Las microemulsiones son dispersiones transparentes y termodinámicamente estables de dos fases inmiscibles entre sí que contienen cantidades apropiadas de tensioactivos y cosurfactantes, dando lugar a gotas de tamaño entre 10-100 nm. Tienen potencial aplicación como vehículos portadores de fármacos que presentan limitaciones debido a su baja solubilidad en agua, toxicidad o dificultad de permeación. Otras ventajas son: vida útil prolongada, aumento de solubilidad de moléculas hidrófilas y lipófilas, esterilización por filtración, liberación controlada de principios activos. En el presente trabajo de tesis se abordaron tres aplicaciones diferentes para las microemulsiones. POTENCIAL APLICACIÓN DE LAS MICROEMULSIONES DISEÑADAS SISTEMA PORTADOR DE FÄRMACOS A NIVEL OCULAR Acetazolamida (ACZ) es el inhibidor oral de la anhidrasa carbónica comúnmente utilizado en el tratamiento de glaucoma. Para obtener una disminución deseada de la presión intraocular deben emplearse grandes dosis orales de ACZ. Esto resulta en una amplia gama de efectos secundarios que podrían evitarse con el uso tópico del fármaco. Sin embargo, la escasa solubilidad acuosa y la baja permeabilidad corneal de ACZ limitan su biodisponibilidad a nivel ocular. Uno de los principales objetivos de esta tesis fué formular una microemulsión ocular de ACZ de alta eficacia terapéutica y efecto prolongado. Se prepararon tres sistemas aceite / agua, basados en geranio, geraniol, aceite esencial de citronella (fase oleosa), Cremophor El, Brij 35 y Tween 80 como tensioactivos. Se construyeron los correspondientes diagramas de fase pseudoternarios. La microemulsión basada en citronella mostró propiedades fisicoquímicas aceptables. Para todas las preparaciones se aplicó una versión modificada de la prueba de irritación ocular Draize que reveló que la fórmula de Citronella no era irritante. La evaluación biológica de las fórmulas comerciales y de la microemulsión en conejos albinos normotensos, nos orientó a seleccionar la formulación anteriormente mencionada basándonos en una eficacia terapéutica similar a dosis más bajas y un efecto más prolongado respecto de los productos convencionales, ofreciendo un tratamiento más intensivo del glaucoma. SISTEMAS AUTOCONSERVABLES Si bien los conservantes se agregan a los productos farmacéuticos para inhibir el crecimiento de microorganismos peligrosos, en formulas oftálmicas generan efectos indeseables. Se ha sugerido que las microemulsiones podrían autopreservarse. Asimismo, como los aceites esenciales son conocidos por sus propiedades antibacterianas, la hipótesis de trabajo estuvo orientada a verificar si la microemulsión de citronella tenía propiedades conservantes. Los resultados indicaron que el sistema inhibió el crecimiento de Staphyloccocus aureus, Mycobacterium gordonae, Candida albicans pero no el de Pseudomonas aeruginosa, por lo que la formula no es capaz de autopreservarse. CONTROL DE MOSQUITOS Las microemulsiones son atractivas como posibles productos insecticidas debido a la alta biodisponibilidad de las gotas de aceites esenciales larvicidas, atribuible al reducido tamaño particular. Se realizó un estudio para comparar el efecto biológico de la emulsión y la microemulsión o/w de aceite esencial de geranio y geraniol, sobre larvas de mosquito Culex pipiens pipiens. Los sistemas microemulsificados basados en geranio y los de geraniol produjeron un aumento notable de la actividad larvicida en comparación con las emulsiones correspondientes, siendo las nanoformulaciones basadas en geraniol más efectivas que las basadas en geranio. Sin embargo, se prefieren las microemulsiones de geranio debido a sus perfiles toxicológicos residuales. Estos sistemas podrían usarse en un programa de manejo integrado de plagas para Culex pipiens pipiens. / The microemulsions are clear and thermodinamically stable dispersions of inmiscible phases containing appropriate amounts of surfactants and cosurfactants, forming small droplets with diameters between 10 and 100 nm. They have potential use as delivery systems for many pharmaceuticals which are normally of limited use due to their low aqueous solubility, toxicity or low permeation. Other advantages are: extended shelf life, compatibility with hydrophilic and lipophilic drug molecules, ability to be sterilized by filtration, control of drug release. Three different applications of microemulsions were approached in this work of Thesis. POTENTIAL APPLICATION OF THE DESIGNED MICROEMULSIONS OCULAR DRUG DELIVERY SYSTEM: Acetazolamide (ACZ) is the most commonly oral anhydrase carbonic inhibitor used in the treatment of Glaucoma. To obtain the desired lowering of intraocular pression, large oral doses of ACZ are used resulting in a wide array of side effects. Side effects of ACZ could be avoided if ACZ was topically administered into the eyes. However, poor aqueous solubility and low corneal permeability of the drug limits its ocular bioavailability. The main objective of this work was to formulate an ACZ ocular microemulsion of high therapeutic efficacy and prolonged effect. Three oil/water systems, consisting of geranium, geraniol, and Citronella essential oils and Cremophor El, Brij 35 and Tween 80 as surfactants, were prepared and their pseudoternary-phase diagrams were obtained. Microemulsion made of Citronella, showed acceptable physicochemical properties. A modified version of Draize rabbit eye irritation test was carried out for all of the preparations and revealed citronella formulation was nonirritant. Biological evaluation of the microemulsion and commercial formulations on normotensive albino rabbits orientated us to select the microemulsion mentioned previously that it was the most effective, having a similar therapeutic efficacy, with a lower dose, and longer effect relative to a market product, offering more intensive treatment of glaucoma, compared to conventional eye drops. SELF PRESERVING SYSTEMS Antimicrobial preservatives are added to pharmaceuticals to inhibit the growth of dangerous microorganisms. However, the presence preservatives in ocular medications has undesirable effects. It has been suggested that microemulsions are self-preserving antimicrobials. As essential oils are known for their antimicrobial properties, the hypothesis of our work was testing if citronella microemulsion acts as a self-preserving system. The results indicated that citronella microemulsion inhibited the growth of Staphyloccocus aureus, Mycobacterium gordonae, Candida albicans but not Pseudomonas aeruginosa, so the system could not be considered as a self-preserved one. MOSQUITO CONTROL Microemulsions are attractive as potential insecticidal products due to high bioviability of the larvicidal essential oil drops, attributable to their small size. A laboratory study was conducted in order to compare the biological effect of emulsion and microemulsion of geranium and geraniol essential oils in water against Culex pipiens pipiens mosquito larvae. Microemulsified systems based on geranium and those on geraniol produced a notable increase of the larvicidal activity when compared with the corresponding emulsions, being nanoformulations based on geraniol more effective than geranium based ones. However, geranium microemulsions are preferred due to their residual toxicological profiles. The results indicate that these novel systems could be used in integrated pest management program for the Culex pipiens pipiens.

[ES] La limpieza de superficies pictóricas es uno de los procedimientos con mayor complejidad conceptual y dificultad técnica de los llevados a cabo durante un proceso de restauración. La aplicación en sucesivas intervenciones de estratos protectores o para refrescar la superficie pictórica mural, fue un procedimiento habitual y muy extendido hasta no hace tanto tiempo. Las sustancias aplicadas, en la mayoría de los casos, son productos insolubles en agua. Ejemplo de ello serían las ceras, los distintos polímeros sintéticos o los barnices naturales entre otros muchos materiales. La problemática que surge con el uso de este tipo de sustancias hidrofóbicas se debe a la penetración del material en la red porosa de la obra, y a la consecuente fragilidad que esto genera en su superficie. Este hecho provoca que la retirada de estos productos del estrato pictórico sea tremendamente complicada. Los procedimientos tradicionales de eliminación de estas sustancias de naturaleza mixta, implican el empleo de medios mecánicos o disolventes orgánicos. En consecuencia, se trata de intervenciones potencialmente agresivas con la pintura mural al fresco. Debido a estas razones, los sistemas nanoestructurados, como las soluciones micelares y las microemulsiones, se están considerando como una alternativa para la remoción de esta clase de productos. El propósito del estudio que aquí se presenta, consiste en analizar las clases de agentes de limpieza empleados para eliminar este tipo de estratos, así como, la búsqueda de nuevos tratamientos eficientes sí, pero incidiendo especialmente en su no toxicidad. Los productos de limpieza seleccionados para su evaluación son: soluciones micelares, microemulsiones y emulsiones sin tensoactivos. Tras la publicación de algunas intervenciones llevadas a cabo con éxito en Italia, esta investigación persigue revisar los sistemas nanoestructurados que forman parte de la nueva paleta de agentes de limpieza a disposición del conservador-restaurador. Confrontando las características constitutivas de la pintura mural italiana, con la casuística propia de las obras españolas y en concreto del barroco valenciano. Para ello, se ha establecido un marco experimental que ha permitido analizar los resultados de diversas pruebas tanto en probetas realizadas ex profeso, como en las pinturas murales de las iglesias de San Nicolás y de los Santos Juanes, situadas ambas en la ciudad de Valencia. El procedimiento experimental ha permitido observar ventajas y desventajas de los sistemas nanométricos que necesariamente, deben ser evaluadas para aportar conclusiones que faciliten la labor del conservador-restaurador al enfrentarse a este tipo de problemática. Este estudio ha conseguido diseñar una alternativa viable, eficaz y no tóxica, mediante el empleo de emulsiones sin tensoactivos, que intenta resolver los inconvenientes encontrados en la práctica a la hora de trabajar con los sistemas nanométricos en obras murales del barroco valenciano. Esta línea de investigación abre un amplio campo de estudio científico con ambiciosas posibilidades futuras que pueden ser claves en la salvaguarda del patrimonio artístico. / [CAT] La neteja de superfícies pictòriques és un dels procediments amb major complexitat conceptual i dificultat tècnica dels duts a terme durant un procés de restauració. L'aplicació en successives intervencions d'estrats protectors o per refrescar la superfície pictòrica mural, va ser un procediment habitual i molt estès fins no fa tant de temps. Les substàncies aplicades, en la majoria dels casos, són productes insolubles en aigua. Exemple d'això serien les ceres, els diferents polímers sintètics o els vernissos naturals entre molts materials. La problemàtica que sorgeix amb l'ús d'aquest tipus de substàncies hidrofòbiques es deu a la penetració del material a la xarxa porosa de l'obra, i a la conseqüent fragilitat que això genera en la seua superfície. Aquest fet provoca que la retirada d'aquests productes de l'estrat pictòric sigui tremendament complicada. Els procediments tradicionals d'eliminació d'aquestes substàncies de naturalesa mixta, impliquen l'ús de mitjans mecànics o dissolvents orgànics. En conseqüència, es tracta d'intervencions potencialment agressives amb la pintura mural al fresc. A causa d'aquestes raons, els sistemes nanoestructurats, com les solucions micelars i les microemulsions, s'estan considerant com una alternativa per a la remoció d'aquesta classe de productes. El propòsit de l'estudi que aquí es presenta, consisteix a analitzar les classes d'agents de neteja emprats per eliminar aquest tipus d'estrats, així com, la recerca de nous tractaments eficients sí, però incidint especialment en la seua no toxicitat. Els productes de neteja seleccionats per a la seua avaluació son: solucions micelars, microemulsions i emulsions sense tensioactius. Després de la publicació d'algunes intervencions dutes a terme amb èxit a Itàlia, aquesta investigació persegueix revisar els sistemes nanoestructurats que formen part de la nova paleta d'agents de neteja que es troba a disposició del conservador-restaurador. Confrontant les característiques constitutives de la pintura mural italiana, amb la casuística pròpia de les obres espanyoles i en concret del barroc valencià. Per a això, s'ha establert un marc experimental que ha permès analitzar els resultats de diverses proves tant en provetes realitzades expressament, com en les pintures murals de les esglésies de Sant Nicolau i dels Sants Joans, situades totes dues a la ciutat de València. El procediment experimental ha permès observar avantatges i desavantatges dels sistemes nanomètrics que necessàriament, han de ser evaluades per a aportar conclusions que faciliten la tasca del conservador-restaurador al enfrontar-se a aquest tipus de problemàtica. Aquest estudi ha aconseguit dissenyar una alternativa viable, eficaç i no tòxica, mitjançant l'ús d'emulsions sense tensioactius, que intenta resoldre els inconvenients trobats en la pràctica a l'hora de treballar amb els sistemes nanomètrics en obres murals del barroc valencià. Aquesta línia de recerca obre un ampli camp d'estudi científic amb ambicioses possibilitats futures que poden ser claus en la salvaguarda del patrimoni artístic. / [EN] The cleaning of pictorial surfaces is one of the most complex restoration processes in the field of Conservation. It is both conceptually challenging and technically rigorous. The application of different layers of coatings that serve to either protect the mural painting or to resaturate the pictorial surface, was a habitual and widespread practice that endured until only recently. In most cases, the applied materials were and remain insoluble in water. Examples of some of these substances include waxes, various synthetic polymers, or natural and synthetic varnishes among many other materials. The major problem that arises from the use of the aforementioned products is a result of their ability to penetrate into the artwork's porous network. This penetration can severely compromise the stability of the painting's surface and renders the removal of these products from the pictorial layer tremendously complicated. Traditional cleaning methods also employ mechanical action and include the use of organic solvents. These types of interventions are potentially aggressive to fresco mural paintings. Consequently, nanostructured systems, such as micellar solutions and microemulsions, are being considered as alternatives for their removal. The aim of this study is to analyse different cleaning agents used to eliminate hydrophobic materials from the fresco mural paintings while investigating new, efficient and non-toxic treatment options. The cleaning products selected for analysis include micellar solutions, microemulsions and emulsions without surfactants. After the publication of some recent successful innovations made in Italy, this research aims to review the nanostructured systems available as cleaning agents for mural paintings to the conservator-restorer. It also attempts to analyse the effects of these substances while bearing in mind the constitutive differences between Italian and Spanish mural paintings, specifically in paintings from the Baroque period in the Spanish city of Valencia. To this end, an experimental framework has been established that enables the results of various tests to be analysed both on mock-up samples done ex professo, and in situ samples on mural paintings from the Valencian churches of San Nicolás and Santos Juanes. The described experimental procedure has allowed for the observation of advantages and disadvantages inherent in nanometric systems, which will provide findings that facilitate the work of practising conservator-restorers grappling with these types of problems. This study has resulted in the development of an effective and non-toxic alternative solution that employs emulsions without surfactants. This new solution takes steps towards rectifying practical disadvantages associated with current emulsion-based cleaning systems. This line of research opens up a wide field of scientific study with broad future possibilities integral to the successful safeguarding of artistic heritage. / La presente tesis doctoral se ha realizado gracias a la concesión de varias becas y de una estancia breve en Estados Unidos con la que se opta a La Mención Doctorado Internacional. Estas ayudas han resultado indispensables para la elaboración y llegada a término de este trabajo de investigación: • Contratos pre-doctorales del Programa para la Formación de Personal Investigador (FPI) de la Universitat Politècnica de València-Subprograma 1. Convocatoria 2015 financiada por la Universitat Politècnica de València. El período de disfrute de la beca fue de 01/02/2016 al 30/06/2016. • Ayudas para la contratación de personal investigador de carácter predoctoral (DOCV núm. 7738, de 10.03.2016). Cofinanciadas por el Fondo Social Europeo (FSE) de acuerdo con el Programa Operativo de FSE 2014-2020 de la Comunitat Valenciana financiada por la Consellería de Educación, Investigación, Cultura y Deporte de la Generalitat Valenciana. Duración de la ayuda: 01/07/2016 hasta el 31/01/2019. • Para optar al título de Mención Doctorado Internacional, se ha llevado a cabo parte de la investigación, en uno de los centros más relevantes en el campo de la Conservación y la Restauración de Estados Unidos. El Museo Winterthur, adscrito al Winterthur/University of Delaware Program in Art Conservation bajo la supervisión de Joyce Hill Stoner y Richard Wolbers. Esta estancia predoctoral de tres meses de duración, fue posible gracias a la concesión de una de las Subvenciones para estancias de contratos predoctorales en centros de investigación fuera de la Comunidad Valenciana, Cofinanciadas por el Fondo Social Europeo (FSE) de acuerdo con el Programa Operativo de FSE 2014-2020 de la Comunitat Valenciana financiada por la Consellería de Educación, Investigación, Cultura y Deporte de la Generalitat Valenciana. Período: 01/09/2017 hasta el 01/12/2017. Parte de los resultados de esta estancia se reflejan en el capítulo VI de esta tesis. / Pérez Benito, P. (2019). Microemulsiones, soluciones micelares y emulsiones sin tensoactivos en la limpieza de pintura mural al fresco [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124826 / TESIS

El octil p-metoxicinamato (OMC) es un filtro químico del grupo de los metoxicinamatos, de amplio uso en productos para la protección solar de la piel. Debido a su alta lipofilicidad, es necesario un medio adecuado para su solubilización y su posterior aplicación en la piel. Las microemulsiones (MEs) son sistemas organizados, transparentes y termodinámicamente estables muy utilizados en la preparación de productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) para la administración tópica de diversos componentes activos. Desde el punto de vista analítico, es de interés el estudio de este tipo de sistemas ya que las propiedades de una especie en un medio organizado pueden diferir respecto a sus propiedades en un medio acuoso. Por ello, este trabajo de tesis propone abordar esta temática, aportando información valiosa para el desarrollo y control de formulaciones portadoras de filtros químicos solares para su utilización como PPCPs. En una primera etapa, se diseñaron, obtuvieron y caracterizaron fisicoquímicamente dos nuevas formulaciones del tipo de las microemulsiones aceite en agua (o/w) como portadoras del filtro químico solar OMC (MEI-OMC y MEII-OMC), a partir de materiales biocompatibles y de uso común en la producción de PPCPs. MEI-OMC y MEII-OMC fueron utilizadas en una serie de estudios analíticos relacionados con el comportamiento del filtro químico solar OMC cuando se encuentra en un medio organizado. Un primer estudio se enfocó en el desarrollo de un sistema automático para el estudio de fotodegradación del OMC cargado en las formulaciones propuestas. El sistema estuvo acoplado a un detector de fluorescencia molecular y permitió monitorear en tiempo real dicho proceso. Los datos espectrales de segundo orden se analizaron mediante resolución multivariada de curvas optimizada mediante mínimos cuadrados alternados (MCR-ALS) y, de esta manera, se obtuvieron las constantes de fotodegradación (Kf) para OMC. En un segundo trabajo, se presenta un sistema automático de fácil implementación y bajo costo para el estudio de permeación de OMC en las formulaciones propuestas. El método utiliza la tradicional celda de difusión de Franz y fue diseñado para monitorear en línea mediante fluorescencia molecular y absorción molecular UV-Vis el proceso de permeación de OMC a través de una membrana sintética que simula la piel. El análisis espectral se realizó mediante cuadrados mínimos parciales (PLS) y, de esta manera, se obtuvieron los perfiles de permeación que permitieron calcular las correspondientes constantes de permeación (Kp). El método propuesto fue validado mediante cromatografía gaseosa-espectrometría de masas. Finalmente, se plantea un potencial método de screening y un método de cuantificación del filtro químico solar OMC en la formulación MEI-OMC, por medio de la aplicación de herramientas quimiométricas de clasificación y calibración multivariada a los mapas espectrales obtenidos por espectroscopía Raman confocal (ERC). La discriminación de las clases se realizó para diferentes concentraciones de OMC utilizando el algoritmo de analogía de clases por modelado suave independiente (SIMCA) y la técnica de análisis discriminante lineal previa selección de variables utilizando el algoritmo de las proyecciones sucesivas (SPA-LDA). La cuantificación de OMC se llevó a cabo mediante cuadrados mínimos parciales (PLS). / Octyl p-methoxycinnamate (OMC) is a chemical filter of the methoxycinnamate group widely used in products for sun protection. Due to the high lipophilicity of OMC, a suitable medium is necessary for its solubilization and its subsequent application on the skin. Microemulsions (MEs) are organized, transparent and thermodynamically stable systems widely used in pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) for the topical administration of various components. The chemical study of this kind of systems is interesting since the properties of specie in an organized medium may differ with respect to an aqueous medium. Therefore, this thesis proposes to address this issue, providing valuable information for the development and control of solar chemical filters loaded MEs for use as PPCPs. In the first place, two new formulations based on oil-in-water (o/w) microemulsions (MEI-OMC, MEII-OMC) as carriers of the OMC solar chemical filter were designed, obtained and physicochemically characterized. The systems were synthesized from biocompatible materials commonly used for the production of PPCPs. Then, MEI-OMC and MEII-OMC were used as a model to carry out a series of analytical studies related to the behavior of the OMC sunscreen in an organized medium. A first study focused on the development of a continuous flow automatic system for the photolysis study of OMC loaded MEs. The system was coupled to a molecular fluorescence detector and allowed to monitor the photolysis process in real-time. Second order spectral data were analyzed using multivariate curve resolution optimized by alternating least squares (MCR-ALS). The concentration profiles were obtained and used to calculate, by means of an appropriate kinetic model, the corresponding photodegradation constants for OMC (Kf). In a second study, an easily implementable and low cost automatic system for the kinetic analysis of permeation of the proposed formulations is presented. The online method uses the traditional Franz diffusion cell and it was designed to monitor by molecular fluorescence and UV-Vis molecular absorption spectroscopies the permeation process of OMC through a synthetic membrane that simulates the skin. The spectral analysis was performed using partial least squares (PLS) and the permeation profiles were obtained. From this, the corresponding permeation constants (Kp) were calculated. The proposed method was validated by gas chromatography-mass spectrometry. Finally, both screening and quantification methods for OMC in the MEI-OMC formulation are proposed applying chemometric classification and multivariate calibration tools to the spectral data obtained by confocal Raman spectroscopy (CRS). Class discrimination was carried out for different concentrations of OMC using the soft independent modeling class analogy algorithm (SIMCA) and the linear discriminant analysis technique after selection of variables using the successive projections algorithm (SPA-LDA). On the other hand, the quantification of OMC was carried out using partial least squares (PLS).