Nanotubos de Carbono (Carbon Nanotubes - CNTs) são nanoestruturas de carbono na forma de tubos cilíndricos que apresentam excelentes propriedades ópticas, elétricas, térmicas e mecânicas. A imobilização dos CNTs em conjunto com polieletrólitos condutores e naturais na forma de filmes ultrafinos, utilizando a técnica automontagem, apresenta uma nova alternativa para o desenvolvimento de nanocompósitos aplicados em dispositivos sensores e biossensores. Neste trabalho de mestrado foram construídos e estudados filmes automontados contendo CNTs funcionalizados com grupos ácidos carboxílicos e imobilizados com os polieletrólitos polianilina (PANI) e quitosana (QUIT). Também foram fabricados para comparação filmes de PANI e poliestireno sulfonado (PSS). O crescimento dos filmes de PANI/CNT e PANI/PSS revelou um crescimento linear com o número de bicamadas, conforme mostraram as medidas de espectroscopia UV-Vis e voltametria cíclica (CV), enquanto que para o filme de QUIT/CNT, as medidas de microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostraram um crescimento exponencial. Análises de espectroscopias Raman e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) indicaram alterações nas bandas características dos filmes, comparadas com seus materiais precursores, indicando interação entre os componentes nas multicamadas dos filmes. Análises morfológicas obtidas por AFM mostraram um aumento da rugosidade com o aumento do número de bicamadas. O mapeamento Raman revelou que os filmes contendo CNTs apresentaram maior heterogeneidade química na superfície do que aos filmes somente com polieletrólitos. Foi observada uma queda na resistividade dos filmes, com o aumento do número de bicamadas, sendo esta, mais acentuada com a presença dos CNTs. Os eletrodos contendo os filmes automontados apresentaram alta estabilidade eletroquímica, a presença dos CNTs aumentou a intensidade das correntes de pico e tornou os sistemas mais reversíveis. Os eletrodos que se mostraram mais sensíveis à detecção de peróxido de hidrogênio foram selecionados para imobilização da enzima Glicose Oxidase (GOx). Foram investigados os seguintes sistemas biossensores: (PANI/CNT)7, (PANI/PSS)1 e (QUIT/CNT)5 apresentando na mesma ordem: valores de sensibilidades de 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) e 220 nA/(mmol/L); Limite de detecção de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L, e valores deconstante de Michealis-Menten(\'K IND.M\'POT.APP\' ) de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L. Os resultados indicam que a utilização dos CNTs é bastante promissora para fabricação de dispositivos biossensores para aplicação em Nanomedicina, e além disso, a escolha dos componentes para formação dos nanocompósitos exerce grande influência no desempenho do dispositivo. / Carbon Nanotubes (CNTs) are cylindrical carbon nanostructures exhibiting excellent electrical, thermal, optical and mechanical properties. The immobilization of CNTs in nanostructured thin films in conjunction with polymers using the Layer-by-Layer (LbL) technique provides a new alternative for development of nanocomposites to be used as sensors and biosensors. In this study we report the fabrication of LbL films containing CNTs functionalized with carboxylic acid immobilized in conjunction with polyaniline (PANI) or chitosan (QUIT). Films comprising PANI and sulfonated polystyrene (PSS) were also produced for comparison. Film growth was monitored by UV-Vis spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and quartz crystal microbalance (QCM) and the results showed a linear increase with the number of bilayers in PANI films, and an exponential growth for QUIT/CNT films. FTIR and Raman analyses revealed changes in the bands of nanocomposites compared to their precursor materials, indicating the interactions between the components in the multilayers. Morphological analysis of the films obtained by atomic force microscopy (AFM) showed that the roughness of the films increased with the number of bilayers. Raman mapping showed that the presence of CNTs generated a high heterogeneity in film surface in comparison to a films formed only by polyelectrolytes. Electrical resistivity of the films decrease upon increasing the number of bilayers, especially for CNTs-containing films. Furthermore, electrodes containing LbL films exhibited high electrochemical stability, in which the presence of CNTs increased the intensity of response signal. The electrodes that exhibited best performance toward hydrogen peroxide detection were employed for immobilization of glucose oxidase (GOx) and used as glucose biosensors. The systems (PANI/CNT)7, (PANI/PSS) 1 and (QUIT/CNT)5 exhibited a sensitivity of 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) and 220 nA/(mmol/L), respectively. The detection limit was estimated at 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8,5 mmol/L, whereas the Michaelis-Menten constant ( \'K IND.M\'POT.APP\') values was found to be 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8.5 mmol/L, respectively, to the three systems employed. The results indicated that the use of CNTs in Layer-by-layer thin films is promising for use as biosensors. Furhtermore, we showed that the choice of the polyelectrolyte is a crucial parameter to tailor specific, high performance sensors.

O presente trabalho teve como objetivo produzir 3,6-O, O´-dimisritoilquitosana (QDM) com baixo grau médio de substituição ((GS) ̅ ≤ 10%) a partir da reação de quitosana com cloreto de miristoíla, de maneira a conferir caráter anfifílico às cadeias poliméricas. Neste estudo foram empregadas diferentes quitosanas de partida, a saber, quitosana de origem comercial (QC), que apresenta baixo grau médio de acetilação ((GA) ̅ = 5 %) e baixa massa molar média viscosimétrica ((Mv) ̅ = 87,000 g/mol), e quitosana DAIUS (QD), produzida a partir da desacetilação de beta-quitina assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade, que apresenta( GA) ̅ = 15 % e (Mv) ̅ = 300,000 g/mol. Para obtenção dos derivados QDM, diferentes razões molares quitosana/cloreto de miristoíla (Q/CM) foram empregadas (1:0,075; 1:0,1; 1:0,2 e 1:0,5), e as reações foram executadas por 1 h a 25 °C. As características estruturais e morfológicas das amostras geradas neste trabalho foram determinadas pelo emprego de espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho e difração de raios-X. A solubilidade das amostras foi investigada por espectroscopia UV/visível e a estabilidade térmica foi estudada através de análise termogravimétrica. A partir da análise de espectroscopia no infravermelho, foi possível evidenciar a ocorrência da reação de acilação seletiva dos grupos OH das quitosanas, através da presença da banda observada em 1740 cm-1, referente à deformação axial de carbonila de éster, resultante da reação de O-acilação. A banda em 1577 cm-1 referente a N-acilação não foi evidenciada. Na segunda etapa deste estudo as amostras QCM1 ((DS) ̅ = 6,6%) e QCM4 ((DS) ̅ = 11 %), que apresentaram concentrações críticas de agregação (CAC) 8,9 × 10-3 mg/ mL e 13,2 × 10-3 mg/ mL, respectivamente, foram empregadas nos estudos de encapsulação e liberação de paclitaxel e camptotecina, fármacos hidrofóbicos anti-câncer insolúveis em água. A análise de microscopia eletrônica de transmissão (MET) mostrou que as micelas de QCM apresentaram formas aproximadamente esféricas, enquanto que o espalhamento dinâmico de luz (DLS) permitiu a determinação do diâmetro médio das micelas carregadas e vazias, que variou no intervalo 280 nm - 481 nm, enquanto o potencial zeta foi ≥ +30 mV. As micelas de QCM foram capazes de encapsular o paclitaxel e a camptotecina com elevada eficiência de encapsulação (EE > 60 %), como confirmado por análises de HPLC e UV-vis. Os estudos sobre a citotoxicidade das micelas em relação às células Caco-2 e HT29-MTX mostraram que estas não apresentaram citotoxicidade e que a encapsulação diminuiu a toxicidade de paclitaxel e camptotecina. Os estudos de permeação de paclitaxel e a camptotecina encapsulados em micelas de DMQ através da monocultura de Caco-2 e do modelo de co-cultura Caco-2 / HT29-MTX confirmaram o potencial das micelas na melhoria da absorção intestinal dos fármacos. Os estudos de liberação com ambos fármacos mostraram perfis de liberação sustentada. Os resultados obtidos sugerem que as micelas de QCM podem ser carreadoras promissoras para encapsular paclitaxel e camptotecina. / The aim of this work was to produce 3,6-O,O\'-dimyristoyl chitosan (DMC) with low average degree of substitution ((DS) ̅ ≤ 10%) from the reaction of chitosan with myristoyl chloride, in order to confer amphiphilic characteristics to the polymer chains. In this study, different chitosans were used, namely commercial chitosan (QC), which possesses low average degree of acetylation ((GA) ̅ = 5%) and a low viscosity average molecular weight ((Mv) ̅ = 87,000 g/mol), and chitosan QD, produced from the ultrasound assisted deacetylation of beta-chitin, which presents (GA) ̅ = 15% and (Mv) ̅ = 300,000 g/mol. Different molar ratios chitosan / myristoyl chloride (Q/CM) were used (1: 0.075, 1: 0.1, 1: 0.2 and 1: 0.5) to obtain the DMCh derivatives, and the reactions were carried out at 25 0C for 1 h. The structural and morphological characteristics of the samples produced in this work were determined by infrared and nuclear magnetic resonance spectroscopy and X-ray diffraction. The solubility of the samples was investigated by UV/visible spectroscopy and the thermal stability was studied by thermogravimetric analysis. From the infrared spectroscopy analysis, it was possible to observe a band at 1740 cm-1, which refers to the axial deformation of the carbonyl moiety of carboxylic ester, showing the occurrence of O-acylation. The band at 1577 cm-1, which refers to N-acylation, was not evidenced. Then, the samples DMC1 ((DS) ̅ =6,6% ) and DMC4 ((DS) ̅ =11% ), which presented critical aggregation concentrations of 8.9×10-3 mg/mL and 13.2×10-3 mg/mL, respectively, were employed in the studies of encapsulation and release of the water-insoluble anti-cancer hydrophobic drugs, paclitaxel and camptothecin. Transmission electron microscopy (TEM) analyses showed that DMC micelles presented roughly spherical shapes, and dynamic light scattering (DLS) allowed the determination of the mean diameter of charged and empty micelles, which varied between 280 nm and 481 nm, while the zeta potential, was ≥ +30 mV. DMC micelles were able to encapsulate paclitaxel and camptothecin with high encapsulation efficiency (EE> 60%), as confirmed by HPLC and UV-vis analyses. Furthermore, the micelles did not exhibit cytotoxicity toward Caco-2 and HT29-MTX cells, and the encapsulation decreased the toxicity of paclitaxel and camptothecin. Permeability studies of paclitaxel and camptothecin encapsulated into DMC micelles through Caco-2 monoculture and Caco-2 / HT29-MTX co-culture models confirmed the potential of micelles on the improvement of intestinal absorption of hydrophobic drugs. The release studies with both drugs showed sustained release profiles. Hence, the results suggest that the DMC micelles may be promising carriers for encapsulating paclitaxel and camptothecin.

O objetivo desse trabalho foi avaliar estratégias de imobilização de lipases produzidas pelo fungo endofítico Cercospora kikuchii através do uso de suportes não convencionais (subprodutos agroindustriais e quitosana). Investigou-se o uso de equipamentos de secagem (estufa, leito de jorro, leito fluidizado, liofilizador e \"spray dryer\") para desidratação dos derivados imobilizados obtidos. A imobilização por ligação covalente, usando glutaraldeído, epicloridrina e metaperiodato de sódio como agentes ligantes, apresentou valores para retenção da atividade enzimática superiores à imobilização por adsorção e encapsulação. Nos ensaios de imobilização utilizando glutaraldeído e secagem em leito de jorro, os melhores valores obtidos foram para a celulose microcristalina com retenção da atividade enzimática de 179,1%, seguido da casca de arroz 173,9%. A palha de milho foi o melhor suporte na imobilização covalente e secagem em estufa, com retenção de mais de 100% da atividade enzimática inicial. Na secagem por liofilização houve destaque para a casca de arroz (163,6%) seguida de palha de milho (157,2%) e cana de açúcar (154,6%). Utilizando quitosana como suporte e secagem em leito fluidizado, o valor para a retenção da atividade enzimática foi de 93,9% empregando-se o glutaraldeído como agente ligante. Na secagem do sistema quitosana-lipase em estufa a retenção da atividade enzimática foi de 68,2% e para secagem por liofilização esse valor foi superior a 80,0%. Realizou-se a caracterização dos materiais utilizados como suportes e estes apresentaram área superficial relativamente alta, elevada porosidade e estrutura constituída de macroporos. Estas características foram importantes por proporcionar a obtenção da enzima imobilizada com alta retenção da atividade catalítica. Alguns parâmetros bioquímicos e cinéticos da lipase na forma livre foram diferentes da lipase imobilizada. A alteração mais evidente foi a afinidade ao substrato (Km), que se mostrou dependente do protocolo de imobilização utilizado. Avaliou-se o potencial de aplicação biotecnológica dos derivados imobilizados que apresentaram maior retenção da atividade enzimática. Para a lipase imobilizada em casca de arroz o rendimento de transesterificação (produção de biodiesel) foi superior a 96,0% após 72 horas de reação enquanto que para as microesferas de quitosana esse valor foi atingido após 120 horas. Os produtos obtidos da transesterificação do óleo de coco estão de acordo com a especificação da Agência Nacional de Petróleo (ANP). Na avaliação da atividade de esterificação, a máxima concentração de butirato de butila foi obtida após 6 horas de reação, correspondendo a uma taxa de conversão de aproximadamente 99,0%, quando utilizou-se quitosana como suporte. Para o uso da casca de arroz, a máxima concentração de butirato de butila foi obtida também após 6 horas de reação, correspondendo a uma taxa de conversão de 92,5%. Este trabalho demonstrou que suportes de baixo custo permitiram a obtenção de derivados imobilizados com características semelhantes àqueles obtidos com o uso de polímeros sintéticos, os quais apresentaram excelente potencial para síntese de biodiesel e de butirato butila. / The objective of this study was to evaluate strategies for immobilization of lipases produced by the endophytic fungus Cercospora kikuchii through the use of unconventional supports (agroindustrial by-products and chitosan). The use of different drying process (oven, spouted bed, fluidized bed, freeze drying and spray drying) for dehydration of immobilized derivatives obtained by adsorption, covalent binding and encapsulation was investigated. The covalent immobilization (using glutaraldehyde, epichlorohydrin and sodium metaperiodate as crosslinking agents) was the best process for the enzymatic activity retention. For covalent immobilization using glutaraldehyde and spouted bed drying, the best values were obtained for microcrystalline cellulose with enzymatic activity retention of 179.1%, followed by rice husk and corn straw with 173.9% and 169.8%, respectively. Corn stover was the best support in the covalent immobilization and oven drying, with retention 100.0% of the initial enzyme activity. For freeze-drying rice husk was the best support (163.6%) followed by corn stover (157.2%), sugar cane bagasse (154.6%) and corn cob (129.5%). Utilizing chitosan as support and fluidized bed drying, the value for the retention of enzymatic activity was 93.9% employing glutaraldehyde as activating agent. For chitosan-lipase drying using oven, the enzymatic activity retention was 68.2% and using freeze-drying the retention of enzymatic activity was higher than 80.0%. The support characterization was carried out and showed high surface area, high porosity and macropore structure. These characteristics were important for providing immobilized derivatives with high catalytic activity retention. Some biochemical and kinetic parameters of lipase in free form were different from the immobilized lipase. The most important changes was the substrate affinity (Km) which was dependent of immobilization protocol used. The last experimental part of this study was the biotechnological applications of the best immobilized derivatives produced. For the immobilized lipase onto rice husk the transesterification yield (biodiesel production) was above 96.0% after 72 hours of reaction while for the use of chitosan microspheres this value was reached after 120 hours. The viscosity values for the biodiesel samples are in accordance with specifications recommended by Brazilian Petroleum Agency (ANP) to be used as biofuel. The immobilized derivatives catalytic power was measured in terms of esterification activity too. The maximum concentration for butyl butyrate was obtained after 6 hours, corresponding to conversion rate of 99.0% when chitosan was used as support. Using rice husk, the maximum butyl butyrate concentration was obtained after 6 hours of reaction, corresponding to conversion rate of 92.5%. This work demonstrated that cheap supports are biocompatible with lipases, rendering immobilized derivatives with characteristics similar to or better than those previously obtained with synthetic polymers. The immobilized derivatives showed excelente potential for biodiesel production and butyl butyrate synthesis.

Orientador: Vera Aparecida de Oliveira Tiera / Banca: Dayane Batista Tada / Banca: Eduardo Alves de Almeida / Resumo: O presente trabalho descreve a síntese, caracterização e estudo das propriedades antimicrobianas de derivados anfifílicos de quitosana contra o fungo Aspergillus flavus. A quitosana utilizada nas sínteses foi obtida a partir da reação de desacetilação heterogênea de quitosana comercial. O grau médio de desacetilação foi determinado por Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio, cujo resultado foi de 97,3%. As massas moleculares das quitosanas comercial e desacetilada foram determinadas por cromatografia de permeação em gel e os resultados obtidos foram 338,46 kDa e 137,12 kDa, respectivamente. Os derivados anfifílicos foram sintetizados em um processo de duas etapas: inicialmente realizou-se a alquilação da quitosana desacetilada pela inserção de uma proporção fixa de grupos dodecila (4%) na cadeia polimérica com posterior redução da base de Schiff empregando-se borocianohidreto de sódio. Em seguida foram inseridas proporções crescentes do grupo quaternário pentiltrimetilamônio. Os graus de substituição com grupos dodecila (GSDD) e grupos pentiltrimetilamônio (GDPE) foram determinados por RMN de 1H. O GSDD obtido foi de 4,0%, enquanto que os GDPE foram de 4,8; 12,7 e 46,3%. Todos os derivados sintetizados foram testados in vitro contra o fungo Aspergillus flavus em concentrações crescentes. Os ensaios microbiológicos mostraram que os derivados modificados com grupos dodecila e pentiltrimetilamônio são mais eficientes em inibir o crescimento do fungo Aspergillus flavus quando comparado à quitosana desacetilada e que a presença de grupos hidrofóbicos na cadeia do polímero proporciona uma interação mais forte com a membrana celular. Os resultados dos estudos utilizando modelos de membranas corroboraram com os dos ensaios microbiológicos, evidenciando que a presença de grupos dodecila na cadeia da quitosana aumenta a interação com as vesículas, resultando em... / Abstract: In this work is described the synthesis, characterization and study of antimicrobial properties of amphiphilic derivatives of chitosan against Aspergillus flavus. Deacetylated chitosan was obtained from the heterogeneous deacetylation of the commercial chitosan. The degree of deacetylation was determined by Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance and the result was 97.3%. Molecular weights of commercial and deacetylated chitosans were determined by gel permeation chromatography and the obtained values were 338.46 kDa and 137.12 kDa, respectively. The hydrophobic derivatives were synthesized by a reductive amination reaction with dodecylaldehyde followed by reduction with sodium cyanoborohydride. Next increasing proportions of the quaternary group pentyltrimethylammonium was inserted on hydrophobic derivative. The degrees of substitution by dodecyl (4.0%) and pentyltrimethylammonium groups (4.8, 12.7 and 46.3%) were determined by Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance. All synthesized derivatives were tested in vitro against Aspergillus flavus at increasing concentrations. The results showed that the modified derivatives with pentyltrimethylamonnium and dodecyl groups are more effective in inhibiting the growth of the fungus Aspergillus flavus when compared to deacetylated chitosan and the presence of hydrophobic groups in the polymer chain provides a stronger interaction with the cell membrane. The results of studies with model membranes agreed with the results of microbiological tests, showing that the presence of hydrophobic groups in chitosan backbone increases the interaction with lipid vesicles resulting in an increase in vesicles diameter and zeta potential. At first, it can be postulated that the mechanism of chitosan action against fungi is favored by hydrophobic interactions between chitosan derivatives and membrane lipids and may involve the adsorption on the cell wall and cell membrane disruption... / Mestre

Quitosana é um biopolímero encontrado principalmente na parede celular de crustáceos e é obtida pela desacetilação da quitina. Como biopolímero a quitosana é utilizada como excipiente para medicamentos e composição de alimentos. No entanto a quitosana devidamente purificada para uso farmacêutico ou alimentício tem custo financeiro elevado. Outro fator que contribui para o uso limitado é a falta de procedimento padronizado para desacetilação, o que resulta em materiais com diferentes graus de qualidade, dificultando suas aplicações e controle de qualidade de matéria prima e produto. Este trabalho tem como principal objetivo estabelecer procedimento reprodutível para a extração da quitina e da quitosana, por meio da aplicação dos conceitos de Quality by Design e planejamento de experimentos. A quitosana foi obtida pela desacetilação da quitina de crustáceos pelas etapas de desmineralização, desproteinização e despigmentação. O procedimento técnico para purificação da quitosana foi definido a partir de planejamento fatorial com ponto central para as etapas otimizadas, por meio da aplicação dos conceitos de Quality by Design e planejamento de experimentos. O projeto definiu um procedimento padronizado para purificação da quitosana que pode ser empregado em escala industrial, e financeiramente vantajoso para produção de medicamentos ou alimentos. / Chitosan is a biopolymer found mainly in the cell wall of crustaceans and is obtained by the deacetylation of chitin. As biopolymer chitosan is used as excipient for medicaments and food composition. However, chitosan duly purified for pharmaceutical or food use has a high financial cost. Another factor that contributes to the limited use is the lack of standardized procedure for deacetylation, which results in materials with different grades of quality, hindering their applications and quality control of raw material and product. This work has as main objective to establish a reproducible procedure for the extraction of chitin and chitosan, through the application of the concepts of Quality by Design and planning of experiments. Chitosan was obtained by the deacetylation of chitin from crustaceans through the demineralization, deproteinization and depigmentation stages. The technical procedure for purification of chitosan was defined from a factorial planning with a central point for the optimized steps, through the application of the concepts of Quality by Design and planning of experiments. The project defined a standard procedure for the purification of chitosan that can be used on industrial scale and financially advantageous for the production of medicines or foods.

A quitina é o principal produto obtido do processamento das cascas de crustáceos. Esse biopolímero e o seu derivado, quitosana, têm despertado grande interesse comercial em virtude das possibilidades de aplicações que possuem. O gerenciamento desses resíduos e dos subprodutos gerados nas etapas no processo de obtenção pode ser considerado um modelo de biorrefinaria. A implementação de plantas para extração de quitina e quitosana é um desafio, uma vez que a demanda produtiva deve ser atendida sem causar danos ao meio ambiente. Uma grande variedade de quitosanas com diferentes propriedades físicoquímicas podem ser obtidas variando-se as condições de reação. Essas propriedades dependem da origem da matéria-prima, do seu grau médio de desacetilação, distribuição média dos grupos acetil ao longo da cadeia principal e da sua massa molecular média. Os fornecedores de quitosana comercial geralmente não mencionam a procedência da matéria-prima e pouca ou nenhuma informação é fornecida acerca do seu processamento. Sendo assim, as características e a reatividade do produto final podem variar gerando resultados não reprodutíveis. No presente estudo, foi utilizada a biomassa oriunda de rejeitos da indústria pesqueira de camarão da região de Cananéia SP. As amostras de - quitina foram obtidas por dois procedimentos diferentes: no primeiro, P1, as cascas de camarão após passar pelo pré-tratamento (lavagem, secagem e moagem) foram desproteinizadas para retirada das proteínas em hidróxido de sódio (NaOH) diluído nas concentrações 2%, 5% e 10% e desmineralizadas em ácido clorídrico (HCl) a 20% (v/v) para retirada dos carbonatos; no segundo procedimento, P2, essas etapas foram invertidas. A biomassa resultante foi desacetilada com hidróxido de sódio concentrado a 30%, 40% e 50% em tempos que variaram de 2 a 6 horas. As principais propriedades físico-químicas das amostras de quitosanas obtidas foram determinadas utilizando a espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) para a determinação do grau médio de acetilação, GA, e a técnica de titulação ácido-base mensurada por condutimetria foi utilizada para comparar os resultados; a viscosimetria capilar para a determinação da massa molar média viscosimétrica, Mv , e a difração de raios X (DRX) para avaliar o grau médio de cristalinidade, X. Além disso, foram empregadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para análises morfológicas dos materiais obtidos e a espectrometria de fluorescência de raios X por dispersão de comprimento de onda (WDXRF) para análise química das quitosanas. O GA e o X das amostras diminuíram à medida em que o tratamento se tornou mais vigoroso, enquanto a Mv aumentou. O procedimento 2 foi o mais viável por eliminar a etapa de despigmentação, pois originou amostras com tonalidade mais clara e fáceis de pulverizar. / Chitin is the main product obtained from the processing of crustacean shells. This biopolymer and its derivative, chitosan, have aroused great commercial interest because of the possibilities of applications they have. The management of these wastes and by-products generated in the steps of obtaining processes can be considered a biorefinery model. The implementation of plants for chitin and chitosan extraction is a challenge, since the production demand must be met without causing harm to the environment. A wide variety of chitosan with different physico-chemical properties can be obtained by varying the reaction conditions. These properties depend on the origin of the raw material, its average degree of deacetylation average distribution of the acetyl groups along the backbone and its average molecular weight. Chitosan commercial providers generally do not mention the origin of the raw material and few or no information is provided about the processing. Therefore, the characteristics and reactivity of the final product may vary generating non-reproducible results. The biomass coming from the fishing industry tailings shrimp Cananéia - SP region was used in the present study. Samples of -chitin were obtained by two different procedures: the first, P1, the shrimp shells after passing through the pretreatment (rinsing, drying and grinding) were deproteinized for removal of proteins in diluted sodium hydroxide (NaOH) in concentrations 2%, 5% and 10% and demineralized in hydrochloric acid (HCl) to 20% (v/v) to remove carbonates; in the second procedure, P2, these steps were reversed. The resulting biomass was deacetylated with sodium hydroxide concentrated at 30%, 40% and 50% in times ranging from 2 to 6 hours. The main physicochemical properties of chitosan samples obtained were determined using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) to determine the average degree of acetylation, DA, and the acid-base titration technique measured by conductimetry was used to compare the results of chitosan; capillary viscometry to determine the viscosimetric average molecular weight, Mv, and X-ray diffraction (XRD) to evaluate the average degree of crystallinity, X. In addition, scanning electron microscopy (SEM) were employed for morphological analyzes of the obtained materials and wavelength dispersion X-ray fluorescence (WDXRF) for chemical analysis of chitosan. The DA and X of the samples decreased as the treatment became stronger, while Mv increased. Procedure 2 was the most feasible to eliminate the depigmentation step because gave clearer and easier samples spraying.

A utilização de biopolímeros na dentina desmineralizada tem sido analisada com o intuito de melhorar as propriedades mecânicas e estruturais da dentina previamente ao procedimento restaurador. Este estudo in vitro avaliou o efeito da reumificação da dentina com quitosana em diferentes concentrações sobre a resistência adesiva, composição química da dentina e morfologia da interface dentina/resina. Os fatores em estudo foram substrato dentinário em dois níveis: hígido e desmineralizado; e reumidificação da dentina em quatro níveis: quitosana a 2,5%, quitosana a 5,0%, ácido acético a 1,0% (placebo) e ausência de reumidificação (controle). Oitenta dentes bovinos foram seccionados no terço médio da coroa para obtenção dos espécimes de dentina (7,0 X 7,0 mm). Os espécimes foram planificados e polidos, e então foram divididos aleatoriamente em 8 grupos (n=10). Metade dos espécimes foi submetida à indução de cárie artificial pelo método de ciclagem de pH (8h em solução desmineralizante com pH 4.8 e 16 horas em solução remineralizante com pH 7.0) e então, foram subdivididos de acordo com a reumidificação da dentina. Os espécimes foram restaurados e o conjunto dente/restauração foi seccionado a fim de ser obter 6 palitos com área transversal de 1,0±0,2 mm2, que foram submetidos a análise quantitativa (MPa) da resistência de união a microtração. Três espécimes de cada grupo foram desidratados em grau ascendente de etanol e submetidos à análise dos níveis de cálcio e fósforo da superfície dentinária por meio de espectroscopia eletrônica de análise química (EDS) e análise qualitativa da interface adesiva por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos da análise de microtração foram submetidos a análise de variância (ANOVA) e apresentaram diferença estatisticamente significante para o tipo de substrato dentinário (p=0,00001) e para reumidificação da dentina (p=0,0105). O teste de Tukey encontrou que para o tipo de substrato, a dentina hígida apresentou maior resistência adesiva e que a dentina reumidecida com quitosana a 2,5% apresentou maior resistência adesiva quando comparada a quitosana a 5,0%, ácido acético a 1,0% ou ausência de reumidificação. O teste de Kruskal Wallis encontrou diferença significante para os níveis de cálcio (p=0,036) e fóforo (p=0,019) encontrados na análise de EDS. O teste de Mann-Whitney mostrou que em substrato desmineralizado a reumidificação com ácido acético a 1,0% e quitosana a 2,5% apresentou maiores concentrações de ambos os minerais. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostram partículas de quitosana no interior dos túbulos dentinários, sendo que a reumidificação da dentina desmineralizada com quitosana a 5,0% apresentou maior quantidade de partículas. A reumidificação da dentina com quitosana não influenciou a morfologia da interface dentina/resina, no entanto, a reumidificação da dentina desmineralizada com quitosana a 2,5% gerou alterações na composição química da dentina e proporcionou maior força de adesão. / The use of biopolymers in demineralized dentin has been investigated with the aim of improving the mechanical and structural properties of dentin prior to restorative procedure. The purpose of this study was to evaluate the rewetting of dentin with chitosan at different concentrations, on bond strength, chemical composition and morphology of dentin/resin interface. The factors under evaluation were: dentin substrate at two levels: sound and demineralized; and dentin rewetting at four levels - 2.5% chitosan, 5.0% chitosan, 1.0% acetic acid (placebo) and no rewetting (control). Eighty specimens of bovine dentin (7x7 mm) were randomly assigned into 8 groups (n=10). Half of dentin slabs were submitted to cariogenic challenge (8h in demineralizing solution and 16h in remineralizing solution) and then, were subdivided according to rewetting of dentin. The specimens were restored and each tooth was sectioned in order to obtain 6 sticks with cross-sectional area of 1.0±0.2 mm2, which were submitted to microtensile bond strength test (µTBS). Three specimens of each group were dehydrated in ethanol and submitted to analysis of calcium and phosphorus levels of dentin surface by electron spectroscopy of chemical analysis (EDS) and qualitative analysis of interface under scanning electron microscopy (SEM). For data obtained on microtensile bond strength test, ANOVA showed significant difference between dentin substrates (p=0.00001) and dentin rewetting (p=0.0105). Tukey test showed that for dentin substrate, sound dentin had greater bond strength than demineralized dentin and the rewetting with 2.5% chitosan provided higher bond strength than 5.0% chitosan, 1.0% acetic acid or no rewetting. Kruskal Wallis test found significant difference for calcium (p=0.036) and phosphorus (p=0.019) levels found in EDS analysis. Mann-Whitney test showed that in demineralized dentin, the rewetting with 1.0% acetic acid and 2.5% chitosan had higher concentration of both minerals. SEM analysis showed particles of chitosan within the dentinal tubules, specially when 5.0% chitosan were used. Dentin rewetting with chitosan did not changed the morphology of dentin/resin interface, however, the rewetting of demineralized dentin with 2.5% chitosan modified the chemical composition and provided better substrate for adhesive procedures, resulting in higher bond strength.

Com o grande aumento da população mundial, maior demanda por alimentos e de áreas cultiváveis é necessário uma maior eficiência da agricultura. Dentro deste cenário, um material que libere nutrientes de forma lenta/controlada em níveis necessários para a nutrição da planta garantiria o desenvolvimento da cultura sem carecer de várias aplicações do fertilizante. O aumento da eficiência do fertilizante, a redução da toxicidade no solo pelo uso de biopolímero e a diminuição dos efeitos negativos associados à sobredosagem são algumas das vantagens de materiais de liberação lenta/controlada. O objetivo principal do presente estudo foi a preparação, caracterização e aplicação de estruturas biopolímericas na liberação lenta/controlada de fertilizantes (fertiliberadores) em solo. A motivação principal esteve no preparo de estruturas de quitosana aditada com nutrientes, utilizando a técnica de secagem por atomização (spray drying), e a avaliação da aplicação em solo. O acompanhamento in situ da liberação do nutriente foi feito pela técnica de reflectometria no domínio do tempo (TDR), que monitora a movimentação iônica em sistemas particulados, como é o caso do solo. As estruturas foram preparadas por spray drying, utilizando bico atomizador de duplo fluido ou 2-fluid nozzle (2FN) para o preparo de esferas tipo matricial e, triplo fluido ou 3-fluid nozzle (3FN) para obter cápsulas tipo reservatório (casca-núcleo). As condições e parâmetros de processo em função das características químicas e físicas dos materiais obtidos foram objetos de estudo. As partículas obtidas com sucesso apresentaram diâmetro médio entre 10 e 35 µm, apresentando um retardo na liberação de nutriente em relação ao fertilizante convencional, de 100% para 40 - 60% nas primeiras leituras de teor de potássio durante ensaio de liberação. É importante destacar que o uso da técnica da TDR no monitoramento in situ da liberação do nutriente é inovador na área de materiais aplicados à agricultura e forneceu informações de forma rápida e precisa sobre a eficiência do material no solo. Adicionalmente, foi estudada a relação do tipo de estrutura produzida (cápsula ou esfera) com o mecanismo de liberação em solo e em água. A estrutura casca- núcleo mostrou ser de grande interesse para produzir materiais de liberação controlada de fertilizante. / The large growth in world population and the greater necessity of food and cultivable areas demand an increase on agricultural efficiency. In this scenario, a material which releases nutrientat slowly/controlled levels for plant nutrition would ensure the development of the crop without the multiple fertilizer applications. Some of the advantages of slow/controlled release material are the increase of fertilizer efficiency use, reduce toxicity in soil by use of biopolymer and decrease the negative effects associated with over dosing.The main purpose was the preparation, characterization and application of biopolymers structures in slow/controlled release fertilizer (ferti releasers) in soil. The main motivation of this work was to obtain structures of chitosan and nutrients using the spray drying method. Also, the application and in situ soil monitoring of the nutrient release by time domain reflectometry technique (TDR) was considered. TDR measures the electromagnetic ion movement in particulate systems such as the soil. The structures were prepared by spray drying technique. It was used 2-fluid nozzle (2FN) to prepare sphere or sponge balls structures and 3-fluid nozzle (3FN) to obtain capsule or core-shell structures. Both types of structure were studied. The conditions and process parameters were also studied as a function of chemical and physical characteristics of the materials. The obtained particles had a mean diameter between 10 and 35 µm and it was observed a nutrient release delay in comparison with conventional fertilizer, from 100% to 40 - 60% in the first potassium measurements during the releasing assay. It is noteworthy the use of TDR technique to monitor the in situ nutrient release in the soil is innovative in the area of materials applied to agriculture and it provided information quickly and accurately about material efficiency in the soil, from short to long period. Additionally, it was studied the relationship of the produced structure (capsule or sphere) with the release mechanism in soil and water. The shell-core structure has shown to be of great interest for producing controlled release fertilizer materials.

Os equinos são animais que, quando adultos, apresentam elevado peso corpóreo e ossos bastante resistentes para sustentar esse peso. Dessa forma, para que ocorra fratura nos ossos do cavalo é necessário um trauma de elevada energia resultando em fraturas cominutivas, que podem formar falhas ósseas impedindo o contato entre os fragmentos ósseos, o que compromete a estabilidade e resistência da osteossíntese. Devido à complexidade desse tipo de fraturas e aos implantes disponíveis apresentarem baixa resistência para o uso nessa espécie e devido a seu comportamento, o tratamento de fraturas em equinos apresenta baixos índices de sucesso. Dessa maneira, o uso de um material osteocondutor com resistência mecânica para o preenchimento dessas falhas poderia elevar a resistência da osteossíntese, levando a melhores índices de sucesso na correção dessas fraturas. O presente estudo teve como objetivo a avaliação biomecânica em laboratório de dois biomateriais substitutos ósseos no preenchimento de falha óssea. Para isso foram utilizados 30 ossos terceiro metacarpiano de equinos que foram submetidos a osteossíntese com placa LCP em sua face dorsal e criada uma falha óssea transversal completa de um centímetro na diáfise média. Dez dessas peças foram submetidas a ensaios biomecânicos não destrutivos até a carga de 1000N, onde foram avaliadas a rigidez, as deformações da peça inteira, da placa e do osso individualmente em diferentes regiões. As outras 20 dessas peças foram submetidas a ensaios destrutivos, onde foram avaliadas a carga e deformação suportada no limite elástico e no ponto de ruptura. Dessa forma, pôde-se observar que houve aumento na rigidez de 699,39N/mm para 2905,38N/mm e 4274,93N/mm devido ao preenchimento da falha com poliuretana de mamona e quitosana, respectivamente. A peça inteira teve sua deformação diminuída de 1,73mm para 0,5mm e 0,35 com carga de 1000N, devido ao preenchimento da falha com poliuretana de mamona e quitosana, respectivamente. A placa teve sua deformação diminuída de 2260,64µd para 320,25µd pelo preenchimento da falha com poliuretana de mamona e para 89,88µd com o preenchimento com quitosana durante a aplicação de 1000N. O osso próximo à falha sofreu maiores deformações tanto com poliuretana de mamona quanto com quitosana, contudo não apresentou maiores deformações em região distante da falha. A peça inteira teve aumento da carga suportada em seu limite elástico de 1008N para 8804N apenas com o preenchimento da falha com quitosana. A peça inteira teve sua deformação diminuída de 1,64mm para 1,26 no limite elástico apenas devido ao preenchimento da falha poliuretana de mamona. A peça inteira teve aumento da força suportada no momento de ruptura de 1660N para 15187N e 11012N com o preenchimento da falha com poliuretana de mamona e quitosana, respectivamente. A peça inteira teve sua deformação máxima no ponto de ruptura diminuída de 5,4mm para 2,16mm apenas com o preenchimento da falha com quitosana. / Adult horses are heavy animals equipped with bones strong enough to support their body weight. High energy trauma is required to produce comminuted fractures, where bone loss may prevent proper fracture reduction and compromise osteosynthesis resistance and stability. In horses, aside from behavioural issues, low success rates associated with comminuted fracture resolution may be due to the complexity of such fractures or the low resistance of bone implants. Therefore, osteoconductive biomaterials with good mechanical resistance would potentially benefit treatment outcomes. This ex vivo study evaluated the biomechanical behaviour of two bone surrogate biomaterials in experimental third metacarpal fractures in horses. Thirty equine third metacarpal bone specimens were submitted to dorsal LCP (locking compression plate) osteosynthesis following creation of a transverse 1 cm wide middiaphiseal defect. Defects were filled either with Ricinus communis polyurethane or calcium phosphate cement-chitosan composite. Ten specimens were submitted to non-destructive biomechanical testing under 1000N maximum load; construct stiffness, construct deformation and isolated deformation of LCP and third metacarpal bone in different regions were evaluated. The remaining 20 specimens were submitted to destructive biomechanical testing; maximum load and deformation within the elastic limit, and to failure were documented. Bone defect repair with RCP or CPC-chitosan composite increased construct stiffness from 699,39N/mm to 2905.38N/mm and 4274.93N/mm and decreased construct deformation under 1000N from 1.73mm to 0,5mm and 0.35 respectively. LCP deformation under 1000N decreased from 2260.64d to 320.25µd and from 2260.64µd to 89.88d following filling of the bone defect with RCP or CPC-chitosan composite respectively. Bone deformation around the defect increased following treatment with RCP or CPC-chitosan composite. However bone deformation away from the defect remained unchanged. Maximum load within the elastic limit increased from 1008N to 8804N when the experimental defect was filled with chitosan composite. Conversely, construct deformation within the elastic limit decreased from 1.64mm to 1.26mm following treatment with RCP. Maximum load to construct failure increased from 1660N to 15187N and 11012N following bone defect repair with RCP or calcium phosphate cement-chitosan composite respectively. However, construct maximum deformation decreased from 5.4mm to 2.16mm when calcium phosphate cement-chitosan composite was used.

Novos materiais obtidos a partir de polímeros biodegradáveis são uma alternativa para a redução do impacto ambiental causado pelo uso excessivo de polímeros derivados do petróleo. Atualmente, vários estudos têm sido realizados na busca de matéria-prima para o desenvolvimento de filmes biodegradáveis, com boa viabilidade técnica e econômica. Dentre estas matérias-primas, destacam-se as que são provenientes de fontes renováveis, de baixo custo e que tenham grande importância econômica e ambiental, como, por exemplo, o amido, as argilas, e a quitosana. Nos filmes que preparamos, adicionamos como plastificante a glicerina, um subproduto do biodiesel, e que contribui para maior estabilidade térmica dos filmes, em conjunto com o amido. O propósito deste trabalho foi o preparo de um biopolímero a base de quitosana e argila com propriedades de nanocompósitos, pois estes materiais costumam exibir propriedades físico-químicas diferenciadas em relação a outros materiais, devido à redução no seu tamanho. Sendo assim, através do estudo e comparação de duas argilas esmectíticas sódicas naturais, Bentogel e Corral, pôde-se observar o comportamento dos filmes formados em presença de amido e glicerina. Os filmes obtidos, através do método de dispersão em solução do polímero, foram caracterizados através das técnicas de DRX, MEV, IV, TG e DSC. Os resultados obtidos mostraram a formação de filmes nanocompósitos esfoliados de boa estabilidade térmica. / New materials made from biodegradable polymers are an alternative to reducing the environmental impact caused by excessive use of polymers derived from petroleum. Currently, several studies have been conducted in search of raw material for the development of biodegradable films, with good technical and economic feasibility. Among these materials, we highlight those that are from renewable resources, low cost and have great economic and environmental importance, such as, starch, clays, and chitosan. In preparing films, we added glycerol as a plasticizer, a byproduct of biodiesel, and contributes to better thermal stability of the films, together with starch. The purpose of this study was the preparation of a biopolymer based on chitosan and clay nanocomposites properties, because these materials tend to display different physico-chemical properties compared to other materials because of the reduction in size. Thus, through the study and comparison of two natural sodium smectite clays, Bentogel and Corral, it was observing the behavior of films formed in the presence of starch and glycerol. The films obtained by the method of dispersion in the polymer solution, were characterized by techniques of XRD, SEM, FTIR, TG and DSC. The results obtained showed the formation of exfoliated nanocomposites films and good thermal stability.