Les matériaux nanocomposites obtenus par la dispersion de charges nanométriques dans un polymère ont de nombreuses applications industrielles à cause de l’amélioration des propriétés des matrices. La dispersion des charges pendant le procès de préparation des nanocomposites est déterminée par les interactions entre charges et avec le polymère. L’état final de dispersion impacte les propriétés structurales, dynamiques et mécaniques du matériau.Dans ce travail de thèse, nous proposons l’étude de nanocomposites produits par dispersion de billes de silice hydrophiles dans une matrice de polymère hydrophobe, i.e., styrene-butadiene (SB), couramment utilisé dans les pneumatiques. Nous avons notamment étudié l’impact des agents de recouvrement - des silanes réagissant avec la surface des charges – qui sont utilisés afin de promouvoir la compatibilité entre la silice et le SB.Dans un premier temps, nous avons étudié des matériaux composites industriels simplifiés obtenus par l’incorporation de silice hautement dispersible dans le SB. En couplant des expériences de diffusion des rayons-X aux petits angles (DXPA) avec de la microscopie, nous avons montré que : i) la présence d’un catalyseur (DPG) amplifie l’effet de l’agent de recouvrement; ii) l'augmentation de la quantité de silane favorise la réduction de la taille des agrégats de silice. De plus, un système modèle équivalent au système industriel simplifié a été développé, mais avec une silice colloïdale. Nous avons mis au point une nouvelle méthode pour modifier la surface des billes de silice en suspensions dans en mélange eau/éthanol. Ces nanoparticules sont ensuite stabilisées dans le même solvant utilisé pour la dissolution du SB, le MEK. Enfin, le composite modèle est obtenu par évaporation du solvant. La dispersion des billes de silice greffées a été étudiée en suspension (i.e., dans le mélange eau/éthanol et MEK) et dans le nanocomposite, en couplant DXPA avec des simulations de Monte-Carlo inverse. Nous avons montré que la qualité de la dispersion dépend du type de silane utilisé et qu’elle est transférée du solvant (MEK) au composite. De plus, l’impact des agents de recouvrement sur les propriétés dynamiques (relaxation α) du système modèle a été étudié par spectroscopie diélectrique, BDS. Nous avons découvert que les agents de recouvrement peuvent plastifier le SB pur, en induisant une baisse significative de la température de transition vitreuse. Dans les composites, la modification de l’état de surface des billes par l’agent de recouvrement n’altère pas la relaxation α. Cependant, la présence de molécules de silane libres dans la matrice polymère du nanocomposite peut également induire un effet de plastification. / Nanocomposite materials made by dispersion of nano-scale fillers in a soft polymer matrix attract industrial interest because of their enhanced properties. During their formulation, filler-filler and filler-polymer interactions affect the dispersion of the particles, and thus the final nanocomposite structure. The filler dispersion as well as dynamical properties control many material properties and in particular the mechanical response of these materials.In this PhD work, we propose the study of nanocomposites made by dispersion of nano-metric hydrophilic silica particles in a soft hydrophobic polymer matrix of styrene/butadiene (SB), which is commonly used in car tire manufacturing. Since coating agents can react with the filler surface tuning the silica-silica and the silica-polymer interactions, they have been used to promote the compatibility between silica and SB. Firstly, we investigate “simplified industrial nanocomposites” obtained by solid mixing of SB and millimetric silica pellets. By a multiscale approach (microscopy and X-ray scattering, SAXS) we show that: i) the presence of a catalyzer (DPG) unambiguously amplifies the action of the coating agent; ii) the increase of silane content induces the progressive decrease of silica aggregate size. The study of the simplified industrial nanocomposites has been extended to a silica/SB model system. We developed an efficient method to surface-modify colloidal silica NPs in ethanol/water, to stabilize them in the same solvent (MEK) used to dissolve the polymer, and to obtain the final model nanocomposite by solvent casting. For the structural characterization of this multi-step system, we propose a combined SAXS-reverse Monte Carlo approach which allows to investigate the dispersion state of surface-modified silica NPs in precursor solvents (i.e., ethanol/water and MEK) and in the polymer matrix. The filler dispersion is influenced by the characteristics of the grafted silane molecule (varying hydrophobicity, grafting function, and density) and it is shown the quality of the dispersion state is maintained from the precursor suspension to the nanocomposite. Moreover, Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) has been used to investigate the role of silane coating agents in the segmental dynamics of model nanocomposites. We show that the silane molecules can act as plasticizers in pure styrene-butadiene matrices, inducing a significant decrease of the glass transition temperature. We also prove that the chemical surface-modification of the fillers does not affect the segmental dynamics (α-relaxation) in nanocomposites, whereas the presence of “free” silane molecules in the polymer bulk can induce a detectable plasticization effect.

A maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares, ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos. A adesão bacteriana à superfície e subsequente formação de biofilme promove mudanças metabólicas, fenotípicas e genotípicas que faz com que a sua erradicação seja extremamente difícil. Desta maneira, microrganismos que apresentam susceptibilidade a determinados antimicrobianos em testes laboratoriais convencionais, são na verdade altamente resistentes aos mesmos quando na forma de biofilmes. Bactérias na forma de biofilmes estão associadas com aproximadamente 80% das infecções médicas, ganhando destaque naquelas relacionadas a implantes médicos. Com o aumento da expectativa de vida humana, maior é a necessidade de substituição e reparo de funções biológicas e, portanto é estimado um aumento no número de pessoas hospitalizadas e que irão receber implantes biomédicos. Esses materiais, independente do seu nível de sofisticação, estão suscetíveis ao risco de colonização microbiana e infecção. O presente trabalho, conduzido de forma multidisclinar, utilizou microrganismos patogênicos e superfícies modelo, para demonstrar provas de conceito com relação a duas estratégias para o combate da formação de biofilmes de bactérias: (i) a busca por fitocompostos com atividade antiformação de biofilmes, guiado por relatos etnofarmacológicos, e o posterior recobrimento de superfície polimérica com estes compostos e, (ii) a modificação de propriedades de superfícies, através da técnica de plasma iônico, para a obtenção de superfícies antiadesivas. Assim, 45 extratos aquosos foram obtidos de 24 plantas utilizadas na medicina tradicional do bioma Caatinga. O rastreamento de atividade antibiofime e antibacteriana (nas concentrações de 0,4 e 4,0 mg/mL) evidenciou o alto potencial antibiofilme de extratos contra Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 e indicou três plantas com atividade antimicrobiana para Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequentemente, o estudo foi focado na purificação dos compostos bioativos de quatro plantas: Pityrocarpa moniliformis, ativa contra S. epidermidis e, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos e Myracrodruon urundeuva, ativas contra P. aeruginosa. O fracionamento bioguiado e a caracterização química das frações por MALDI MS MS demonstraram que os compostos ativos nos quatros casos pertencem à classe dos taninos. Estruturas complexas de proantocianidinas (composta principalmente por profisetinidina para A. colubrina e por prorobinetinidina para C. leptophloeos), e de taninos hidrolisáveis (constituído por unidades de ácido gálico em M. urundeuva) foram identificadas. Estes taninos inibiram a formação de biofilme de P. aeruginosa através da ação bacteriostática, causando danos de membrana e excesso na proliferação de vacúolos bacterianos, embora a membrana de eritrócitos tenha sido preservada. Com relação à P. moniliformis, proantocianidinas ricas em prodelfinidina (0.125 mg/mL) foram os compostos responsáveis pela completa inibição da formação de biofilme de S. epidermidis, sem afetar a viabilidade do microrganismo. Como demonstrado por diversas técnicas, os resultados indicam que tanto a superfície bacteriana (S. epidermidis) quanto a superfície dos materiais testados (vidro e poliestireno) são espontaneamente recobertos pelas proantocianidinas, tornando-as superfícies hidrofílicas. Através da técnica de “spin coating”, a superfície polimérica foi recoberta com estas proantocianidinas, convertendo-se em uma superfície fortemente hidrofílica. A habilidade de prevenir a adesão de S. epidermidis foi mantida e o material se mostrou compatível com as células epiteliais de mamíferos, indicando o grande potencial destes produtos naturais como agentes funcionais de recobrimento de superfícies. No outro enfoque deste estudo, a modificação de propriedades de superfícies via descarga de plasma dos gases N2/H2 produziu, de maneira rápida e bastante efetiva, superfícies de poliestireno capazes de impedir a adesão de bactérias altamente resistentes aos antimicrobianos. Através de espectroscopia de raio X, verificou-se que uma concentração de nitrogênio de 8,8% e a componente polar da energia de superfície superior a 15 mJ/m2, são necessários para reduzir a adesão de bactérias que apresentam superfície hidrofílica (como enterobactérias produtoras de carbapenemase e MRSA), enquanto que cepas hidrofóbicas (exemplificadas pelo S. epidermidis) mantiveram a capacidade de aderir e formar biofilmes. As interações respulsivas explicam os efeitos antiadesivos obtidos, tanto no recobrimento de superfícies por proantocianidinas quanto no tratamento por plasma iônico. / Most bacteria do not grow as individual cells, but in communities structured as pseudomulticelulares organisms, or biofilms, being present in virtually all natural ecosystems and pathogens. The bacterial adhesion to surfaces and subsequent biofilm formation promotes metabolic, phenotypic and genotypic changes, which makes their eradication extremely difficult. Thereby, microorganisms that exhibit susceptibility to antimicrobials during conventional laboratory tests are in fact highly resistant to them when in the form of biofilms. Bacteria living as biofilms are associated with approximately 80% of all medical infections, mainly those related to indewelling devices. With increasing life expectancy, greater is the need for replacement and repair biological functions and, therefore, it is estimated an increasing number of hospitalized people and who will receive biomedical implants. However, regardless of the level of material sophistication, all of them are susceptible to the risk of microbial colonization and infection. This study, conducted in a multidisclinar way, employed pathogenic microorganisms and surface models to demonstrate proofs of concept regarding two strategies to combat bacterial biofilm formation: (i) the search for phytocompounds having antibiofilm formation activity, guided by ethnopharmacological reports, and further the polymer surface coating with these compounds, and (ii) the modification of surface properties, by the ionic plasma discharge technique to obtain anti-adhesive surfaces. Thus, 45 aqueous extracts were obtained from 24 plants used in the tradicinal medicine of the Caatinga biome. The screening of antibiofim and antibacterial activities (at concentrations 0.4 and 4.0 mg/mL) showed the high antibiofilm potential of the extracts against Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 and indicated three plants with antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequently, the study was focused on the purification of bioactive compounds from four plants: Pityrocarpa moniliformis, active against S. epidermidis and, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos and Myracrodruon urundeuva, active against P. aeruginosa. The bioguided fractionation and the chemical characterization of the fractions by MALDI MS MS showed that the active compounds in the four cases belong to the class of tannins. Complex structures of proanthocyanidins (mainly composed profisetinidin for A. colubrina and prorobinetinidin for C. leptophloeos), and hydrolysable tannins (consisting of gallic acid units in M. urundeuva) were identified. These tannins inhibited biofilm formation of P. aeruginosa through bacteriostatic action, causing membrane damage and excess on the proliferation of bacterial vacuoles while the erythrocyte membrane was preserved. With respect to P. moniliformis, proanthocyanidins riched in prodelphinidin (0.125 mg/mL) were the compounds responsible for the complete inhibition of S. epidermidis biofilm formation, without affecting the viability of the microorganism. As demonstrated by various techniques, the results indicated that both surfaces, of the bacterium (S. epidermidis) and of the tested materials (glass and polystyrene), were spontaneously covered by proanthocyanidins, becoming hydrophilic surfaces. Using spin coating technique, the surface was coated with these proanthocyanidins, making the surface highly hydrophilic. The ability to prevent adherence of S. epidermidis was maintained and the material proved to be compatible with mammalian epithelial cells, indicating the potential usefulness of these natural products as functional agents for coating surfaces. In another approach of this study, the modification of surface properties via plasma discharge using N2/H2 gases mixtures produced, by a quickly and effectively way, polystyrene surfaces able to prevent the adhesion of bacteria highly resistant to antibiotics. Through X-ray spectroscopy, it was found that a nitrogen concentration of 8.8% and the polar component of surface energy greater than 15 mJ/m2 are needed to reduced adhesion by bacteria exhibiting hydrophilic surface (such as Enterobacteriaceae carbapenemase-producing and the MRSA), while hydrophobic strains (exemplified by S. epidermidis) had the capacity to adhere and to form biofilms. The respulsive interactions could explain the anti-adhesive effects obtained in the coating of surfaces by proanthocyanidins as well as in the ionic plasma treatments.

The aim of this thesis is to find out using a method based on the size of the contact angle as changes over time surface free energy density polyethylene. Measured samples of discharges were adjusted by varying plasma and increased its surface tension. The theoretical part deals with the surface tension, contact angle and the Young's equation, which describes the relationship between wetting angle and energy at the interface states of matter. This work also mentions the ways in which the measurement is made. In the practical part of the thesis there is described not only the process of measuring, but also the own experiments and their results.

A conjugação entre as nanopartículas (NPs) de diferentes materiais, por meio de ligações químicas entre as moléculas orgânicas presentes na superfície das NPs, pode produzir nanoestruturas core-satéllites multifuncionais com potenciais aplicações no campo biomédico. O objetivo deste estudo foi obter nanoestruturas core-satéllites ou conjugadas, com NPs de Fe3O4 e Au, por meio de reações químicas específicas entre moléculas orgânicas presentes nas superfícies das NPs. As NPs de Fe3O4 foram sintetizadas utilizando rotas de decomposição térmica, resultando em NPs com tamanho e forma controlados. O ácido oleico presente na superfície das NPs de Fe3O4, como sintetizadas, foi substituído pelos ligantes, 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) ou 3-mercaptopropiltrimetoxisilano (MPTMS). NPs de Au esféricas de 5,7 nm foram sintetizadas pelo método de Brust modificado, e a sua superfície foi modificada usando o ácido mercaptoundecanoico (AMU). A conjugação entre as NPs de Au e Fe3O4 foi realizada por duas vias diferentes. Primeiramente, usando os grupos amina-terminais livres das NPs Fe3O4@APTMS e os grupos carboxilatos das NPs Au@MUA e, depois, com a utilização dos grupos tióis das NPs Fe3O4@MPTMS e as NPs de Au, antes da modificação de superfície. Após a conjugação o comportamento superparamagnético das NPs de Fe3O4 foi preservado, mas a banda plasmon das NPs de Au apresentou um alargamento e um red-shift. Como esperado, a incorporação de materiais não magnéticos nas NPs magnéticas, resultou em uma pequena diminuição na magnetização de saturação em comparação com as NPs como sintetizadas. O alargamento observado na banda plasmon pode ser explicado pela agregação das NPs de Au, no entanto as influências magnéticas não podem ser discutidas. / The conjugation between nanoparticles (NPs) of different materials by using chemical bonds between organic molecules present on NPs surfaces can produce multifunctional core-satellites nanostructures and to provide potential applications in biomedical field. The aim of this study was to obtain core-satellites or conjugated nanostructures with Fe3O4 and Au NPs by specific reactions between organic molecules bonded on NPs surface. The Fe3O4 NPs were synthesized by using thermal decomposition routes leading to size-and shape-controlled NPs. As-synthesized Fe3O4 surface nanoparticles present oleic acid on surface, which was replaced by either (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS) or (3-mercaptopropyl)trimethoxylane (MPTMS) ligands. Spherical 5.7 nm Au NPs were synthesized by modified Brust method, and its surface was properly modified by using 11-mercaptoundecanoic acid (MUA). The conjugation between Au and Fe3O4 NPs was performed by two different routes. Firstly, using the free amine-terminal groups from Fe3O4@APTMS and the carboxylates groups from Au@MUA and, secondly, using thiols groups from Fe3O4@MPTMS and as-synthesized naked Au NPs. After conjugation, the superparamagnetic behavior of the Fe3O4 NPs was preserved, but the plasmon band has red-shifted and broadened. As expected the incorporation of non-magnetic materials onto the magnetic NPs, the saturation magnetization presents small decrease compared to as-synthesized NPs. Observed broadening in the plasmonic band can be explained by Au NPs aggregation, but the magnetic influences can not be discussed.

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Estes sistemas também conhecidos como “teranósticos” têm se mostrado interessantes, pois ampliam a capacidade de liberação prolongada de fármacos anticancerígenos em células específicas, além de proporcionar um monitoramento ótico através da luminescência de pontos quânticos. Diante deste contexto, o presente estudo teve como objetivo estabilizar os pontos quânticos a base de óxido de zinco (ZnO) em meio aquoso através da modificação de superfície com o 3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS) e também em meio orgânico através da modificação com o Hexadecyltrimethoxysilane (HTMS), permitindo assim a veiculação do mesmo em micelas poliméricas A ligação entre os pontos quânticos e as moléculas dos modificadores ocorreu através das reações de hidrólise e condensação, utilizando como catalisador básico o hidróxido de lítio. Esta reação conduziu a formação de uma camada de siloxano ao redor das nanopartículas e resultou nas ligações covalentes do tipo ZnO-Si-O. Ainda com o objetivo de aumentar a estabilidade do ZnO em meio orgânico e consequentemente suas propriedades luminescentes, foi sintetizado uma bicamada formada entre o Ácido Oleico (AO) e o HTMS. As modificações na superfície do ZnO foram confirmadas pelas técnicas de espectroscopia vibracional na região do infravermelho e também pela espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X. O comportamento ótico foi feito através da espectroscopia de absorção na região do UV-Vis. Com está técnica, identificou-se o comprimento de onda limite associado ao pico excitônico do ZnO e através do monitoramento deste pico, observou-se estabilidade em água por um período de 15 dias para a grande maioria das amostras de ZnO modificado pelo GPTMS e também para o ZnO modificado pelo HTMS e pela bicamada de AO/HTMS em clorofórmio. O tamanho final dos pontos quânticos foi analisado pela microscopia de transmissão eletrônica, apresentando um tamanho médio entre 3,5- 4nm para as amostras de ZnO modificado pelo GPTMS e de 4,5 nm para as amostras de ZnO modificado pelo HTMS e pela bicamada de AO/HTMS. Com a técnica de difração de raios-X, identificou-se os picos de difração correspondentes a uma estrutura cristalina do tipo Wurtzita. As medidas de fotoluminescência permitiu a obtenção de informações sobre a intensidade luminescente, assim como as cores emitidas dos pontos quânticos e demostraram a importância das modificações de superfície em relação ao aumento da intensidade luminescente. A veiculação do ZnO estáveis no meio orgânico em micelas poliméricas formadas pelo Pluronic F127 e Pluronic F68, foi realizada com sucesso. Este fato foi observado por meio dos espectros de absorção no UV-vis e também pelas medidas de fotoluminescência. Com a técnica de espalhamento de luz dinâmico, avaliou-se parâmetros relacionados com o tamanho e o índice de polidispersidade das micelas. O teste de citotoxicidade in vitro foi feita através do MTT e apresentou uma boa viabilidade celular para as linhagens celulares de queratinócito humano (HaCat) e de hepatoma humano (HepG2). A quantificação das células em que houve a internalização das micelas contendo os pontos quânticos hidrofóbicos como marcador foi feita através da citometria de fluxo. Diante dos resultados obtidos, conclui-se a existência de um potencial a ser explorado em relação ao ZnO modificado pelo GPTMS em aturar futuramente como sondas biológicas. Já as propriedades hidrofóbicas concedidas ao ZnO modificado pelo HTMS e pela bicamada formada entre o AO/HTMS permitiu a incorporação dos mesmos em sistemas micelares e tem como objetivo auxiliar na aplicação futura desses pontos quânticos através do desenvolvimento de sistemas teranósticos. / In recent years, it is possible to observe a growing interest in the development of multifunctional systems used, that can be used in the diagnosis and treatment of cancer These systems also known as " theranostic " and have gained considerable attention due to their capacity of release anticancer drugs into specific cells, besides to optical monitoring through quantum dots. In this context, the present study was aimed to stabilize the quantum dots of of ZnO in water by modifying with 3-(Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS) with and organic medium.by modifying with Hexadecyltrimethoxysilane (HTMS), thus allowing them to be incorporated into polymeric micelles The binding between the quantum dots with the modifiers occurred by hydrolysis and condensation reaction under basic catalysis by lithium hydroxide, thus leading to the formation of siloxane layer and resulted in ZnO-Si-O covalent bond. In order to improve the stability of ZnO-QDs and consequently their photoluminescence properties, was synthesized a coating bilayer by OA and HTMS. The ZnO surface modification was confirmed by infrared spectroscopy and also by X-ray photoelectron spectroscopy. The optical behavior was performed by absorption spectroscopy in the UV-Vis region. With this technique was possible to identify the wavelength limit associated with the excitonic peak and by monitoring of this peak was observed a great stability during 15 days for almost all samples of ZnO modified by GPTMS in water and ZnO modified by HTMS and bilayer AO / HTMS in chloroform. The finale size of quantum dots was analyzed by transmission electron microscopy that showed an average size about 3,5- 4nm for the samples of znO modified by GPTMS, and 4,5 nm by HTMS and AO/HTMS bilayer. By X-ray diffraction, it was possible to identify through the diffraction peak a wurtzite structure. The photoluminescence measurements allowed to obtain information about luminescence intensity, as well as the emitted colors by quantum dots and demonstrated the importance of surface modifications in relation to increase of luminescence intensity. The placement of hydrophobic ZnO into polymeric micelles formed by Pluronic F127 and Pluronic F68 was successful. This fact can be observed by absorption spectroscopy in UV-vis and by photoluminescence measurements. With the dynamic light scattering, it was possible to observe the hydrodynamic size distribution and polydispersity index of the micelles. In vitro cytotoxicity assay was performed by MTT and showed a great cellular viability for human keratinocytes cells (HaCat) and for hepatocellular carcinoma cells (HepG2). The cellular internalization was performed by flow cytometry. Based on these results, it was concluded a potential to be explored in to ZnO modified by GPTMS to acting in the future as biological probes. The hydrophobic properties of ZnO modified by HTMS and the AO / HTMS bilayer allowed the incorporation in micellar systems and aims to assist in the implementation of these quantum dots through the development of systems theranostics.

A maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares, ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos. A adesão bacteriana à superfície e subsequente formação de biofilme promove mudanças metabólicas, fenotípicas e genotípicas que faz com que a sua erradicação seja extremamente difícil. Desta maneira, microrganismos que apresentam susceptibilidade a determinados antimicrobianos em testes laboratoriais convencionais, são na verdade altamente resistentes aos mesmos quando na forma de biofilmes. Bactérias na forma de biofilmes estão associadas com aproximadamente 80% das infecções médicas, ganhando destaque naquelas relacionadas a implantes médicos. Com o aumento da expectativa de vida humana, maior é a necessidade de substituição e reparo de funções biológicas e, portanto é estimado um aumento no número de pessoas hospitalizadas e que irão receber implantes biomédicos. Esses materiais, independente do seu nível de sofisticação, estão suscetíveis ao risco de colonização microbiana e infecção. O presente trabalho, conduzido de forma multidisclinar, utilizou microrganismos patogênicos e superfícies modelo, para demonstrar provas de conceito com relação a duas estratégias para o combate da formação de biofilmes de bactérias: (i) a busca por fitocompostos com atividade antiformação de biofilmes, guiado por relatos etnofarmacológicos, e o posterior recobrimento de superfície polimérica com estes compostos e, (ii) a modificação de propriedades de superfícies, através da técnica de plasma iônico, para a obtenção de superfícies antiadesivas. Assim, 45 extratos aquosos foram obtidos de 24 plantas utilizadas na medicina tradicional do bioma Caatinga. O rastreamento de atividade antibiofime e antibacteriana (nas concentrações de 0,4 e 4,0 mg/mL) evidenciou o alto potencial antibiofilme de extratos contra Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 e indicou três plantas com atividade antimicrobiana para Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequentemente, o estudo foi focado na purificação dos compostos bioativos de quatro plantas: Pityrocarpa moniliformis, ativa contra S. epidermidis e, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos e Myracrodruon urundeuva, ativas contra P. aeruginosa. O fracionamento bioguiado e a caracterização química das frações por MALDI MS MS demonstraram que os compostos ativos nos quatros casos pertencem à classe dos taninos. Estruturas complexas de proantocianidinas (composta principalmente por profisetinidina para A. colubrina e por prorobinetinidina para C. leptophloeos), e de taninos hidrolisáveis (constituído por unidades de ácido gálico em M. urundeuva) foram identificadas. Estes taninos inibiram a formação de biofilme de P. aeruginosa através da ação bacteriostática, causando danos de membrana e excesso na proliferação de vacúolos bacterianos, embora a membrana de eritrócitos tenha sido preservada. Com relação à P. moniliformis, proantocianidinas ricas em prodelfinidina (0.125 mg/mL) foram os compostos responsáveis pela completa inibição da formação de biofilme de S. epidermidis, sem afetar a viabilidade do microrganismo. Como demonstrado por diversas técnicas, os resultados indicam que tanto a superfície bacteriana (S. epidermidis) quanto a superfície dos materiais testados (vidro e poliestireno) são espontaneamente recobertos pelas proantocianidinas, tornando-as superfícies hidrofílicas. Através da técnica de “spin coating”, a superfície polimérica foi recoberta com estas proantocianidinas, convertendo-se em uma superfície fortemente hidrofílica. A habilidade de prevenir a adesão de S. epidermidis foi mantida e o material se mostrou compatível com as células epiteliais de mamíferos, indicando o grande potencial destes produtos naturais como agentes funcionais de recobrimento de superfícies. No outro enfoque deste estudo, a modificação de propriedades de superfícies via descarga de plasma dos gases N2/H2 produziu, de maneira rápida e bastante efetiva, superfícies de poliestireno capazes de impedir a adesão de bactérias altamente resistentes aos antimicrobianos. Através de espectroscopia de raio X, verificou-se que uma concentração de nitrogênio de 8,8% e a componente polar da energia de superfície superior a 15 mJ/m2, são necessários para reduzir a adesão de bactérias que apresentam superfície hidrofílica (como enterobactérias produtoras de carbapenemase e MRSA), enquanto que cepas hidrofóbicas (exemplificadas pelo S. epidermidis) mantiveram a capacidade de aderir e formar biofilmes. As interações respulsivas explicam os efeitos antiadesivos obtidos, tanto no recobrimento de superfícies por proantocianidinas quanto no tratamento por plasma iônico. / Most bacteria do not grow as individual cells, but in communities structured as pseudomulticelulares organisms, or biofilms, being present in virtually all natural ecosystems and pathogens. The bacterial adhesion to surfaces and subsequent biofilm formation promotes metabolic, phenotypic and genotypic changes, which makes their eradication extremely difficult. Thereby, microorganisms that exhibit susceptibility to antimicrobials during conventional laboratory tests are in fact highly resistant to them when in the form of biofilms. Bacteria living as biofilms are associated with approximately 80% of all medical infections, mainly those related to indewelling devices. With increasing life expectancy, greater is the need for replacement and repair biological functions and, therefore, it is estimated an increasing number of hospitalized people and who will receive biomedical implants. However, regardless of the level of material sophistication, all of them are susceptible to the risk of microbial colonization and infection. This study, conducted in a multidisclinar way, employed pathogenic microorganisms and surface models to demonstrate proofs of concept regarding two strategies to combat bacterial biofilm formation: (i) the search for phytocompounds having antibiofilm formation activity, guided by ethnopharmacological reports, and further the polymer surface coating with these compounds, and (ii) the modification of surface properties, by the ionic plasma discharge technique to obtain anti-adhesive surfaces. Thus, 45 aqueous extracts were obtained from 24 plants used in the tradicinal medicine of the Caatinga biome. The screening of antibiofim and antibacterial activities (at concentrations 0.4 and 4.0 mg/mL) showed the high antibiofilm potential of the extracts against Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 and indicated three plants with antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequently, the study was focused on the purification of bioactive compounds from four plants: Pityrocarpa moniliformis, active against S. epidermidis and, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos and Myracrodruon urundeuva, active against P. aeruginosa. The bioguided fractionation and the chemical characterization of the fractions by MALDI MS MS showed that the active compounds in the four cases belong to the class of tannins. Complex structures of proanthocyanidins (mainly composed profisetinidin for A. colubrina and prorobinetinidin for C. leptophloeos), and hydrolysable tannins (consisting of gallic acid units in M. urundeuva) were identified. These tannins inhibited biofilm formation of P. aeruginosa through bacteriostatic action, causing membrane damage and excess on the proliferation of bacterial vacuoles while the erythrocyte membrane was preserved. With respect to P. moniliformis, proanthocyanidins riched in prodelphinidin (0.125 mg/mL) were the compounds responsible for the complete inhibition of S. epidermidis biofilm formation, without affecting the viability of the microorganism. As demonstrated by various techniques, the results indicated that both surfaces, of the bacterium (S. epidermidis) and of the tested materials (glass and polystyrene), were spontaneously covered by proanthocyanidins, becoming hydrophilic surfaces. Using spin coating technique, the surface was coated with these proanthocyanidins, making the surface highly hydrophilic. The ability to prevent adherence of S. epidermidis was maintained and the material proved to be compatible with mammalian epithelial cells, indicating the potential usefulness of these natural products as functional agents for coating surfaces. In another approach of this study, the modification of surface properties via plasma discharge using N2/H2 gases mixtures produced, by a quickly and effectively way, polystyrene surfaces able to prevent the adhesion of bacteria highly resistant to antibiotics. Through X-ray spectroscopy, it was found that a nitrogen concentration of 8.8% and the polar component of surface energy greater than 15 mJ/m2 are needed to reduced adhesion by bacteria exhibiting hydrophilic surface (such as Enterobacteriaceae carbapenemase-producing and the MRSA), while hydrophobic strains (exemplified by S. epidermidis) had the capacity to adhere and to form biofilms. The respulsive interactions could explain the anti-adhesive effects obtained in the coating of surfaces by proanthocyanidins as well as in the ionic plasma treatments.

A maioria das bactérias não cresce como células individuais, mas em comunidades estruturadas como organismos pseudomulticelulares, ou biofilmes, estando presentes em praticamente todos os ecossistemas naturais e patogênicos. A adesão bacteriana à superfície e subsequente formação de biofilme promove mudanças metabólicas, fenotípicas e genotípicas que faz com que a sua erradicação seja extremamente difícil. Desta maneira, microrganismos que apresentam susceptibilidade a determinados antimicrobianos em testes laboratoriais convencionais, são na verdade altamente resistentes aos mesmos quando na forma de biofilmes. Bactérias na forma de biofilmes estão associadas com aproximadamente 80% das infecções médicas, ganhando destaque naquelas relacionadas a implantes médicos. Com o aumento da expectativa de vida humana, maior é a necessidade de substituição e reparo de funções biológicas e, portanto é estimado um aumento no número de pessoas hospitalizadas e que irão receber implantes biomédicos. Esses materiais, independente do seu nível de sofisticação, estão suscetíveis ao risco de colonização microbiana e infecção. O presente trabalho, conduzido de forma multidisclinar, utilizou microrganismos patogênicos e superfícies modelo, para demonstrar provas de conceito com relação a duas estratégias para o combate da formação de biofilmes de bactérias: (i) a busca por fitocompostos com atividade antiformação de biofilmes, guiado por relatos etnofarmacológicos, e o posterior recobrimento de superfície polimérica com estes compostos e, (ii) a modificação de propriedades de superfícies, através da técnica de plasma iônico, para a obtenção de superfícies antiadesivas. Assim, 45 extratos aquosos foram obtidos de 24 plantas utilizadas na medicina tradicional do bioma Caatinga. O rastreamento de atividade antibiofime e antibacteriana (nas concentrações de 0,4 e 4,0 mg/mL) evidenciou o alto potencial antibiofilme de extratos contra Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 e indicou três plantas com atividade antimicrobiana para Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequentemente, o estudo foi focado na purificação dos compostos bioativos de quatro plantas: Pityrocarpa moniliformis, ativa contra S. epidermidis e, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos e Myracrodruon urundeuva, ativas contra P. aeruginosa. O fracionamento bioguiado e a caracterização química das frações por MALDI MS MS demonstraram que os compostos ativos nos quatros casos pertencem à classe dos taninos. Estruturas complexas de proantocianidinas (composta principalmente por profisetinidina para A. colubrina e por prorobinetinidina para C. leptophloeos), e de taninos hidrolisáveis (constituído por unidades de ácido gálico em M. urundeuva) foram identificadas. Estes taninos inibiram a formação de biofilme de P. aeruginosa através da ação bacteriostática, causando danos de membrana e excesso na proliferação de vacúolos bacterianos, embora a membrana de eritrócitos tenha sido preservada. Com relação à P. moniliformis, proantocianidinas ricas em prodelfinidina (0.125 mg/mL) foram os compostos responsáveis pela completa inibição da formação de biofilme de S. epidermidis, sem afetar a viabilidade do microrganismo. Como demonstrado por diversas técnicas, os resultados indicam que tanto a superfície bacteriana (S. epidermidis) quanto a superfície dos materiais testados (vidro e poliestireno) são espontaneamente recobertos pelas proantocianidinas, tornando-as superfícies hidrofílicas. Através da técnica de “spin coating”, a superfície polimérica foi recoberta com estas proantocianidinas, convertendo-se em uma superfície fortemente hidrofílica. A habilidade de prevenir a adesão de S. epidermidis foi mantida e o material se mostrou compatível com as células epiteliais de mamíferos, indicando o grande potencial destes produtos naturais como agentes funcionais de recobrimento de superfícies. No outro enfoque deste estudo, a modificação de propriedades de superfícies via descarga de plasma dos gases N2/H2 produziu, de maneira rápida e bastante efetiva, superfícies de poliestireno capazes de impedir a adesão de bactérias altamente resistentes aos antimicrobianos. Através de espectroscopia de raio X, verificou-se que uma concentração de nitrogênio de 8,8% e a componente polar da energia de superfície superior a 15 mJ/m2, são necessários para reduzir a adesão de bactérias que apresentam superfície hidrofílica (como enterobactérias produtoras de carbapenemase e MRSA), enquanto que cepas hidrofóbicas (exemplificadas pelo S. epidermidis) mantiveram a capacidade de aderir e formar biofilmes. As interações respulsivas explicam os efeitos antiadesivos obtidos, tanto no recobrimento de superfícies por proantocianidinas quanto no tratamento por plasma iônico. / Most bacteria do not grow as individual cells, but in communities structured as pseudomulticelulares organisms, or biofilms, being present in virtually all natural ecosystems and pathogens. The bacterial adhesion to surfaces and subsequent biofilm formation promotes metabolic, phenotypic and genotypic changes, which makes their eradication extremely difficult. Thereby, microorganisms that exhibit susceptibility to antimicrobials during conventional laboratory tests are in fact highly resistant to them when in the form of biofilms. Bacteria living as biofilms are associated with approximately 80% of all medical infections, mainly those related to indewelling devices. With increasing life expectancy, greater is the need for replacement and repair biological functions and, therefore, it is estimated an increasing number of hospitalized people and who will receive biomedical implants. However, regardless of the level of material sophistication, all of them are susceptible to the risk of microbial colonization and infection. This study, conducted in a multidisclinar way, employed pathogenic microorganisms and surface models to demonstrate proofs of concept regarding two strategies to combat bacterial biofilm formation: (i) the search for phytocompounds having antibiofilm formation activity, guided by ethnopharmacological reports, and further the polymer surface coating with these compounds, and (ii) the modification of surface properties, by the ionic plasma discharge technique to obtain anti-adhesive surfaces. Thus, 45 aqueous extracts were obtained from 24 plants used in the tradicinal medicine of the Caatinga biome. The screening of antibiofim and antibacterial activities (at concentrations 0.4 and 4.0 mg/mL) showed the high antibiofilm potential of the extracts against Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 and indicated three plants with antimicrobial activity against Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Subsequently, the study was focused on the purification of bioactive compounds from four plants: Pityrocarpa moniliformis, active against S. epidermidis and, Anadenanthera colubrina, Commiphora leptophloeos and Myracrodruon urundeuva, active against P. aeruginosa. The bioguided fractionation and the chemical characterization of the fractions by MALDI MS MS showed that the active compounds in the four cases belong to the class of tannins. Complex structures of proanthocyanidins (mainly composed profisetinidin for A. colubrina and prorobinetinidin for C. leptophloeos), and hydrolysable tannins (consisting of gallic acid units in M. urundeuva) were identified. These tannins inhibited biofilm formation of P. aeruginosa through bacteriostatic action, causing membrane damage and excess on the proliferation of bacterial vacuoles while the erythrocyte membrane was preserved. With respect to P. moniliformis, proanthocyanidins riched in prodelphinidin (0.125 mg/mL) were the compounds responsible for the complete inhibition of S. epidermidis biofilm formation, without affecting the viability of the microorganism. As demonstrated by various techniques, the results indicated that both surfaces, of the bacterium (S. epidermidis) and of the tested materials (glass and polystyrene), were spontaneously covered by proanthocyanidins, becoming hydrophilic surfaces. Using spin coating technique, the surface was coated with these proanthocyanidins, making the surface highly hydrophilic. The ability to prevent adherence of S. epidermidis was maintained and the material proved to be compatible with mammalian epithelial cells, indicating the potential usefulness of these natural products as functional agents for coating surfaces. In another approach of this study, the modification of surface properties via plasma discharge using N2/H2 gases mixtures produced, by a quickly and effectively way, polystyrene surfaces able to prevent the adhesion of bacteria highly resistant to antibiotics. Through X-ray spectroscopy, it was found that a nitrogen concentration of 8.8% and the polar component of surface energy greater than 15 mJ/m2 are needed to reduced adhesion by bacteria exhibiting hydrophilic surface (such as Enterobacteriaceae carbapenemase-producing and the MRSA), while hydrophobic strains (exemplified by S. epidermidis) had the capacity to adhere and to form biofilms. The respulsive interactions could explain the anti-adhesive effects obtained in the coating of surfaces by proanthocyanidins as well as in the ionic plasma treatments.

Orientador: Celso Aparecido Bertran, Italo Odone Mazali / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:33:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_JoaoHenrique_M.pdf: 3741277 bytes, checksum: 839c748f4fd68d1140366429af1efbc5 (MD5) Previous issue date: 2010 / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

O projeto de novos materiais para aplicações tecnológicas em biomateriais e bioengenharia é altamente dependente de como as células aderem à superfície de um material. A adesão e crescimento em biomateriais depende de propriedades do substrato, tais como molhabilidade da superfície, a topografia e a composição química de superfície. O objetivo deste estudo foi investigar as interações de diversos materiais com culturas celulares de células epitelial CHO (Ovário de Hamster Chinês). Os materiais utilizados foram SU-8 2005 (elétron-resiste, Microchem), PDMS (Poli (dimetil siloxano), Down Corning), DLC (Diamond-like Carbon) e vidro foi utilizado como referência. Superfícies de vidro, SU-8, PDMS e DLC lisas (planas) e isentas de modificação ou tratamento específico foram avaliadas quanto ao cultivo de células CHO. Valores médios dos fatores de forma (Ff) de 450 células foram calculados para cada uma das culturas realizadas sobre os 4 substratos. Foram obtidos Ff próximos a 0,52 para o vidro, o SU-8 liso e o DLC, demonstrando um bom espraiamento das células nessas superfícies. A superfície de PDMS apresentou valor unitário para o fator de forma (Ff), que está relacionado a um baixo espraiamento das células. A energia de superfície (ES) obtida para o PDMS é compatível com o resultado de fator de forma (Ff), uma vez que o menor valor para ES é coerente com a baixa adesão celular, o que gerou células com elevado fator de forma (Ff). O SU-8 foi modificado por implantação iônica com uma dose de 1,2x1016 átomos/cm2 e a energia de implantação foi de 8 keV, como referência foi utilizada uma superfície lisa de SU-8 sem implantação. Os resultados mostraram que o número de células vivas por unidade de área foi superior na superfície de SU-8 com prata implantada, mostrando o bom desempenho da cultura nesse substrato. As superfícies de DLC modificadas por tratamento com plasma de oxigênio (DLC-O) e com plasma de hexafluoreto de enxofre (DLC-F) foram utilizadas para cultura celular, os resultados de três experimentos independentes de contagem de número de núcleos (marcados com DAPI) por unidade de área confirmaram os resultados obtidos através do teste de viabilidade (marcados com trypan blue). A superfície de DLC-O, apresentou um maior número de núcleos por unidade de área, quando comparado à superfície DLC-F, da mesma forma que nos resultados obtidos pelo teste de viabilidade. As energias de superfície para as amostras de DLC-F e DLC-O indicaram que a superfície DLC-O é mais hidrofílica do que a superfície DLC-F, que está coerente com o que é conhecido da literatura e com os resultados obtidos em nosso trabalho. Cultura de células CHO foram realizadas em superfícies litografadas com estruturas hexagonais periódicas com o parâmetro 2R (diâmetro do círculo inscrito) sendo 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. Estas superfícies foram caracterizadas por microscopia óptica de fluorescência com relação ao número de núcleos (marcados com o fluoróforo DAPI) por unidade de área, isto é, núcleos/mm2. Obteve-se histogramas com o número médio de núcleos por mm2 em três experimentos independentes, onde o número núcleos/mm2 foi consideravelmente maior para 80 µm. As superfícies contendo cavidades periódicas de 12 µm e 30 µm apresentaram dificuldade para as células CHO aderirem à superfície. Em uma outra etapa realizou-se culturas celulares em triplicata dos substratos com as superfícies 12 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. As células em cada uma das superfícies foram analisadas por microscopia óptica (MO) para avaliação da viabilidade celular, utilizando marcador trypan blue. Obteve-se histogramas com os valores médios para o número de células vivas/mm2 para as culturas celulares que corrobora os resultados obtidos no histograma da cultura celular que tiveram os núcleos marcados pelo fluoróforo DAPI. Assim, fica confirmado o melhor desempenho da cultura celular no substrato 80 µm que apresentou o maior número de células vivas/mm2 As micrografias obtidas através de marcação por DAPI foram analisadas através da função de correlação com intuito de se entender como as células estavam organizadas. Isso foi feito para cada uma das superfícies litografadas, 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. As superfícies dos substratos 80 µm apresentaram os menores valores de distâncias para primeiros e segundos vizinhos, ou seja, as células estão mais próximas umas das outras. As demais superfícies tendem a separar mais as células. Obteve-se também os valores de raio de aglomerado (rc), distância entre os aglomerados (dc) e o número de primeiros vizinhos (Np) através do ajuste da função de correlação. A análise de correlação mostrou com clareza o que não era evidenciado apenas visualizando-se as imagens. Ela mostra que as células, mesmo em SU-8 liso tem a forte tendência de formar aglomerados de células com raio de aproximadamente 45 µm. No caso de substratos lisos, células CHO apresentaram a melhor adesão na superfície do SU-8, seguido do DLC, enquanto que o PDMS foi a pior situação, devido à baixa molhabilidade do material. No caso de superfícies com microestrutura, SU-8 contendo microcavidades hexagonais de 12 e 30 µm mostraram ser as situações mais adversas para o crescimento de células CHO, provavelmente por causa da topografia das cavidades serem de menor tamanho quando comparadas ao tamanho das células CHO. Em vez disso, SU-8, contendo microcavidades hexagonais de 80 µm foi a superfície mais favorável para o crescimento de células CHO. / The design of new materials for technological applications in biomaterials and bioengineering is highly dependent on how the cells adhere to the material surface. The cells adhesion and growth on biomaterials depends on substrate properties such as surface wettability, topography and the chemical composition. The aim of this study was to investigate the interactions of various materials with cell cultures of epithelial cells CHO (Chinese Hamster Ovary). The materials used were SU-8 2005 (electron resists, Microchem), PDMS (poly (dimethyl siloxane), Dow Corning), DLC (Diamond-like Carbon) and glass was used as reference. Unmodified and flat surfaces of glass, SU-8, PDMS and DLC were evaluated for the culture of CHO cells. Form factor (Ff) values were calculated as average of 450 cells for each of the cultures performed on the four substrates. Ff close to 0.52 was obtained for flat surfaces of glass, SU-8 and DLC, showing a good cell spreading on these surfaces. The surface of PDMS presented a form factor (Ff) near unity, which is related to low spreading cell. The surface energy (ES) obtained for the PDMS is coherent with the Ff result, since the smallest value of ES is consistent with the low cell adhesion, which resulted in cells with a high Ff. The SU-8 was modified by ion implantation using a dose of 1.2x1016 atoms/cm2 and an implantation energy of 8 keV, unmodified flat SU-8 was used as a reference. The cell culture results showed that the number of live cells per unit area was greater in the SU-8 surface implanted with silver, showing a good performance in the culture substrate. The DLC surfaces modified by plasma treatment with oxygen (DLC-O) and sulfur hexafluoride (DLC-F) were used for cell culture. The results of three independent experiments, counting the number of nuclei (marked with DAPI) per unit area, confirmed the results obtained by the viability test (marked with trypan-blue). The surface of the DLC-O had higher number of nuclei per unit area when compared to the surface of the DLC-F, similarly to the results obtained for the viability test. The surface energies of the DLC-F and DLC-O samples indicated that the DLC-O surface is more hydrophilic than the DLC-F surface, which is consistent with results obtained with our work and with the literature. CHO cell culture were performed on surfaces with periodic hexagonal structures with the diameter of inscribed circle (2R) given by 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also on flat SU-8. These surfaces were characterized by fluorescence optical microscopy with respect to the number of nuclei (marked with fluorophore DAPI) per unit area, i.e. nuclei/mm2. Histograms were obtained for the average number of nuclei per mm2 in three independent experiments, where the substrate with periodic hexagonal structures with 2R = 80 µm presented considerably higher nuclei/mm2. Surfaces containing periodic cavities of 2R =12 µm and 30 µm were adverse for CHO cells adhesion. In another approach, cell culture were analyzed by light microscopy (LM) for evaluation of cell viability using trypan-blue marker. This was carried out in triplicate cell culture on substrates with surfaces 12 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also on flat SU-8. Histograms were generated for average number of living cells/mm2 for each substrate, which corroborates with the results obtained for the cell culture marked with fluorophore DAPI. Thus, it is confirmed the better performance of the cell culture on substrates with 2R = 80 µm, presenting the highest number of living cells/mm2. The micrographs obtained with cells marked with DAPI were analyzed through the correlation function with the aim of understanding how the cells were organized. This was performed for each of the lithographed surfaces 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also flat SU-8. The surfaces of the substrates with 2R = 80 µm had the lowest values for length between its neighbors, that is, the cells are closer to each other. The remaining surfaces tend to separate the cells. Also were obtained the cluster radius values (rc), the distance between the clusters (dc) and the number of nearest neighbors (Np) through the correlation function fitting. The correlation analysis clearly showed what was not possible to observe by viewing the images. It shows that the cells, even in flat SU-8, have a strong tendency to form clusters of cells within about 45 micrometers. In the case of flat substrates, CHO cells exhibited better adhesion to the surface of SU-8, followed by the DLC, while the PDMS was worse due to low wettability of the material. In the case of surfaces with microstructures, SU-8 containing hexagonal microstructures of 12 and 30 µm showed to be the most adverse conditions for the CHO cell growth, probably because of the topography of the cavities being smaller in size compared to the size of CHO cells. SU-8 with 80 µm hexagonal microstructures was more favorable surface for the growth of CHO cells.

Made available in DSpace on 2016-08-19T12:56:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WILLYAM ROGER PADILHA BARROS.pdf: 1045770 bytes, checksum: b0c2add94d4f5d2a789c00e2f877b2a1 (MD5) Previous issue date: 2010-10-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The babassu coconut mesocarp was chemically modified with sodium metaperiodate (MBOA) and subsequently with the following amines: ethylenedianine (MBED), diethylenetriamine (MBDT) and triethylenetetramine (MBTT). The solids were prepared having a granulometry comprised between 0,088 0,177 mm, and they were characterized by vibrational spectroscopy, 13C nuclear magnetic resonance, X-ray, elemental analysis, pHzpc and they also they were applied to the removal of Cu2+ from aqueous, hydro alcoholic and brandy samples mediums. All the experiments were conducted in batch, under temperature (25 ± 1 °C) and stirrer constant. The adsorbate concentrations were determined by atomic absorption spectrophotometry. The vibrational and resonance spectral changes in relation to the raw material, as well as the differences in the C, H and N contents, and pHzpc values between unmodified and modified solids were attributed to the surface modification. The lowering in pHzpc values with the modification allowed to enhancement of their adsorption capacity with respect to Cu2+. For both media, the best pH value for the adsorption was 6.0. The times required to achieve equilibrium were 60 min for all materials in aqueous solution, and 30 min for all materials in hydro alcoholic medium. The kinetic process for all studied systems was governed by the pseudo-second order model. The adsorption isotherms fitted better model Langmuir´s for experiments in hydro alcoholic medium. The maximum adsorption capacities (mg g-1) obtained were: aqueous solution, MBOA = 124.62; MBED = 49.71; MBDT = 54.97; MBTT = 56.82; hydro alcoholic medium, MBOA = 131.62; MBED = 125.65; MBDT = 138.0; MBTT = 145.15. The conducted tests on the brandy samples indicated that only 1.0 g L-1 of the adsorbent is enough to reduce the Cu2+ concentration for the label required by the Brazilian legislation. / O mesocarpo do coco babaçu foi quimicamente modificado com metaperiodato de sódio (MBOA) e, posteriormente, com as aminas: etilenodimanina (MBED), dietilenotriamina (MBDT) e trietilenotetramina (MBTT). Os sólidos foram preparados na faixa granulométrica 0,088 - 0,177 mm, caracterizados por espectroscopia vibracional, ressonância magnética nuclear de 13C, raios X, análise elementar, pHzpc e estudados quanto a remoção de íons Cu2+ a partir de meios aquoso, hidroalcoólico e em aguardente de cana-de-açúcar. Todos os experimentos foram conduzidos em batelada, a temperatura (25 ± 1°C) e agitação constante. As concentrações do adsorvato foram determinadas por espectrofotometria de absorção atômica. As alterações nos espectros vibracionais e de ressonância, difratograma, teores de C, H e N, além dos valores de pHzpc em relação ao sólido in natura, foram atribuídas as modificações propostas. O abaixamento do valor de pHzpc com as modificações permitiu o aumento da capacidade de adsorção de íons Cu2+. Em pH 6,0 para ambos os meios, foram obtidos os maiores valores de capacidade de adsorção. Os tempos de equilíbrio foram 60 min para todas as matrizes em meio aquoso, e 30 min para todas as matrizes em meio hidroalcoólico. O processo cinético para todos os sistemas estudados foi regido pelo modelo de pseudo-segunda ordem. As isotermas de adsorção obedeceram mais de perto ao modelo de Langmuir para as matrizes no meio hidroalcoólico. As quantidades máximas de adsorção (mg g-1) determinadas foram: meio aquoso, MBOA= 124,62; MBED= 49,71; MBDT= 54,97; MBTT= 56,82; meio hidroalcoólico, MBOA= 131,62; MBED= 125,65; MBDT = 138,0; MBTT= 145,15. Os testes em amostra de aguardente indicaram que a utilização de apenas 1,0 g L-1de adsorvente, é capaz de reduzir a concentração de íons Cu2+, deixando a aguardente de cana-de-açúcar dentro do padrão exigido pela legislação Brasileira.