A incorporação de nanopartículas metálicas em tecidos tumorais tem sido estudada em Radioterapia devido ao aumento de dose que pode ser obtido no volume alvo do tratamento. Estudos indicam que nanopartículas de ouro (AuNP) estão entre as de maior viabilidade biológica para essas aplicações, devido ao baixo potencial tóxico. Além disso, estudos mostram que AuNP de alguns nanômetros até alguns micrômetros podem permear vasos sanguíneos que alimentam tumores, permitindo sua incorporação nas células tumorais. Desta forma, este trabalho visou estudar os fatores de aumento de dose obtidos em Radioterapia com AuNP incorporadas ao tecido tumoral utilizando feixes de ortovoltagem, de braquiterapia e de teleterapia. Este trabalho utilizou de uma metodologia computacional, através de simulação Monte Carlo com o código PENELOPE. Foram simulados feixes clínicos de 50, 80, 150 e 250 kVp, Ir-192 e 6 MV, e um modelo de célula tumoral com AuNPs incorporadas com diferentes concentrações de ouro. O modelo de células utilizado possui 13 µm de diâmetro externo máximo e 2 µm de diâmetro no núcleo. Dois modelos de incorporação de AuNPs foram implementados: modelo homogêneo e modelo heterogêneo. No modelo homogêneo, as AuNP foram distribuídas homogeneamente no núcleo e as células foram irradiadas nas diferentes energias estudadas para avaliar o fator de aumento de dose (DEF) em função da concentração de ouro na célula e da energia do feixe. No modelo heterogêneo, aglomerados de AuNPs foram simulados individualmente dentro da célula. Neste modelo foram utilizados somente os espetros de radiação que apresentaram os melhores desempenhos no modelo homogêneo. Foram avaliadas a fluência de partículas ejetadas nas AuNPs, o DEF, as distribuições de doses e os perfis de dose com aglomerados de 50 a 220 nm na célula. Os resultados obtidos para o modelo homogêneo mostram que os feixes de baixa energia são os que proporcionam maior DEF para uma mesma concentração de AuNP. Os maiores DEFs obtidos foram de 2,80; 2,99; 1,62 e 1,61, para os feixes de 50 kVp, 80 kVp, 150 kVp, 250 kVp, respectivamente, sendo a maior incerteza de 1,9% para o feixe de 250 kVp. Através dos resultados obtidos com o modelo heterogêneo foi possível concluir que os elétrons ejetados possuem maior influência no aumento local da dose. Os perfis de dose, extraídos das distribuições de doses, para os aglomerados simulados permitiram obter os alcances das isodoses de 50, 20 e 10% da dose no entorno das AuNPs. Através desses perfis de dose pode-se concluir que o aumento de dose é local, da ordem de alguns micrômetros, dependendo do tamanho das nanopartículas e da energia do feixe primário. Para o feixe de 50 kVp, o DEF encontrado para uma incorporação heterogênea de seis aglomerados de AuNPs, correspondendo a um modelo clínico real, foi de 1,79, com incerteza de 0,4%. Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que as energias de ortovoltagem proporcionam maior fator de aumento de dose que feixes de megavoltagem utilizados em teleterapia convencional. Além disso, o reforço local de dose pode proporcionar um fator de radiossensibilização celular se as AuNPs forem incorporadas no núcleo das células, nas redondezas do DNA, proporcionando um maior potencial de controle tumoral. / The incorporation of metal nanoparticles into tumor tissues has been studied in radiation therapy given of the dose enhancement that can be obtained in the target volume of the treatment. Studies indicate that gold nanoparticles (AuNP) are among the highest biologically viable for such applications, due to their low toxic potential. In addition, studies show that AuNP from a few nanometers to a few micrometers can permeate blood vessels that feed tumors, allowing their incorporation into tumor cells. Hence, this study´s goal was to study the dose enhancement factors obtained in radiation therapy with AuNP incorporated in the tumor using orthovoltage, brachytherapy and teletherapy beams. This work used a computational methodology, through Monte Carlo simulation with the PENELOPE package. Clinical beams of 50, 80, 150 and 250 kVp, Ir-192 and 6 MV were simulated with a tumor cell model with incorporated AuNPs. The cell model has maximum outer diameter of 13 m and 2 m of nucleus diameter. Two models of AuNP incorporation were implemented: homogeneous model and heterogeneous model. In the homogeneous model the AuNP were distributed homogeneously in the nucleus and the cells were irradiated in the different beams studied to evaluate the dose enhancement factors (DEF) as a function of concentration of gold in the cell and radiation beam. In the heterogeneous model, clusters of AuNPs were simulated individually within the cell. In this model, the radiation spectra used was selected among those that presented the best performances in the homogeneous model. The fluence of particles ejected from the AuNPs, the DEFs, the dose distributions and dose profiles for clusters of 50 to 220 nm in the cell were evaluated. The results obtained for the homogeneous model show that lower energy beams provide the highest DEFs for the same concentration of AuNP. The highest DEFs obtained were 2.80; 2.99; 1.62 and 1.61, for the beams of 50 kVp, 80 kVp, 150 kVp, 250 kVp, respectively, with a maximun uncertainty of 1.9% for the 250 kVp beam. Through the results obtained with the heterogeneous model it was possible to conclude that the electrons ejected from he AuNPs have the major influence on the local dose enhancement. The dose profiles extracted from the dose distributions for the simulated clusters allowed the evaluation of the ranges for the 50, 20 and 10% isodoses in the surroundings of the AuNPs. Through these dose profiles, it can be concluded that the dose increase is local, in the order of a few micrometers, depending on the size of the nanoparticles and the energy of the primary beam. For the 50 kVp beam, the DEF found for a heterogeneous incorporation of six clusters of AuNPs, corresponding to an actual clinical model, was 1.79, with uncertainty of 0.4%. Based on the results obtained it can be concluded that kilovoltage energies provide a higher dose enhancement factor than megavoltage beams used in teletherapy. In addition, local dose enhancement may provide a cellular radiosensitization factor if the nanoparticles are incorporated in the nucleus of the cells, in the vicinity of the DNA, providing an enhanced potential for tumor control.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-01-23T17:09:40Z No. of bitstreams: 1 Thaynara_Schafer_2017.pdf: 1932282 bytes, checksum: 89dd37a8b10b1470458f461465755dfc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T17:09:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thaynara_Schafer_2017.pdf: 1932282 bytes, checksum: 89dd37a8b10b1470458f461465755dfc (MD5) Previous issue date: 2017-11-20 / The textile industries present a high polluting potential, due to the generation of large volumes of liquid waste, containing high organic load and strong coloration derived from the dyes. These effluents can be treated by physical, chemical and biological processes. Among these processes, the adsorption has been widely studied for the removal of water dyes, due to the lower costs, simplicity of operation and high efficiency. Methylene blue (AM), a dye widely used in the textile industry is responsible for the strong staining in the effluents. Even in small amounts (<5 mg Pt Co / L), just as other textile dyes are very visible and affect the appearance, transparency and solubility of the gases, damaging the environment. A material that has been applied as adsorbent for dye removal in wastewater treatment is the magnetic nanoparticle, because it has high adsorption capacity, low cost and magnetic character. The nanoparticles can be prepared by the electrochemical method, thermal decomposition, hydrothermal synthesis, microemulsion, decomposition-precipitation, coprecipitation, chemical vapor deposition and impregnation. Of the most well-known methods of preparation, the coprecipitation method is the oldest, the simplest, the most efficient, and the one that allows greater production on a large scale. In this work, the coprecipitation method was used to synthesize the iron oxide (Fe3O4) nanoparticle obtained by the stoichiometric mixture of Fe2+ and Fe3+ salts in aqueous medium. This material was characterized and applied in solutions with different concentrations of the methylene blue dye in order to study its adsorption capacity. The same procedure was performed with the nanoparticulate compound (Sigma-Aldrich), in order to compare the adsorption capacity. The nanoparticulate material was characterized by magnetization, X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet/ visible (UV/VIS) spectroscopy, scanning electron microscopy) and optical microscopy (MO). By magnetization it was possible to observe the movement of the dispersed particles in aqueous medium toward the magnetic field of the neodymium magnet, which is a property of the ferromagnetic materials. With the solid samples, the supported weight capacity was tested, whereas for the synthesized compound it was 85, 3 g and for the nanoparticulate compound was 105,3 g, it being possible to explain this difference by packaging the particles. The greater the packing of the particles, the greater the magnetic force exerted. By the study of the effect of the pH and temperature of the medium, it was confirmed that at pH 7 and ambient temperature, the interference of the medium does not occur by the surface charges of the adsorbents and thus favoring the dye adsorption process. By reading the absorbances of the AM solutions, it was possible to calculate the equilibrium concentrations and to determine the amount of dye adsorbed by the nanoparticles. At low concentrations (5,0 x 10-6 mol L-1 to 1,0 x 10-5 mol L-1) a linear behavior is observed due to the presence of monomers already in concentrations higher than 1,0x10-5 mol. L-1 has the alteration of the linear behavior of the adjusted line, characteristic of the formation of aggregate and alteration of the coefficient of molar absorption. Scanning and optical electron microscopy showed that the images presented different forms for the nanoparticulate and nanoparticulate nanoparticles (Sigma-Aldrich), and the nanoparticulate presented reduced size and rounded shape when compared to the synthesized compound. By the diffractograms it was inferred that the synthesized material presented in its composition the magnetite (Fe3O4) and hematite (Fe2O3), the nanoparticulate only the presence of magnetite. Through the FTIR spectra for the nanoparticle samples, the major bands corresponding to the Fe-O and O-H bonds were investigated. By means of the TGA analysis, a loss of 2,31% of mass was observed in the variation of 50 to 150ºC, attributed to the presence of water in the sample. Above 150°C, there was another loss of 1,20% corresponding to the mass of gaseous substances, possibly carbon dioxide (CO2) or oxygen gas (O2). / As indústrias têxteis apresentam um elevado potencial poluente, devido à geração de grandes volumes de resíduos líquidos, contendo alta carga orgânica e forte coloração derivada dos corantes. Esses efluentes podem ser tratados por processos físicos, químicos e biológicos. Dentre estes processos, a adsorção vem sendo amplamente estudada para a remoção de corantes de águas, devido os menores custos, simplicidade de operação e alta eficiência. O azul de metileno (AM), um corante amplamente utilizado na indústria têxtil é responsável pela forte coloração nos efluentes. Mesmo em pequena quantidade (< 5 mg Pt Co/L), assim como os demais corantes têxteis são bastante visíveis e afetam a aparência, a transparência e a solubilidade dos gases, prejudicando o meio ambiente. Um material que vem sendo aplicado como adsorvente para a remoção de corante no tratamento de águas residuarias é a nanopartícula magnética, pois possui alta capacidade de adsorção, baixo custo e caráter magnético. As nanopartículas podem ser preparadas pelo método eletroquímico, decomposição térmica, síntese hidrotérmica, microemulsão, decomposição-precipitação, coprecipitação, deposição química a vapor e a impregnação. Dos métodos de preparo mais conhecidos, o método da coprecipitação é o mais antigo, simples, eficiente e o que permite maior produção em larga escala. Neste trabalho, o método da coprecipitação foi utilizado para sintetizar a nanopartícula de óxido de ferro (Fe3O4), obtida pela mistura estequiométrica de sais de Fe2+ e Fe3+ em meio aquoso. Este material foi caracterizado e aplicado em soluções com diferentes concentrações do corante azul de metileno, a fim de, estudar a sua capacidade de adsorção. O mesmo procedimento foi realizado com o composto nanoparticulado (Sigma–Aldrich), com o propósito de comparar a capacidade de adsorção. O material sintetizado e o composto nanoparticulado foram caracterizados por magnetização, difração de raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de infravermelho (FTIR), espectroscopia ultravioleta/visível (UV/VIS), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). Por magnetização foi possível observar o movimento das partículas dispersas em meio aquoso em direção ao campo magnético do ímã de neodímio, sendo esta uma propriedade dos materiais ferromagnéticos. Com as amostras sólidas, testou-se a capacidade de peso suportado, sendo que para o composto sintetizado foi de 85,3 g e para o composto nanoparticulado foi de 105,3 g, sendo possível explicar esta diferença pelo empacotamento das partículas. Quanto maior o empacotamento das partículas, maior a força magnética exercida. Pelo estudo do efeito do pH e temperatura do meio, confirmou-se que em pH 7 e temperatura ambiente, não ocorre a interferência do meio pelas cargas da superfície dos adsorventes e assim tem-se o favorecimento no processo de adsorção do corante. Por meio da leitura das absorbâncias das soluções de AM, foi possível calcular as concentrações no equilíbrio e determinar a quantidade de corante adsorvido pelas nanopartículas. Em baixas concentrações (5,0x10-6 mol. L-1 a 1,0x10-5 mol. L-1) tem-se um comportamento linear, devido à presença de monômeros, já em concentrações superiores a 1,0x10-5 mol. L-1 tem-se a alteração do comportamento linear da reta ajustada, característica da formação de agregado e alteração do coeficiente de absorção molar. Por microscopia eletrônica de varredura e óptica foi observado que as imagens apresentaram formas diferenciadas para a nanopartícula sintetizada e nanoparticulado (Sigma– Aldrich), sendo que o nanoparticulado apresentou tamanho reduzido e formato arredondado quando comparado ao composto sintetizado. Pelos difratogramas inferiu-se que o material sintetizado apresentou em sua composição a magnetita (Fe3O4) e hematita (Fe2O3), já o nanoparticulado somente a presença de magnetita. Através dos espectros de FTIR para as amostras das nanopartículas, averiguaram-se as principais bandas correspondentes as ligações Fe-O e O-H. Por meio da análise TGA, observou-se uma perda de 2,31% de massa na variação de 50 a 150ºC, atribuído a presença de água na amostra. Acima de 150ºC, houve outra perda de 1,20% correspondente a massa de substâncias gasosas, possivelmente dióxido de carbono (CO2) ou O2 (gás oxigênio).

Introdução: O câncer de ovário é frequentemente diagnosticado em estágios avançados e é pouco responsivo aos tratamentos empregados atualmente. O tratamento de primeira linha consiste em esquemas incluindo cirurgia citorredutora seguido de quimioterapia adjuvante por derivados de platina e taxano. Os esquemas de segunda linha são baseados em gemcitabina e doxorrubicina lipossomal. Em seguida, a doença tende a progredir rapidamente e a quimioterapia não é indicada pela ausência de resposta e pela alta toxicidade desses medicamentos. Anteriormente, mostramos que nanopartículas lipídicas semelhantes à composição química da LDL, porém sem proteína, e associadas à agentes antineoplásicos são captadas por células neoplásicas. Objetivos: Testamos a hipótese se o paclitaxel associado à nanopartícula poderia beneficiar com segurança pacientes com câncer de ovário avançado e refratário ao tratamento, e portanto, não mais elegíveis para quimioterapia convencional. Métodos: Quatorze mulheres com câncer de ovário avançado de 61 ± 10 anos, com estadiamento clínico IV e TqNqM1 (FIGO e TNM Scale, respectivamente) que não eram responsivas à quimioterapia em terceira linha foram incluídas no estudo. O tratamento consistiu com o paclitaxel associado à nanopartícula na dose 175 mg/m2 de superfície corporal, a cada 3 semanas. As pacientes foram submetidas a exames clínicos antes de cada ciclo de quimioterapia. Determinações bioquímicas séricas e exames de imagem foram realizados para acompanhamento de novas lesões ou progressão da doença. Resultados: Foi realizado o total de 74 ciclos, e não foram observadas toxicidades laboratoriais e clínicas. Em quatro pacientes a doença permaneceu estável. Conclusões: A notável ausência de toxicidade, não registrada na literatura até hoje nos vários sistemas de veiculação descritos abre uma nova perspectiva de tratamento da doença. Evita-se o desconforto e os riscos da quimioterapia convencional, podem ser incluídos pacientes muito idosos ou com outras fragilidades que contraindiquem a quimioterapia e não há limite para a continuação do tratamento. / Introduction: Ovarian cancer is often diagnosed at advanced stages and is poorly responsive to standard treatment. First-line treatment consists in schemes including citorreductive surgery followed by adjuvant chemotherapy schemes with platinum and taxane derivatives. Second-line regimens are based in gemcitabine and liposomal doxorubicin. Thereafter, the disease progresses rapidly and chemotherapy is no longer indicated for lack of response rate together with high toxicity of antineoplastic agents. Previously, we showed that non-protein lipid nanoparticles resembling chemical structure of LDL, however without protein and associated with antineoplastic agents are uptaken by neoplastic cells. Aims: We tested the hypothesis whether paclitaxel associated to the nanoparticle could safely benefit patients with advanced ovarian cancer refractory to previous treatment, thus not eligible for further conventional chemotherapy. Methodology: Fourteen women with advanced ovarian cancer aged 61 ± 10 years were included, with clinical stage IV and TqNqM1 (FIGO and TNM Scale, respectively) that were unresponsive for third line chemotherapy treatments. Treatment consisted with paclitaxel associated to the nanoparticle at 175 mg/m2 body surface dose, every 3 weeks. Patients were submitted to clinical examinations before each chemotherapy cycle. Serum biochemistry determinations and imaging exams were performed to monitoring new lesions or disease progression. Results: Total of 74 cycles of chemotherapy was performed, clinical and laboratorial toxicities were not observed. Four patients stayed with stable disease. Conclusions: The notable absence of toxicity, not recorded in the oncology literature to date described in various drug delivery systems, opens a new perspective on the treatment of cancer. Avoiding the discomfort and risks of conventional chemotherapy, can be included very aged patients or with other weaknesses, that chemotherapy is contraindicated, and there is no limit for continued treatment.

Melanina é um polímero constituído por uma grande heterogeneidade de monômeros tendo como característica comum a presença de grupos indóis. Por outro lado, a eumelanina produzida pela oxidação enzimática da tirosina é um polímero mais simples constituído principalmente de monômeros 5,6-dihidroxindol (DHI) e de indol-5,6-quinona (IQ). Tirosinase é a enzima chave na produção de melanina, sendo que a sua atividade cinética é medida em função da formação do intermediário dopacroma. Nanopartículas (NPs) de sílica são partículas nanométricas compostas de oxido de silício e são obtidas pelo processo sol-gel desenvolvido por Stöber de hidrólise e condensação de tetraetilortosilicato (TEOS), usando etanol como solvente em meio alcalino. As NPs foram funcionalizadas com 3-Aminopropiltrietoxissilano (ATPES) e depois com glutaraldeído. Este último permitiu a imobilização da tirosinase na superfície da sílica. Caracterizamos as NPs antes e após a reação da enzima, a atividade catalítica da enzima ligada à NP e o mecanismos de formação de melanina na superfície da sílica. As NPs foram caracterizadas por espectrofotometria de absorção e de reflectância, termogravimetria e microscopia eletrônica. A síntese da NP de sílica retornou partículas esféricas com 55nm de diâmetro e a funcionalização da partícula mostrou modificar eficientemente a sua superfície. A imobilização da tirosinase por ligação covalente foi de 99,5% contra 0,5% da adsorção física. A atividade da tirosinase foi caracterizada pela formação de dopacroma. O Km da enzima imobilizada não sofreu alteração em comparação com a tirosinase livre, mas a eficiência catalítica - que considera a eficiência recuperada - foi de apenas 1/3 para a enzima ligada covalentemente, significando que 2/3 das enzimas ligadas não estão ativas. Obtivemos NPs revestidas com melanina a partir de oxidação de tirosina solubilizada em duas preparações: NP com tirosinase ligada covalentemente na superfície e NP funcionalizada com glutaraldeido dispersa em solução de DHI e IQ. O revestimento de melanina foi na forma de um filme fino com espessura ~1,9nm, conferindo perfil de absorção luminosa equivalente ao da própria melanina. Mostramos que o mecanismo de polimerização passa pela oxidação da tirosina pela tirosinase, que gera intermediários oxidados (principalmente DHI e IQ) que vão para solução (mesmo quando a tirosinase está ligada covalentemente na sílica). Estes intermediários ligam-se ao glutaraldeido e a superfície da sílica passa a funcionar como ambiente de polimerização da melanina. / Melanin is a polymer consisting of a large heterogeneity of monomers having as a common feature the presence of indole groups. Contrarily, eumelanin produced by enzymatic oxidation of tyrosine is a simpler polymer consisting mainly of 5,6-dihidroxindol (DHI) and indole-5,6-quinone (IQ) monomers. Tyrosinase is the key enzyme in melanin production, and its kinetic activity is measured by the formation of the intermediate dopacroma. Nanoparticles (NPs) are made of silica nanoparticles of silicon oxide and are obtained by sol-gel method developed by Stöber of hydrolysis and condensation of tetraethylorthosilicate (TEOS), using ethanol as solvent in an alkaline medium. NPs were functionalized with 3-Aminopropyltriethoxysilane (ATPES) and then with glutaraldehyde. The latter allows the immobilization of tyrosinase on the silica surface. We characterized NPs before and after the reaction of the enzyme, the catalytic activity of the enzyme bound to the NP and melanin-forming mechanisms on the silica surface. NPs were characterized by absorption spectrophotometry and reflectance, electron microscopy and thermogravimetric analysis. The synthesis of silica NP returned spherical particles of 55nm diameter and particle functionalization showed efficiently modify its surface. The immobilization of tyrosinase by covalent bond was 99.5% versus 0.5% by physical adsorption. The activity of tyrosinase was characterized by the formation of dopacroma. The Km of the immobilized enzyme did not change compared to the free tyrosinase, but the catalytic efficiency - considering the recovered efficiently - was only 1/3 for the enzyme covalently bound, meaning that 2/3 of the enzymes are not connected active. We obtained melanin coated NPs from tyrosine oxidation in two preparations: NP with covalently bound tyrosinase in the NP surface and NP functionalized with glutaraldehyde dispersed in DHI and IQ solution. The melanin coating was in the form of a thin film with the thickness of ~ 1,9 nm, giving light absorption profile equivalent to that of melanin itself. We showed that the polymerization mechanism involves the oxidation of tyrosine by tyrosinase, which generates oxidized intermediates (especially DHI and lQ) that go into solution (even when tyrosinase is covalently bound to the silica). These intermediates bind the glutaraldehyde and the surface of the silica begins to function as an environment for melanin polymerization.

Pulsos ultracurtos de laser vêm sendo usados tanto para estudar e desenvolver processos ópticos não lineares em materiais, quanto para o seu processamento visando as mais diversas aplicações tecnológicas. Neste trabalho, estas duas áreas (estudos de não linearidades e processamento de materiais) foram exploradas em distintas amostras vítreas. Primeiramente, investigamos o espectro das propriedades ópticas não lineares de terceira ordem de vidros oxifluoroboratos de chumbo (50BO 1,5 - (50-x)PbF2 - xPbO) em função da variação da composição. Os espectros não lineares foram determinados na região do visível e infravermelho próximo pela técnica de varredura-z, utilizando um sistema laser de Ti: safira (775 nm, 150 fs, 1 kHZ) juntamente com um amplificador óptico paramétrico (470 a 2000 nm). Os resultados revelaram que a formação de oxigênios não ligantes favorece a resposta óptica não linear do material; o vidro com x = 50 apresentou as maiores não linearidades de terceira ordem, com índice de refração não linear de aproximadamente 4,7 x \'10 POT.-19\' \'M POT.2\'/W para comprimentos de onda entre 470 a 1550 nm, e coeficiente de absorção de dois fótons da ordem de 1 cm/GW, na região de engrandecimento de ressonância. Estes resultados, associados com a análise do fator de mérito e medidas de limitação óptica, sugerem que esses vidros têm potencialidades para aplicações em limitadores de potência e chaves puramente ópticas. Com relação ao processamento de materiais, utilizamos a técnica de microestruturação com laser de femtossegundos para produzir microestruturas em vidros borato de chumbo e borosilicatos. Foi possível obter linhas na superfície destes materiais, cuja largura pode ser controlada no intervalo de 3 a 35 µm pela alteração das condições de focalização, energia e velocidade de varredura do feixe. Ainda, através da irradiação com pulsos de femtossegundos foi possível produzir nanopartículas de cobre, cujo tamanho está em torno de 15 nm, tanto no volume quanto na superfície de um vidro borosilicato. Observamos que existe uma combinação ótima entre a velocidade de varredura do laser e a temperatura de tratamento térmico que permite a formação dessas nanopartículas apenas nas regiões irradiadas. / Ultrashort laser pulses have been used to study and develop nonlinear optical processes in materials, as well as for their processing, aiming at several technological applications. In this work, both areas (study of optical nonlinearities and materials processing) were exploited for different glass materials. Initially, we have studied the third order nonlinear optical spectrum of lead oxifluoroborate glasses (50BO 1,5 - (50-x)PbF2 - xPbO) as a function of the composition. The optical nonlinearities were determined from the visible to the near infrared employing the Z-scan technique, using a Ti: sapphire laser system (775 nm, 150 fs, 1 kHZ) and an optical parametric amplifier (470 a 2000 nm) as excitation sources. The results revealed that the formation of non-bridging oxygens favors the nonlinear optical properties of the material; the glass with x = 50 presents the higher third order nonlinearities, exhibiting a nonlinear index of refraction of about 4,7 x \'10 POT.-19\' \'M POT.2\'/W at the range of 470 - 1550 nm, and a two-photon absorption coefficient of approximately 1 cm/GW at the resonant enhancement region. Figure of merit analysis and optical limiting measurements suggest that these glasses have potential for applications in optical limiting and all-optical switching. Regarding materials processing, we have used femtosecond laser micromachining to produce microstructures in lead borate and borosilicate glasses. We were able to produce lines with controlled widths, from 3 - 35 µm, on the surface of the glasses by changing the focus, speed and energy of the laser beam. Moreover, using femtosecond laser pulses we obtained copper nanoparticles on the surface as well as in the bulk of a borosilicate glass. We have observed that there is an optimal combination between scanning speed and annealing temperature to promote the formation of nanoparticles at the regions irradiated by the laser.

El presente y el futuro de la industria textil están íntimamente ligados al concepto de textil técnico, artículos éstos concebidos para su aplicación en diferentes segmentos de mercado: salud y ámbito hospitalario, industria naval, aeronáutica y de automoción, sector de construcción e ingeniería civil, defensa e industria militar, etc. En el presente proyecto de investigación se ha contemplado la funcionalización de fibras de polipropileno mediante la aditivación de nanopartículas de plata. De esta forma, se persigue la funcionalización de este material textil con el objetivo de que estas fibras exhiban propiedades antibacterianas y antifúngicas intrínsecas, aumentando así sus posibilidades de aplicación en el campo de textiles de uso médico. El desarrollo de hilos de polipropileno aditivados con nanopartículas de plata ha requerido de un proceso previo de aditivación de la granza polimérica mediante la utilización de un sistema de extrusión de doble husillo co-rotante. Se ha evaluado la influencia de la velocidad de extrusión, de la concentración de nanoplata y de la naturaleza y concentración de diferentes agentes compatibilizantes sobre la homogeneidad de la mezcla polímero-nanopartícula. Se ha optimizado la mezcla polipropileno-nanoplata con vistas a su aplicación en el proceso de hilatura por fusión de hilos multifilamento. Se ha estudiado la influencia de la relación de estirado y de la concentración de nanopartículas de plata en las propiedades térmicas, mecánicas y bioactivas de los hilos funcionales desarrollados. Los hilos multifilamento objeto de estudio presentan configuración monocomponente y bicomponente con sección corteza-núcleo. En el estudio del grado de dispersión de las nanopartículas de plata en la matriz de polipropileno se ha hecho uso de los siguientes técnicas analíticas: difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Igualmente, se ha caracterizado la estabilidad térmica / Fages Santana, E. (2012). INVESTIGACIÓN DE FIBRAS DE POLIPROPILENO ADITIVADAS CON NANOPARTÍCULAS DE PLATA PARA LA MEJORA DE PROPIEDADES BIOACTIVAS EN EL SECTOR TEXTIL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/21065 / Palancia

La Espectrometría de Masas mediante ionización en Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-MS) es una técnica de análisis elemental que permite cuantificar la mayor parte de los elementos de la tabla periódica de forma rápida y a niveles de ultratraza. A lo largo de la última década, y debido a sus características analíticas, el ICP-MS se ha utilizado como sistema de detección en inmunoensayos para la determinación de bioméculas. A pesar de los avances que se han producido, este tipo de estrategias todavía no están exentas de inconvenientes. Entre los retos que aún están por resolver, se encuentran: (i) desarrollo de metodologías para la determinación de haptenos (biomoléculas de bajo peso molecular < 10 kDa), (ii) falta de criterio para seleccionar el tipo de inmunoensayo más adecuado para una aplicación bioanalítica dada, sobre todo cuando se trabaja con haptenos; y (iii) escaso aprovechamiento del potencial del ICP-MS (sensibilidad, límites de detección, capacidad de análisis multielemental, etc.). En la presente Tesis Doctoral se han desarrollado nuevos métodos de análisis de biomoléculas con detección mediante ICP-MS tratando de solucionar los inconvenientes citados con anterioridad. Los métodos se han aplicado al análisis de tóxinas en alimentos y de biomarcadores oncológicos en fluidos biológicos (suero). En primer lugar, debido a la gran preocupación existente por la seguridad alimentaria y el efecto de la alimentación sobre la salud humana, se ha desarrollado una nueva metodología para la cuantificación de la aflatoxina M1 (hapteno) en muestras de leche que cumpliera con los niveles de seguridad requeridos por las actuales políticas internacionales. Por otro lado, se han comparado diferentes formatos de inmunoensayos competitivos para la determinación de esta misma aflatoxina en leche. Además se ha estudiado el efecto de la naturaleza química y del tamaño de las nanopartículas (es decir, Ag / Au, 80 nm / 40 nm) empleadas en los inmunoensayos sobre los parámetros analíticos. Finalmente, se presenta un nuevo enfoque con el objeto de aumentar la sensibilidad de los inmunoensayos homogéneos con detección mediante ICP-MS, con la introducción de un alto número de etiquetas por anticuerpo monoclonal mediante el empleo de polímeros como portadores de múltiples iones lantánidos. Esta metodología se ha aplicado a la determinación simultánea de 4 biomarcadores de cáncer (CEA, sErbB2, CA 15.3 y CA 125) en suero humano.

A papaína, enzima proteolítica extraída do fruto da Carica papaya Linnaeus, apresenta grande perspectiva para carreamento de fármacos devido propriedade anti-inflamatória, antitumoral e aumento da permeação. O presente trabalho teve como objetivo estudar as variáveis de processo da síntese radio-induzida, com o propósito de avaliar a influência destes parâmetros na formação da nanopartícula além do seu potencial como nanocarreador. A síntese foi realizada na presença (20%, v/v) e ausência de etanol, tampão fosfato e radiação gama (10 kGy) para reticulação e esterilização simultânea. As amostras foram avaliadas através da técnica de espalhamento dinâmico de luz, para verificar diâmetro hidrodinâmico, UV e fluorescência para verificação do conteúdo proteico e estrutura secundária, respectivamente. A atividade enzimática foi avaliada utilizando o substrato N-alfa-benzoil-DL-arginina-4-nitroanilida (BAPA). Parâmetros como concentração proteica, molaridade do tampão, pH, tempo e temperatura de solvatação e taxa de dose foram estudados. Posteriormente, foi realizado estudo da estabilidade por 180 dias e demonstração da capacidade de radiomarcação utilizando o tecnécio-99m, além da natureza da reticulação e esterilização das amostras. Conclui-se que a síntese otimizada das nanopartículas de papaína ocorre a 10 mg.mL-1 utilizando tampão fosfato 50 mM com (pH 7) à 0°C, tempo de solvatação de 1 a 6 horas e taxa de dose de 5 kGy.h-1. Ao usar essas condições, a formação de nanopartículas ocorrerá de maneira mais efetiva e com atividade proteolítica preservada. A reticulação das nanopapaínas, nas condicões descritas acima, ocorrem majoritariamente por natureza intramolecular e apresenta esterilidade na dose estabelecida de 10 kGy. As amostras se mostraram estáveis por até 30 dias quando mantidas sob 0°C. A radiomarcação com 99mTc por via direta obteve eficiência de 90% e demonstrou o grande potencial da nanopartícula como nanocarreador. / Papain, proteolytic enzyme extracted from the fruit of Carica papaya Linnaeus, presents great prospect for drug delivery due to the anti-inflammatory and antitumor proprieties and increased permeation. The present work aims to study variable process conditions of radio-induced synthesis, with the purpose of evaluating the influence of the parameters on the nanoparticle formation and potential for radiopharmaceutical loading. The synthesis was performed in the presence (20%, v/v) and absence of ethanol, phosphate buffer and ionizing radiation at 10 kGy, using 60Co as a radioactive source to promote crosslinking and simultaneous sterilization. The samples were evaluated by dynamic light scattering to verify hydrodynamic diameter, UV and fluorescence for verification of protein content and secondary structure, respectively. The enzymatic activity was evaluated using N-alpha-benzoyl-DL-arginine-4-nitroanilide (BAPA) as specific substrate. Parameters such as protein concentration, buffer molarity, pH, time and temperature of solvation and dose rate were studied in order to evaluate the changes and the effect of each condition on the formation of the nanoparticle. Subsequently, a study of the stability of the samples for 180 days and the efficiency of the radiolabeling with technetium-99m were carried out. Additionally, the nature of protein crosslinking and the sterilization was studied. It was concluded that the optimized synthesis of papain nanoparticles occurs at 10 mg.mL-1 using 50 mM phosphate buffer (pH 6-7) at 0°C, solvation time of 1 to 6 hours and dose rate of 5 kGy.h-1. By using these conditions, the formation of nanoparticles will occur more rapidly, with preserved proteolytic activity and considerable levels of cross-linking. Papain crosslinking are intramolecular and 10 kGy demonstrate sterilized potential. Samples were stable for 20-30 days when kept at 20°C and 0-4°C, respectively. Radiolabeling with technetium by direct route obtained efficiency of 90% and demonstrated great potential as a nanocarrier.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade da solução de nanopartículas de prata, utilizada como irrigante e medicação intracanal, em controlar os microrganismos e neutralizar endotoxinas no canal radicular. Para isso, foram utilizadas 48 raízes de dentes humanos padronizadas em 16 mm e com diâmetro apical correspondente a uma lima tipo Kerr no. 30. Os canais foram contaminados por 28 dias com E. coli e por 21 dias com E. faecalis e C. albicans. Os espécimes foram divididos em quatro grupos (n=12), de acordo com a substância utilizada (solução irrigadora e medicação intracanal): G1) solução salina e solução salina (grupo controle); G2) hipoclorito de sódio 1% associado ao creme Endo-PTC e hidróxido de cálcio - protocolo tradicional da FOUSP; G3) solução de nanopartículas de prata 50 ppm e hidróxido de cálcio associado à solução de nanopartículas de prata; e G4) solução de nanopartículas de prata 50 ppm e solução de nanopartículas de prata 50 ppm. Foram realizadas cinco coletas do conteúdo do canal radicular para avaliar a atividade antimicrobiana: coleta de confirmação, imediatamente após a instrumentação (1ª. coleta) e outra após sete dias (2ª. coleta); imediatamente após a remoção da medicação (3ª. coleta) e outra após sete dias (4ª. coleta). A neutralização da endotoxina foi avaliada apenas nas quatro últimas coletas. Os resultados obtidos foram submetidos a análise estatística (Kruskall-Wallis e Dunn). Todas as soluções irrigadoras promoveram redução significativa dos microrganismos após a instrumentação (1ª. coleta) (p<0,05). Após 7 dias houve aumento do número de microrganismos em todos os grupos, voltando ao número inicial nos grupos instrumentados com solução salina e hipoclorito de sódio. Entretanto, apesar de ter ocorrido recolonização dos microrganismos no canal radicular dos espécimes instrumentados com solução de nanopartículas de prata, manteve-se redução estatisticamente significantemente do número de UFC/mL quando comparada à coleta de confirmação (p<0,05), demonstrando efeito residual. A medicação de hidróxido de cálcio eliminou 100% dos microrganismos e manteve os resultados após 7 dias (4ª. coleta) no grupo 2. No grupo quatro houve recolonização de E. faecalis e C. albicans após 7 dias de incubação. O hidróxido de cálcio foi a única substância avaliada que promoveu redução significativa (p<0,05) das endotoxinas. Assim, pôde-se concluir que o hipoclorito de sódio e a solução de NP-Ag reduziram significativamente a microbiota do canal, no entanto somente com a associação ao hidróxido de cálcio houve eliminação dos microrganismos em profundidade nos túbulos dentinários e redução das endotoxinas presentes no canal radicular. / The objective of this study was to evaluate the antimicrobial effect and endotoxin detoxified of solution of silver nanoparticles used as irrigating and dressing in root canals. Forty-eigth single-root human teeth were used. All root canals sized 16 mm and were enlarged to a Kerr file number .30. Root canals were infected for 28 days with E. coli and for 21 days with E. faecalis and C. albicans. The specimens were divided into four groups (n=12), according to the substance used (irrigating solution and dressing): G1) saline and saline (control), G2) sodium hypochlorite 1% with Endo-PTC cream and calcium hydroxide; G3) solution of Ag-NP 50 ppm and calcium hydroxide with Ag-NP; and G4) solution of Ag-NP 50 ppm and solution of Ag-NP 50 ppm. Five samplings of root canal were accomplished to evaluate the antimicrobial activity: confirmation sample, immediately after instrumentation (1st. Sample), and other after 7 days (2 nd. Sample), immediately after dressing removed (3 rd. Sample) and other after 7 days (4 th. Sample). The endotoxina detoxified was evaluated only in the last four samples by Limulus assay. Results were analysed by Kruskal-Wallis and Dunn. All irrigation solutions caused significant reduction of microorganisms after instrumentation (1 st. Collection) (p <0.05). After 7 days there was increase of the number of bacteria in all groups, returning to the initial number of microorganisms in the groups prepared with saline and sodium hypochlorite, however, the recolonization of microorganisms in root canals of groups of solution silver nanoparticles was smaller than the number of confirmation sample (p <0.05), showing residual effect. The calcium hydroxide eliminated 100% of the microorganisms and the results remained after 7 days (4 th. Collection) for group 2. In group 4 there was recolonization of E. faecalis and C. albicans after 7 days. Calcium hydroxide was the only substance that measured a significant reduction of endotoxin (p <0.05). Thus, we concluded that the sodium hypochlorite and the NP-Ag significantly reduced the microorganisms of the root canal, but it is necessary the combination of calcium hydroxide to eliminated all microorganisms into dentinal tubules and detoxified endotoxins in the root canal.

A ação antimicrobiana da nanopartícula de prata (AgNP) favorece seu uso em diversos produtos. Sua toxicidade está relacionada com o tamanho da nanopartícula, seu estado de agregação e a capacidade em gerar espécies reativas de oxigênio (EsRO). O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos citogenotóxicos, como também o estresse oxidativo em eritrócitos de Trachinotus carolinus expostos à AgNP. Os peixes receberam, via injeção intraperitoneal, três diferentes doses de suspensão de AgNP, 3, 1.5 e 0.75 &#956;gAgNP/gpeixe. Após 12, 24, 36, 72 e 108 horas o sangue foi coletado para realizar o ensaio cometa e o teste do micronúcleo (MN) outras anormalidades nucleares (ANE), como também o fígado para a atividade enzimática da catalase. A AgNP demonstrou ser citogenotóxica, como também se capaz de promover o estresse oxidativo em Trachinotus carolinus. Os resultados mostram que os danos ao DNA e a ocorrência de MN e ANE apresentaram relação dose-resposta dependente. A redução no dano ao DNA mostrou estar relacionada com o aumento da atividade da catalase. / Silver nanoparticles (AgNP) are applied as antimicrobial agents to many manufactured products. Nanoparticles size, aggregation and its induction of reactive oxygen species (ROS) are associated with AgNP toxicity. This study was undertaken to examine the citogenotoxicity as well as oxidative stress of AgNP in Trachinotus carolinos erythrocytes. The fish received tree different doses of 3, 1.5 e 0.75 µgAgNP/gfish by intraperitoneal injection. Bloods samples were collected and at 12, 24, 36, 72 and 108 hours post-injection to perform the comet assay and the micronucleus test. Extract of liver were used to measure catalase activity. This study showed that AgNP is citogenotoxic to this species and is able to induce oxidative stress. The results showed that the DNA damage, micronucleus and nuclear abnormalities was dose dependent. The reduction of DNA damage exhibit a close relationship with catalase activity.