Neste trabalho, foram desenvolvidas estratégias para modular a composição de elastômeros biodegradáveis da família dos polihidroxialcanoatos (PHA), produzidos por Pseudomonas, a partir de ácidos graxos ou óleos vegetais, para diversificar suas aplicações, sobretudo pela inserção de monômeros insaturados. A composição do PHA produzido variou com o tipo de ácido graxo fornecido e com sua proporção em misturas. Em genomas seqüenciados, detectaram-se dois genes fadH (codificador de 2,4-dienoilCoA hidratase) em P. aeruginosa e apenas um em outras Pseudomonas. Observou-se uma correlação entre o número de cópias de fadH no genoma e maior eficiência na oxidação de ácidos graxos insaturados. Mutantes afetados no metabolismo de ácidos graxos insaturados foram obtidos utilizando-se transposon, alguns destes mutantes apresentaram maior eficiência na incorporação de monômeros insaturados ao PHA. A clonagem e seqüenciamento de fragmentos de DNA interrompidos pelo transposon permitiram a identificação dos genes afetados nesses mutantes. / Different strategies were applied to modulate the composition of biodegradable elastomeric polyhydroxyalkanoates (PHA) accumulated by Pseudomonas from fatty acids and plant oils, in order to improve the applications of this material, mainly by unsaturated monomer insertion. PHA composition varied both with fatty acid type and fatty acids ratio in mixtures supplied. Analysis of genome sequences revealed two fadH (encoding 2,4-dienoyl-CoA hydratase) copies in Pseudomonas aeruginosa and only one in other Pseudomonas species. The number of fadH copies in the genome was related to the higher oxidation of unsaturated fatty acids. Transposon-induced mutants affected on unsaturated fatty acids metabolism were obtained, some of them showing higher efficiency to incorporate unsaturated monomers do the PHA. Cloning and sequencing of transposon-disrupted DNA regions allowed to identify the genes affected in those mutants.

En la presente Tesis Doctoral se han usado diferentes estrategias para incorporar compuestos activos no volátiles y volátiles en películas biodegradables a base de almidón (S) procedente de diferentes fuentes, quitosano (CH) y mezclas CH:S. Se evaluaron las propiedades funcionales de las películas y las cinéticas de liberación del compuesto activo debido a la incorporación de los polifenoles del tomillo (TE) y del ácido tánico (TA). Además, las propiedades funcionales y cinéticas de liberación de películas de almidón obtenidos por casting o por termoconformado también fueron evaluados en función de la adición de eugenol (E) en forma libre o previamente encapsulado con diferentes materiales (proteína de suero de leche (WP) o lecitinas (LE) junto con maltodextrinas como agente coadyuvante). Los productos microencapsulados en polvo fueron obtenidos por atomización. El efecto de la incorporación de ácido oleico (OA) en los encapsulados, como soporte para el E, y CH, como estabilizador potencial de las capsulas también fue estudiado. Las diferentes formulaciones fueron caracterizadas antes y después del secado en términos de eficiencia de encapsulación (EE), estabilidad térmica, cinéticas de liberación y capacidad antioxidante y antimicrobiana. Los resultados mostraron que TE confirió a las películas de S y CH actividad antioxidante. Los polifenoles (TE y TA) interaccionaron con las cadenas de CH y actuaron como agentes de entrecruzamiento, mejorando el comportamiento mecánico de las películas y reduciendo la velocidad de liberación y la cantidad de polifenol liberado de las películas en agua y en disoluciones acuosas de etanol. El efecto opuesto fue observado cuando el TE fue incorporado en la matriz de S pura. Todas las películas con TE fueron más oscuras, más rojizas y menos transparentes, especialmente las matrices de S:TE, lo que sugiere que los compuestos de TE fueron escasamente encapsulados. Éstas películas mostraron la liberación más rápida y la mayor proporción de TE liberado. Se observó una buena EE en los polvos sin CH (87-98%). Sin embargo, el empleo de CH provocó una disminución de la EE en los polvos formulados con WP y con LE (22% y 46%, respectivamente). Las formulaciones mostraron un comportamiento similar en cuanto a la liberación de E en simulantes alimentarios de diferente polaridad, donde prácticamente el contenido de E fue liberado a una velocidad similar. El efecto antibacteriano de polvos sin CH contra E. coli fue coherente con su contenido de eugenol. Un efecto adicional positivo de OA se detectó en la actividad antilisteria de este polvo. El proceso de moldeo por termocompresión de las películas provocó importantes pérdidas de E (80-65%), minimizadas cuando se utilizó OA en las microcápsulas. En las películas con E no encapsulado, se promovió la retención de E debido a la formación de complejos S-E. La presencia de E microencapsulado aumentó las discontinuidades en la matriz polimérica, produciendo películas menos resistentes y elásticas. Las propiedades barrera se mejoraron al agregar microencapsulados a las películas, a excepción de las microcápsulas con OA. La liberación de E de las películas se vio afectada por la microcápsula, su composición y el simulante alimentario. En la película de S obtenida por casting, la adición de polvo E microencapsulado en las dispersiones formadoras de película modificó la microestructura de las películas, que fueron menos resistentes y menos elásticas con un contenido reducido de humedad, y una menor transparencia y permeabilidad al oxígeno en comparación con las películas formuladas con E no encapsulado. La adición de E microencapsulado con OA promovió la actividad antioxidante de las películas, especialmente en los simulantes alimenticios menos polares. Las películas S-EOA-LE fueron efectivas para prevenir la oxidación del aceite de girasol durante 53 días de almacenamiento a 30°C. / In the present Doctoral Thesis, different strategies have been used to incorporate non-volatile (polyphenols from thyme extract) and a volatile active compound (eugenol) into biodegradable films prepared with starch (S) of different sources or chitosan (CH) or with mixtures of CH:S. The functional properties and release kinetics of casted films prepared with pea starch or CH or CH:S blends were evaluated as affected by the incorporation of polyphenols from an aqueous thyme extract (TE) and tannic acid (TA), a polyphenol which was used as a cross-linking agent. Moreover, the functional properties and release kinetics of corn starch films, obtained by casting or by thermo-compression moulding, were evaluated as a function of the addition of eugenol (E) in free form or pre-encapsulated with different wall materials. In order to encapsulate E, whey protein isolate (WP) or soy lecithin (LE), as wall material, and maltodextrin (MD), as drying coadjuvant, were selected. Microencapsulate powders were obtained by spray-drying. The effect of the addition of oleic acid (OA), as eugenol carrier, and CH, as a potential capsule stabilizer, was also analysed. The different formulations were characterized before and after drying, in terms of encapsulation efficiency, thermal stability, release kinetics and antioxidant capacity and antimicrobial activity. Results showed that TE provided pea starch and chitosan films with antioxidant activity. Polyphenols (TE and TA) interacted with CH chains and acted as cross-linkers, thus improving the tensile behaviour of films and reducing the release rate and the amount of polyphenol released from the films in water and ethanol aqueous solutions. The opposite effect was observed when TE was incorporated into the pure S matrix. All the films became darker, more reddish and less transparent when TE was incorporated, and this effect was more marked in pure S matrices, which suggests that the TE compounds were poorly encapsulated. Thus, S:TE films showed the fastest delivery rate and the highest delivery ratio of TE. A good encapsulation efficiency (EE) of E was observed in the CH-free powders (87-98%). However, the use of CH provoked a marked EE decrease in both WP and LE powders (22% and 46%, respectively). The formulations exhibited similar E release behaviour in food simulants of different polarity, where practically the total E content was delivered at a similar rate. The antibacterial effect of CH-free powders against E. coli was also coherent with their eugenol content. An additional positive effect of OA was detected in terms of the antilisterial action of this powder. The process of thermo-compression moulding of the films led to important E losses (80-65%), which were minimised when using OA in the microcapsules (EOA-WP or EOA-LE). In the films containing non-encapsulated E, the retention of E was promoted due to the formation of E-starch complexes. The presence of microencapsulated eugenol increased the presence of discontinuities in the polymeric matrix, thus yielding films that were mechanically less resistant and stretchable, except for E-LE-S films, which became more resistant to break. The barrier properties were improved when adding microencapsulates to the films, except for OA-based microcapsules. Eugenol release from the films was affected by microcapsule, their composition and the food simulant. In starch film obtained by casting, the addition of microencapsulated eugenol powder in starch film-forming dispersions modified film microstructure, yielding less resistant and less elastic films with reduced moisture content, transparency and oxygen permeability as compared to casted films formulated with non-encapsulated eugenol. The addition of eugenol microencapsulated with OA promoted the preservation of the antioxidant activity of the films, especially in less polar food simulants. S-EOA-LE films were effective in preventing sunflower oil oxidation during 53 days of storage at 30¿C. / En la present Tesi Doctoral s'han usat diferents estratègies per a incorporar compostos actius no volàtils i volàtils en pel·lícules biodegradables a base de midó (S) procedent de diferents fonts, quitosano (CH) i mescles CH:S. Es van avaluar les propietats funcionals de les pel·lícules i les cinètiques d'alliberament del compost actiu a causa de la incorporació dels polifenoles del timó (TE) i de l'àcid tànnic (TA). A més, les propietats funcionals i cinètiques d'alliberament de pel·lícules de midó obtinguts per càsting o per termoconformat també van ser avaluats en funció de l'addició d'eugenol (E) en forma lliure o prèviament encapsulat amb diversos materials (proteïna de sèrum de llet (WP) o lecitines (LE) junt amb maltodextrines com a agent coadjuvant). Els productes microencapsulats en pols van ser obtinguts per atomització. L'efecte de la incorporació d'àcid oleic (OA) en els encapsulats, com a suport per al E, i CH, com estabilitzador potencial de les càpsules també va ser estudiat. Les diferents formulacions van ser caracteritzades abans i després de l'assecat en termes d'eficiència d'encapsulació (EE), estabilitat tèrmica, cinètiques d'alliberament i capacitat antioxidant i antimicrobiana. Els resultats van mostrar que es va conferir a les pel·lícules de S i CH activitat antioxidant. Els polifenols (TE i TA) van interaccionar amb les cadenes de CH i van actuar com a agents d'entrecreuament, millorant el comportament mecànic de les pel·lícules i reduint la velocitat d'alliberament i la quantitat de polifenol alliberat de les pel·lícules en aigua i en dissolucions aquoses d'etanol. L'efecte oposat va ser observat quan el TE va ser incorporat en la matriu de S pura. Totes les pel·lícules amb TE van ser més fosques, més rogenques i menys transparents, especialment les matrius de S:TE, la qual cosa suggerix que els compostos de TE van ser escassament encapsulats. Estes pel·lícules van mostrar l'alliberament més ràpid i la major proporció de TE alliberat. Es va observar una bona EE en les pols sense CH (87-98%). No obstant, la incorporació de CH va provocar una disminució de l'EE en les pols formulats amb WP i amb LE (22% i 46%, respectivament). Les formulacions van mostrar un comportament semblant quant a l'alliberament de E en simulants alimentaris de diferent polaritat, on pràcticament el contingut de E va ser alliberat a una velocitat semblant. L'efecte antibacterià de pols sense CH contra E. coli va ser coherent amb el seu contingut d'eugenol. Un efecte addicional positiu d'OA es va detectar en l'activitat antilisteria d'esta pols. El procés de modelat per termocompresió de les pel·lícules va provocar importants pèrdues de E (80-65%) , minimitzades quan es va utilitzar OA en les microcàpsules. En les pel·lícules amb E no encapsulat, es va promoure la retenció de E a causa de la formació de complexos S-E. La presència de E microencapsulat va augmentar les discontinuïtats en la matriu polimérica, produint pel·lícules menys resistents i elàstiques. Les propietats barrera es van millorar a l'agregar microencapsulats a les pel·lícules, a excepció de les microcàpsules amb OA. L'alliberament de E de les pel·lícules es va veure afectada per la microcàpsula, la seua composició i el simulant alimentari. En la pel·lícula de S obtinguda per càsting, l'addició de pols E microencapsulat en les dispersions formadores de pel·lícula va modificar la microestructura de les pel·lícules, que van ser menys resistents i menys elàstiques amb un contingut reduït d'humitat, i una menor transparència i permeabilitat a l'oxigen en comparació amb les pel·lícules formulades amb E no encapsulat. L'addició de E microencapsulat amb OA va promoure l'activitat antioxidant de les pel·lícules, especialment en els simulants alimentaris menys polars. Les pel·lícules S-EOA-LE van ser efectives per a previndre l'oxidació de l'oli de gira-sol durant 53 dies d'em / Talón Argente, E. (2018). INCORPORATION OF ACTIVE COMPONENTS IN BIOPOLYMER-BASED FILMS FOR FOOD USE [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/101283 / TESIS

[ES] Se realiza un estudio de materiales innovadores elaborados a partir de refuerzos de fibras celulósicas y matriz biodegradable denominados "green composites". Estos materiales compuestos suponen un impacto mínimo al medio ambiente, pudiendo ser reciclados o biodegradables al final de su vida útil. Los materiales compuestos elaborados están formados por fibras de refuerzo de yute, cáñamo, lino y coco junto con una resina biodegradable que formará la matriz del composite. Los estudios se realizan a nivel de láminas y de laminados en forma de multicapas tipo sándwich, obteniendo sus principales propiedades mecánicas. El proceso de fabricación para la obtención de las diferentes láminas y laminados de material compuesto se realiza por el proceso de infusión de resina. También se realiza un estudio paralelo con materiales composites elaborados con los mismos refuerzos, pero empleando como fase matriz resina de poliéster. Este estudio tiene la finalidad de comparar los resultados obtenidos con la matriz termoestable más utilizada a nivel industrial. Los composites obtenidos tras el proceso de infusión y curado se analizarán de forma experimental mediante análisis estáticos y dinámicos con la finalidad de obtener las principales características mecánicas, físicas, y las frecuencias naturales de resonancia. Se realizan análisis con diversos programas informáticos con el fin de verificar los resultados obtenidos. Se analizan los composites acústicamente mediante la cámara de transmisión a escala que permitirá obtener valores de absorción sonora y pérdidas por transmisión. Para que los composites se consideren materiales absorbentes acústicos a ruido aéreo, será necesario añadir como material absorbente una lámina de lana de oveja que presente una alternativa medioambiental a las lanas de roca. Se analizarán las combinaciones tipo sándwich formadas por diferentes capas de fibra y tejido con los diferentes tipos de matrices. En una segunda fase del análisis se realizará una comparativa entre las distintas combinaciones tipo sándwich (materiales compuestos con bioresina - resina de poliéster) y placas de yeso laminado, con el fin de obtener las combinaciones con mayor aislamiento acústico al ruido aéreo. Para finalizar se realiza un estudio de costes y comparativas de rigidez entre las láminas de composite y las placas de yeso laminado. Los materiales elaborados en este estudio tienen la finalidad de convertirse en futuros materiales acústicos con aplicaciones en edificación o para barreras acústicas en la construcción. / [CAT] Es realitza un estudi de materials innovadors elaborats a partir de reforços de fibres cel¿lulòsiques i matriu biodegradable denominats "green composites". Aquests materials compostos suposen un impacte mínim per al medi ambient, podent ser reciclats o biodegradables al final de la seva vida útil. Els materials compostos elaborats estan formats per fibres de reforç de jute, cànem, lli i coco juntament amb una resina biodegradable que formarà la matriu del composite. Els estudis es realitzen a nivell de làmines i de laminats en forma de multicapes tipus sandvitx, obtenint les seues principals propietats mecàniques. El procés de fabricació per a l'obtenció de les diferents làmines i laminats de material compost es realitza pel procés d'infusió de resina. També es realitza un estudi paral¿lel amb materials composites elaborats amb els mateixos reforços, però emprant com a fase matriu resina de polièster. Aquest estudi té la finalitat de comparar els resultats obtinguts amb la matriu termostable més utilitzada a nivell industrial. Els composites obtinguts després del procés d'infusió i curat s'analitzaran de forma experimental mitjançant anàlisi estàtics i dinàmics amb la finalitat d'obtenir les principals característiques mecàniques i físiques, així com les freqüències naturals de vibració. Es realitzen anàlisis amb diversos programes informàtics per tal de verificar els resultats obtinguts. S'analitzen els composites acústicament mitjançant les càmbres de transmissió a escala que permetrà obtenir els valors d'absorció acústica i de pèrdues per transmissió. Perquè els composites es considerin materials absorbents acústics a soroll aeri, caldrà afegir com a material absorbent una làmina de llana d'ovella que presenti una alternativa mediambiental a les llanes de roca. S'analitzaran les combinacions tipus sandwich formades per diferents capes de fibra i teixit amb els diferents tipus de matrius. En una segona fase de l'anàlisi es realitzarà una comparativa entre les diferents combinacions tipus sandvitx (materials compostos amb bioresina - resina de polièster) i plaques de guix laminat, amb la finalitat d'obtenir les combinacions amb major aïllament acústic al soroll aeri. Per finalitzar es realitza un estudi de costos i comparatives de rigidesa entre les làmines de composite i les plaques de guix laminat. Els materials elaborats en aquest estudi tenen la finalitat de convertir-se en futurs materials acústics per a aplicacions en edificació o per a barreres acústiques en la construcció. / [EN] A study of innovative materials made from cellulose fiber reinforcements and biodegradable matrix has been conducted; these materials are called "green composites". These composite materials reduce the environmental impact and can be recycled or biodegraded at the end of their life span. The composite materials are constituted by reinforcing fibers of jute, hemp, linen and coconut with a biodegradable resin that will form the matrix of the composite. The analyses have been carried out at the level of layers and laminates in the form of multilayer sandwiches, obtaining their main mechanical properties. The manufacturing process for the different layers and laminates of composite material is the resin infusion process. A parallel study with composite materials made with the same reinforcements but using a matrix of polyester resin is also conducted. The purpose of this study is to compare the results obtained with the thermostable matrix mostly used in industry. The composites obtained after the infusion process are analyzed experimentally by static and dynamic analysis in order to obtain their mechanical and physical properties and their natural resonant frequencies. The results are verified through different numerical software. The composites are analyzed acoustically by the transmission chamber at scale that allows obtaining the sound absorption and transmission loss values. For the composites to be considered sound absorbing materials to airborne noise, it will be necessary to add an absorbent material, like a layer of sheep wool that presents an environmental alternative to rockwool. The sandwich combinations formed by different layers of fiber and fabric with the two types of matrices have been analyzed. In a second stage of the analysis, a comparison will be made between the different sandwich combinations (composite materials with bioresin and polyester resin) and laminated plaster boards, in order to know which material presents the highest acoustic insulation to airborne noise. Finally, a study of the cost and an evaluation of the stiffness between composite layers and laminated plaster boards is carried out. The materials analyzed in this study are intended to become future acoustic materials with applications in buildings or as acoustic barriers. / Fontoba Ferrándiz, J. (2019). Caracterización mecánico-acústica de nuevos materiales Eco-Composites para soluciones constructivas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124815 / TESIS

Hlavním cílem předložené diplomové práce byla příprava, charakterizace a reologická studie "inteligentních" injektovatelných hydrogelů, které jsou biodegradovatelné, biokompatibilní a s řízenou životností sestávajících se z hydrofilního polyethylenglykolu (PEG) a hydrofobního kopolymeru kyseliny polymléčné a polyglykolové (PLA/PGA). Výsledný termosenzitivní PLGA–PEG–PLGA kopolymer, který geluje při teplotě lidského těla, byl dále funkcionalizován anhydridem kyseliny itakonové získané z obnovitelných zdrojů, přinášející jak reaktivní dvojné vazby tak i funkční –COOH skupiny na konce kopolymeru. Navíc byl PLGA–PEG–PLGA kopolymer modifikován bioaktivním anorganickým hydroxyapatitem pro použití jako injektovatelné kostní adhezivum. Oba modifikované kopolymery jak ITA/PLGA–PEG–PLGA/ITA tak i PLGA–PEG–PLGA/HAp ovlivňují reologické vlastnosti původního PLGA—PEG—PLGA kopolymeru rozhodující o tom, zda by mohly být nové polymerní materiály vhodné jako injektovatelné nosiče léčiv nebo kostní lepidla v lékařských aplikacích. Experimentální část této práce je zaměřena především na charakterizaci viskoelastických vlastností jak nemodifikovaného PLGA—PEG—PLGA kopolymeru tak i s přidáním ITA nebo HAp metodou obrácených testovacích vialek (TTIM) a dynamickou reologickou analýzou. Výhodou TTIM je vizualizace přechodu sol-gel, určení kritické gelační teploty a kritické gelační koncentrace. Reologická měření poskytují informace o viskozitě a vizkoelasticitě gelu změnou elastického (G´) a ztrátového (G´´) modulu. Připravené kopolymery byly také charakterizovány 1H NMR a GPC. Povrch a velikost částic HAp byl popsán pomocí SEM a laserového analyzátoru částic. Původní PLGA—PEG—PLGA kopolymer i kopolymer modifikovaný ITA a HAp vykazovaly sol-gel přechod vyvolaný zvýšením teploty. Reologické vlastnosti kopolymerů v koncentračním rozmezí 6 až 24 hm. % ve vodě byly studovány buď TTIM nebo užitím reometru a získané výsledky spolu velmi dobře korespondovaly. Reologické vyhodnocení prokázalo dvě „překřížení“, kde G´ =G´´. První překřížení velmi dobře korespondovalo s prvním sol-gel přechodem nalezeným prostřednictvím TTIM. Maximální hodnota G´ odpovídající nejvyšší tuhosti polymerního gelu byla situována v bílém gelu. Druhý fázový přechod představuje přechod mezi gelem a suspenzí, kdy je bílý polymer oddělen od vody. Tuhost gelu roste s rostoucí koncentrací polymeru ve vodě. Pro srovnání, kopolymer modifikován jak ITA, tak i přidáním HAp (0, 10, 20, 30, 40, 50 hm %) vykázal zvýšení tuhosti gelu oproti původnímu kopolymeru PLGA–PEG–PLGA a přiblížení teploty maximální hodnoty G´ tělesné teplotě (37 °C). Bylo prokázáno, že jak ITA/PLGA–PEG–PLGA/ITA kopolymer tak i PLGA—PEG—PLGA/HAp kompozit jsou vhodnými kandidáty na injekovatelné systémy pro řízené uvolňování léčiv či kostní adhezivum pro ortopedii nebo zubní aplikace.

The aim of this thesis is to design a fermentation unit specially adjusted for household operating. Unit processes kitchen and garden biodegradable waste with requirements of low acquisition costs, operating costs and demands of service. Benefits of this unit are production of biogas, which will be utilized in household, and processed of biodegradable waste to nutritious manure. The first part of the work is aimed on description of anaerobic fermentation process and summary of operating conditions. The main part deals with potential of household and garden biodegradable waste for production of biogas and design of fermentation unit. Proposals for biogas utilization and economy of whole project are mentioned.

Les liquides ioniques, unions de cations organiques et d’anions, sont des milieux structurés sur plusieurs nanomètres et présentent des propriétés très intéressantes et modulables. Grâce à ces propriétés, les liquides ioniques ont retrouvé une place dans d’abondantes applications, particulièrement en synthèse organique. Dans le cadre de cette thèse nous avons présenté trois utilisations différentes : i) La première utilisation est basée sur l’emploi des LIs comme catalyseur de polymérisation par ouverture de cycle (POC) contrôlée de l’-caprolactone dans des conditions douces. ii) La deuxième utilisation des liquides ioniques repose sur la synthèse d’un nouveau catalyseur/initiateur organostannique supporté sur un liquide ionique pour la préparation d’un polymère biodégradable. La présence du LI devrait permettre d’éliminer le catalyseur par simple filtration. iii) La troisième et la dernière application repose sur la réalisation d’un assemblage original composé de -cyclodextrines native et perméthylée, d’un liquide ionique et d’un polymère chargé. Cette assemblage est totalement nouveau et pourrait donner accès à des matériaux hydrosolubles avec de nouvelles applications séparatives. / Ionic liquids, combinations of organic cations and anions, are structured media of several nanometers and have very interesting and flexible properties. Thanks to these properties, ionic liquids have found a place in abundant applications, particularly in organic synthesis. In this thesis we have presented three different uses: i) The first use is based on the use of ILs as a controlled ring-opening polymerization (POC) catalyst for -caprolactone under mild condition. ii) The second use of ionic liquids is based on the synthesis of an innovative organotin catalyst / initiator supported on an ionic liquid for the preparation of a biodegradable polymer. The presence of the IL should make possible the elimination of the catalyst by simple filtration. The biological tests must agree our theory. iii) The third and last application is based on the creation of an original assembly composed of native and permethylated -cyclodextrins, an ionic liquid and a charged polymer. This new association could give access to water-soluble materials with new separation applications.

Le traitement des infections intracellulaires est compliqué par la capacité des bactéries à «se cacher» à l’intérieur des cellules de l’hôte, en particulier celles du système immunitaire, entravant ainsi l’action de nombreux agents antimicrobiens. La diffusion croissante de souches résistantes est très inquiétante. Dans ce cadre, les nanoparticules (NPs) constituent une stratégie prometteuse pour administrer de manière optimisée des agents antimicrobiens.Ce travail de thèse, réalisé dans le cadre du projet européen ITN Cyclon Hit, visait à développer et caractériser des NPs biodégradables et biocompatibles chargées en antibiotiques, composés d’acide polylactique (PLA), d’acide poly (lactique-co-glycolique) (PLGA) et de polycaprolactone (PCL) ou de cyclodextrines polymérisées (pCD).Les deux premiers chapitres sont consacrés aux verrous technologiques liés à l'encapsulation de certains médicaments puissants dans les NPs polymériques. Tout d'abord, ces vecteurs ont été utilisés pour la délivrance simultanée d'une combinaison de molécules actives récemment découverte, l'éthionamide (ETH) et son Booster, pour le traitement de la tuberculose. Deuxièmement, ils ont été employés pour relever les défis liés à l'incorporation d'une quinolone de première génération, l'acide pipémidique (PIP), dans le but d'optimiser sa distribution intracellulaire dans des infections telles que la salmonellose.La co-incorporation efficace de l'ETH et du booster a dû surmonter de nombreuses difficultés liées à des problèmes de solubilité, de cristallisation et de biodisponibilité. Nos NPs en PLA et en pCD ont montré leur capacité de co-encapsuler efficacement les deux molécules et tout particulièrement celles en pCD. Elles incorporent les médicaments à la fois dans les cavités des CD et dans des microdomaines hydrophobes. Les NPs en pCD, non toxiques après administration pulmonaire répétée de fortes doses, ont été administrés in vivo par voie endotrachéale directement au site d'infection. Elles ont permis une diminution de 3-log de la charge bactérienne pulmonaire des animaux infectés après seulement 6 administrations. De même, l'incorporation de PIP a été confrontée à des défis liés à la cristallisation de PIP et à sa libération incontrôlée. Malheureusement, le PIP présentait une faible affinité pour tous les matériaux polymériques étudiés et son encapsulation physique était infructueuse. Ainsi, une approche alternative a été développée en couplant le PIP au PCL via une réaction sans catalyseur initiée par le médicament. Le conjugué PCL-PIP se auto-assemble en forme de NPs avec une charge en PIP de 27%. Cependant, le PCL-PIP n'a pas pu être dégradé in vitro, mais l’approche de synthèse de conjugués est séduisante pour obtenir de particules stables et avec un contenu important en PIP.La compréhension approfondie de la structure et de la composition du noyau et de la couronne des nanostructures contenant une ou deux molécules actives est cruciale pour leur optimisation. Les deux derniers chapitres sont donc consacrés à l'application innovante de l'AFM-IR, une méthode nanospectroscopique originale combinant la microscopie à force atomique (AFM) avec la spectroscopie infrarouge (IR), à l'analyse chimique des NPs en PLGA ou à leur détection sans marquage après internalisation dans les cellules.L’AFM-IR est capable de fournir une caractérisation chimique à l'échelle nanométrique (résolution ~10 nm). Une avancée majeure du travail est l'application du mode tapping permettant l'investigation individuelle de chaque NP. Le signal IR spécifique des composants des NPs a été utilisé pour appréhender la composition chimique de leur cœur et couronne ainsi que pour localiser précisément le médicament. De plus, l'AFM-IR en mode contact a permis pour la première fois la localisation sans marquage et l'identification chimique des NP à l'intérieur des cellules. Ce travail ouvre la voie à d'innombrables applications de cette technique dans le domaine de la nanomedecine. / The treatment of intracellular infections is very challenging given the ability of bacteria to “hide” inside the cells of the host, especially the ones of the immune system, thus hampering the action of many antimicrobial agents. The battle against these bacteria has been further exacerbated by the increasing diffusion of antimicrobial resistant strains. In this frame, nanoparticles (NPs) are a very promising strategy to overcome the limitations of free antimicrobial agents by administering them in an optimized manner.This PhD work, performed as part of the European Project ITN Cyclon Hit, aimed at the development and advanced characterisation of antibiotic-loaded biodegradable and biocompatible NPs made of poly (lactic acid) (PLA), poly (lactic-co-glycolic) (PLGA) and polycaprolactone (PCL) or of polymerised cyclodextrins (pCDs).The first two chapters are dedicated to the encapsulation of powerful but challenging drugs in polymeric NPs. Firstly, these carriers were employed for the simultaneous delivery of a potent drug combination recently discovered, ethionamide (ETH) and its booster, for tuberculosis therapy. Secondly, they were used to address the challenges related to the incorporation of a first-generation quinolone, pipemidic acid (PIP), with the aim of optimising its intracellular delivery in infections such as salmonellosis.The efficient co-incorporation of ETH and booster had to overcome several technological barriers. These drugs presented solubility, crystallisation and bioavailability-related problems which were overcome thanks to the developed NPs. Our engineered PLA and pCD NPs were both able to efficiently co-encapsulate the two molecules. Among the in depth-characterised formulations, pCDs NPs displayed the best physico-chemical properties and were shown to host the drugs both in the CD cavities and in confined spaces inside NPs crosslinked polymer. The pCD NPs were administered in vivo by endotracheal route directly to the infection site. Empty NPs were shown non-toxic after repeated pulmonary administration of high doses. Moreover, loaded pCD NPs led to a 3-log decrease in the pulmonary bacterial load of infected animals after only 6 administrations. Similarly, the incorporation of PIP faced challenges mainly related to PIP crystallization and burst release. Unfortunately, PIP displayed poor affinity for all the studied polymeric materials and its physical encapsulation was unsuccessful. Thus, an alternative approach was developed by coupling PIP to PCL by using an original catalyst-free drug-initiated reaction. The PCL-PIP conjugate self-assembled in NPs with up to 27 wt% PIP which were thoroughly characterised. However, the conjugate couldn’t be enzymatically degraded. With the design of novel PCL-PIP conjugates, this self-assembly approach could represent a promising strategy.The deep understanding of the structure and composition of complex core-corona nanocarriers containing one or two active molecules is crucial for their optimisation. The last two chapters are devoted to the innovative application of AFM-IR, an original nanospectroscopic method combining atomic force microscopy (AFM) with infrared (IR) spectroscopy, to the chemical analysis of PLGA NPs or to their label-free detection after cell internalisation.AFM-IR is able to provide chemical characterisation at the nanometer scale (resolution ~10nm). One main breakthrough here is the application of the recently developed tapping mode allowing the investigation of single polymeric NPs. The specific IR signal of NPs constituents was used to unravel the chemical composition of their core and corona as well as to precisely locate the drug. Moreover, the AFM-IR in contact mode enabled for the first time the label-free localisation and unambiguous chemical identification of NPs inside cells using the polymer IR specific response as a fingerprint. This work paves the way for countless application of this technique in the field of drug delivery.

This dissertation, entitled »Control of the morphology of biodegradable polymer blends«, has been running parallel with the grant project »Multiphase biodegradable polymer systems« and it represents a new research direction in the Department of morphology and rheology of polymer materials at the Institute of Macromolecular Chemistry. The main idea was to employ our long-lasting work and experience in the field of morphology control of synthetic polymer blends in the very analogous field of the biodegradable polymer blends. We have chosen three most common, widely used and relatively cheap bio-based polymers - starch, poly(lactic acid) and poly(ε-caprolactone) - in order to investigate how the properties of their blends might be improved if we control the blend morphology in targeted, reproducible and well-defined way from the very beginning. It has been well established that morphology (phase structure, supramolecular structure) is one of the key factors influencing final properties of polymer blends, including mechanical performance, rate of (bio)degradation, gas permeability etc. In this work, numerous preliminary experiments showed that there are two systems in which the morphology control could significantly help in the improving of their end-use properties: PLA/PCL/TiX (where PLA = poly(lactic acid),...

Charles University Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of Pharmaceutical Technology Consultant: doc. RNDr. Milan Dittrich, CSc. Student: Andrea Balciarová Title of Thesis: Formulation and testing of rifampicin-loaded branched polyesters nanoparticles In presented thesis, the main attention in theoretical part is focused on nanoparticles for targeted drug delivery, their types, structure and carriers used for their preparation. Moreover, in this part there is an overview of physicochemical characteristics and preparation methods of polymeric nanoparticles applicable in formulation of pharmaceutical products. The experimental part is concerned on studying the influence of the concentration of biodegradable polymers, the presence of cationic surfactants and rifampicin as model drug substance on nanoparticles΄ size and zeta-potential. The main attention is given to nanoparticles decoration with anionic biopolymers, hyaluronic acid and xanthan gum. The simple method of preparation which is usable in nanosystems formulation that influence biological functions purposefully was tried and tested in different contexts.

En la actualidad existe en Perú la Ley de Protección y Bienestar Animal N° 30407 que sanciona la crueldad, el abandono y la muerte de animales domésticos. Dando origen a un gran mercado lleno de oportunidades dirigido a las mascotas. En lima, cada vez hay más hogares con una mascota, sean estos perros, gatos, o cualquier otro animal doméstico. Estas mascotas se convierten en miembros de la familia, al cual se le brinda mucha atención, como salud, comida balanceada, prendas y hasta una digna sepultura. En este último punto, en la perdida de esta mascota, su ausencia, los sentimientos, la tristeza y los recuerdos que quisiéramos mantener latentes, acompañándonos aún. Ahí es que nace la idea de que las mascotas logren trascender en el tiempo, manteniendo los recuerdos y sentimientos hacia nuestras mascotas fallecidas, en urnas biodegradables personalizadas a la mascota, dando origen a “Urbi Huellitas Pets” una idea de negocio que permite a las familias mantener vivo el recuerdo de su mascota. Con un servicio personalizado dirigido a la necesidad de cada cliente. / There is currently in Peru the Animal Protection and Welfare Act No. 30407 which sanctions the cruelty, abandonment and death of domestic animals. Giving rise to a large market full of opportunities aimed at pets. In lime, there are more and more homes with a pet, be they these dogs, cats, or any other pet. These pets become family members, which are given a lot of attention, such as health, balanced food, clothing and even a dignified burial. At this last point, in the loss of this pet, its absence, the feelings, the sadness and the memories that we would like to keep dormant, accompanying us even. There is the idea that pets manage to transcend in time, maintaining memories and feelings towards our deceased pets, in biodegradable urns customized to the pet, giving rise to “Urbi Huellitas Pets” a business idea that allows families to keep the memory of their pet alive. With a personalized service aimed at the need of each client. / Trabajo de investigación