A miniaturização de dispositivos tecnológicos levou à percepção de novas classes de efeitos devidos ao con namento quântico e à mudança na proporção entre número de átomos presentes na superfície e no volume de estruturas que atingem a escala nanométrica, levando à noção de nanociência e nanotecnologia. Dentre os desa os impostos por essas áreas emergentes encontram-se os desa os para os métodos analíticos, em particular para os métodos baseados em feixes de íons, que tiveram um papel fundamental na tecnologia do silício. O uso de feixes de íons para a caracterização de nanoestruturas não é muito difundido devido a limitações na resolução espacial e no dano causado pelos íons energéticos incidentes nas nanoestruturas. Nesta tese é apresentado o estado da arte das aplicações da análise por feixes de íons na nanotecnologia e são descritos avanços direcionados à adoção de métodos analíticos de feixes de íons para as nanociências. Serão abordados os principais métodos de per lometria com alta resolução em profundidade, em especí co a per lometria utilizando reações nucleares com ressonâncias estreitas em suas curvas de seção de choque (RNRA, do inglês Resonant Nuclear Reaction Analysis ) e espalhamento de íons de energias intermediárias (MEIS do inglês Medium Energy Ion Scattering ). Uma vez que os modelos convencionais, baseados em uma aproximação Gaussiana, não são adequados para descrever o espectro de espalhamento de íons correspondente a estruturas nanométricas, neste trabalho foram desenvolvidos modelos que descrevem adequadamente os processos de perda de energia dos íons na matéria, viabilizando a adoção sistemática de espalhamento de íons de energias intermediárias para a análise de nanoestruturas. Aplica ções recentes de RNRA e MEIS para eletrodos de porta metálicos e dielétricos com alta constante dielétrica sendo incorporados à tecnologia MOSFET atual são apresentadas como avaliação dos métodos. / Device miniaturization revealed a new class of e ects due to quantum con nement and a di erent ration between the number of surface and bulk atoms as compared to macroscopic structures, giving rise to nanoscience and nanotechnology. Among the challenges imposed by these emerging areas are those related to the analytical techniques for material science, especially for ion beam analysis techniques (IBA). These techniques played a key role in the development of silicon technology. However, ion beam analysis is not of widespread use for nanostructure characterization due to limitation on the spatial resolution and also the damage caused by the energetic impinging ions at the target nanostructures. This thesis present state of the art applications of ion beam analysis for nanotechnology, describing advanced aimed at a more systematic use of analytical techniques based on ion beams for nanosciences. Detailed description of resonant nuclear reaction analysis (RNRA) medium energy ion scattering (MEIS) are presented, followed by the development of advanced ion energy loss models for high resolution depth pro ling using MEIS. The evaluation of RNRA e MEIS are presented based on recent applications for metal gates and high-k gate dielectrics of latest generation Metal-Oxide-Semiconductor Field-E ect Transistor (MOSFET) devices.

Diante de aspectos econômicos e ambientais que relacionam o aquecimento global e o uso contínuo de matrizes energéticas contaminantes, torna-se necessário o desenvolvimento de tecnologias que contribuam para a redução de emissão de poluentes e geração de energia sustentável. Neste contexto, o processo CLC (Combustão com Recirculação Química) é sugerido como uma alternativa para captura de CO2 que permiti a geração de energia sustentável. As questões-chave sobre o uso desta técnica estão na eficiência e custo do carregador de oxigênio, que é um sólido constituído geralmente por óxido metálico, e dependendo da composição e microestrutura, o uso de óxidos bimetálicos em uma estrutura porosa podem ser atraentes para o processo CLC/CLR. O presente trabalho visou entender sobre o efeito da composição química, da moagem de alta energia e da temperatura de tratamento térmico na microestrutura e propriedades físicas de misturas de pós de α-Al2O3, Nb2O5 e Ta2O5 (relação molar de 50:45:5, 50:5:45, 50:50:0 e 95:5:0). Utilizou-se dois tipos de moinho: um moinho planetário Fritsch P-7 (vaso e esferas de ZrO2) e um moinho SPEX 8000M (vaso de WC-Co, usando esferas de aço endurecido e de alumina). Em seguida, os corpos a verde com 10 mm de diâmetro foram preparados por prensagem uniaxial a partir dos pós moídos, as quais foram aquecidas a 600, 800 e 1000°C ao ar. Visando obter características desejadas para transportadores de oxigênio, foram adicionados polietileno de alta densidade (PEAD) ou grafite em quantidades variadas nos corpos a verde. Os materiais produzidos foram caracterizados com auxílio de técnicas de difratometria de raios X (DRX), análises térmicas (DSC/TG), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva (EDS), volumetria (BET), picnometria a He e análise elementar por fluorescência de raios X (FRX). Os resultados mostraram que o aumento do tempo de moagem proporcionou uma redução da intensidade dos picos de DRX das fases α-Al2O3, Nb2O5 e Ta2O5, não havendo formação da fase AlNbO4 ou AlNb(Ta)O4 nos pós moídos de Al2O3+Nb2O5 e Al2O3+Nb2O5+Ta2O5, respectivamente. No entanto, tais fases foram formadas em pós aquecidos à 800 e 1000°C. Análises mostraram que o acréscimo de PEAD resultou na formação de poros superficiais e internos nas pastilhas, o que não foi notado em amostras contendo adição de grafite. Pastilhas de 95Al2O3-5Nb2O5 apresentam maior área superficial, devido apresentarem maior quantidade de α-Al2O3 na mistura de pós de partida. Em pós moídos com esferas de aço, a etapa de lixiviação ácida contribuiu para remoção de 98,4% do ferro da amostra com maior teor de Al2O3. / Given the economic and environmental measures that relate global warming and the continuous use of contaminating energy matrices, it is necessary to develop technologies that contribute to a reduction of pollutant emissions and sustainable energy generation. In this context, the CLC process (Chemical-Looping Combustion) is suggested as one alternative to CO2 capture that allows the generation of sustainable energy. The key issues on the viability of this technique are in the efficiency and cost of oxygen charger, which is a solid generally composed by metal oxide, and depending on the composition and microstructure, the use of bimetal oxides in a porous structure can be potentially attractive for CLC and CLR processes. The present work aimed to understand the effect of chemical composition, high-energy ball milling and heat-treatment temperature on the microstructure and physical properties of the α-Al2O3, Nb2O5 e Ta2O5 powder mixtures. Two kind of ball mills were utilized adopting: a planetary Fritsch P-7 mill (vial and balls of ZrO2) and a SPEX 8000M mill (vial of WC-Co, using hardened steel and alumina balls). Following, green bodies with 10 mm diameter were prepared by axial pressing from the milled powders, which were heated in air at 600, 800 and 1000°C. Aiming to obtain desired characteristics for oxygen carriers, were added high-density polyethylene (HDPE) or graphite in different amounts on the bodies green. The produced materials were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), thermal analyses (DSC/TG), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), volumetric (BET), He pycnometry and wavelength dispersive X-ray fluorescence (XRF). The results showed that the increase in the milling time provided reduction on intensity in the XRD peaks of the α-Al2O3, Nb2O5 and Ta2O5 phases, there is no formation of AlNbO4 or AlNb(Ta)O4 during milling of Al2O3+Nb2O5 e Al2O3+Nb2O5+Ta2O5 powders, respectively. However, these phases were formed in powders heated at 800 and 1000°C. Analysis showed that the HDPE addition has resulted in the formation of surface and internal pores into the cylinders, which no notice in samples containing graphite addition was achieved. The 95Al2O3-5Nb2O5 cylinders presented higher surface area due to higher alpha alumina amount in starting powders. For ceramic powders processed with steel balls, the acid lixiviation step has contributed for an iron removal of 98.4% from the sample with highest Al2O3 content. / Programa Institucional de Bolsas de Pós-Graduação - PIB-PÓS

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A recuperação de metais presentes em equipamentos eletroeletrônicos tem atraído interesse em virtude de novas e diferentes tecnologias que visam a reutilização desses elementos químicos em novos processos produtivos. A recuperação de prata de placas de circuito impresso (PCI) na forma de nanopartículas é uma alternativa para reutilização deste metal nobre. Este trabalho teve como objetivos: recuperar a prata presente em placas de circuito impresso através de uma rota hidrometalúrgica; separar a prata dos demais metais e utilizar a prata recuperada para sintetizar nanopartículas de prata. Para desenvolvimento do trabalho, foram utilizados dois modelos de PCIs com diferentes composições: placa mãe e placa de memória de computadores obsoletos. As placas foram caracterizadas por digestão em água régia, análise granulométrica, análise em lupa binocular, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e perda ao fogo. Foi definida uma rota hidrometalúrgica para recuperação da prata após um estudo de três rotas possíveis. A rota hidrometalúrgica definida para recuperação da prata, para os dois modelos de PCIs, envolveu uma primeira lixiviação em meio ácido sulfúrico a 95ºC, por 18 horas e uma segunda lixiviação em ácido sulfúrico em meio oxidante (adição de peróxido de hidrogênio - H2O2) a 95ºC por 6 horas. Esta rota descarta a técnica de separação magnética e separação eletrostática, pois o metal em estudo é encontrado em pequenas concentrações nos resíduos eletroeletrônicos. O licor lixiviado foi caracterizado por espectrometria de emissão óptica com acoplamento de plasma induzido (ICP-OES). Após o processo de lixiviação, a prata foi isolada dos demais metais na forma de AgCl, através de processo de precipitação seletiva utilizando NaCl. A síntese de nanopartículas de prata foi feita utilizando o citrato de sódio como agente estabilizante. Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que foi possível recuperar 100% da prata presente nas placas de circuito impresso proveniente de computadores obsoletos, por meio da rota hidrometalurgica utilizada. Após a lixiviação, a prata foi isolada. Com a prata isolada, foi possível a síntese de nanopartículas de prata com diâmetro médio de 60 a 80nm. / The recovery of metals present in waste electric and electronic equipment (WEEE) has attracted interest due to the new and different technologies that aim to reuse these chemical elements in new production processes. Recovering silver from printed circuit boards (PCI) into nanoparticles form is an alternative to reuse this noble metal. This work aims to: recover the silver present in printed circuit boards through a hydrometallurgical route; to separate silver from the other metals and to use the recovered silver to synthesize silver nanoparticles. For the development of this work two models of PCIs with different compositions were used: motherboard and random-access memory (RAM) devices from obsolete personal computers. The PCIs were characterized by aqua regia digestion, particle size analysis, stereo microscope analysis, scanning electron microscopy (SEM) and loss on ignition. A hydrometallurgical route for silver recovery was defined after a study of three possible routes. The hydrometallurgical route defined to recover silver from the two models of PCIs involved a first step of leaching in sulfuric acid solution at 95ºC for 18 hours and a second leaching step in sulfuric acid in an oxidizing solution (with addition of hydrogen peroxide - H2O2) at 95° C for 6 hours. This route discards the technique of magnetic and eletrostatic separation because the metal under study is found in a small concentration in the electric and electronic waste. The leached liquor was characterized by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). After the leaching process, the silver was isolated from the other metals in the form of AgCl, through a selective precipitation process using NaCl. The synthesis of silver nanoparticles was accomplished using sodium citrate as stabilizing agent. The obtained results in this work allows to conclude that it is possible to recover 100% of the silver present in printed circuit boards from obsolete computers, through the hydrometallurgical route. After leaching, silver was isolated. It was possible to synthesize nanoparticles with an average diameter of 60 to 80 nm.

Com o aumento da expectativa de vida e o envelhecimento da população, a medicina regenerativa vem ocupando um importante espaço visando manter a qualidade de vida da população. A engenharia de tecidos, apoiada nos avanços da biotecnologia e da nanotecnologia, vem se configurando como alternativa mais versátil e menos custosa ao reparo e transplante de tecidos e órgãos. Os arcabouços para engenharia tecidual constituídos de nanofibras têm o potencial para mimetizar a arquitetura nanométrica dos tecidos humanos, especialmente devido à grande área superficial e elevada porosidade. Para a fabricação de arcabouços de nanofibras, a técnica mais utilizada é a de eletrofiação, devido à sua alta versatilidade, e os materiais mais estudados são os polímeros biodegradáveis e biocompatíveis, que são os mais desejados para fins biomédicos. A esterilização é uma etapa crítica no processo de fabricação de produto médico implantável e pode ter impacto no desempenho dos arcabouços poliméricos. Desta forma, o objetivo deste estudo foi avaliar o impacto da esterilização por gás ozônio em arcabouços de nanofibras poliméricas eletrofiadas para engenharia de tecidos. A esterilização por ozônio foi eficaz na inativação do indicador biológico G. stearothermophilus, caracterizando eficácia na letalidade microbiana; igualmente, não se detectou crescimento microbiano no teste de esterilidade. Os arcabouços de nanofibras de poli(ácido láctico-co-ácido glicólico) tiveram suas propriedades físico-químicas, mecânicas e biológicas preservadas, mantendo o mesmo desempenho como suporte para o crescimento de fibroblastos NIH3T3 após a esterilização. Já os arcabouços de poli-caprolactona, tiveram suas propriedades alteradas e apresentaram um melhor desempenho na proliferação celular de fibroblastos L929 após a esterilização. Assim, o gás ozônio se mostrou como um método alternativo para a esterilização de nanofibras poliméricas para engenharia tecidual. / Since world population is ageing, regenerative medicine has become a growing area in the medical field in order to maintain the life quality of population. With the advance of biotechnology and nanotechnology, tissue engineering has emerged as a more versatile and less costly alternative to tissue repair and transplantation. Nanofibers have the potential to mimic the human tissue architecture at the nanometer scale, especially due to their large surface area and high porosity. Electrospinning is the most applied technique to fabricate nanofibers scaffolds mainly because of its powerful and high versatility. Many polymers can be used on the fabrication of nanofibers scaffolds; however, the biodegradable and biocompatible polymers are the most desired ones for biomedical purposes. Sterilization is a critical step in the fabrication process and might impact the performance of polymeric scaffolds. Therefore, the aim of this study was to evaluate the impact of sterilization by ozone gas on polymeric electrospun nanofibers scaffolds for tissue engineering. Ozone gas sterilization was efficient in killing the G. stearothermophilus spores, a common biological indicator used for validation of sterilization processes. The sterilization method preserved the physico-chemical, mechanical, and biological properties of poly(lactic-co-glycolic) acid nanofibers, keeping the performance of NIH3T3 proliferation on the scaffolds. On the other hand, the same sterilization method altered some properties of poly-caprolactone electrospun scaffolds, what improved L929 fibroblasts proliferation on the scaffolds after sterilization. Therefore, ozone gas was found to be a benign sterilization method for polymeric electrospun scaffolds for tissue engineering.

Entre 5,3 e 12% das mulheres com endometriose apresentam a forma mais severa da doença, com comprometimento profundo do intestino, cujo principal tratamento é cirúrgico, porém com alta taxa de complicações: recorrência das lesões, fístulas, hemorragias, infecção, suboclusão intestinal e disfunção vesical e/ou intestinal. O tratamento medicamentoso visa inibir o crescimento dos focos por meio do bloqueio ovariano, com boa redução da dor, mas sem diminuição dos nódulos endometrióticos, e maiores efeitos colaterais pela longa duração do tratamento. Atualmente, drogas podem ser acopladas a nanopartículas que tenham afinidade com tecidos doentes, de forma a serem entregues diretamente aos mesmos, sem efeitos sistêmicos significativos e com eficácia superior no controle das lesões. Há evidências de que células em alta divisão apresentam maior captação de LDL que células normais, para síntese de membrana. Em diversos tipos de câncer, doenças reumatológicas, aterosclerose, mieloma múltiplo e na cardiomiopatia diabética, a necessidade significativamente maior de LDL permitiu bons resultados terapêuticos acoplando-se um quimioterápico à LDE (nanoemulsão artificial semelhante à LDL e que se liga ao mesmo receptor). Na endometriose, assim como no câncer, há fatores de crescimento e citocinas associados à multiplicação celular, e também há superexpressão dos receptores de LDL nas lesões de endometriose. Além disso, mulheres com endometriose intestinal apresentam níveis plasmáticos menores de LDL que o grupo sadio. Este estudo avaliou a captação da emulsão de LDE marcada radioativamente pelos receptores na superfície do foco endometriótico, para posteriormente testar a capacidade da LDE de interiorização celular. Tratou-se de um estudo-piloto comparativo entre três grupos: endometriose intestinal e não-intestinal, e sem endometriose. Antes do tratamento cirúrgico, foi determinado o perfil lipídico das pacientes e foi injetada a LDE marcada. Foi dosada a radioatividade das amostras de tecidos coletados (endometriose intestinal e não-intestinal, peritôneosadio e endométrio tópico). Na comparação entre os grupos, não houve diferença significativa nos parâmetros (p > 0,01), possivelmente devido à amostra pequena. Mas o grupo com endometriose intestinal tendeu a apresentar um IMC mais baixo que os demais, com maior sintomatologia álgica e níveis mais altos de LDL. A captação de LDE no peritôneosadio foi maior no grupo com endometriose não intestinal. O endométrio tópico e os focos de endometriose intestinal captaram mais LDE que os de não-intestinal, sugerindo maior divisão celular e menos fibrose. A comparação da captação da LDE por local mostrou uma tendência a captação decrescente entre endométrio tópico, peritôneo sadio e lesão de endometriose. Como os focos de endometriose (intestinal ou não) captaram de maneira significativa a LDE, conclui-se que há consumo aumentado de LDL nas lesões de endometriose, assim como no câncer e nas doenças inflamatórias. Não houve diferença dos níveis de colesterol plasmático na captação da LDE, comprovando a entrega direta da nanoemulsão aos tecidos em alta divisão celular, independente das lipoproteínas séricas. Estes resultados abrem caminho para novos estudos de avaliação da nanotecnologia como opção terapêutica às cirurgias radicais, com menores complicações e sem efeitos colaterais sistêmicos / Between 5.3% and 12% of women with endometriosis present the most severe form of disease, with deep intestinal involvement, mainly treated by surgery, which has a high rate of complications: recurrence of lesions, fistulas, hemorrhage, infection, intestinal subocclusion and bladder and / or bowel dysfunction. Drug treatment aims to inhibit foci growth by means of ovarian blockage, with good reduction of pain, but with no effect on endometriotic nodules, and frequent side effects due to the long duration of treatment. Currently, drugs can be coupled to nanoparticles that have affinity with compromised tissues, in order to be delivered directly to them, without significant systemic effects and with superior efficacy in the control of lesions. There are evidences that cells in high division have higher uptake of LDL than normal cells, for membrane synthesis. In several types of cancer, rheumatic diseases, atherosclerosis, multiple myeloma and in diabetic cardiomyopathy, the significantly greater need for LDL allowed good therapeutic results by coupling a chemotherapeutic to LDE (an artificial nanoemulsion similar to LDL that binds to the same receptor). In endometriosis, as well as in cancer, there are growth factors and cytokines associated with cell multiplication, and there is also overexpression of LDL receptors in endometriosis lesions. In addition, women with intestinal endometriosis have higher plasma LDL levels than healthy ones. This study evaluated the uptake of radioactively labeled LDE emulsion by receptors on the surface of endometriotic foci, to later test the LDE capacity of cellular interiorization. It was a comparative pilot study between three groups: patients with intestinal and non-intestinal endometriosis, and without endometriosis. Before surgical treatment, the lipid profile of patients was determined and labeled LDE nanoemulsion was injected. The radioactivity of the collected tissue samples (intestinal and non-intestinal endometriosis, healthy peritoneum and topical endometrium) was measured. In the comparison between groups, there was no significant difference in parameters (p > 0.01), possibly due to the small sample. But the group with intestinal endometriosis tended to present a lower BMI than others, with greater pain symptomatology and higher levels of LDL. LDE uptake in healthy peritoneum was higher in the non-intestinal endometriosis group. The topical endometrium and foci of intestinal endometriosis uptaked more LDE than non-intestinal ones, suggesting greater cell division and less fibrosis. Comparison of LDE uptake per site showed a tendency toward decreasing uptake between topical endometrium, healthy peritoneum and endometriosis lesion. As endometriosis foci (intestinal or not) have uptaked LDE on a significant level, the conclusion might be that there is an increased consumption of LDL by endometriosis lesions, as well as in cancer and inflammatory diseases. There was no difference between plasma cholesterol levels and LDE uptake, demonstrating the direct delivery of the nanoemulsion to tissues in high cell division, independent of serum lipoproteins. These results open the way for new studies evaluating nanotechnology as a therapeutic option for radical surgeries, with lower complications and no systemic side effects

O paclitaxel (PCX) é o fármaco de primeira escolha para o tratamento do câncer de ovário. Contudo, a baixa solubilidade do PCX torna necessária a adição de adjuvantes tóxicos à formulação comercial (Taxol®). Assim, o desenvolvimento de sistemas de liberação nanoestruturados têm sido estudados para promover a redução dos efeitos tóxicos e aumentar a segurança e a eficiência terapêutica do PCX. Uma das estratégias utilizadas para aumentar a seletividade dos nanocarreadores às células tumorais é a funcionalização de suas superfícies com folato, devido a superexpressão dos receptores de folato nas células tumorais. O objetivo do presente trabalho foi desenvolver e caracterizar nanopartículas de PLGA funcionalizadas (NP-PCX-AF) e não funcionalizadas (NP-PCX) para a veiculação do PCX, bem como a avaliação in vitro da eficácia dos sistemas desenvolvidos em linhagens celulares de adenocarcinoma de ovário. Os nanocarreadores foram produzidos pela técnica de nanoprecipitação e avaliados por meio das análises físico-químicas de diâmetro médio de partícula, índice de polidispersão, potencial zeta, eficiência de encapsulação, estabilidade coloidal e espectro de infravermelho. Além disso, foi avaliada a eficácia antitumoral e o uptake dos sistemas desenvolvidos por meio dos ensaios de citotoxicidade celular por resazurina e internalização por microscopia confocal e citometria de fluxo. Os resultados obtidos mostraram que as formulações funcionalizadas e não funcionalizadas apresentaram reduzidos valores de diâmetros médios de partículas (menor que 150 nm) e índices de polidispersão reduzidos (menor que 0,2) com elevada eficiência de encapsulação do PCX, próximo a 100%, o que é adequado para a via de administração endovenosa e promoção do direcionamento ativo e passivo no ambiente tumoral. Os resultados de citotoxicidade celular in vitro em linhagens OVCAR-3 e SKOV-3 demostraram a elevada capacidade das formulações desenvolvidas em liberar o PCX em tempo hábil para ocasionar dano celular. Além disso, a formulação NPPCX- AF apresentou maior capacidade citotóxica que a formulação NP-PCX nas menores concentrações de PCX avaliadas, com redução máxima da viabilidade celular, aproximadamente 22 % para a linhagem celular SKOV-3 e 11% para OVCAR-3, utilizando a concentração de 1000 nM no tempo de 72 horas. Os ensaios de citometria de fluxo e de microscopia confocal mostraram a elevada capacidade de ambos os carreadores serem internalizados através do processo de endocitose, com valores de internalização celular superiores a 80% após 1 hora de tratamento. Estudos in vivo subsequentes serão necessários para confirmar o potencial da formulação NP-PCX-AF no tratamento do câncer de ovário / Paclitaxel (PCX) is a first-line medicinal treatment for ovarian cancer. However, the low PCX water solubility makes necessary the addition of toxic adjuvants to the commercial formulation (Taxol®). Thus, the development of nanostructured delivery systems has been studied to promote a reduction on side effects and an increase on safety and PCX therapeutic efficacy. One of strategies used to increase nanocarriers selectivity to tumor cells is the modification of their surfaces with folate due to folate receptor overexpression on tumor cells membrane. The aim of this work was the development and characterization of folate-modified PLGA nanoparticles (NP-PCXAF) and unmodified nanoparticles (NP-PCX) to PCX delivery, as well as the evaluation of in vitro efficacy of developed systems using human ovarian cancer cell lines. The nanocarriers were produced through nanoprecipitation technique and evaluated through physico-chemical parameters like particle size, polydispersity index, zeta potential, encapsulation efficiency, colloidal stability and infrared spectroscopy. Besides that, antitumoral efficacy and cellular uptake were evaluated using resazurin cytotoxicity assay, confocal microscopy and flow cytometry. The results obtained for folate-modified nanoparticles and unmodified nanoparticles showed low particle size distribution (less than 150 nm) and polydispersity index (less than 0.2) with high PCX encapsulation efficiency (about 100%) which is suitable for intravenous administration and for promoting active and passive targeting to tumor microenvironment. The in vitro cellular cytotoxicity assays of OVCAR-3 and SKOV-3 cell lines demonstrated the high ability of both formulations to release PCX and consequently to cause cellular damage. Furthermore, in lower concentrations NP-PCX-AF formulation showed higher cytotoxicity capacity than NP-PCX with higher cell viability reduction, about 22% for SKOV-3 cell line and 11% for OVCAR-3, using concentration of 1000 nM at 72 hours. Finally, flow cytometry and confocal microscopy assays indicated a high capacity of both nanocarriers to be internalized through endocytosis process. Therefore, subsequent in vivo studies are necessary to confirm the NP-PCX-AF potential for ovarian cancer treatment

Tese de Mestrado. Mestrado em Engenharia Biomédica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

[pt] A Nanotecnologia teve seus primeiros conceitos introduzidos pelo físico americano Richard Feynman em 1959, em sua famosa palestra intitulada There´s plenty of room at the bottom (Ainda há muito espaço sobrando no fundo). Já a Inteligência Computacional tem sido utilizada com sucesso em diversas áreas no meio acadêmico e industrial. Este trabalho investiga o potencial dos Algoritmos Genéticos na otimização e síntese de dispositivos e estruturas na área de Nanotecnologia, através de 3 tipos de aplicações distintas: síntese de circuitos eletrônicos moleculares, projeto de novos polímeros condutores e otimização de parâmetros de OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes). A síntese de circuitos eletrônicos moleculares é desenvolvida com base em Hardware Evolucionário (EHW - Evolvable Hardware) e tem como principais elementos dois dispositivos moleculares simulados em SPICE: o diodo molecular e o transistor molecular. O projeto de novos polímeros condutores é baseado em uma metodologia que combina uma aproximação tight-binding (hamiltoniano de Hückel simplificado) que representa a estrutura eletrônica de uma cadeia polimérica, empregando um AG com avaliação distribuída como mecanismo de síntese. Finalmente, a otimização de parâmetros de OLEDs é desenvolvida por meio de um método que modela o comportamento elétrico do dispositivo com multicamadas, onde cada camada possui uma proporção de MTE (material transportador de elétrons) e uma proporção de MTB (material transportador de buracos). As aplicações apresentam resultados que comprovam que o apoio de técnicas de Inteligência Computacional como os Algoritmos Genéticos no mundo nanométrico pode trazer benefícios para a criação e o desenvolvimento de novas tecnologias. / [en] The first Nanotechnology concepts were introduced by the American physicist Richard Feynman in 1959, in his famous lecture entitled There´s plenty of room at the bottom. Computational Intelligence has been successfully used in various areas in the academic and industrial worlds. This work investigates the potential of Genetic Algorithms in the optimization and synthesis of devices and structures in the Nanotechnology domain, by means of 3 types of distinct applications: synthesis of molecular electronic circuits, design of new conducting polymers and optimization of OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) parameters. The synthesis of molecular electronic circuits is developed based on the Evolvable Hardware (EHW) paradigm and has as main elements two molecular devices simulated in SPICE: the molecular diode and the molecular transistor. The design of new conducting polymers is based on a methodology that combines an approximated tight-binding (simplified Huckel Hamiltonian) that represents the electronic structure of a polymer chain, using a GA with distributed evaluation as the synthesis mechanism. Finally, the optimization of OLEDs parameters is developed by means of a method that models the electric behavior of multi-layer devices, where each layer has a ratio of electron transport material (ETM) to hole transport material (HTM). The applications present results that demonstrate that the use of Computational Intelligence techniques, as Genetic Algorithms, in the nanometer world can bring benefits for the creation and development of new technologies.

The aim of this work is to develop an effective new MGA delivery system by means of nanotechnology for the treatment of leishmaniosis which could be administered by parenteral or oral route in a future. Moreover, for ensuring the effectiveness of the formulations developed, their in vitro activities will be assessed against L. infantum. The intention is to prepare a target drug delivery system by means of different technological strategies like micro-nanoparticles by spray drying. These formulations should target the antileishmanial drug to the macrophages which are the host cells of Leishmania parasites. If this purpose was achieved the drug bioavaibility would be increased, therefore lower doses could be administered, reducing the side effects and improving the efficiency of the treatment. The main objective can be summarized as to develop and characterize a new MGA formulation using nanotechnologies. It implies: 1. To study in vitro the effectiveness and cytotoxicity of formulations against Leishmania. 2. To develop preliminary in vitro uptake studies in macrophages using quantum dots assisted imaging.3. To study MGA release profile from the new delivery device developed.The present development of a new dosage form of MGA starts with the elaboration of emulsions, self-emulsifying drug delivery systems and nanosuspensions. However, the main part is centralized by the microencapsulation of MGA by spray drying using the preliminary studies as reference and the polymer chitosan as the main excipient. Spray drying technique has been used to elaborate two kinds of nano/microspheres, on one side those which come from emulsions and on the other side those which come from solutions. Both cases have been morphologically characterized and their effectiveness has been studied in vitro against Leishmania parasites. Moreover, the ability to be phagocyted by macrophages cells has been investigated using quantum dots assisted imaging in the Department of Pharmaceutical Sciences of the University of Connecticut during a stage.A new meglumine antimoniate delivery device for the treatment of leishmaniosis has been properly developed using spray drying technique achieving efficiencies of encapsulation higher than 90 % and process yields of 60 %. All the antimony IC50 values from encapsulated meglumine antimoniate in the chitosan microspheres tested against promastigotes and amastigotes are considerably lower compared to the mean value of IC50 in Glucantime® solution and give an Safety Index ratio higher than 1. Moreover, it is reported for the first time a novel in vitro activity of chitosan against L.infantum with a low cytotoxicity in macrophages assays (PATENEP P200700968). The uptake studies confirm the better suitability of chitosan as polymer to target drugs to macrophages compared to the commonly used PLGA.It has been shown that high percentages of chitosan in solutions to be spray-dried reduce the yield of the process, produce larger wrinkled microspheres but increase the efficiency of encapsulation. Chitosan microspheres exhibit a biphasic prolonged release for 24 h, characterized by an initial burst effect followed by slow release. High polymer ratios reduce the drug release in all the study. Moreover, high percentages of glutaraldehid in chitosan microspheres tend to increase significantly the presence of Non-Fickian drug release mechanism. These microspheres show the slowest release for the first 3 h but the highest percentage of drug released at 24 h. Moreover, they are among the more active microspheres against L.infantum. The minimum antimony IC50 value of chitosan microspheres is obtained using high percentages of glutaraldehid, low percentages of chitosan and low inlet temperatures. This new delivery system could offer a new pharmacological tool for treatment of leishmaniosis that reduces the doses required, lowering toxic side effects due to meglumine antimoniate.