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.

En esta investigación se estudió el proceso de adsorción de iones plata (Ag+), sobre polímeros naturales provenientes de la industria pesquera. Se utilizó quitina y sus derivados, quitina calcárea y quitosano, para determinar su potencial aplicación al tratamiento de efluentes provenientes de desechos industriales que contengan este metal precioso en bajas concentraciones. Tanto la quitina como el quitosano fueron caracterizados por espectroscopias: FT-IR , 1H-RMN y microscopía electrónica de barrido(SEM). Los experimentos de biosorción se realizaron tomando en cuenta las variables pH, temperatura y concentración de Ag+ en la solución, así, como el tamaño de partícula del biosorbente. Se encontró que la máxima capacidad de adsorción de Ag+ por parte de los biopolímeros (30% en la quitina, 80% en la quitina calcárea y 99 % en el quitosano) ocurre en un rango de pH entre 4 y 8. El estudio de la cinética muestra que el proceso de biosorción ocurre rápidamente en los primeros minutos para después continuar aumentando muy lentamente hasta llegar al equilibrio. También se obtuvieron las respectivas isotermas de adsorción para cada biopolímero, de estas curvas se obtuvieron los valores de capacidad máxima de retención. El quitosano presenta buena propiedades de retención de Ag+, seguido por la quitina calcárea, mientras que la quitina no presenta buenas propiedades de retención, aunque mejora un poco al disminuir su granulometría y al aumentar la temperatura del proceso. También se evaluó la posibilidad de reusar al quitosano dado que se obtuvo una alta capacidad al desorberlo previamente con H2SO4 y Na2SO3, obteniéndose 30 y 85% de Ag+, respectivamente. / Tesis

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-04T20:45:16Z No. of bitstreams: 1 DAYSE DE LOURDES MADRGA ESPÍNOLA GUEDES - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 2225179 bytes, checksum: ad9f795a81034cb79500cb575de58f73 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T20:45:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DAYSE DE LOURDES MADRGA ESPÍNOLA GUEDES - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 2225179 bytes, checksum: ad9f795a81034cb79500cb575de58f73 (MD5) Previous issue date: 2014-12-12 / A presente pesquisa tem como objetivo, caracterizar filmes de quitosana, de aplicação sublingual, para uso em sistemas de liberação controlada de fumarato de formoterol., buscando uma nova alternativa para o tratamento emergencial das crises de asma. Sabemos que a asma é uma patologia de grande incidência no Brasil e no mundo, pois existem cerca de 300 milhões de pessoas acometidas pela doença a nível mundial e 20 milhões de brasileiros .É uma doença de caráter hereditário, crônica que não tem cura e que se apresenta muitas vezes como uma emergência médica , pois nas crises da doença o socorro deve ser imediato com o intuito de evitar o óbito do paciente. Hoje utiliza-se apenas a via inalatória como preferencial para administração dos broncodilatadores, visto que essa via tem rapidez de ação. No entando, deparamo-nos com a difícil técnica de utilização dos inaladores que veiculam o medicamento o que muitas vezes impossibilita a sua utilização especialmente em crianças, idosos e pacientes muito debilidados. Vendo esta dificuldade, propusemos com o nosso trabalho buscar uma nova via de utilização dos medicamentos broncodilatadores, que tivesse a mesma eficácia da via inalatória, dispensando a difícil técnica de utilização dos fármacos .Para isso , escolhemos a via sublingual de rápida ação e facilidade de utilização, podendo ser empregada mais adequadamente em uma crise de asma . Selecionamos a quitosana, por ser um biopolímero versátil e muito utilizado em sistema de liberação controlada de fármaco para veicular o formoterol , que é um potente broncodilatador, através da produção de um filme para deposição sublingual. E os resultados obtidos através das caracterizações apresentaram membranas com variações de cristalinidade (por DRX) de acordo com o processo de reticulação, além de apresentarem uma possível relação entre reticulação e liberação. Por FTIR pode-se observar certa interação entre o fármaco e os grupos amina da quitosana, assim como possível isomerização do fármaco pela reticulação com 5% de TPP. Pelas microscopias ótica e eletrônica, pode-se observar que o acréscimo de fármaco proporcionou alguma rugosidade a membrana. Também pelas microscopias verificou-se a reticulação não homogênea da superfície da membrana. Por EDS não se verificou nenhum elemento estranho a estrutura da quitosana e do fármaco. Por medida do ângulo de molhabilidade pode-se verificar aumento do perfil hidrofílico da membrana por adição do fármaco, perfil este que não foi modificado pelo processo de reticulação. O ensaio de citotoxicidade apresentou resultados que indicam a membrana como promissora candidata a testes in vivo. / This research aims to characterize chitosan films, sublingual application, for use in controlled release of formoterol fumarate systems., Looking for a new alternative for the emergency treatment of asthma attacks. We know that asthma is a disease of high incidence in Brazil and in the world, because we have about 300milhões of people with the disease worldwide and 20 million Brazilians .It is one hereditary disease, chronic that has no cure and that often presents as a medical emergency, because the crisis of the disease the relief should be immediate in order to prevent the death of the patient. Today only is used inhalation as preferred for administration of bronchodilators, since this route has faster action .In entando, we are faced with the difficult technique for using inhalers that deliver the medicine which often makes it impossible to use especially in children, the elderly and very debilidados patients. Buy this difficulty, we proposed in our work to seek a new route for the use of bronchodilators, which had the same effectiveness of inhaled, eliminating the difficult technique of using drugs .For this, choose the sublingual route of fast action and ease of use and can be used more appropriately in an asthma attack. Chitosan selected because it is a versatile and widely used biopolymer for controlled drug delivery system for conveying formoterol, which is a potent bronchodilator, by producing a film for sublingual deposition. And the results obtained from the characterization showed membranes crystallinity variations (XRD) according to the crosslinking process, besides presenting a possible relationship between cross-linking and release. By FTIR one can observe some interaction between the drug and amino groups of chitosan, and can isomerization of drug by crosslinking with 5% TPP. Through optical and electronic microscopy, it can be seen that addition of drug has provided some roughness to the membrane. Also by microscopy verified the inhomogeneous crosslinking of the membrane surface. EDS there was no foreign object the structure of chitosan and the drug. By measuring the wetting angle can be checked increase the hydrophilic profile of the membrane by addition of the drug, this profile has not been modified by crosslinking process. The cytotoxicity assay results presented indicate that the membrane as a promising candidate for in vivo testing.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-11T15:23:34Z No. of bitstreams: 1 VALTER PEREIRA DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 1734156 bytes, checksum: 237f9d589d08515acd18211405f32fdd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-11T15:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VALTER PEREIRA DE OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO PPG-CEMat 2014..pdf: 1734156 bytes, checksum: 237f9d589d08515acd18211405f32fdd (MD5) Previous issue date: 2014-12-19 / A quantificação de substâncias em amostras humanas é de grande importância para o diagnóstico, acompanhamento e tratamento de diversas situações que afetam a saúde e condições fisiológicas da população. Entre os analitos cuja quantificação no sangue tem grande importância, encontra-se a ciclosporina que é administrada em pacientes transplantados e que a utilizam no tratamento imunossupressor. As análises para quantificação da droga são atualmente feitas por meio de testes complexos e caros, sendo uma importante fonte de gastos na saúde pública visto que o Brasil possui o maior sistema público de transplantes do mundo e que subsidia 95% do tratamento, incluindo procedimento cirúrgico, medicação e acompanhamento necessários ao pós-transplante. Atualmente dispositivos de testes de utilização simples que dispensa equipamentos e instalações laboratoriais estão sendo utilizados para diversos tipos de diagnósticos. São os denominados testes rápidos que utilizam o princípio da imunocromatografia como metodologia. O estudo teve o objetivo de desenvolver scalffolds a base de quitosana para carrear substâncias semelhantes ao sangue humano e comparar esta capacidade à da nitrocelulose com a finalidade de estabelecer uma possível substituição da nitrocelulose pela quitosana na produção de dispositivos de testes rápidos, possibilitando a confecção de um dispositivo para quantificação de ciclosporina e outros analitos estabelecendo um novo campo de aplicação para a quitosana como material carreador. Os scalffolds foram desenvolvidos pela preparação de uma solução de quitosana a 1% a qual foi filtrada, congelada e liofilizada. Os scalffolds foram então neutralizados, lavados, liofilizados e secos. As tiras de nitrocelulose com registro na Anvisa foram obtidas em farmácia, as amostras foram selecionadas aleatoriamente realizadas as mesmas caracterizações realizadas nos scalffolds. A caracterização foi realizada por meio das técnicas de Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)/ Espectroscopia por Energia Dispersiva de raios X (EDS), Molhabilidade e Intumescimento. Os espectros em infravermelho demonstraram que a nitrocelulose e a quitosana possuem grupos funcionais compatíveis com as características descritas na literatura. As micrografias e espectros mostraram uma composição condizente com as características de absorção e carreamento de líquidos devido à presença de polaridade. Os ensaios de molhabilidade evidenciaram que a nitrocelulose e a quitosana possuem alta hidrofilicidade e os ensaios de intumescimento mostraram um alto grau de intumescimento da nitrocelulose e da quitosana corroborando suas características de material carreador. O produto desenvolvido possui potencial viabilidade para utilização como material carreador em dispositivos diagnósticos. / The quantification of substances in human samples has great importance for the diagnosis, monitoring and treatment for several situations that affect health and physiological conditions of the population. Among the analytes to be quantified, you have cyclosporine that is administered in transplanted patients for immunosuppressive treatment. The drug quantification are currently done by complex and expansive devices and is an important source of costs on public health as Brazil has the Highest Attendance Transplant System of the World and subsidizes 95 % of the treatment , including surgical procedures , medication and monitoring needed in post- transplant. Now a days, simple devices that do not require instruments and laboratory facilities are being used for various types of diagnoses. They are called rapid tests that use immunochromatography, as methodology. The study had the scope to develop a material with chitosan films to carry similar substances human blood and compare this capacity to the nitrocellulose with the goal of establishing a possible replacement of nitrocellulose for chitosan in the productions of a rapid test device, enabling a new field of application for chitosan as a carrier material. The scalffolds had been developed by the preparation of a chitosan 1% solution which was filtered, frozen and lyophilized. The scalffolds were then neutralized, washed, dried and lyophilized again. The strips of nitrocellulose registered with Anvisa were obtained in pharmacy, so samples were selected randomly to be performed the same characterizations performed in scalffolds. The characterization was performed using spectroscopy techniques in the Fourier Transform Infrared Region (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) /Energy Dispersive Spectroscopy X-ray (EDS), Wettability and Swelling. The infrared spectra showed that the nitrocellulose and chitosan have functional groups compatible with the features described in the literature. The micrographs and spectra showed a composition compatible for characteristics of absorption and liquid carrying due to the presence of polarity. The wettability tests have shown that the nitrocellulose and chitosan have high hydrophilicity and swelling measurements showed a high degree of nitrocellulose and chitosan swelling and its supporting carrier material characteristics. The product developed has the potential feasibility for use as carrier material in diagnostic devices.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Materials based on polyhydroxybutyrate (PHB), chitosan (CHI) and fibroin (SF) are biocompatible and attractive for applications in bone tissue engineering. In this work, 3D scaffolds of PHB/CHI and PHB/CHI/SF in different proportions was prepared, characterized and evaluated the in vitro behavior: group I: PHB/CHI (50:50 wt.%), group II: PHB/CHI/SF (50:45:5 wt.%) and group III: PHB/CHI/SF (50:35:15 wt.%). The scaffolds were produced by the lyophilization method of the components mixtures. The physical-chemical characterization of the scaffolds was performed by X-ray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and thermogravimetric analysis. A highly porous nature was revealed by SEM analysis of the scaffolds. The FTIR analysis revealed that the constituents used in the preparation of the scaffolds interacted chemically with each other. Thermal analysis showed that fibroin increases the thermal stability of the scaffolds. The viability and cell proliferation were assessed by the MTT method and the cytotoxicity results showed that all scaffolds are non- cytotoxic. In addition, the scaffolds stimulated cell proliferation and are promising for tissue engineering applications. / Materiais à base de polihidroxibutirato (PHB), quitosana (QUI) e fibroína (SF) são biocompatíveis e atrativos para aplicações na engenharia tecidual óssea. Neste trabalho foi preparado, caracterizado e avaliado o comportamento in vitro de arcabouços 3D de PHB/QUI/SF em diferentes proporções: grupo I: PHB/QUI (50:50 % em massa), grupo II-PHB/QUI/SF (50:45:5 % em massa) e grupo III- PHB/QUI/SF (50: 35:15 % em massa). Os arcabouços foram produzidos pelo método da liofilização das misturas dos componentes dos três grupos. A caracterização físico-química dos arcabouços foi realizada por difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e análise termogravimétrica. A análise de MEV mostrou que os arcabouços 3D apresentam uma boa porosidade. Por FTIR observou- se que os componentes utilizados na preparação dos arcabouços interagiram quimicamente entre si. As análises térmicas indicam que a fibroína aumenta a estabilidade térmica dos arcabouços. A viabilidade e a proliferação celular foram avaliadas pelo método do MTT e os resultados de citotoxicidade mostraram que ambos os arcabouços não são citotóxicos. Além disso, os arcabouços estimularam a proliferação celular, sendo promissores para aplicações em engenharia tecidual.

Línguas eletrônicas constituídas de filmes nanoestruturados depositados sobre eletrodos metálicos, e empregando a técnica de espectroscopia de impedância como princípio de detecção, vêm apresentando excelentes resultados para a diferenciação de substâncias que constituem os paladares básicos e na detecção de impurezas em amostras líquidas. A principal limitação para o uso comercial é a necessidade da substituição das unidades sensoriais do arranjo, que necessita de recalibração. Nesta tese introduzimos um novo arranjo de unidades sensoriais, constituídos de eletrodos de cromo eletrodepositados, que não necessitam de filmes finos. Usando arranjos de cinco ou dez unidades sensoriais nominalmente idênticas, obtivemos uma língua eletrônica capaz de detectar paladares básicos e íons de cobre em água em concentrações abaixo de 1μM. As diferenças nas respostas elétricas dos eletrodos são oriundas das diferenças na sua morfologia. A alta sensibilidade apresentada foi explorada na análise de vinhos e amostras de águas coletadas de vários rios e lagos. Similarmente às línguas eletrônicas com filmes nanoestruturados, o arranjo sensorial de eletrodos de cromo foi capaz de distinguir vinhos de uma mesma varietal e produtor, mas de diferentes safras, e de um mesmo produtor e safra, mas de diferentes varietais. Tentamos também melhorar o desempenho das línguas eletrônicas combinando unidades constituídas de filmes finos de quitosana e poli(o-etoxianilina). Apesar do interesse nas propriedades advindas da interação entre esses materiais, especialmente quando a quitosana foi utilizada na forma de nanopartículas, o desempenho foi similar ao da língua eletrônica contendo eletrodos de cromo sem filmes. / Electronic tongues based on nanostructured films and employing impedance spectroscopy as the principle of detection have proven excellent to distinguish between basic tastes and detect trace amounts of impurities in liquid samples. The main limitation for a commercial use, though, is the need to replace the sensing units of the sensor array, which requires recalibration, owing to the relatively poor stability of the nanostructured films. In this thesis we introduce a new arrangement for the sensing units, which are produced from electrodeposited chrome electrodes, with no need to adsorb an organic film. Using an array with 5 or 10 nominally identical chrome electrodes, we obtained an electronic tongue capable of detecting basic tastes and copper ions in water down to the 1μM level. The differences in electrical properties for the electrodes arose from differences in morphology. Furthermore, this high sensitivity could be exploited in the analysis of wines, and water samples collected from various rivers and lakes. Similarly to electronic tongues made with nanostructured films, the sensor array with electrodeposited chrome electrodes was capable of distinguishing wines from the same grape and producer, but different vintages, or from the same producer and vintage but different grapes. We also attempted to optimize the performance of electronic tongues by combining sensing units made of chitosan and poly(o-ethoxyaniline). In spite of the interesting properties deriving from the interaction between these components, especially when chitosan nanoparticles were used, the performance of the sensor array was similar to that of the electronic tongue obtained with bare chrome electrodes.

Em 1978, o trabalho realizado por Stephenson e Zamecnik demonstrou a capacidade de um oligonucleotídeo de impedir a expressão de uma proteína específica. Atualmente, duas tecnologias são mais utilizadas para este propósito: os oligodeoxiribonucleotídeos antisense e o RNA de interferência (siRNA), que se aproveitam da capacidade de anelação entre as fitas complementares. A maior diferença entre as duas técnicas é a maquinaria proteica recrutada, isso é, o complexo RISC atua no funcionamento do siRNA, e a protease RNase H atua na clivagem da fita de RNA quando hibridizada com DNA. Apesar da grande aplicabilidade destas tecnologias, tanto para doenças metabólicas quanto para canceres, o veículo de entrega e proteção dessas sequências é de fundamental importância, visto que a aplicação desses oligonucleotídeos livres está sujeita à rápida degradação e ineficiência. A modificação das bases é uma das estratégias para conferir maior estabilidade às sequências, porém estas tem sido relacionadas a um aumento da toxicidade. Nessa dissertação, a quitosana, um polissacarídeo catiônico é utilizado para síntese de nanopartículas e encapsulamento dos oligodeoxiribonucleotídeos antisense (ASO). Para isso, foram realizadas modificações na quitosana comercial como despolimerização, trimetilação ou conjugação com PEG, seguida da síntese das nanopartículas com a adição de tripolifosfato de sódio (TPP) pelo método de gelatinização ionotrópica. A estabilidade das nanopartículas foi medida em função do tempo, da variação de temperatura e da diferença de pH. Além disso, a toxicidade dessas nanopartículas foi analisada através da viabilidade celular em diferentes linhagens, NB-4, HepaRG, HTC e BHK-570. A expressão da proteína verde fluorescente (GFP) na célula NB-4 foi utilizada para avaliar a entrega do ASO desenhado, sendo sua fluorescência monitorada por microscopia confocal. Os resultados demonstram que as nanopartículas se mantiveram estáveis durante o período de tempo analisado, assim como com a temperatura variando de 22 a 45°C e em pH ácido. Cada linhagem celular respondeu de forma diferente ao tratamento com as nanopartículas sem ASO, sendo a linhagem saudável BHK-570 com a maior resistência. Ademais, todas as células apresentaram viabilidade reduzida quando tratadas com concentrações na ordem de 1011 nanopartículas/mL a base de quitosana trimetilada. A fluorescência das células NB-4 quando tratada com as nanopartículas com ASO diminuiu consideravelmente nas 18 primeiras horas, seguida de um aumento após 42 horas. Dessa forma, pode-se concluir que as nanopartículas de quitosana propostas nessa dissertação apresentaram uma excelente alternativa para a entrega de material genético, principalmente para o trato gastro-intestinal, devido à sua estabilidade em pH ácido. / The property of an oligonucleotide to interfere in the expression of a protein was observed in 1978 by Stephenson and Zamecnik. To perform such interference, there are today, two main techniques being explored: antisense oligodeoxyribonucleotides and interference RNA. In both cases, the particularity of their chemical structure is taken into account as soon as they can bind in a complementary manner to the messenger RNA and inhibit its translation. The great difference between these techniques is related to the proteases involved in the process, while for interference RNA the RISC machinery acts, for antisense oligodeoxyribonucleotides RNase H cleaves the RNA in the duplex DNA-RNA. Although these tools to edit the translation process are relevant to the treatment and even cure of metabolic disorders and cancers, it is still not effective when employed without a coating to protect the sequences before it reaches the destiny in vivo. Efforts have been made in developing modified bases to be more stable, but they show some toxicity. In this dissertation, chitosan, a natural cationic polyssacharide, is used to produce nanoparticles to protect the antisense oligodeoxyribonucleotide (ASO). For this reason, the commercial chitosan was modified, depolymerized, trimetilated or PEGlated and the nanoparticles were synthesized with sodium tripolyphosphate (TPP) by ionotropic gelation method. The stability along time, in different pHs and temperatures was assessed. The toxicity of nanoparticles without ASO was quantified by MTT tests in NB-4, HepaRG, HTC and BHK-570 cell lines. A green fluorescent protein (GFP) expressed by NB-4 cells was the target to evaluate the delivery efficiency of the ASO, and its fluorescence was measured by confocal microscopy. Results showed that nanoparticles were stable over time as well as in temperatures ranging from 22 to 45°C and in acidic pH. Each cell line responded in a different manner to the treatment, with the health cell BHK-570 showing higher resistance. Furthermore, all of them presented lower viability when treated with trimetilated chitosan nanoparticles in the highest concentrations (ca 1011 nanoparticles/mL). NB-4 cells presented a decrease in fluorescence in 18 hours of treatment followed by an increase after 42 hours. We conclude that chitosan nanoparticles are a good alternative to the delivery of genetic material even more in the gastro intestinal tract due to its great stability in acid pH values.

Quitosana é um polissacarídeo usado em diversas aplicações biológicas, por exemplo, em liberação controlada de drogas, transfecção, aceleração da cicatrização de feridas e como agente bactericida, entre outras. Em todas essas aplicações, o polímero interage com tecidos e células. Entretanto, embora sua ação seja comprovada, os mecanismos de ação e a interação do polímero com células e biomembranas no nível molecular ainda não são conhecidos. Nesta tese de doutorado, filmes de Langmuir e Langmuir-Blodgett (LB) de lipídios foram usados como modelos de membrana celular para estudar em nanoescala a interação e os efeitos causados pela quitosana. Primeiramente, observou-se que a quitosana, um polieletrólito solúvel em pH ácidos, possui atividade superficial induzida na presença de um filme interfacial de lipídio, demonstrando que o polímero possui interação favorável com membranas. Após adsorver sobre as monocamadas, a quitosana expande as mesmas, o que ocorre apenas até uma determinada concentração de polímero, denominada concentração de saturação. A magnitude dessa expansão é menor para filmes compactos, o que sugere que a quitosana é parcialmente expulsa da interface, localizando-se na subsuperfície. Isso foi comprovado com o uso de filmes LB, que mostraram que filmes mistos com quitosana têm rugosidade cerca de 10 vezes a de filmes puros de ácido dimiristoil fosfatídico (DMPA). Foi possível confirmar que a quitosana penetra na monocamada, formando agregados com até 150 nm de altura. Além disso, a maior orientação das moléculas de fosfolipídios, sugerida por isotermas de potencial de superfície (V-A) para filmes de Langmuir, também foi comprovada para os filmes LB por medidas de espectroscopia de geração de soma de freqüências (SFG). Filmes mistos de DMPA e colesterol também foram estudados, sendo que o colesterol provoca condensação nos filmes de DMPA a baixas pressões, mas expande as monocamadas em altos estágios de compactação. Quando a quitosana interage com os filmes mistos, ela provoca a mesma expansão para todas as monocamadas independentemente da proporção de colesterol na mistura. Embora esse comportamento possa sugerir um papel inerte do colesterol, ele é explicado pela modulação da penetração da quitosana nos filmes pelo colesterol. Isso ocorre porque há um número fixo de pontos de interações eletrostáticas entre os grupos NH3+ da quitosana e PO2- do DMPA, o que foi comprovado por medidas de espectroscopia de reflexão-absorção na região do infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS). Com esta técnica para filmes de Langmuir, e espectroscopia SFG para filmes LB, pôde ser traçado um panorama dos efeitos da inserção de colesterol na membrana de DMPA, seguido da interação da quitosana com a membrana mista. A adição do colesterol ao filme de fosfolipídio acarreta em diminuição da ordem das cadeias de DMPA, detectado por variações nas bandas de s(CH2) e ass(PO2-) do fosfolipídio no espectro de PM-IRRAS, e pela razão s(CH3)/s(CH2) nos espectros de SFG. Por outro lado, a interação da quitosana com esse filme misto causa recuperação da orientação das caudas polares do fosfolipídio, verificada pela análise das mesmas bandas de PM-IRRAS e pela razão s(CH3)/s(CH2), que diminui de 6,62 para 4,58 com a adição de colesterol, mas volta a 5,97 após a interação com o polímero. De forma geral, a ação da quitosana sobre biomembranas é governada principalmente por interações eletrostáticas com lipídios carregados negativamente, na superfície externa das mesmas. Dentre os principais efeitos causados pelo polímero, destaca-se a diminuição da elasticidade da membrana e o aumento da orientação das moléculas de lipídio, que podem ter importantes implicações biológicas. A observação de uma concentração de saturação dos efeitos, na maioria dos casos, sugere que a dosagem e a estrutura química da quitosana devem ser bem controladas para alcançar o efeito biológico desejado. / Chitosan is a polyssaccharide with many biological applications, as in drug delivery, transfection, wound healing and as bactericidal agent, for instance. In all these applications the polymer interacts with tissues and cells. The efficacy of chitosan has been proven, but the mechanisms of action and the interactions with cells and biomembranes are still unknown. In this thesis, Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) films made of lipids were employed as cell membrane models, in order to investigate the interactions and modulations caused by chitosan at the molecular level. Firstly, the soluble polyelectrolyte chitosan was found to induce surface activity when a lipid monolayer is at the air/water interface, demonstrating that the interaction of chitosan with membranes is favorable. Upon chitosan adsorption, the monolayers were increasingly expanded with increasing chitosan concentration in the subphase up to a saturation concentration. The extension of this expansion was lower for highly packed films, suggesting that chitosan was partially expelled from the interface after the compression, being located at the sub-monolayer region. This was confirmed by the 10-fold increase in film roughness observed for the areas without aggregates in LB films. Also, we could observe aggregates as high as 150 nm on the film surface, thus confirming chitosan penetration in the dimyristoyl phosphatidic acid (DMPA) monolayer. Mixed DMPA-cholesterol Langmuir monolayers were also produced, with cholesterol inducing condensation of the DMPA films at low pressures, and film expansion at high pressures. Regardless of the cholesterol proportion in the film, chitosan always induced the same degree of expansion on the DMPA mixed monolayers as for a neat DMPA monolayer. Although this behaviour may suggest an inert role for cholesterol, it can only be explained if the sterol is assumed to regulate the extension of chitosan penetration into the monolayer. This occurs because there is a fixed number of sites for electrostatic interactions between NH3+ groups from chitosan and PO2- from DMPA, probed by infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) measurements. Indeed, with PM-IRRAS measurements for Langmuir monolayers and sum-frequency generation spectroscopy (SFG) measurements for LB films, we could establish an overview of the effects from cholesterol on DMPA films upon interaction with chitosan. The addition of cholesterol to the DMPA monolayer caused a decrease in the chain order, which was detected by changes in the s(CH2) and ass(PO2-) bands from the phospholipid in the PM-IRRAS spectrum, and by the s(CH3)/s(CH2) intensity ratio in SFG measurements. On the other hand, the interaction of chitosan with these mixed monolayers restored chain order, as observed from the analysis of PM-IRRAS bands and the s(CH3)/s(CH2) in SFG. The latter dropped from 6.62 to 4.58 with cholesterol addition, but further increased to 5.97 with the chitosan interaction. Overall, the chitosan action on biomembranes is mainly governed by electrostatic interactions with negatively charged lipids at the external leaflet of the membrane. The main effects from chitosan to the membrane models are the decrease in membrane elasticity and the increase in molecular ordering, which can lead to important biological implications. Moreover, the existence of the so-called concentration of saturation for most systems suggests that the dosage and chemical structure of chitosan must be well controlled to obtain the desired biological effect.

De acordo com o conceito de sistemas de liberação controlada, o presente estudo foi baseado na utilização de polímeros hidrofílicos biocompatíveis, formadores de hidrogéis, para o desenvolvimento de matrizes na forma de filmes finos. Os polímeros utilizados para a formação das matrizes foram a quitosana proveniente das cascas de camarão, o amido de milho modificado e a poli(N-vinil-2-pirrolidona) - PVP. As matrizes foram reticuladas utilizando glutaraldeído. O fármaco escolhido para testar a capacidade de liberação dos dispositivos foi o anti-inflamatório não esteroidal (AINE) diclofenaco sódico. Para obtenção das matrizes com propriedades adequadas para essa finalidade, foram testadas misturas de quitosana-amido e quitosana-PVP. Após a triagem qualitativa, os dispositivos foram avaliados quanto à citotoxidade, intumescimento máximo, fração gel, parâmetros cinéticos associados à absorção de vapor de água e à capacidade de liberação de diclofenaco sódico in vitro. As formulações de quitosana-PVP foram as que apresentaram melhores propriedades para a aplicação proposta nesse estudo, se destacando a formulação A3, com alto percentual de liberação, boas propriedades de manuseio, poucos componentes na formulação diminuindo o potencial alergênico e aprovação no teste de citotoxicidade em células de camundongo (NCTC) pelo método de incorporação do vermelho neutro. / According to the concept of drug delivery systems, this study has based on the use of biocompatible hydrophilic polymers hydrogels-forming for the development of matrices in the form of thin films. The polymers used for forming the matrices were chitosan from shrimp shells, modified maize starch and poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) PVP. The matrices were cross-linked using glutaraldehyde. The drug chosen to test the ability of the devices release was the non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) sodium diclofenac. Mixtures between chitosan-starch and chitosan-PVP tested to obtain the matrices with suitable properties for this purpose. The devices after qualitative screening had evaluated for cytotoxicity, maximum swelling, gel fraction, kinetic parameters associated with absorbing water vapor and the release of diclofenac sodium able to in vitro. The formulations based on chitosan-PVP were the presents the best properties, in evidence formulation A3, with high percentage of delivery, good handing properties, few compounds/components reducing the allergenic potential and successful in vitro cell viability red uptake cytotoxicity assay, using cell culture mouse cells (NCTC).

O presente estudo foi conduzido com o objetivo de avaliar os efeitos de diferentes concentrações de quitosana nas dietas de vacas em lactação sobre o consumo, digestibilidade aparente total da matéria seca e nutrientes, fermentação e síntese de proteína microbiana ruminal, produção e composição do leite, concentrações de parâmetros sanguíneos, perfil de ácidos graxos na gordura do leite, e os balanços de energia e de nitrogênio. Foram utilizadas 16 vacas da raça Holandesa, multíparas, pesando em média 610 kg, agrupado em 4 quadrados latinos 4x4 contemporâneos e balanceados, possuindo respectivamente 60, 81, 102, 123 dias em lactação ao início de cada período experimental nos quais foram oferecidos as seguintes dietas: 1) Controle; 2) Quitosana 50; 3) Quitosana 100 e 4) Quitosana 150 compostas, respectivamente, com a inclusão de 0, 50, 100 e 150 mg/kg de peso corporal de quitosana. Foi utilizada dieta com a proporção volumoso:concentrado de 50:50. A suplementação com quitosana foi fracionada em duas porções de mesmo peso, colocada sobre o concentrado imediatamente antes do primeiro e do segundo fornecimento das rações. Diariamente foram realizadas pesagens das quantidades dos volumosos e concentrados fornecidos e das sobras de cada animal, para estimativa do consumo. As amostras de sobras e silagem foram coletadas do 15&#176; ao 21&#176; dias de cada período experimental, armazenadas em sacos plásticos em freezer à -20&#176;C, e posteriormente submetidas a análises químico-bromatológicas dos principais nutrientes. Na determinação da digestibilidade aparente total da matéria seca e nutrientes a quantidade total de fezes excretada foi estimada pela concentração de fibra em detergente ácido indigestível (FDAi). As amostras de líquido ruminal foram coletadas com a utilização de sonda esofágica três horas após a alimentação matinal. A produção de leite e o consumo de matéria seca foram mensurados diariamente durante todo o período experimental. As amostras utilizadas para análise da composição do leite foram coletadas no 16&#176; dia de cada período experimental, sendo provenientes das duas ordenhas diárias. Amostras de urina foram no 16&#176; dia de cada período experimental, quatro horas após a alimentação matinal, durante micção estimulada por massagem na vulva. As amostras de sangue foram coletadas em tubos vacuolizados por punção da veia e/ou artéria coccígea. Não houve efeito para as variáveis de consumo da matéria seca e nutrientes, fermentação e síntese de proteína microbiana ruminal, produção e composição do leite. Foi observado efeito linear para as variáveis ureia e nitrogênio ureico no soro; excreção de N-Fecal (% Nitrogênio Total). No entanto, houve efeito linear decrescente (P<0,05) para as variáveis excreção de N-Fecal (g/dia) e concentrações dos ácidos graxos de cadeia curta (<C16), sendo encontradas menores concentrações de AG em dietas que houveram inclusão de quitosana, porém, as concentrações de ácidos graxos de cadeia longa (>C16) foram inversamente correlacionadas, a qual, observou maior concentração para as dietas em que houveram inclusão do aditivo. Houve efeito quadrático das dietas experimentais sobre a digestibilidade da matéria seca, matéria orgânica, proteína bruta e fibra em detergente neutro; eficiência de utilização de Energia e Nitrogênio; excreção de N-Leite (% Nitrogênio Total). Da mesma forma, observou-se efeito quadrático das dietas experimentais sobre a concentração total dos ácidos graxos de cadeia com 18 carbonos (C18), a qual foi observado maior concentração de AG quando incluído 100mg/kg PV de quitosana. O mesmo efeito ocorreu para o total de AG insaturados (C18 insaturado), dado em que se verifica numericamente maior concentração para a dieta com 100 mg/kg PV de quitosana. A utilização de quitosana como aditivo modulador da fermentação ruminal em rações de vacas leiteiras no terço médio de lactação, tendo como volumoso a silagem de milho, não alterou o consumo de alimentos e o desempenho, no entanto, houve melhora na digestibilidade aparente total da matéria seca e nutrientes, assim como também na eficiência de utilização de nitrogênio. / This study was carried to evaluate the effect of different levels of chitosan in feeding of dairy cows in lactation on intake and nutrients digestibility, ruminal fermentation, microbial protein synthesis, productive performance, fatty acids profile of milk fat, concentrations of blood parameters, balance of energy and nitrogen. Sixteen Holstein cows, multiparous, weighing an average 610 kg, was allocated in four latin squares balanced 4x4, having respectively 60, 81, 102, 123 days in milk at the start of each experimental period, in which were offered the following diets: 1) Control (CT), 2) 50 Chitosan (Q50) 3) Chitosan 100 (Q100 and 4) Chitosan 150 (Q150) respectively composed with the inclusion of 0, 50, 100 and 150 mg / kg body weight of chitosan. The diets consisted of corn silage and concentrate in ratio 50:50. Supplementation with chitosan was fractionated into two portions of equal weight and put above the concentrate immediately before the first and second feeding. Daily, weight measurements were carried of amount of forage and concentrates provided and remnant from the diets from each animal to estimate the intake. Samples of silage, remnant from diets and feces were collected the 15th to the 18th day of each experimental period, stored in plastic bags in a freezer at -20&#176;C, and later undergoing analyzes chemical bromatologic of major nutrients. The digestibility was determined using of an internal indicator (FDAi). The samples of ruminal liquid were collected with use of esophageal probe three hours after the morning feeding. The milk production and dry matter intake were measured daily during the whole experimental period. The samples used for analysis of milk composition were collected in the 16th day of each experimental period, derived to the two daily milkings. Spot urine samples were obtained on the 16th day of each experimental period, four hours after the morning feeding during urination stimulated by massage at the vulva. Blood samples were collected in tubes vacuolized by venipuncture and / or coccygeal artery. There was no effect for the variables of intake of dry matter and nutrients, fermentation and microbial protein synthesis ruminal, milk production and composition. Linear effect was observed for the variables urea excretion N-fecal (% Total Nitrogen). However, there was negative linear effect (P <0.05) for the variables of excretion N-Fecal (g / day) concentrations of short chain fatty acids (<C16) and observed lower concentrations of FA in diets that there was adding chitosan, however, concentrations of long chain fatty acids (> C16) were inversely correlated, in which noted higher concentrations was at the diets there was wherein inclusion of the additive. There was quadratic effect of experimental diets on digestibility of dry matter, organic matter, crude protein and neutral detergent fiber; utilization efficiency Energy and Nitrogen; excretion of NMilk (% Total Nitrogen). Similarly, we observed a quadratic effect of experimental diets on the total concentration of chain fatty acids with 18 carbons (C18), which was a higher concentration when included AG 100 mg / kg BW of chitosan. The same effect was seen for the total fatty acids, unsaturated (C18 unsaturated), where there was numerically, greater concentration in the diet with 100 mg / kg BW of chitosan. The use of chitosan as an additive modulator ruminal fermentation in feed of lactating cows in mid lactation, feeding with corn silage, did not showed change at food intake, however, showed improvement in apparent digestibility of dry matter and nutrients as well as, in the use of nitrogen efficiency.