El desarrollo de la nanotecnología ha permitido la elaboración de nanomateriales para su uso en diversas áreas como óptica, catálisis, electrónica y medicina. En la actualidad, el control del tamaño, forma, composición y estabilidad de las nanopartículas sigue siendo un desafío para ciertas aplicaciones por lo que continúan las investigaciones sobre la síntesis y caracterización de nanomateriales. Entre las nanopartículas metálicas, las de oro (nAu) son consideradas las más estables aunque los métodos de síntesis tradicionales involucran el uso de reactivos tóxicos para el medio ambiente o para su uso en medicina. En el presente trabajo se obtuvieron nAu por medio de un método de síntesis verde que utilizó el biopolímero quitosana como agente reductor y estabilizador. Estas nanopartículas de oro con quitosana fueron caracterizadas por técnicas microscópicas y espectroscópicas. En primer lugar, se sintetizaron nAu en solución acuosa por medio de la reducción de iones Au3+ con quitosana bajo calentamiento y agitación constante. Mediante la caracterización por espectroscopia UV-Vis, se evaluaron distintos parámetros como relación molar quitosana/Au3+, tiempo de reacción, temperatura, pH y concentración de ambos reactivos en la formación y estabilidad de las nAu. Las nAu iniciaron su formación dentro de los 20 minutos de reacción, siendo estables aquellas con relación molar quitosana/Au3+ desde 95/1 hasta 367/1 que fueron sintetizadas a pH 4,46, a 75°C y con concentraciones de quitosana y HAuCl4 de 0,27% (w/v) y 1,58 x 10-4 mol/L, respectivamente. Asimismo, para las nAu estables se observó una banda de plasmones de superficie a 522 nm. A partir de las técnicas de TEM, ELS y AFM, se concluyó que las nAu son esféricas, monodispersas, poseen tamaño entre 10 y 15 nm y su superficie tiene carga positiva. En segundo lugar, y a modo de comparación, se sintetizaron nAu con otros agentes reductores como los monómeros de quitosana (D-glucosamina y N-acetil-D-glucosamina), glucosa y citrato de sodio con las condiciones de reacción reportadas en la literatura para la obtención de nAu estables. Para las síntesis con los monómeros de quitosana y glucosa se observó la reducción de los iones Au3+ más no la estabilización de las nAu formadas pero para la síntesis con citrato de sodio se obtuvieron nAu estables a pH 6. Luego se logró obtener a pH 4,46 nAu con quitosana y citrato al mismo tiempo para compararlas con las nAu con quitosana. Por último, se llevó a cabo la reducción en fase heterogénea, para lo que se utilizaron perlas y películas de quitosana para la síntesis de nAu. Se observó una ligera diferencia en la velocidad de reacción a los distintos pH (4 y 8). Para las perlas de quitosana y las de quitosana entrecruzadas con epiclorhidrina la velocidad de reducción fue comparable con la de la reducción homogénea. En general, una mayor porosidad de la estructura favoreció la formación de nAu de manera más homogénea, siendo las películas las que tardaron más tiempo en formar nAu. / Tesis

Las quemaduras en los seres vivientes son lesiones a los tejidos orgánicos ocasionados por un agente que produce una variación térmica local. Existen diversos grados de quemaduras dependiendo de la extensión y la profundidad de la lesión. En el caso de las quemaduras de mayor gravedad se realizan tratamientos largos y dolorosos que se basan en el reemplazo de la piel dañada por un homoinjerto o heteroinjerto, complementado con el uso de diversos fármacos para evitar el rechazo y las infecciones que puedan producirse por la exposición de los tejidos al ambiente. Se conoce la biocompatibilidad del quitosano y su uso como matriz de liberación de fármacos, por lo que se estudió su obtención a partir de quitina proveniente de la concha caliza (pluma) del calamar gigante Dosidicus gigas. Dado que la sulfadiazina de plata es un fármaco usado exitosamente en el tratamiento de quemaduras, se prepararon películas de quitosano cargadas con este fármaco, comprobándose la viabilidad del uso de este biopolímero para tal fin. Luego se procedió a estudiar la cinética de liberación de la sulfadiazina de plata de películas de quitosanos. En la presente investigación se estudió la cinética de liberación de sulfadiazina de plata en tres diferentes tipos de quitosanos: uno de uso comercial y dos preparados en nuestros laboratorios. Se determinaron sus características fisicoquímicas como grado de desacetilación y peso molecular, obteniéndose quitosanos de pesos moleculares entre 170 – 490 kDa y grado de desacetilación entre 85 – 90%. Las películas desarrolladas fueron cargadas con dos diferentes concentraciones del fármaco y liberados a un medio buffer fosfato de pH 9 que simula el ambiente de una quemadura. Se determinó que la liberación del fármaco comienza con una etapa de equilibrio con el medio, seguida de una liberación controlada. Todas las películas mostraron un comportamiento similar; sin embargo, la película preparada con el quitosano de peso molecular de 486,2 kDa y grado de desacetilación de 89,55% fue la que liberó el fármaco de forma sostenida por tiempo más prolongado y a una mayor concentración en comparación con las otras. Las películas preparadas con los polielectrolitos quitosano-alginato no fueron homogéneas, observándose que el fármaco no fue cargado de manera efectiva. Esto se comprueba en el perfil de liberación, siendo este de concentraciones mucho menores que las halladas con películas de quitosano solo y por debajo del rango de calibración. Sin embargo, se obtienen mejores resultados con la película hecha de quitosano Q12 y alginato con una concentración máxima de 0,035 mg/L a la media hora de liberación y reduciendo su liberación hasta 0,00024 mg/L a las 23 horas, mientras que con quitosano Q13 se obtuvo a las 23 horas una liberación fuera del rango. Esta diferencia viene dada por la mayor interacción del quitosano Q12 de menor peso molecular con el alginato, dando una interacción mayor con el fármaco. Además, para poder comparar la efectividad de las películas, se realizó la liberación del fármaco desde una crema comercial de sulfadiazina al 1%. Se observó que, si bien la crema comercial libera el fármaco de forma sostenida, la concentración es mucho mayor, llegando a niveles de 0,089 mg/L a las 23 horas de liberación, mientras que las películas de quitosano pueden liberar 0,031 mg/L en el mismo tiempo. En consecuencia, existe la posibilidad de envenenamiento por grandes concentraciones de iones plata en sangre y tejidos, lo que puede ser evitado con el uso de los apósitos de quitosano. / Tesis

Neste trabalho foi desenvolvido um novo bioprocesso para a síntese de lactosacarose, um candidato a prebiótico. A lactosacarose foi produzida por transgalactosilação, catalisada pela β-galactosidase de Bacillus circulans imobilizada em macroesfera de quitosana, utilizando a lactose e a sacarose como substratos. No processo de imobilização, os resultados indicam que a melhor razão entre a concentração de enzima e de suporte foi de 200 mg.g-1. A estabilidade térmica da enzima imobilizada foi determinada e comparada com a estabilidade térmica da enzima livre em temperaturas de 50, 60 e 70 °C e para esta última foi verificada a estabilidade na presença e ausência de substrato. A imobilização aumentou de 10 a 260 vezes a estabilidade térmica da enzima, sendo este efeito inversamente relacionado com a temperatura. A otimização das condições de produção indica, para a β-galactosidase imobilizada e livre, que a melhor condição de produção de lactosacarose e de oligossacarídeos totais, ocorre na temperatura de 30 °C e pH 7,0. Nesta condição, após 24 h, foi alcançada a produção de 79 g.L-1 de lactosacarose, 35 g.L-1 de galacto-oligossacarídeos (GOS) e 260 g.L-1 de oligossacarídeos totais. O processo de imobilização possibilitou a reutilização da enzima imobilizada por 30 ciclos, mantendo aproximadamente 95% da concentração inicial de lactosacarose, GOS e oligossacarídeos totais produzidos inicialmente. Portanto, o bioprocesso de imobilização de β-galactosidase de Bacillus circulans em macroesfera de quitosana pode ser considerado um potencial catalisador para produção industrial de lactosacarose. / This work developed a new process for the synthesis of lactosucrose, a candidate for prebiotic. The lactosucrose was produced by transgalactosylation that was catalyzed by a Bacillus circulans β-galactosidase immobilized on macrospheres of chitosan using lactose and sucrose as substrates. In the process of immobilization, the results indicate that the best ratio of the concentration of enzyme and carrier was 200 mg.g-1. The thermal stability of the immobilized enzyme was determined and compared with the thermal stability of the free enzyme at temperatures of 50, 60 and 70 °C and for the latter was verified stability in the presence and absence of substrate. The immobilization increased (10-260 times) the thermal stability of the enzyme, which is inversely related to the temperature. The results of the experiment optimization of lactosucrose production conditions indicate point out that, for free and immobilized β-galactosidase, the best condition lactosucrose production and total oligosaccharides occurs at a temperature of 30 °C and pH 7.0. In this condition, after 24 h, producing 79 g.L-1 lactosucrose was reached, 35 g.L-1 galactooligosaccharides (GOS) and 260 g.L-1 of total oligosaccharides. The immobilization process enabled the reuse of immobilized enzyme for 30 cycles, maintaining approximately 95% of the initial concentration of lactosucrose, GOS and total oligosaccharides produced initially. Therefore, the bioprocess of β-galactosidase from Bacillus circulans immobilization on macrospheres of chitosan can be considered a potential catalyst for industrial.

Em biocatálise, tem crescido o uso de enzimas imobilizadas em função das diferentes vantagens observadas pelo uso desta técnica, quando comparada ao o uso de enzimas livres. O bom desempenho de enzimas imobilizadas está diretamente relacionado ao tipo de suporte usado no processo de imobilização. Neste sentido, é de fundamental importância a busca por novos suportes que aliem qualidades mecânicas, biocompatibilidade e que, ao mesmo tempo, consigam melhorar as características da enzima a ser imobilizada. No presente trabalho foram desenvolvidos materiais híbridos a base de sílica, contendo diferentes proporções de quitosana, 10 e 20%, e um material a base de sílica que foi organofuncionalizado com APTMS. A enzima escolhida como modelo foi a β-galactosidase devido a sua aplicação na indústria de alimentos. A fim de proceder à imobilização covalente da enzima, foi realizada a ativação dos suportes com glutaraldeído. Os três materiais, com e sem enzima imobilizada, foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, análise elementar C, H, N e termogravimétrica, comprovando a incorporação da quitosana. Isotermas de adsorção e dessorção de N2 mostraram que os materiais são mesoporosos e que a enzima não está bloqueando os poros. Por outro lado, a microscopia eletrônica de varredura indicou que a quitosana está dispersa em regiões micrométricas na sílica. O desempenho dos materiais imobilizados como biocatalisadores foi testado para a reação de hidrólise da lactose. Quanto aos parâmetros de imobilização, foi observado um maior rendimento de imobilização na matriz de sílica. No entanto, a enzima imobilizada nas matrizes híbridas com 10 e 20% de quitosana apresentou maiores valores de eficiência, respectivamente 62 e 47%, enquanto que para a sílica pura a eficiência foi de 37%. Tanto enzima livre quanto a imobilizada nos diferentes suportes apresentaram uma tendência semelhante à perda de atividade relativa quando submetidas a tratamento térmico. Além disso, a imobilização da enzima não apresentou melhorias na amplitude dos valores de atividade relativa em diferentes pH(s). A estabilidade operacional da enzima imobilizada foi avaliada pela hidrólise da lactose utilizando um reator de leito fixo, no qual, tanto o imobilizado enzimático em suporte de sílica pura quanto o do material híbrido, permaneceram com aproximadamente 100% de atividade por um período de uso contínuo de 200 horas. Sendo assim, o suporte híbrido proposto proporcionou a manutenção da atividade catalítica da enzima imobilizada, tornando-se uma alternativa viável e interessante para a aplicação na indústria de alimentos, uma vez que a presença de quitosana agrega outras características além da estabilidade mecânica própria da sílica. / In biocatalysis, the use of immobilized enzymes has grown, in terms of different advantages observed by the use of this technique as compared to the use of free enzymes. The good performance of immobilized enzymes is directly related to the type of support used in the immobilization process. In this sense, the search for new supports which combine mechanical properties, biocompatibility and, at the same time, are able to improve the characteristics of the enzyme to be immobilized is of fundamental importance. In this work were developed sílica-based hybrid materials, containing different ratios of chitosan, 10 and 20% and a silica based material which was organofunctionalized with APTMS. The enzyme chosen as a model was β-galactosidase due to its application in the food industry. In order to carry out the covalent immobilization of the enzyme, the supports were activated with glutaraldehyde. The three materials, with and without the immobilized enzyme, were characterized by infrared spectroscopy, elemental and thermogravimetric analysis, proving the incorporation of chitosan. Nitrogen adsorption and desorption isotherms showed that the materials are mesoporous and that the enzyme is not blocking the pores. On the other hand scanning electron microscopy indicated that chitosan is dispersed in micrometric regions in silica. The performance of the immobilized materials as biocatalysts was tested for lactose hydrolysis reaction. As for immobilization parameters, it was observed a higher immobilization yield in the silica matrix. However, the immobilized enzyme in the hybrid matrices showed higher efficiency, respectively 62 and 47% for the hybrid with 10 and 20% of chitosan, whereas for pure silica the efficiency was 37%. Both free and immobilized enzymes showed a similar trend in losing relative activity when subjected to heat treatment. Furthermore, the enzyme immobilization showed no improvement in amplitude value of the relative activity at different pH(s). The operational stability of the immobilized enzyme was evaluated by the lactose hydrolysis using a fixed bed reactor in which both the immobilized enzyme on pure silica support as on the hybrid material remained with approximately 100% activity for a period of continuous use of 200 hours. Therefore, the proposed hybrid support provided the maintenance of the catalytic activity of the immobilized enzyme, making it a viable and interesting alternative for application in the food industry, since the presence of chitosan aggregates characteristics other than the own mechanic stability of the silica.

Neste trabalho, hidrogéis a base de quitosana (QUI) com alginato (ALG), com morfologia controlada (micro e nanoesferas) foram obtidos através de complexação polieletrolítica, buscando-se otimizar os parâmetros de reação para produção de hidrogéis com propriedades adequadas para liberação controlada de fármacos. Os fatores principais e secundários foram definidos em um estudo preliminar na investigação da formação dos hidrogéis sob diferentes condições de reação (composição relativa do hidrogel, massa molar da quitosana dos polímeros, pH da solução e método de adição dos componentes) e o efeito destas nas propriedades finais dos hidrogéis. Através da seleção apropriada das variáveis independentes, foram obtidos hidrogéis com morfologia esférica e com tamanho de partícula em torno de 5,0 ± 2,0 micrômetros, com grau de inchamento mínimo de 708% em pH 1,2. Posteriormente, propôs-se a modificação química da quitosana através da inserção de grupamentos carboxila na estrutura para maior solubilidade em meio neutro, condição necessária para encapsulamento de peptídeos e proteínas. Complexos polieletrolíticos de quitosana carboximetilada (CMQUI) com alginato foram desenvolvidos em condições otimizadas de reação e tiveram suas propriedades comparadas com as dos hidrogéis ALG-QUI. Os resultados mostraram que os hidrogéis ALG-CMQUI apresentaram menor tamanho de partícula (2,3 ± 0,5 micrômetros), menor grau de inchamento em pH 1,2 (314%), e maior estabilidade térmica. Os hidrogéis com melhor balanço de propriedades foram avaliados utilizando-se um fármaco-modelo. O efeito das diferentes técnicas de produção dos hidrogéis na eficiência de encapsulamento e nos perfis de liberação do fármaco modelo foi avaliado sendo apontado o melhor sistema para utilização em sistemas de liberação controlada. Os hidrogéis apresentaram baixos valores de encapsulamento para os peptídeos avaliados devido à forte natureza hidrofílica destes. Como resultado deste estudo, um novo método de produção de complexos polieletrolíticos em emulsão foi proposto, levando-se em conta a natureza hidrofílica do fármaco, para a produção de hidrogéis nanoparticulados com morfologia controlada e excelente grau de encapsulamento (acima de 80%), sendo um método alternativo para o encapsulamento de fármacos hidrofílicos. / In this study, alginate-chitosan hydrogels were produced in aqueous medium with controlled morphology through polyelectrolyte complexation, aiming to establish the optimum reaction parameters for producing hydrogels with improved properties for drug delivery applications. A preliminary study settled the main and secondary factors to be evaluated and ALG-CHI hydrogels were obtained under different reaction conditions (hydrogel relative composition, chitosan molecular weight, pH and the components addition method). The hydrogels presented spherical shape an average diameter around 5.0 ± 2.0 micrometers, and the swelling degree and point of zero surface charge showed a linear dependence on the alginate content. The appropriate parameters have leaded to hydrogels with minimum swelling degree of 708% in pH 1,2. The chitosan chemical modification through carboxymethylic group’s insertion favored higher solubility in neutral aqueous media, and provided mild conditions for proteins and peptides’ encapsulation. Polyelectrolyte complexes made of carboxymethylchitosan (CMCHI) and ALG were produced following the previous established optimized reaction conditions and had their properties compared with ALG-CHI hydrogels. Results showed that ALG-CMCHI hydrogels presented smaller and more homogeneous microparticles (2.3 ± 0.5 micrometers), significantly lower swelling degree in pH 1,2 (314%) and superior thermal stability. The hydrogels with best properties balance were used to encapsulated a model peptide, and the parameters were evaluated regarding to encapsulation efficiency and peptide release profile and the best hydrogel-peptide system for employment in drug delivery systems was pointed out. The hydrogels presented low peptide encapsulation efficiency due to the hydrophilic nature of these. A new water-in-oil emulsion method was developed for nanoparticle hydrogels production with controlled morphology and improved encapsulation efficiency (over 80%) for encapsulation of hydrophilic drugs.

Orientador: Raul Cesar Evangelista / Banca: Letícia Norma Carpentiere Rodrigues / Banca: Osvaldo de Freitas / Banca: Marlus Chorilli / Banca: Ana Dóris de Castro / Resumo: O desenvolvimento de formas farmacêuticas administradas pela via oral e utilizadas para liberação colônica de fármacos, visando o tratamento local de doenças inflamatórias intestinais, tem sido bastante estudado. Com essa finalidade, no presente trabalho foram preparados pellets de metronidazol (MT), constituídos ou não de quitosana (QS) e revestidos com QS, ftalato de hidroxipropilmetilcelulose (HPMCP), Kollicoat MAE® e Kollicoat SR®. Os pellets foram preparados por extrusão-esferonização e revestidos em leito fluidizado. Três delineamentos experimentais foram planejados com a finalidade de se definir as formulações a serem preparadas e analisadas. Os pellets e seus constituintes foram analisados por espectrofotometria no IV e por análise térmica, para verificação de possíveis interações entre o fármaco e o excipiente. A morfologia dos pellets foi analisada através de estereoscópio e por microscopia eletrônica de varredura. Outras análises incluíram área superficial, granulometria, densidade e grau de intumescimento. Também foi realizada a liberação in vitro do fármaco durante 8 horas, utilizando-se os Aparatos I e III da Farmacopéia Americana, e análise de absorção intestinal pela técnica do saco intestinal invertido. As análises térmica e espectrofotométrica por IV revelaram que não há interações físico-químicas entre o MT e os demais componentes dos pellets. A análise morfológica revelou que os pellets são esféricos; as análises de área superficial e microscopia eletrônica de varredura mostraram que o processo de revestimento não foi eficaz para algumas amostras, pois apresentaram poros em suas estruturas. Os pellets também foram analisados quanto à capacidade de intumescimento, demonstrando que a presença de QS acentua o grau de intumescimento das amostras... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The development of oral administered dosage forms used for colonic drug delivery aiming the local treatment of intestinal inflammatory diseases has been well studied. Thus, in the present work metronidazol (MT)-containing pellets, constituted or not by chitosan (QS) and covered with QS, hydroxypropyl methylcellulose phtalate (HPMCP), Kollicoat MAE® and Kollicoat SR® were developed. The pellets were prepared by extrusion-spheronization and covered on fluidized bed. Three experimental designs were used to define the formulations to be prepared and analyzed. The pellets and their constituents were analyzed by IR spectrophotometry and thermal analysis, in order to assess possible interactions between the drug and the excipients. Pellets' morphology was verified under a stereoscope and by means of scanning electronic microscopy. Other analyses included surface area, size distribution, density and degree of swelling. In vitro drug release, using Apparatuses I and III of United States Pharmacopoeia, and the assay of intestinal absorption by the everted gut sac technique were also carried out. Both thermal and IR spectrophotometric analyses revealed no physicochemical interactions between MT and the other constituents of the pellets. Morphological analyses showed that the pellets have spherical shape. The covering process was not efficient for some samples, since it was possible to identify pores on their surfaces, as assessed by surface area determination and scanning electronic microscopy. The presence of QS increased the swelling ratio. The in vitro ability of the pellets to reach colonic conditions, after resisting against gastric and enteric environments was also demonstrated. Firstly, it was observed that most of the drug was released in gastric medium from uncovered pellets or from those covered with QS or HPMCP, mainly due to the defects observed in such coatings... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Paulo Sergio Tonello / Resumo: Devido a intensificação dos processos industriais, agrícolas e de urbanização, uma grande quantidade de metais antropogênicos tem sido lançados em diversos compartimentos ambientais. O grande desafio das novas tecnologias tem sido o desenvolvimento de materiais e técnicas que sejam baratas, acessíveis, atóxicas e que permitam quantificar ou remover com eficiência os metais potencialmente tóxicos que se encontram dispersos nos recursos hídricos. No presente trabalho, membranas de quitosana (CS) reticuladas com epicloridrina (CS − ECH) e com glutaraldeído (CS − GLA) foram confeccionadas e caracterizadas com F-TIR e MEV-EDS. Soluções multi-elementar com íons metálicos de diferentes concentrações iniciais foram preparadas para determinação do tempo de equilíbrio, da cinética de adsorção e da isoterma. A isoterma de Freundlich e o modelo cinético de pseudo-segunda ordem apresentaram o melhor ajuste. As taxas de adsorção por tempo de contato revelaram a ocorrência da interferência no tempo de equilíbrio ao aumentar a concentração da solução inicial. A membrana CS - ECH apresentou capacidade de sorção para íons Cu(II), Pb(II), AL(III), Zn(II) e Cd(II), respectivamente, de 53, 87 mg g-1; 13,66 mg g-1; 4,41 mg g-1; 2,31 mg g-1 e 1,66 mg g-1. Os valores obtidos por CS - GLA para a mesma sequência de íons foram de 20,25 mg g-1, 3,42 mg g-1, 2,54 mg g-1, 9,23 mg g-1 e 8,77 mg g-1. / Due to the intensification of industrial, agricultural and urbanization processes a large amount of anthropogenic metals have been released in many environmental compartments. The great challenge of new technologies has been the development of materials and techniques that are inexpensive, accessible, non-toxic and that allow to quantify or to remove efficiently the potentially toxic metals that are dispersed in the water resources. In this work, epichlorohydrin (CS - ECH) and glutaraldehyde (CS - GLA) cross - linked chitosan (CS) membranes were prepared and characterized with F - TIR and MEV - EDS. Multi-element solutions with metal ions of different initial concentrations were prepared for the determination of equilibrium time, adsorption kinetics and isotherm. The Freundlich isotherm and the pseudo second order kinetic model presented the best fit. The adsorption rates by contact time revealed the occurrence of interference at equilibrium time as due to the increase of initial solution concentrations. The CS - ECH membrane presented sorption capacity for Cu (II), Pb (II), AL (III), Zn (II) and Cd (II), respectively, 53, 87 mg g - 1; 13.66 mg g-1; 4.41 mg g-1; 2.31 mg g-1 and 1.66 mg g-1. The values obtained by CS - GLA for the same ion sequence were 20.25 mg g -1, 3.42 mg g -1, 2.54 mg g -1, 9.23 mg g -1 and 8, 77 mg g-1 / Mestre

Neste trabalho foi desenvolvido um novo bioprocesso para a síntese de lactosacarose, um candidato a prebiótico. A lactosacarose foi produzida por transgalactosilação, catalisada pela β-galactosidase de Bacillus circulans imobilizada em macroesfera de quitosana, utilizando a lactose e a sacarose como substratos. No processo de imobilização, os resultados indicam que a melhor razão entre a concentração de enzima e de suporte foi de 200 mg.g-1. A estabilidade térmica da enzima imobilizada foi determinada e comparada com a estabilidade térmica da enzima livre em temperaturas de 50, 60 e 70 °C e para esta última foi verificada a estabilidade na presença e ausência de substrato. A imobilização aumentou de 10 a 260 vezes a estabilidade térmica da enzima, sendo este efeito inversamente relacionado com a temperatura. A otimização das condições de produção indica, para a β-galactosidase imobilizada e livre, que a melhor condição de produção de lactosacarose e de oligossacarídeos totais, ocorre na temperatura de 30 °C e pH 7,0. Nesta condição, após 24 h, foi alcançada a produção de 79 g.L-1 de lactosacarose, 35 g.L-1 de galacto-oligossacarídeos (GOS) e 260 g.L-1 de oligossacarídeos totais. O processo de imobilização possibilitou a reutilização da enzima imobilizada por 30 ciclos, mantendo aproximadamente 95% da concentração inicial de lactosacarose, GOS e oligossacarídeos totais produzidos inicialmente. Portanto, o bioprocesso de imobilização de β-galactosidase de Bacillus circulans em macroesfera de quitosana pode ser considerado um potencial catalisador para produção industrial de lactosacarose. / This work developed a new process for the synthesis of lactosucrose, a candidate for prebiotic. The lactosucrose was produced by transgalactosylation that was catalyzed by a Bacillus circulans β-galactosidase immobilized on macrospheres of chitosan using lactose and sucrose as substrates. In the process of immobilization, the results indicate that the best ratio of the concentration of enzyme and carrier was 200 mg.g-1. The thermal stability of the immobilized enzyme was determined and compared with the thermal stability of the free enzyme at temperatures of 50, 60 and 70 °C and for the latter was verified stability in the presence and absence of substrate. The immobilization increased (10-260 times) the thermal stability of the enzyme, which is inversely related to the temperature. The results of the experiment optimization of lactosucrose production conditions indicate point out that, for free and immobilized β-galactosidase, the best condition lactosucrose production and total oligosaccharides occurs at a temperature of 30 °C and pH 7.0. In this condition, after 24 h, producing 79 g.L-1 lactosucrose was reached, 35 g.L-1 galactooligosaccharides (GOS) and 260 g.L-1 of total oligosaccharides. The immobilization process enabled the reuse of immobilized enzyme for 30 cycles, maintaining approximately 95% of the initial concentration of lactosucrose, GOS and total oligosaccharides produced initially. Therefore, the bioprocess of β-galactosidase from Bacillus circulans immobilization on macrospheres of chitosan can be considered a potential catalyst for industrial.

Neste trabalho, hidrogéis a base de quitosana (QUI) com alginato (ALG), com morfologia controlada (micro e nanoesferas) foram obtidos através de complexação polieletrolítica, buscando-se otimizar os parâmetros de reação para produção de hidrogéis com propriedades adequadas para liberação controlada de fármacos. Os fatores principais e secundários foram definidos em um estudo preliminar na investigação da formação dos hidrogéis sob diferentes condições de reação (composição relativa do hidrogel, massa molar da quitosana dos polímeros, pH da solução e método de adição dos componentes) e o efeito destas nas propriedades finais dos hidrogéis. Através da seleção apropriada das variáveis independentes, foram obtidos hidrogéis com morfologia esférica e com tamanho de partícula em torno de 5,0 ± 2,0 micrômetros, com grau de inchamento mínimo de 708% em pH 1,2. Posteriormente, propôs-se a modificação química da quitosana através da inserção de grupamentos carboxila na estrutura para maior solubilidade em meio neutro, condição necessária para encapsulamento de peptídeos e proteínas. Complexos polieletrolíticos de quitosana carboximetilada (CMQUI) com alginato foram desenvolvidos em condições otimizadas de reação e tiveram suas propriedades comparadas com as dos hidrogéis ALG-QUI. Os resultados mostraram que os hidrogéis ALG-CMQUI apresentaram menor tamanho de partícula (2,3 ± 0,5 micrômetros), menor grau de inchamento em pH 1,2 (314%), e maior estabilidade térmica. Os hidrogéis com melhor balanço de propriedades foram avaliados utilizando-se um fármaco-modelo. O efeito das diferentes técnicas de produção dos hidrogéis na eficiência de encapsulamento e nos perfis de liberação do fármaco modelo foi avaliado sendo apontado o melhor sistema para utilização em sistemas de liberação controlada. Os hidrogéis apresentaram baixos valores de encapsulamento para os peptídeos avaliados devido à forte natureza hidrofílica destes. Como resultado deste estudo, um novo método de produção de complexos polieletrolíticos em emulsão foi proposto, levando-se em conta a natureza hidrofílica do fármaco, para a produção de hidrogéis nanoparticulados com morfologia controlada e excelente grau de encapsulamento (acima de 80%), sendo um método alternativo para o encapsulamento de fármacos hidrofílicos. / In this study, alginate-chitosan hydrogels were produced in aqueous medium with controlled morphology through polyelectrolyte complexation, aiming to establish the optimum reaction parameters for producing hydrogels with improved properties for drug delivery applications. A preliminary study settled the main and secondary factors to be evaluated and ALG-CHI hydrogels were obtained under different reaction conditions (hydrogel relative composition, chitosan molecular weight, pH and the components addition method). The hydrogels presented spherical shape an average diameter around 5.0 ± 2.0 micrometers, and the swelling degree and point of zero surface charge showed a linear dependence on the alginate content. The appropriate parameters have leaded to hydrogels with minimum swelling degree of 708% in pH 1,2. The chitosan chemical modification through carboxymethylic group’s insertion favored higher solubility in neutral aqueous media, and provided mild conditions for proteins and peptides’ encapsulation. Polyelectrolyte complexes made of carboxymethylchitosan (CMCHI) and ALG were produced following the previous established optimized reaction conditions and had their properties compared with ALG-CHI hydrogels. Results showed that ALG-CMCHI hydrogels presented smaller and more homogeneous microparticles (2.3 ± 0.5 micrometers), significantly lower swelling degree in pH 1,2 (314%) and superior thermal stability. The hydrogels with best properties balance were used to encapsulated a model peptide, and the parameters were evaluated regarding to encapsulation efficiency and peptide release profile and the best hydrogel-peptide system for employment in drug delivery systems was pointed out. The hydrogels presented low peptide encapsulation efficiency due to the hydrophilic nature of these. A new water-in-oil emulsion method was developed for nanoparticle hydrogels production with controlled morphology and improved encapsulation efficiency (over 80%) for encapsulation of hydrophilic drugs.

Neste trabalho foram desenvolvidos hidrogéis na forma de membranas a base de quitosana (QUI) com polivinilpirrolidona (PVP) ou poli (álcool vinílico) (PVA), usando como agente de reticulação glutaraldeído, para obtenção de redes poliméricas semiinterpenetrantes e redes poliméricas híbridas, respectivamente. Os hidrogéis foram sintetizados em diferentes razões de PVP/QUI e PVA/QUI (%p/p) com duas concentrações distintas de glutaraldeído, visando estudar a influência da composição química nas propriedades dos materiais. Os hidrogéis foram caracterizados através das técnicas de FTIR, DSC, TGA e DMA. O grau de inchamento, ou capacidade de absorção de água dos hidrogéis foi avaliada em testes de inchamento com soluções aquosas de pH 3, 7 e 9. Os hidrogéis foram avaliados por espectroscopia de impedância eletroquímica para avaliar a sua condutividade iônica. A capacidade de armazenamento de amoxicilina pelos hidrogéis e a liberação controlada desta, foi avaliada por espectrofotometria UV e por transporte passivo em uma célula de difusão. O grau de inchamento e o transporte de amoxicilina dos hidrogéis de PVP/QUI e PVA/QUI dependem da composição destes e também do pH do meio. A determinação da condutividade iônica das membranas PVP/QUI e PVA/QUI mostrou-se depende da composição dos hidrogéis. Resultados promissores foram obtidos quanto a condutividade iônica dos hidrogéis e a liberação controlada de amoxicilina. / In this work hydrogels based on chitosan with polyvinylpirrolidone (PVP) or poly (vinyl alcohol) (PVA) were obtained, using glutaraldehyde as a crosslinking agent in order to produce semi-interpenetrating polymer networks or hybrid polymer networks. The hydrogels were synthesized using different PVP/chitosan and PVA/chitosan ratios and different glutaraldehyde concentrations aiming to observe the influence of chemical composition on the hydrogels properties. The hydrogels were characterized by FTIR spectroscopy, DSC, TGA, DMA, swelling ratio and impedance spectroscopy. Furthermore, the incorporation of amoxicillin into the hydrogels was carried out and for drug release studies under different pH conditions were realized. It was observed that the hidrogel swelling ratio and amoxicillin delivery of PVP/chitosan and PVA/chitosan hydrogels were influenced by the composition and pH. The impedance studies revealed that the ionic conductivity of membranes is influenced by their composition.