Os polihidroxialcanoatos (PHA) são poliésteres bacterianos. Na sua biossíntese, a PHA sintase incorpora monômeros 3HA à cadeia polimérica. O objetivo deste trabalho foi estudar o potencial da PHA sintase de 2 isolados do gênero Burkholderia sp. na produção de copolímeros. Construiram-se linhagens recombinantes que abrigavam os genes da PHA sintase classe I, em mutantes de Pseudomonas sp. e Burkholderia sacchari, que não acumulam PHA. Foram realizados ensaios de acúmulo de PHA usando glicose como fonte de carbono, apresentando a produção de unidades de 3HB, 3HO e 3HD nas linhagens recombinantes de Pseudomonas sp. As linhagens recombinantes de B. sacchari incorporaram como único constituinte P(3HB). Ensaios de acúmulo de PHA foram realizados nas linhagens recombinantes de B. sacchari, usando como co-substratos diferentes ácidos graxos, sendo detectada a incorporação de unidades de 3HV e 3HHx além do 3HB, quando foram fornecidos acido hexanóico e valérico. Estes resultados indicam que as PHA sintases classe I são capazes de incorporar diferentes unidades monoméricas. / The polyhydroxyalkanoates (PHA) are bacterial polyester. In their biosynthesis, the PHA synthase incorporates monomers 3HA to the polymer chain. The objective of this work was to study the potential of PHA synthase of 2 isolates of the genus Burkholderia sp. in the production of copolymers. Were constructed recombinant strains that housed the genes of PHA synthase class I mutants of Pseudomonas sp. and Burkholderia sacchari, which do not accumulate PHA. PHA accumulation assays were performed using glucose as carbon source, showing the production of units of 3HB, 3HO and 3HD in recombinant strains of Pseudomonas sp. The recombinant strains of B. sacchari incorporated as single constituent P(3HB). PHA accumulation assays were performed on the recombinant strains of B. sacchari, Using as co-substrates different fatty acids, being detected the incorporation of units of 3HV and 3HHx beyond the 3HB, when were supplied hexanoic acid and valerico. These results indicate that the PHA synthases class I are able to incorporate different monomer units.

Os Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésteres naturais, acumulados por diversos microorganismos como reserva de carbono e energia, sendo hoje considerados a melhor alternativa para o plástico tradicional, devido às suas propriedades biodegradáveis e biocompatíveis. Escherichia coli é considerada um hospedeiro ideal para a produção de PHAs, devido a várias vantagens sobre outros microrganismos. Linhagens de Escherichia coli foram avaliadas com o intuito de escolher aquela que apresentasse as melhores características como hospedeira dos genes envolvidos na produção dos PHAs. A linhagem E. coli LS5218 apresentou os melhores resultados de consumo das diferentes fontes de carbono avaliadas, assim como as melhores velocidades de crescimento. Esta linhagem tem a capacidade de produzir, além do P3HB, o copolímero P3HB-co-3HV. Os resultados obtidos a partir dos cultivos em frascos agitados demonstraram que a linhagem E. coli LS5218 consegue produzir P3HB, correspondendo a cerca de 40% da massa seca celular. A limitação do crescimento nos cultivos em biorreator, mediante o controle da velocidade de alimentação da fonte de carbono e nitrogênio, favoreceu a síntese e acúmulo do polímero. A análise de fluxos metabólicos indicou que existe uma considerável perda de carbono na forma de CO2, devido ao suprimento de NADPH pela isocitrato desidrogenase. A análise de modos elementares aponta que, para se atingir desempenhos melhores, o fluxo na via das pentoses deveria ser aumentado significativamente, de forma a que todo o NADPH para biossíntese de P3HB fosse suprido por essa via, e, que o fluxo no ciclo de Krebs deveria ser o menor possível, suprindo apenas a demanda de precursores para a biossíntese de biomassa residual. Finalmente, foi possivel obter, embora em pequenas quantidades, acúmulos do copolimero a partir de E. coli LS5218 expressando os genes de C. necator. A partir destes resultados, fica evidente que a utilização da linhagem LS5218 é interessante sob o ponto de vista industrial, devido ao fato de ela utilizar eficientemente fontes de carbono, e ter a capacidade de acumular o P3HB e seu copolímero P3HB-co-3HB. / The Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are natural polyesters accumulated by several microorganisms as a source of carbon and energy, now considered as the best alternative to the traditional plastic due to their biocompatible and biodegradable properties. Escherichia coli is considered an ideal host for the production of PHAs, due to several advantages over other microorganisms. Escherichia coli strains were evaluated in order to choose the one that presented the best characteristics as a host of genes involved in the production of PHAs. The strain E. coli LS5218 showed the best results in terms of consumption of different carbon sources being tested and the best growth rates. This strain has the ability to produce the P3HB and additionally, the copolymer P3HB-co-3HV. The results from the cultivation in shaked flasks showed that the strain E. coli LS5218 can produce P3HB, corresponding to 40% approximatelly of the dry cell mass using glucose as carbon source. Limiting the growth of cultures in a bioreactor by controlling the feeding speed of the carbon and nitrogen source, favored the synthesis and accumulation of the polymer. Analysis of the metabolic flux indicated that a considerable loss of carbon in the form of CO2 due to NADPH supply by the isocitrate dehydrogenase. Elemental analysis shows that to achieve better performance, the flow of the pentose pathway should be substantially increased, in order to all the NADPH for the biosynthesis of P3HB can be supplied by this pathway and that the flow in the Krebs cycle should be as small as possible, only to supply the demand of precursors for the biosynthesis of residual biomass. Finally, it was possible to obtain, although in small quantities, accumulation of the copolymer using E. coli LS5218 expressing the genes of C. necator. From these results it is evident that the use of LS5218 strain is interesting from the industrial point of view due to the fact of efficiently utilize carbon sources and have the capacity of accumulate the P3HB and its copolymer P3HB-co-3HB.

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

Orientador: Lucia Helena Innocentini Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T20:49:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kleinubing_SirleneAdriana_M.pdf: 3412137 bytes, checksum: 4c9018ce01be800e79a8dbd49b20fe27 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O presente trabalho fundamenta-se no desenvolvimento de micropartículas de polímeros naturais para utilização em sistemas de liberação gastrorresistentes, onde o fármaco passa pelo meio gástrico intacto, permitindo sua absorção apenas no meio entérico. O fármaco selecionado neste estudo foi a oxitetraciclina (OTC), um antibiótico que ao ser ingerido pode causar irritação na mucosa gástrica, limitando seu uso na forma de liberação convencional. O método escolhido para preparação das micropartículas foi por coacervação complexa em um único estágio. Os polímeros naturais escolhidos foram o alginato de natureza aniônica e a quitosana de natureza catiônica, por serem biocompatíveis, não tóxicos e de fácil degradação. Caracterizações morfológicas das micropartículas, com e sem fármaco, para análise da superfície e do seu interior foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A distribuição da OTC nas micropartículas foi determinada por Microscopia confocal multifóton baseada na fluorescência inerente deste fármaco, enquanto que a identidade química e a interação entre os biopolímeros de alginato e quitosana foram investigadas por Espectrômetro de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). A análise térmica do material foi realizada por Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). A modulação da liberação da OTC das micropartículas foi feita por recobrimento das mesmas em leito fluidizado, com uma dispersão polimérica à base de Acril-EZE® MP, um polímero sintético gastrorresistente de natureza aniônica. O estudo da cinética de liberação in vitro do fármaco foi realizada por método espectrofotométrico, em meio de dissolução ácido e meio tamponado pH6,8, simulando o perfil de dissolução nos fluidos gástricos e intestinais. Pela microscopia confocal a laser verificou-se que a encapsulação da OTC foi bastante eficiente. A espectroscopia FTIR foi útil para se observar deslocamentos das bandas de absorção do alginato e da quitosana, comprovando interação iônica entre os grupos carboxílicos do alginato e os grupos amina da quitosana. A solução de Acril-EZE® MP se mostrou adequada para o estudo da modulação da liberação controlada da OTC microencapsulada na matriz escolhida. Nos estudos do perfil de liberação deste fármaco, verificou-se uma liberação inicial rápida em meio ácido nas micropartículas não recobertas. Após o recobrimento com Acril-EZE® MP, com 50% de ganho de massa, a liberação da OTC neste meio foi reduzida, obtendo-se o efeito de gastrorresistência desejado. Em meio básico a liberação foi gradual, sendo que o fármaco foi totalmente liberado em cinco horas, para as micropartículas com e sem recobrimento. Deste modo, o sistema estudado mostrou um grande potencial para aplicação em sistemas de liberação controlada de OTC in vivo, desde que sejam realizados os testes necessários, podendo ser produzido em curto prazo em escala comercial / Abstract: The present work focused on the development of microparticles based on natural polymers for use in gastro-release systems, where drug-sensitive gastric medium may follow intact until its enteric controlled delivery. The oxytetracycline (OTC) was selected in this study, since it is an antibiotic that, when ingested, may cause irritation of the gastric mucosa, limiting its use in conventional treatment. The method chosen to prepare microparticles was the complex coacervation in a single stage. Natural polymers chosen were the polianionic alginate and the policationic chitosan because they are biocompatible, nontoxic and easy degradation. Morphological characterizations of the surface and interior of the microparticles, with and without drug, were made by scanning electron microscopy (SEM). The distribution of OTC in the microparticles was determined by multiphoton confocal microscopy, taking the advantage of the inherent fluorescence of OTC. By infrared spectroscopy with Fourier Transform - FTIR it was possible to follow chemical identities of each component and the interaction between the biopolymers chitosan and alginate by the displacement of the absorption bands of each biopolymer. The modulation of OTC release from microparticles was made by coating these microparticles in fluidized bed with a polymer dispersion based on acryl-EZE ® MP, a synthetic anionic polymer gastro-resistant. The kinetics of in vitro release of OTC was performed by spectrophotometric method, in acid dissolution medium buffered medium pH6,8 to study the both environment of interest, ie gastric and intestinal. By confocal laser microscopy it was verified that the encapsulation of OTC was quite efficient. A solution of acryl-EZE ® MP was adequate to study the modulation of microencapsulated controlled release of OTC in the matrix chosen. Kinetic studies showed rapid release of OTC at the begining of the experiments in acidic medium, for uncoated microparticles. After coating with acryl-EZE ® PM, 50% mass gain, the suppression of OTC "burst effect", in the range of two hours, was significantly reduced, meaning the material has a great potential to avoid the gastric resistance desired. In basic medium the release was gradual, and was completed in five hours, for both coated and uncoated microparticles. Thus, the system studied showed a great potential for application to short-term delivery systems for OTC in vivo, subject to further studies, also aiming its commercial viability / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestra em Engenharia Química

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:34:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_AnayladosSantos_D.pdf: 1255579 bytes, checksum: 2c0a223e27891ba584d4f621ffa8e2bd (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O Ácido hialurônico (AH) é um polissacarídeo linear com importantes aplicações na indústria farmacêutica, médica e cosmética, fazendo-se necessária sua purificação por ser oriundo de uma variedade de fontes, animal e não animal. Assim sendo, o presente trabalho discorre sobre a separação do AH produzido por fermentação em meio de cultura sintético, utilizando a técnica cromatográfica de exclusão por tamanho. Determinaram-se as melhores condições de separação utilizando, inicialmente, uma coluna de exclusão por tamanho operando em batelada. Estas condições foram mantidas em todos os ensaios e serviram de modelo para a obtenção dos parâmetros para o escalonamento do processo. Ainda em batelada, avaliou-se a inserção da técnica cromatográfica de troca iônica acoplada à exclusão por tamanho, com o intuito de aprimorar a separação do AH, averiguando resinas de caráter catiônico e aniônico. Realizou-se um estudo comparativo entre o processo em batelada, com e sem a inserção da troca iônica, e o semicontínuo operado com reciclo externo estacionário (REE), visando a obtenção de frações de AH e proteínas com elevado grau de pureza. Considerando-se o processo semicontínuo operado em REE foram avaliados diferentes volumes de reciclo, sendo eles 1,0; 1,5; 2,25 e 3,0 mL. Os resultados obtidos com o processo semicontínuo em REE alcançaram um percentual de purificação entre 92% e 97% para o AH, trabalhando-se com volumes de reciclo de 1,0 a 3,0 mL, enquanto que para as proteínas mostrou-se inviável. A inserção da cromatografia de troca iônica mostrou-se promissora com o uso da resina catiônica, apresentando 98% de pureza com um rendimento de 99% para o AH; ao contrário da resina aniônica que exibiu uma perda mássica de AH em torno de 50%. O escalonamento do processo cromatográfico de exclusão por tamanho mostrou-se possível, apresentando resultados semelhantes à operação em batelada / Abstract: The hyaluronic acid (HA) is a linear polysaccharide with important applications in the pharmaceutical, medical and cosmetics industry. Its purification is necessary because it is in a mixture coming from a variety of sources, animal and non-animal. The aim of this work is the separation of HA obtained by fermentation in synthetic medium, using the technique of size exclusion chromatography. The best conditions for HA separation were determined using, initially, a batch operation size exclusion column. These conditions were maintained in all trials and served to obtain the parameters for the large scale process. The batch operation also evaluated the ion exchange chromatography technique coupled to size exclusion, in order to enhance the separation of HA by examining cationic and anionic resins. A comparative study was carried out between the batch process, with and without the inclusion of ion exchange, and the semi-batch process with steady state recycling (SSR), in order to obtain fractions of HA and proteins with high purity. The semi-batch process operated with SSR assessed in differents volumes of recycle (1.0, 1.5, 2.25 and 3.0 mL). The results obtained with the semi-batch process with SSR achieved a purification percentage between 92 % and 97% for HA, working with recycle volumes from 1.0 to 3.0 mL, showing to be feasible for HA, while for the proteins proved to be unfeasible, with a maximum of 60 % purity. The ion-exchange chromatography obtained good results with the use of cationic resin, with 98% of purity and a yield of 99 % for HA, unlike the anionic resin which exhibited a mass loss of HA around 50 %. The scale-up process for size exclusion chromatography proved to be possible, with similar results to batch operation / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T03:40:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_JulianadeFaria_M.pdf: 1753771 bytes, checksum: 3b8feb2d517bd09db69f780a2292e100 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os avanços na medicina moderna, odontologia e engenharia aliados ao aumento da expectativa de vida, permitiram o desenvolvimento de técnicas de biomanufatura e biomateriais que geram uma melhor qualidade de vida. Essas técnicas devem permitir a imitação de estruturas vivas, tanto em forma como em função, tornando possível substituir tecidos defeituosos ou faltantes. Nesse contexto, o estudo e aplicação de poliésteres bioreabsorvíveis como suporte de crescimento celular (ou scaffolds) na engenharia tecidual tem se mostrado uma área muito promissora de pesquisa. Dentre os poliésteres bioreabsorvíveis comumente utilizados, o poli(ácido láctico) (PLA) ocupa posição de destaque devido a sua excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. O PLA é um termoplástico de alta resistência e é degradado no corpo por simples hidrólise do éster em uma taxa que pode ser controlada. A forma mais comum de se obter PLA de alta massa molecular é via polimerização por abertura de anel do dímero cíclico do ácido láctico, também conhecido como lactide, e o catalisador mais utilizado atualmente é o octoato de estanho ou Sn(Oct)2. Porém, a fim de possibilitar a síntese de um material isento de metais, a utilização de enzimas como catalisadores tem despertado o interesse de estudiosos. Além de serem consideradas atóxicas, as enzimas viabilizam a polimerização sob condições brandas em relação à pressão, temperatura e pH. O objetivo desse trabalho foi fazer um estudo prospectivo sobre as técnicas existentes para a síntese do PLA e sintetizálo a partir de uma rota química, utilizando Sn(Oct)2 como catalisador, e outra enzimática utilizando o biocatalisador Lipase B para futuramente obter biodispositivos para utilização na engenharia tecidual. A massa molecular do polímero foi obtida por GPC e sua estrutura química foi confirmada por FTIR. As propriedades térmicas foram estudadas por DSC e TGA. O PLA obtido a partir da rota química atingiu massa molecular equivalente a 8353 g/mol após 7h de reação a 160°C com 0,1% de Sn(Oct)2. Para a rota enzimática, foi constatado que a policondensação foi mais eficaz em relação à técnica de abertura de anel do lactide e um polímero com massa molecular igual a 1719 g/mol foi obtido depois de 77h de reação a 70°C com 0,5% de Lipase B. Em um comparativo de custos de fabricação, a rota química se mostrou mais atrativa em um primeiro momento, porém foi comprovado que com a reutilização da Lipase B, a polimerização enzimática pode ser viabilizada economicamente / Abstract: The advances in modern medicine, dentistry and engineering, combined with the increase of life expectancy, have allowed the development of techniques for biomanufacturing and biomaterials that create a better life quality. These techniques should enable the mimicking of living structures, both in form and function, making it possible to replace defective or missing tissues. In this context the study and application of bioresorbable polyesters as scaffolds in tissue engineering has shown a very promising area of research. Poly(lactic acid), PLA, stands out among the commonly used bioresorbable polyesters due to its excellent biocompatibility and mechanical properties. PLA is a thermoplastic, high strength and is degraded in the body by simple hydrolysis of the ester at a rate that can be controlled. The most common way to obtain high molecular mass PLA is by ring-opening polymerization of the lactic acid cyclic dymer, lactide, and currently the widely used catalyst for biomedical purposes is Stannous Octoate or Sn(Oct)2. However, in order to enable the synthesis of a metal-free material, the use of enzymes as catalysts has attracted the interest of researchers. In addition to being considered non-toxic, the enzyme enables the polymerization under mild conditions with regard to pressure, temperature and pH. The aim of this work was to make a prospective study on the existing techniques for the synthesis of PLA and synthesize it from a chemical route, using Sn(Oct)2 as catalyst, and from a enzymatic route using the biocatalyst Lipase B for future development of biodevices to be used in tissue engineering. The polymer molecular mass was obtained by GPC and its chemical structure was confirmed by FTIR. Thermal properties were studied by DSC and TGA. PLA obtained from the chemical route reached molecular mass equivalent to 8353g.mol-1 after 7 hours of reaction at 160°C with 0,1% Sn(Oct)2. For the enzymatic route, it was found that the polycondensation was more effective compared to the technique of ring opening of lactide and polymer with a molecular mass of 1719g.mol-1 was obtained after 77 hours reaction time at 70°C with 0,5% of Lipase B. Comparing manufacturing costs, chemical route were more attractive at first, but it was proven that with Lipase reuse enzymatic polymerization can be economically viable / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T10:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavallieri_AngeloLuizFazani_M.pdf: 989418 bytes, checksum: babcf5e74dc6ff4aa7b552001a22f631 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Proteínas e polissacarídeos correspondem a biopolímeros muito utilizados pela indústria de alimentos devido às suas características funcionais, porém apresentam uma incompatibilidade natural quando em soluções. Sistemas compostos por proteínas do soro e xantana foram avaliados neste trabalho em diferentes condições de pH, com as proteínas nativas e desnaturadas termicamente. Análises de eletroforese em gel de poliacrilamida foram realizadas para verificar o efeito do tratamento térmico nas proteínas do soro, mostrando que o aquecimento de soluções de proteínas do soro a 80oe por trinta minutos causou a formação de grandes agregados protéicos estabilizados principalmente por interações dissulfídicas. Estes agregados tiveram influência marcante no comportamento de fases destas proteínas com a xantana. Soluções nativas de isolado protéico de soro 5% (p/p) e xantana entre 0,01 % a 1 % se revelaram compatíveis, porém quando as proteínas foram termicamente desnaturadas, estes sistemas se mostraram termodinamicamente incompatíveis, separando em duas fases. Um diagrama de fases capaz de descrever a região de incompatibilidade termodinâmica desses sistemas foi determinado, porém limitações experimentais atribuídas principalmente à ineficiência da ultracentrifugação na separação das fases incompatíveis quando as soluções possuem elevada viscosidade impediu a determinação da binodal de equilíbrio. O principal mecanismo termodinâmico envolvido na incompatibilidade termodinâmica seria a baixa entropia quando as proteínas do soro estão agregadas, porém efeitos de volume excluído entre os agregados e as grandes moléculas de xantana também poderiam estar envolvidos nesta incompatibilidade, principalmente quando as soluções são diluídas. A técnica reológica conhecida como compressão biaxial imperfeita com lubrificação foi adequada na determinação de diferenças de consistência de géis ácidos de isolado protéico de soro 7% (p/p). As soluções (48h armazenamento/10°C) apresentaram estabilização de pH entre 3,36 e 5,63 e os índices de comportamento do fluido em regime extensional variaram entre 0,19 e 0,43, enquantoque..os. Indices .deconsistência . extensional. variaramentre.131.eA127 kPa.sn, indicando o caráter pseudoplástico destes géis. Os géis mais consistentes foram obtidos nos pHs 4,73 e 5,10. Interações dissulfídicas foram responsáveis pela estabilização dos agregados no tratamento térmico e podem estar envolvidas no processo de gelificação, enquanto que interações eletrostáticas seriam as principais envolvidas na agregação das proteínas durante a redução do pH / Abstract: Proteins and polysaccharides are two biopolymers widely used in food industry for their functional characteristics, but these biopolymers show natural thermodynamic incompatibility in solution. Native and heat denatured whey proteins and xanthan systems were studied in this work in different pH conditions. Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) analysis was used to verify the effect of heat treatment on whey proteins showing that the experimental conditions (80OC for 30 minutes) caused protein aggregation in large aggregates stabilized mainly by disulfíde interactions. The large protein aggregates had great influenceon phase behavior between such proteins and xanthan. Native whey protein (5% w/w) and xanthan (0,01-1% w/w) solutions are soluble, but such solutions beco me not soluble and show thermodynamic incompatibility, when the proteins are heat denatured. A phase diagram was established and it was able to describe the concentration region of ingredients incompatibility. The binodal line was not drawn due to experimental limitations, probably associated to the inefficiency of the uJtracentrifugation to separate the incompatible phases of high viscosity. Low mixture entropy due to protein aggregation is the main thermodynamic event leading to phase separation of this systems, but excluded volume effects between protein aggregates and great xanthan molecules could be involved in this incompatibility, mainly for diluted solutions. Imperfect lubricated squeezing flow viscosimetry analysis was able to distinguish consistency differences in acidified whey protein isolate (7% w/w) gels. The pH of whey protein solutions (48h storage/10°C) was stabilized between 3,36 and 5,63 and the flow index values under extensional fJow were between 0,19 and 0,43, while the consistency index values under extensíonal flow were between 131 and 4127 kPa.sn, indicating the shear thinning behavior of such gels. The strongest gels were obtaíned in the pH range between 4,73 and 5,10. Disulphide interactions were responsible for protein aggregation caused by the heat treatment, while eJectrostatic interactions could be the mainly factor determining protein aggregation duríng pH reduction / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Nous étudions la relation structure/propriétés d'hydrogels rigides composés d'un nouveau polysaccharide géant, le sacran. Ce nouveau polysaccharide possède une longueur de contour supérieure à 10 µm et une longueur de persistance intrinsèque d'à peu près 60 nm. Ainsi la réticulation de ces chaines polysaccharides est capable de former des réseaux dits rigides, dans lesquels la taille de maille est contrôlée par des segments de chaines rigides. A partir du sacran, des hydrogels physiques (liaisons transitoires) et chimiques (liaisons covalentes) ont été fabriqué dans l'optique d'observer des différences comportementales entre ces réseaux. La formation de réseaux rigides de sacran à être démontrée par l'utilisation de la microrhéologie non-conventionnelle par DWS permettant le suivi de la dynamique d'une chaine polymère individuelle composant le réseau. Différentes signatures rhéologiques propres à ces réseaux rigides ont été mises en évidence et des propriétés de strain-hardening ont été observées dans le régime non-linéaire des gels chimiques de sacran, et plus étonnamment des gels physiques également. Les strain-hardening observés pour les gels chimiques de sacran, grands devant ceux reportés dans la littérature, ont pu être modélisés permettant l'obtention des paramètres structurant ces réseaux et conduisant à leur durcissement. / We study the relationship structure/properties of rigid hydrogels composed of a new giant polysaccharide, sacran. This novel polysaccharide has a contour length larger than 10 μm and an intrinsic length of persistence of approximately 60 nm. By crosslinking the chains of this polysaccharide we expect prepare rigid networks, in which the mesh size is controlled by rigid chain segments. Physical (transient bonds) and chemical hydrogels of sacran have been prepared and their rheological properties have been studied. The formation of rigid networks of sacran has been demonstrated by using the non-conventional microrheology by DWS allowing to characterize the dynamics at single chain scale of the network. Different specific rheological signatures of these rigid networks have been highlighted and strain-hardening properties have been observed in the non-linear regime for the chemical gels, as well as for the physical gels. The strain-hardening observed for the chemical gels, which are large compared to those of other biopolymers reported in the literature, were modeled to obtain the structural parameters of these networks which lead to their hardening.

Les films polyélectrolytes ont émergé comme un outil polyvalent dans le domaine desbiomatériaux et de l’ingénierie tissulaire. Dans cette étude, nous avons conçu des films à base debiopolymère, dont la rigidité peut être modulée par photo-réticulation. L’adhésion de bactéries etde cellules mammifères sur ces films a été étudiée. Une telle manipulation de rigidité superficielleconduit à une réponse différentielle des bactéries et des cellules mammifères. Les bactéries àGram négatif présentent une meilleure croissance sur des films nous alors que les cellulesmammifères préféraient les films plus rigides. Ces films ont été spatialement structurés à l’aided’un photomasque, permettant de créer des zones adjacentes de rigidité variable et de formecontrôlée. Les motifs photostructurés ont conduit les cellules à s’organiser préférentiellement surles zones les plus rigides. Une étude comparative a été réalisée avec des micropatronsbiochimiques. Les résultats ont montré des réponses similaires pour trois types cellulairesdifférents. Ces films offrent des perspectives intéressantes pour l’ingénierie tissulaire et pour letest de médicaments. / Polyelectrolyte multilayers have emerged as a versatile tool in the field of biomaterials and tissueengineering. In this study, photocrosslinkable polyelectrolyte films based on biopolymers whosestiffness can be easily tuned by UV irradiation were prepared. Then, they were tested againstbacteria and mammalian cells to address the influence of the film stiffness on cell behavior. Suchsuperficial stiffness manipulation resulted in differential response of bacteria and mammaliancells. Gram negative bacteria evidenced better growth on softer films while various mammaliancells preferred stiffer films. Stiffness patterns of various geometries and sizes were generated byexposing the films to the UV light through a photomask incorporated in transparent substrates.The patterned films composed of stiff motifs distributed in a soft background induced apreferential spatial organization, which depended on pattern shape and size. A comparative studywith commercial biochemical patterns revealed similar pattern fidelity for three differentmammalian cell types. Such mechanical patterns on a 2D film appear promising for futureapplications in tissue engineering or for drug screening.

Parmi les composants de la biomasse, la lignine est considérée comme l'un des plus prometteurs polymères naturels qui convient à la conversion de la biomasse en valable produits chimiques et matériaux. Malgré une grande quantité de lignine est générée dans l'industrie papetière, seule 2% est exploitée dans l'industrie chimique. La présence de soufre et la grande diversité moléculaire sont les principaux obstacles pour l'utilisation de la lignine. La modification chimique a été reconnue comme un outil pour contourner ces limites. Dans cette thèse, différentes stratégies de synthèse ont été appliquées pour introduire de nouveaux groupes chimiques sur une soude lignine que présents une haute fonctionnalisation de groups hydroxyles. Les dérivés correspondants de lignine ont été utilisés soit pour l’élaboration des matériaux par click polymérisations, soit pour augmenter l’hydrophobicité de la lignine à la fine de faciliter son traitement avec des matrices polymériques. / Among biomass components, lignin is considered one of the most promising natural polymers suitable for the conversion of biomass into renewable added-value chemicals and materials. However, large amount of lignin generated from wood pulping industry is burn as low cost energy source, and only 2% is exploited in the chemical industry. The presence of sulphur moieties and the large molecular diversity are the most reasons impeding the use of lignin as building blocks for the production of chemicals and materials. Chemical modifications have been acknowledged to be an important tool to circumvent these limitations. In the current work, taking advantage of the high hydroxyl groups content of a sulphur free soda lignin (SL), different synthetic strategies have been applied to introduce new chemical groups and used either to produce lignin derivatives suitable for “click” polymerization either to increase lignin hydrophobicity, facilitating its processing in polymeric matrices.