CNPq / A lasiodiplodana é uma β-glucana exocelular que apresenta funcionalidades biológicas como atividade antioxidante, antiproliferativa, hipocolesterolêmica, atividade protetora contra danos no DNA induzidos por doxorubicina e atividade hipoglicêmica. A derivatização química de macromoléculas polissacarídicas tem sido considerada como um mecanismo potencializador de bioatividade. Neste cotexto, o presente trabalho propôs a derivatização da lasiodiplodana por acetilação. Anidrido acético foi utilizado como agente derivatizante e piridina como catalisador e meio reacional. Os derivados obtidos foram avaliados quanto a hidrossolubilidade, grau de substituição (DS), potencial antioxidante, e caracterizados por espectroscopia no infravermelho (FT-IR), análise termogravimétrica, calorimetria diferencial de varredura, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Derivados acetilados com diferentes graus de substituição (1,26; 1,03; 0,66 e 0,48) foram obtidos, havendo correlação entre a concentração do agente derivatizante e o DS. A análise de espectroscopia FT-IR confirmou a inserção de grupos acetil nas biomacromoléculas derivatizadas (LAS-AC) através de bandas especificas referentes a grupo carbonila (C=O) e aumento na vibração C-O. Análise por MEV indicou que a lasiodiplodana nativa apresenta estrutura morfológica na forma de filme fino, com aspecto translucido e dobras ao longo de sua extensão. A derivatização levou a mudanças morfológicas no polímero, incluindo aspectos de espessura, translucidez e aglomeração do filme. A análise térmica indicou que a amostra nativa e o derivado com DS 0,48 apresentaram três estágios de perda de massa. O primeiro estágio ocorreu até 125 °C (perda de água) e houve dois eventos consecutivos de perda de massa (200 °C - 400 °C) atribuídos a degradação da molécula. As amostras com DS 1,26; 1,03 e 0,66 apresentaram quatro estágios de perda de massa. O primeiro estagio ocorreu até 130 °C (perda de água), na sequencia dois eventos consecutivos de perda de massa (200°C – 392 °C) atribuídos a degradação do biopolímero foram verificados. O quarto estágio ocorreu entre 381 °C e 532 °C (decomposição final) com picos exotérmicos entre 472 °C e 491 °C. Os padrões da difração de raios X demonstraram que a lasiodiplodana nativa e acetilada apresentam estrutura amorfa com regiões semicristalina. A derivatização não contribuiu para a solubilidade da macromolécula mas potencializou sua capacidade antioxidante. A acetilação da lasiodiplodana permitiu a obtenção de uma nova biomacromolécula com maior potencial antioxidante do que a molécula nativa e com propriedades tecnológicas aplicáveis em diversos setores industriais. / Lasiodiplodan is an exocellular β-glucan with biological functionalities such as antioxidant, antiproliferative, hypocholesterolemic, protective activity against DNA damage induced by doxorubicin and hypoglycemic activity. Chemical derivatization of polysaccharide macromolecules has been considered as a potentiating mechanism for bioactivity. In this context, this work proposes the derivatization of lasiodiplodan by acetylation. Acetic anhydride was used as derivatizing agent and pyridine as catalyst and reaction medium. The derivatives obtained were evaluated by its water solubility, degree of substitution (DS), antioxidant potential, and characterized by infrared spectroscopy (FT-IR), thermal analysis, differential scanning calorimetry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Acetylated derivatives with different degrees of substitution (1.26; 1.03; 0.66 and 0.48) were obtained, and there was correlation between the concentration of derivatizing agent and DS. FT-IR spectroscopy analysis confirmed the insertion of acetyl groups into derivatized macromolecules (LAS-AC) through of specific bands concerning to carbonyl group (C = O) and increase in C-O vibration. SEM analysis indicated that native lasiodiplodan presents morphological structure in the form of thin films with translucent appearance and folds along its length. Derivatization led to morphological changes in the polymer, including aspects thickness, translucency and agglomeration. Thermal analysis indicated the native sample and derivative with DS 0.48 presented three weight loss stages. The first stage occurred until 125 ° C (loss of water) and there were two consecutive events of weight loss (200 ° C - 400 ° C) attributed to molecule degradation. Samples with DS 1.26; 1.03 and 0.66 demonstrated four weight loss stages. The first stage occurred until 130 ° C (loss of water), following by two consecutive events of weight loss (200 ° C - 392 ° C) attributed to degradation of the biopolymer. The fourth stage was between 381 ° C and 532 ° C (final decomposition) with exothermic peaks between 472 ° C and 491 ° C. X-ray diffraction patterns showed that native and acetylated lasiodiplodan have amorphous structure with semicrystalline regions. Derivatization did not contribute to increased solubility of the macromolecule, but potentiated its antioxidant capacity. Acetylation of lasiodiplodan allowed to obtaining a new macromolecule with higher antioxidant potential than the native molecule and with technological properties applicable in various industrial sectors.

Nesse estudo foram produzidas micropartículas de carboximetilcelulose (CMC) e carbonato de cálcio (CaCO3) e a superfície do material foi caracterizada através da determinação da acidez e alcalinidade total, obtendo-se uma quantidade de 4,7 mEg g-1 de grupos básicos e 0,8 mEg g-1 de grupos ácidos, e do ponto de carga zero (pHPCZ), sendo o valor encontrado para pHPCZ 8,77. As micropartículas também foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura, confirmando a interação entre a CMC e o CaCO3. Neste material foi imobilizado o fármaco diclofenaco de sódio (DS) usando três metodologias diferentes, chamadas ADS, IDS2 e IDS3. A metodologia ADS mostra a adsorção do DS nas micropartículas em pH 4, 5,5 e 7, e nas metodologias IDS2 e IDS3 o fármaco é incorporado simultaneamente com a produção das micropartículas. Observou-se na metodologia ADS que o pH tem grande influência na adsorção do DS e que o maior valor obtido foi de 0,88 mg g-1 em pH 4. Nas metodologias IDS2 e IDS3 a quantidade de DS liberado foi de 3,65 mg L-1 e 2,84 mg L-1, respectivamente. Para o DS adsorvido nas micropartículas, as análises de infravermelho mostram a presença de um pico em 2900 cm-1 que pode indicar a presença do fármaco e nas análises de difratometria de raios-X e MEV não foi possível verificar a interação entre o DS e as micropartículas. Devido aos baixos valores de imobilização do DS e para comparação da capacidade de adsorção das micropartículas com diferentes compostos, os estudos de adsorção foram realizados com o corante azul de metileno (AM). A adsorção do AM foi realizada em pH 7 e 9,5 e foi observado que adsorção é maior em pH 9,5 e a quantidade máxima adsorvida foi de 0,29 mg g-1. Os modelos matemáticos das isotermas de Langmuir, Freundlich e Dubinin-Radushkevich representam bem o comportamento de adsorção do AM, com R2 maior que 0,9. No entanto, o valor experimental para a capacidade máxima de adsorção (0,2517 mg g-1) está mais próximo do encontrado para a isoterma de Langmuir (0,3055 mg g-1). A cinética de adsorção do AM seguiu o modelo de pseudo-segunda ordem com R2 de 0,9975 e capacidade de adsorção de 0,3889 mg g-1, valor próximo ao obtido experimentalmente que foi de 0,3840 mg g-1. / In this study, microparticles carboxymethylcellulose (CMC) and calcium carbonate (CaCO3) were produced and the material surface was characterized by determining the total acidity and alkalinity, it was observed an amount 4.7 mEg g-1 basic groups and 0.8 mEg g-1 acid groups, and the zero charge point (pHPZC), the value found for pHPZC 8.77. The microparticles were also characterized by infrared spectroscopy, Xray diffraction and electron microscopy scanning, confirming the interaction between the CMC and the CaCO3. In this material was immobilized the diclofenac sodium drug (DS) using three different methodologys, named ADS, IDS2 and IDS3. The methodology ADS, show the adsorption of DS in the microparticles at pH 4, 5.5 and 7, and IDS2 and IDS3 methodology, the drug was incorporated simultaneously with the microparticles production. It was observed in the ADS methodology, that the pH is great influences on the DS adsorption, and the higher value obtained was 0.88 mg g-1 at pH 4. The IDS2 and IDS3 methodology the quantity of released DS was 3.65 mg L-1 e 2.84 mg L-1, respectively. For the DS adsorbed in the microparticles, infrared analysis shows the presence of a peak at 2900 cm-1 may indicate the presence of drug and the diffraction X-ray and SEM analysis it was not possible to verify the interaction between the microparticles and DS. Due to the low DS values immobilization and for comparing the adsorption capacity of the microparticles with different compounds, adsorption studies were realized with methylene blue dye (MB). The adsorption of MB was done at pH 7 and 9.5, and it was observed that adsorption is highest at pH 9.5 and the maximum adsorbed quantity was 0.29 mg g-1. The mathematical models of Langmuir, Freundlich and Dubinin- Radushkevich isotherms well represented the MB adsorption behavior, with R2 larger than 0,9. However the experimental value for the maximum adsorption capacity (0.2517 mg g-1) is found closer to the Langmuir isotherm (0.3055 mg g-1). The MB adsorption kinetics follows the model of pseudo-second order with R2 of 0.9975 and adsorption capacity of 0.3889 mg g-1, value close to that obtained experimentally that was 0.3840 mg g-1.

CNPq / A lasiodiplodana é uma β-glucana exocelular que apresenta funcionalidades biológicas como atividade antioxidante, antiproliferativa, hipocolesterolêmica, atividade protetora contra danos no DNA induzidos por doxorubicina e atividade hipoglicêmica. A derivatização química de macromoléculas polissacarídicas tem sido considerada como um mecanismo potencializador de bioatividade. Neste cotexto, o presente trabalho propôs a derivatização da lasiodiplodana por acetilação. Anidrido acético foi utilizado como agente derivatizante e piridina como catalisador e meio reacional. Os derivados obtidos foram avaliados quanto a hidrossolubilidade, grau de substituição (DS), potencial antioxidante, e caracterizados por espectroscopia no infravermelho (FT-IR), análise termogravimétrica, calorimetria diferencial de varredura, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Derivados acetilados com diferentes graus de substituição (1,26; 1,03; 0,66 e 0,48) foram obtidos, havendo correlação entre a concentração do agente derivatizante e o DS. A análise de espectroscopia FT-IR confirmou a inserção de grupos acetil nas biomacromoléculas derivatizadas (LAS-AC) através de bandas especificas referentes a grupo carbonila (C=O) e aumento na vibração C-O. Análise por MEV indicou que a lasiodiplodana nativa apresenta estrutura morfológica na forma de filme fino, com aspecto translucido e dobras ao longo de sua extensão. A derivatização levou a mudanças morfológicas no polímero, incluindo aspectos de espessura, translucidez e aglomeração do filme. A análise térmica indicou que a amostra nativa e o derivado com DS 0,48 apresentaram três estágios de perda de massa. O primeiro estágio ocorreu até 125 °C (perda de água) e houve dois eventos consecutivos de perda de massa (200 °C - 400 °C) atribuídos a degradação da molécula. As amostras com DS 1,26; 1,03 e 0,66 apresentaram quatro estágios de perda de massa. O primeiro estagio ocorreu até 130 °C (perda de água), na sequencia dois eventos consecutivos de perda de massa (200°C – 392 °C) atribuídos a degradação do biopolímero foram verificados. O quarto estágio ocorreu entre 381 °C e 532 °C (decomposição final) com picos exotérmicos entre 472 °C e 491 °C. Os padrões da difração de raios X demonstraram que a lasiodiplodana nativa e acetilada apresentam estrutura amorfa com regiões semicristalina. A derivatização não contribuiu para a solubilidade da macromolécula mas potencializou sua capacidade antioxidante. A acetilação da lasiodiplodana permitiu a obtenção de uma nova biomacromolécula com maior potencial antioxidante do que a molécula nativa e com propriedades tecnológicas aplicáveis em diversos setores industriais. / Lasiodiplodan is an exocellular β-glucan with biological functionalities such as antioxidant, antiproliferative, hypocholesterolemic, protective activity against DNA damage induced by doxorubicin and hypoglycemic activity. Chemical derivatization of polysaccharide macromolecules has been considered as a potentiating mechanism for bioactivity. In this context, this work proposes the derivatization of lasiodiplodan by acetylation. Acetic anhydride was used as derivatizing agent and pyridine as catalyst and reaction medium. The derivatives obtained were evaluated by its water solubility, degree of substitution (DS), antioxidant potential, and characterized by infrared spectroscopy (FT-IR), thermal analysis, differential scanning calorimetry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Acetylated derivatives with different degrees of substitution (1.26; 1.03; 0.66 and 0.48) were obtained, and there was correlation between the concentration of derivatizing agent and DS. FT-IR spectroscopy analysis confirmed the insertion of acetyl groups into derivatized macromolecules (LAS-AC) through of specific bands concerning to carbonyl group (C = O) and increase in C-O vibration. SEM analysis indicated that native lasiodiplodan presents morphological structure in the form of thin films with translucent appearance and folds along its length. Derivatization led to morphological changes in the polymer, including aspects thickness, translucency and agglomeration. Thermal analysis indicated the native sample and derivative with DS 0.48 presented three weight loss stages. The first stage occurred until 125 ° C (loss of water) and there were two consecutive events of weight loss (200 ° C - 400 ° C) attributed to molecule degradation. Samples with DS 1.26; 1.03 and 0.66 demonstrated four weight loss stages. The first stage occurred until 130 ° C (loss of water), following by two consecutive events of weight loss (200 ° C - 392 ° C) attributed to degradation of the biopolymer. The fourth stage was between 381 ° C and 532 ° C (final decomposition) with exothermic peaks between 472 ° C and 491 ° C. X-ray diffraction patterns showed that native and acetylated lasiodiplodan have amorphous structure with semicrystalline regions. Derivatization did not contribute to increased solubility of the macromolecule, but potentiated its antioxidant capacity. Acetylation of lasiodiplodan allowed to obtaining a new macromolecule with higher antioxidant potential than the native molecule and with technological properties applicable in various industrial sectors.

Polímeros oriundos de fontes não renováveis são amplamente utilizados na produção de embalagens e para uso na agricultura, em confecção de estufas, sacos para produção de mudas e filmes para cobertura de solo. Estes plásticos são resistentes à degradação e após utilização passam a ser um problema ambiental, portanto, o desenvolvimento de materiais biodegradáveis é uma necessidade, visto que são produzidos de fontes renováveis e decompõem-se rapidamente, diminuindo o impacto sobre o meio ambiente. O reaproveitamento total ou parcial de resíduos perigosos, como os de couro curtido ao cromo III, também tem sido alvo de pesquisas por gerar um ganho ambiental se comparado a disposição em aterros indunstriais para resíduos perigosos. Dentro deste contexto, no presente trabalho foram produzidos filmes de gelatina comercial e filmes de gelatina extraída de resíduo de couro curtido ao cromo III, em associação a plastificante e enzima transglutaminase (TGase) como agente reticulante. A enzima TGase foi estatisticamente significativa nas propriedades de solubilidade, ângulo de contato e elongação dos filmes produzidos com gelatina comercial. Para os filmes produzidos com gelatina extraída de resíduo de couro curtido ao cromo III, a enzima TGase atuou de forma estatisticamente significativa nas propriedades de solubilidade, umidade, ângulo de contato, permeabilidade ao vapor d água e tensão de ruptura dos filmes. As análises térmicas mostraram que a reticulação enzimática aumentou a estabilidade térmica dos filmes. A análise de infravermelho evidenciou a reticluação da enzima transglutaminase nos filmes pelo deslocamento das bandas. No teste de biodegradabilidade em solo simulado, os filmes degradaram-se em 24 horas, comprovando que o polímero é biodegradável. Este estudo demonstrou a viabilidade da utilização de gelatina recuperada de um resíduo para produzir filmes biodegradáveis com melhorias na suas propriedades com adição de um agente reticulante. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / Polymers from non-renewable sources are widely used in the production of packaging and for use in agriculture, in the manufacture of greenhouses, bags for the production of seedlings and films for soil cover. These plastics are resistant to degradation and after use become an environmental problem, therefore, the development of biodegradable materials is a necessity, since they are produced from renewable sources and decompose rapidly, reducing the impact on the environment. The total or partial reuse of hazardous wastes, such as chrome-tanned leather III, has also been the subject of research for generating an environmental gain compared to disposal in industrial landfills for hazardous waste. In this context, commercial gelatin films and gelatin films extracted from leather residue to chromium III, in combination with plasticizer and enzyme transglutaminase (TGase) as crosslinking agent were produced in the present work. The enzyme TGase was statistically significant in the properties of solubility, contact angle and elongation of the films produced with commercial gelatin. For the films produced with gelatine extracted from chromium III tanned leather residue, the enzyme TGase was statistically significant in the properties of solubility, humidity, contact angle, water vapor permeability and rupture stress of the films. Thermal analysis showed that enzymatic crosslinking increased the thermal stability of films. Infrared analysis evidenced the reticulation of the transglutaminase enzyme in the films by the bands displacement. In the biodegradability test in simulated soil, the films degraded in 24 hours, proving that the polymer is biodegradable. This study demonstrated the feasibility of using gelatine recovered from a residue to produce biodegradable films with improvements in its properties with the addition of a crosslinking agent.

Orientador: Edison Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T04:51:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_JoaoViniciosWirbitzkida_M.pdf: 8775567 bytes, checksum: 35a926d080f0ec01d62b71fe89882b3d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: As pastilhas de freio são materiais compósitos que têm sido constantemente aperfeiçoadas, principalmente pela substituição por materiais que melhorem o desempenho destes elementos ou diminuam os impactos ao homem e ao meio ambiente. Com a procura de materiais de fontes renováveis para substituir materiais sintéticos, a lignina, uma macromolécula natural encontrada em vegetais e abundantemente na madeira, se torna uma alternativa altamente viável para emprego em diversos tipos de materiais, entre eles os materiais compósitos. O objetivo desta pesquisa é desenvolver resinas com substituição parcial da resina fenólica por teores diversos de lignosulfonato de amônio e estudar o comportamento de pastilhas de freios fabricadas com tais resinas e reforçadas com fibras de aramida. São empregados ensaios analíticos de caracterização (FT-IR, DSC, TGA, DMA, ângulo de contato, MEV e EDS) e métodos já utilizados na indústria automobilística (ensaio Krauss e desgaste) para caracterizar e verificar o desempenho desses materiais. O lignosulfonato, apesar de possuir menos grupos fenólicos disponíveis para a reação de reticulação que o próprio fenol livre, é capaz de reagir formando uma matriz polimérica, porém as propriedades tribológicas ficam um pouco comprometidas. O coeficiente de atrito médio encontrado é de aproximadamente µm=0,4, um pouco acima dos valores de pastilhas comerciais, entretanto apresentam boa estabilidade quanto ao desempenho dos freios e ao desgaste. A estrutura do compósito vista com auxílio de microscópio eletrônico se apresenta pouco homogênea. Os resultados satisfatórios e compatíveis com os atuais materiais de fricção possibilitam a incorporação desta resina no processo de fabricação de materiais de fricção. / Abstract: Brake pads are composite materials, which have been constantly improved, mainly by the replacement of materials that improve the performance of the braking process, or that reduce the impacts of it on human beings and environment. Through the search for renewable materials to replace the synthetic ones, lignin becomes a highly viable alternative to be employed in several kinds of materials, including the composite ones. Lignin can be found in vegetables and it is plentiful in wood. This research aims to develop a resin with partial replacement of phenolic resin by different contents of ammonium lignosulfonate and to study the behavior of brake pads produced with these resins and reinforced with aramid fibers. Analytical characterization (FT-IR, DSC, TGA, DMA, contact angle, SEM and EDS) and methods commonly used in automotive industry (Krauss method and wear) are used to characterize and verify the performance of these materials. Despite lignosulfonate has less phenolic groups available for reticulation reaction than free phenol itself, it is able to react forming a polymeric matrix, but tribological properties are compromised a bit. Average friction coefficient found is about µm=0,4, a value slightly higher than the one of commercial brake pads. However, they show good stability related to braking performance and wear. Composite structure observed with the aid of scanning electron microscopy shows itself a heterogeneous material. Satisfactory results, compatible with current friction materials, allow the incorporation of this resin in the process of manufacturing friction materials. / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-29T03:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torres_MarcoAntonio_M.pdf: 2067792 bytes, checksum: 4a29bce462549322420c9d13dd7180eb (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: biopolímero denominado quitosana vem sendo reconhecido como uma importante fonte de matrizes para adsorventes em processos de recuperação e purificação de bioprodutos, com novas aplicações em várias áreas do conhecimento como a biotecnologia. Uma importante vantagem nessa utilização é a disponibilidade da quitina na natureza, podendo ser encontrada facilmente na carapaça de crustáceos. A flexibilidade apresentada por essas matrizes se deve principalmente à compatibilidade adsorbato/adsorvente e à possibilidade de modificações estruturais de modo a atender a características diversificadas de interação química e de resistência mecânica. No presente trabalho foi realizada a caracterização reológica de soluções e géis de quitosana, com a determinação das propriedades viscosas e viscoelásticas. As soluções concentradas foram obtidas por dissolução da quitosana em solução de ácido acético e os géis foram obtidos através de modificações da quitosana com a utilização do glutaraldeído, nas concentrações de 2,5g/100ml, 3,Og/100ml e 3,5g/100ml e nas temperaturas de 10°C, 30°C e 50°C. As propriedades viscosas e viscoelásticas das amostras de quitosana foram obtidas com a utilização do reômetro Haake CV20. Esse equipamento pode ser programado para trabalhar em dois métodos de obtenção de dados experimentais. No método de cisalhamento permanente, as propriedades obtidas são representativas do comportamento viscoso das amostras, através da obtenção das seguintes variáveis: tensão de cisalhamento, taxa de cisalhamento e viscosidade de cisalhamento. No método de cisalhamento oscilatório, as propriedades determinadas são representativas do comportamento viscoelástico das amostras, através da obtenção das seguintes variáveis: módulo de rigidez, módulo de dissipação e viscosidade complexa. Foi realizada a interpretação da correlação estrutura - propriedade apresentada pela quitosana e pelos géis modificados através da reticulação com glutaraldeído. Foram atribuídos modelos específicos para o comportamento reológico das soluções e géis de quitosana. A determinação dos parâmetros nas diversas faixas estudadas permite concluir que é possível preparar e caracterizar a quitosana na forma de soluções concentradas e na forma de géis de acordo com a concentração e ° grau de reticulação das amostras analisadas / Abstract: The chitosan biopolymer has recently being appointed as an important source of matrices used as adsorbents in processes for the recovery and purification of bioproducts, with new applications in areas such as biotechnology. An important advantage is that chitin occurs naturally and is commonly found in crustacean shells. The flexibility exhibited by these matrices became from the compatibility adsorbate/adsorbent and the possibility of structural modifications to satisfy diversified characteristics of chemical interaction and mechanical strength. In this work, the rheological characterization of chitosan solutions and gels was carried out in order to investigate viscosity and viscoelasticity properties. The concentrated solutions were prepared by dissolving chitosan with acid acetic solution and the gels were prepared by adding glutaraldehyde, solutions at different concentrations of 2,5g/100ml, 3,Og/100ml and 3,5g/100ml and temperatures of 10°C, 30°C and 50°C. The viscosity and viscoelasticity properties of chitosan samples were measured with a rheometer (model Haake CV20). The equipment can be operated in two different ways in order to obtain the experimental data. The first one is the steady shear rheological measurement, where the viscosity properties are described through values for shear stress, shear rate and shear viscosity. The second is the oscillatory shear rheological measurement, where the viscoelasticity properties are described through values for storage modulus, 1055 modulus and complex viscosity. The correlation between structure and properties exhibited by chitosan samples and gels modified by crosslinking with glutaraldehyde were studied. Rheological specific models were adjusted to the experimental data in order to describe the behavior of chitosan solutions and gels. The parameter determinations allow concluding that is possible to prepare and characterize chitosan samples as concentrated solutions and gels depending only on the concentration and the degree of crosslinking of the sample studied. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Mestre em Engenharia Química

O desenvolvimento de biomateriais com aplicações na área da saúde mostram-se cada vez mais importantes e a procura por novos polímeros com propriedades bioativas, biodegradabilidade, atoxicidade são o foco das principais pesquisas em diferentes aplicações médicas e odontológicas. Os materiais capeadores pulpares evoluíram rapidamente na ultima década, sendo que são disponibilizadas atualmente diversas alternativas para uso clínico odontológico. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um novo produto bioestimulador e capeador dentino/pulpar que poderá ser base para o desenvolvimento e recobrimento de scaffolds para reparo das diferentes estruturas dentárias. O desenvolvimento das bandagens BBio e os resultados obtidos nos testes das propriedades físico-químicas (absorção de água, perda de massa e pH), bem como as análises biológicas da morfologia celular e viabilidade celular com MTT a BBio apresentaram dados favoráveis e desejáveis para sua aplicação clínica. A propriedade de liberação de cálcio foi bastante promissora, sendo esta uma condição que dará a diferenciação positiva da BBio como um produto bioestimulador pulpar. Com esses dados pode-se concluir que a mesma se encontra dentro dos parâmetros desejados para o produto final e com propriedades semelhantes aos produtos existentes no mercado, de qualidade e aprovados pelas agências reguladoras. / The development of biomaterials with applications in the health area are increasingly important and the search for new polymers with bioactive properties, biodegradability and toxicity are the focus of the main researches in different medical and dental applications. The pulp capping materials evolved rapidly in the last decade, and several alternatives are now available for clinical dental use. This project aimed to develop a new biostimulating and dentin / pulp capping product that could be the basis for the development and recoating of \"scaffolds\" for repair of different dental structures. The development of the BBio bandages and the results obtained in the physical-chemical properties tests (water absorption, loss of mass and pH), as well as the biological analyzes of the cellular morphology and cell viability with MTT to BBio presented favorable and desirable data for its clinical application. The calcium release property was quite promising, and this is a condition that will give BBio a positive differentiation as a pulp biostimulator product. With this data it can be concluded that it is within the parameters desired for the final product and with properties similar to the products on the market, of quality and approved by the regulatory agencies.

Atualmente existe uma forte tendência mundial para o desenvolvimento de testes in vitro que supram o uso de animais em ensaios de avaliação de segurança. Em 1986 a Diretiva Europeia 86/609/EEC induziu a discussão mundial de redução de testes em animais e a 7ª emenda desta Diretiva, publicada em 2004, determinou a transferência dos ensaios para a avaliação de risco para sistema in vitro. Diferentes abordagens foram desenvolvidas para suprir essa necessidade como, por exemplo, a geração de equivalentes de epiderme, que foi considerada a mais promissora e extensamente investigada. Dois modelos de equivalentes de epiderme (EpiDermTM-MATTEK e EPISKINTM LORÉAL) comercialmente disponíveis foram validados pelo ECVAM (Centro Europeu para a Validação de Métodos Alternativos) e outros modelos de epiderme reconstruída estão sendo desenvolvidos em diferentes laboratórios de pesquisa do mundo. Esses dois modelos são recomendados no Guia 431 (Organização para cooperação e desenvolvimento econômico - OECD) que avalia in vitro a corrosão da pele. No Brasil esta prática ainda é inexistente, porém deverá ser implementada rapidamente para que atenda aos conceitos humanitários internacionais. Sendo assim, este projeto teve como objetivo criar, dentro dos princípios do Guia 431, um equivalente de epiderme e posterior otimização deste processo através da incorporação de uma membrana biopolimérica (PET e colágeno I) como suporte celular. O modelo de epiderme humana reconstruída consiste de um tecido epidérmico diferenciado tridimensionalmente a partir de queratinócitos humanos normais cultivados em um meio quimicamente definido na interface ar-líquido. A validação deste modelo para ensaios de avaliação do potencial corrosivo de substâncias foi realizada seguindo os princípios do Guia 431 da OECD, sendo que quatro substâncias da lista indicada pelo Guia foram testadas: duas corrosivas (Ácido Lático e Ácido Octanóico) e duas não corrosivas (2-bromo Etilbenzeno e Benzilacetona), assim como controles positivo (Acido acético) e negativo (NaCl 0,9%). Os resultados de viabilidade celular após 3 minutos e 1 hora de exposição às substâncias teste demostraram que o nosso modelo permite distinguir as substâncias entre corrosivas e não corrosivas, no entanto não permite a subcategorização das corrosivas em 1A ou 1B/C. Assim, nós demonstramos o potencial do nosso modelo como um método de teste relevante e confiável que pode ser usado para pesquisa e investigação de risco químico. Visando a otimização do modelo, testamos a incorporação de uma membrana biopolimérica eletrofiada de PET e colágeno tipo I como suporte para crescimento celular em substituição ao transwell. A análise histológica das membranas demonstrou que as mesmas são biocompativeis, permitindo adequada adesão e proliferação dos queratinócitos e dos fibroblastos, no entanto, não se observou uma diferenciação adequada com a formação de uma epiderme semelhante à humana (estratos basal, espinhoso, granuloso e córneo). Além disso, a falta de uniformidade e reprodutibilidade nos resultados indicam que é necessário uma otimização dos processos de fabricação das membranas e geração do equivalente epidérmico. Em perspectiva, este equivalente epidérmico poderá ser utilizado para pesquisa e avaliação de risco de fármacos, medicamentos, cosméticos, praguicidas, etc., contribuindo para a geração de métodos alternativos aos testes em animais e inserindo o Brasil na tendência internacional do desenvolvimento de testes para avaliação do risco. / Currently there is a strong global trend towards the development of in vitro tests that fulfill the use of animals in safety evaluation tests. In 1986, the European Directive 86/609/EEC led to the discussion of global reduction of animal testing and the 7th amendment of this Policy, published in 2004, ordered the transfer of the tests for risk assessment for in vitro system. Different approaches have been taking into account to achieve this goal, for example, the development of epidermal equivalents models, which have been considered the most promising and widely studied model. ECVAM (European Centre for the Validation of Alternative Methods) has validated two models of reconstructed epidermis (EpiDermTM - Mattek and EPISKINTM - L\'Oréal) that are commercially available and other models are being developed in different research laboratories in the world. These two models are recommended in Guide 431 (Organisation for Economic Cooperation and Development - OECD) for in vitro evaluation of skin corrosion. In Brazil, this practice is still lacking, but should be implemented quickly so that meets international humanitarian concepts. Therefore, this project aimed the creation, within the principles of Guide 431, of an epidermal equivalent and the optimization of this process through the incorporation of a biopolymer membrane (PET and collagen I) as cellular support. The reconstructed human epidermis (RHE) consists of a differentiated three-dimensional epidermal tissue reconstructed from normal human keratinocytes in a chemically defined medium and air liquid interface growth. The validation of this model for the assessment of skin corrosion potential of substances was performed following the principles of the OECD Guide 431, hereupon four substances from the list indicated by the Guide were tested: two corrosive (lactic acid and octanoic acid) and two non-corrosive (2-phenylethyl bromide and benzylacetone) and positive (acetic acid) and negative (NaCl 0.9%) controls. The cell viability results after 3 minutes and 1 hour of exposure to the test substances indicates that our model is capable of distinguishing the substances among corrosive and non-corrosive. Although they do not, allow the sub-categorization of corrosive in 1A or 1B/C. Thus, we have demonstrated that our model is a potentially relevant and a reliable test method that could be used in research and specifically for the investigation of chemical hazard. To optimize the model, we tested the incorporation of a biopolymer membrane composed of PET and type I collagen as support for cell growth, as a replacement of the transwell. Histological examination of membranes has shown that they are biocompatible, enabling adequate adhesion and proliferation of keratinocytes and fibroblasts. However, there was no adequate differentiation with the formation of a similar human epidermis (stratum basale, spinosum, granulosum and corneum). Moreover, the lack of uniformity and reproducibility of the results indicates that it is still necessary to optimize the membranes production process and the generation of the epidermal equivalent using the membranes as support. In perspective, the developed epidermal equivalent may be used for research and risk assessment of pharmaceuticals, medicines, cosmetics, chemicals, pesticides, among others. This directly contributes to the development of alternative methods able to substitute animal testing in Brazil and follows the international trend of development tests for risk assessment.

M.Sc. (Chemistry) / The extraction of the atropine and scopolamine alkaloids from both Datura ferox and Datura stramonium was carried out in this study to investigate potential of these plants as a source of these alkaloids. Tropane alkaloids such as atropine occur naturally in many members of several plant families, especially the Solanaceae, Erythroxylaceae, Proteaceae and Convolvulaceae families. Hyoscyamine or its racemic mixture atropine is used as an antidote to organophosphate insecticides, or as a nerve agent to dilate the pupil for retina examinations. Scopolamine or hyoscine is used to treat motion sickness, among other uses. Tropane alkaloids are often difficult to synthesise, and their extraction from commercial sources is therefore of some commercial interest. A systematic study was carried by comparing different extraction methods for the efficiencies of tropane alkaloid (TA) extraction at ambient pressure. The two plants selected are already widely spread as weeds in many regions in South Africa and are therefore well adapted to the local conditions. Among the extraction methods, TA’s were extracted in their acidic form using dilute aqueous acids with 5% sulfuric acid giving the highest yield of both atropine and scopolamine. Alternatively, the TA’s were extracted in their basic form from the plant material using basified organic solvents. The overall yields obtained were not significantly different from those obtained by using dilute aqueous acids, with D. ferox giving approximately 0.24 % and 0.0028 % scopolamine and atropine, respectively. D. stramonium on the other hand gave approximately 0.037 % and 0.002% atropine and scopolamine, respectively. Different plant parts were also tested in order to determine if there was an advantage in extracting the tropane alkaloids at a particular time in the growth, but concluded that the best option was to extract the seeds for various reasons such as the presence of relatively less chlorophyll...

Les travaux réalisés au cours de cette thèse traitent et misent en avant l’effet d’associer différents types d’argiles organophiles OMMT (Cloisite®15A et Cloisite®30B) avec le graphène fonctionnalisé époxy (Gr) sur l’ensemble des propriétés fonctionnelles des matrices biodégradables polyacide lactique (PLA), poly (ε-caprolactone) (PCL) et leur mélange PLA/PCL de composition 70/30. Le premier volet est consacré à l’étude des mélanges binaires (PLA/Cloisite® et PLA/Gr) et ternaires (PLA/Cloisite®/Gr) préparés à l’état fondu. L’association des deux renforts OMMT/Gr a amélioré l’ensemble des paramètres rhéologiques de la matrice PLA et contribue à l’apparition d’un comportement viscoélastique pseudo-solide pour les mélanges PLA/Gr en présence des argiles, attribué à un meilleur état de dispersion des couples confirmé par la microscopie électronique à transmission. Les propriétés barrières à la vapeur d’eau, thermiques et thermomécaniques du PLA ont été sensiblement améliorées, particulièrement en présence des couples de nanocharges OMMT/Gr et montrent le grand intérêt des nanobiocomposites PLA/Cloisite®/Gr dans plusieurs applications. La seconde partie est liée aux matériaux nanocomposites à base de la matrice PCL. L’étude rhéologique a confirmé l’intérêt de combiner les nanocharges OMMT et graphène et indique la présence de réseaux 3D dans les nanocomposites PCL/OMMT et PCL/OMMT/Gr. La bonne dispersion des nanocharges a nettement amélioré les propriétés barrières à la vapeur d’eau et la tenue thermique de la PCL. La dispersion des nanocharges et leurs effets sur la miscibilité a fait l’objet de la dernière partie consacrée aux matériaux à base du mélange immiscible PLA/PCL. Des propriétés viscoélastiques très intéressantes ont été obtenues après l’incorporation des mélanges OMMT/Gr, indiquant l’existence d’un bon niveau de distribution des renforts dans la matrice PLA/PCL. La synergie existante entre les nanocharges OMMT et graphène fonctionnalisé époxy a conduit à l’amélioration des propriétés barrières, de la stabilité thermique et de la miscibilité de la matrice. / The work carried out during this thesis highlights the effect of different kinds of organophilic clays OMMT (Cloisite®15A and Cloisite®30B) and/or epoxy functionalized graphene (Gr) on the functional properties of biodegradable polylactic acid (PLA), poly (ε-caprolactone) (PCL) and their mixture PLA/PCL (70/30 mass%). The first part is devoted to study the binary mixtures (PLA/Cloisite® and PLA/Gr) and ternary materials (PLA/Cloisite®/Gr) prepared via melt blending method. The combination of the two fillers (OMMT and Gr) improves all the rheological parameters of the PLA matrix and contributes to the appearance of a pseudo-solid viscoelastic behavior for PLA/Gr composites in the presence of clays, attributed to the better dispersion confirmed by transmission electron microscopy. The water vapor permeability, thermal and thermomechanical properties of PLA have been significantly improved, especially in the presence of hybrids OMMT/Gr and show the great interest of PLA/Cloisite®/Gr ternary nanobiocomposites in several applications. The second part is related to nanocomposite materials based on the biodegradable PCL matrix. The rheological study confirms the advantage of combining the organomodified clays and graphene nanofillers, and indicates the presence of tridimensional networks in the binary nanocomposites PCL/OMMT and PCL/OMMT/Gr. The good state of dispersion of the hybrids nanofillers (OMMT + Gr) has considerably improved the water vapor permeability and the thermal resistance of the PCL matrix. The dispersability of the nanofillers and their effect on the miscibility were the subject of the last part devoted to the PLA/PCL immiscible blend. Very interesting viscoelastic properties were obtained after the incorporation of the OMMT/Gr mixtures, indicating the existence of good level of distribution of nanofillers in the PLA/PCL matrix. The synergy between the OMMT and epoxy functionalized graphene led to the best improvement in term of barrier properties, thermal stability and compatibility of the matrix.