de DRX e Microscopia ótica (MO). Os resultados da análise de DRX mostraram que a argila verde dura natural apresenta reflexões características do grupo da esmectita. Após a organofilização, foi observado pelo difratograma que houve o deslocamento de picos e um aumento expressivo do espaçamento basal (d001) confirmando a efetiva intercalação do cátion quaternário de amônio (Genamin®) nas camadas interlamelares da argila verde dura. Os resultados obtidos por FRX-ED, adsorção física de nitrogênio e capacidade de troca catiônica demonstraram que a argila verde dura é tipicamente uma argila esmectítica. As membranas poliméricas e híbridas foram caracterizadas por DRX, em que apresentou os picos característicos de polietileno, e por MO, onde apresentou a distribuição dos grãos. A partir dos testes de separação da emulsão óleo/água, pode-se concluir que a inserção da argila verde dura organofílica ao polímero PEUAPM não melhorou o processo de separação da emulsão óleo/água. Dentre as membranas estudadas, polimérica e híbrida, os desempenhos foram semelhantes na separação da emulsão. / This work aimed to produce polymeric membranes and hybrid membranes (hard green organoclay/UHMWPE) and evaluate, on a laboratory scale, the behavior and performance of the membranes produced in removing oil / water emulsion using a separation column by membranes. Assays were performed in conditions of initial concentration of oil 100 mgL-1, temperature of 25°C atmospheric pressure. Polymeric membranes were produced using the incipient method of powders, according to the experimental design that had as input variables the percentage by mass of hard green organoclay and sintering time in the electric furnace, and in response to removing oil emulsion/water. The hard green clay was chemically with the quaternary ammonium salt Genamim. The hard green clays, natural and organoclay were characterized by diffraction techniques of X-ray (XRD) Spectroscopy blooming X-ray energy dispersive (FRX-ED), physical adsorption of N2, Cation Exchange Capacity (CEC) adsorption capacity and Foster's swelling, Scanning Electron Microscopy (SEM), Differential Thermal Analysis (DTA) and Thermogravimetric (TG). The UHMWPE polymer was characterized by XRD and TG techniques. The produced membranes (polymeric and hybrid) were characterized by XRD techniques and optical microscopy (OM). The results of XRD analysis showed that the natural green hard clay has characteristics of reflections of the smectite group. After organophilization, it was observed by the XRD pattern which there was displacement peaks and a significant increase in basal spacing (d001) confirming the effective merging of the quaternary ammonium cation (Genamin®) interlayer in layers of hard green clay. The results obtained by ED-XRF, nitrogen adsorption and cation exchange capacity showed that hard green clay is typically a smectite clay. Polymeric and hybrid membranes were characterized by XRD, which showed the characteristic peaks of polyethylene, and MO, where he presented the distribution of the grain. From the tests separation of oil/water emulsion, it can be concluded that the insertion of hard green clay organophilic the UHMWPE polymer did not improve the process of separating oil/water emulsion. Among those studied, polymeric and hybrid membranes, the performances were similar in the separation of the emulsion.