M.Sc. (Pharmaceutical Affairs), Faculty of Health Sciences, University of the Witwatersrand, 2009

O nitrogênio é um dos nutrientes mais importante para o desenvolvimento vegetal e o mais aplicado em diversos cultivos agrícolas. Dentre as fontes nitrogenadas disponíveis, a ureia se destaca pela alta concentração de nitrogênio que remete a diversas vantagens econômicas e operacionais no sistema de produção agrícola. Porém, além da alta propensão a perdas, principalmente por volatilização do gás amônia, tem-se a necessidade do aumento da produtividade de modo ao suprimento da demanda crescente de alimentos, fibras e energia. Considerando estes fatores, uma nova vertente de pesquisa está voltada a aplicação de tecnologias à ureia, os fertilizantes com tecnologia agregada, estes vêm se destacando e disponibilizando alternativas de novos produtos no mercado. Com base no exposto, buscou-se elucidar os seguintes questionamentos: As novas tecnologias aplicadas a ureia possibilitam a redução de perdas por volatilização? As novas tecnologias aplicadas a ureia modificam suas transformações inorgânicas e orgânicas no solo e, em caso de modificação, estas são positivas? O uso de tecnologias aplicadas à ureia reflete em maior longevidade na liberação do nutriente ao solo e, em caso positivo, esta longevidade é vantajosa? A combinação entre produtos de ureia convencional e com tecnologia agregada, pode trazer mais benefícios à cultura do milho do que a aplicação destes isoladamente? A substituição do uso/aplicação da ureia em sua forma tradicional pela ureia com tecnologia agregada, na cultura do milho, é viável economicamente ao produtor? Para responder a estes questionamentos, foram conduzidos três experimentos: análise das frações do nitrogênio provenientes da ureia com inibidores de urease; caracterização da dinâmica de liberação e longevidade de fertilizantes recobertos com polímero e enxofre e; análise da produtividade da cultura do milho submetida a adubação com ureia recoberta com polímero e enxofre. O primeiro experimento permitiu concluir que o uso dos inibidores de urease tem potencial para a redução das perdas por volatilização da amônia, foi possível verificar as transformações sofridas pelo nitrogênio desde a aplicação do grânulo até a disponibilidade das formas minerais, passando a incorporação do nutriente na matéria orgânica. No segundo experimento concluiu-se que os fertilizantes recobertos com polímero e enxofre possuem dinâmica exponencial de liberação, o recobrimento é dependente da temperatura, umidade do solo, tipo de material de recobrimento e processo de recobrimento (espessura), que afetam diretamente a liberação e longevidade destes fertilizantes. O último experimento mostrou que uso dos fertilizantes recobertos com polímero e enxofre aumenta a produtividade, os parâmetros biométricos, os parâmetros nutricionais e a qualidade do grão da cultura do milho. As combinações realizadas entre os produtos recobertos com a ureia convencional são alternativas para o aumento da produtividade resultando em valores superiores a aplicação dos insumos de forma isolada. A combinações de produtos recobertos com a ureia convencional é opção para a redução do investimento e, consequentemente, custo de produção resultante da adoção destas novas tecnologias. / Nitrogen is one of the most important nutrient for plant development and the most applied nutrient in several agricultural crops. Among the available nitrogen sources, urea differ due to the high concentration of nitrogen that result to several economic and operational advantages in the agricultural production system. However, in addition to the high propensity for losses, mainly due to the ammonia volatilization, the need to increase yield in order to supply the growing demand for food, fiber and energy emerge. Considering these factors, a new research area is focused to aggregate technologies to the urea, they call fertilizers with aggregate technology, this type of fertilizers emerges and brings new alternatives about new products available in the market. Based on the above, it was tried to answer the following questions: Does the new technologies applied to urea fertilizer enable the reduction of losses by volatilization? The new technologies applied to urea modify their inorganic and organic transformations in the soil and, if modified, are these positive? Does the use of technologies applied to urea reflect in a longer longevity in the release of the nutrient to the soil and, if so, is this longevity advantageous? Can the combination of conventional urea and aggregate technology products brings more benefits to cons than the application of these alone? Is the substitution of urea in its traditional form by urea with aggregate technology in the maize crop economically viable to the producer? In order to answer these questions, three experiments were conducted: analysis of nitrogen fractions from urea and urea mixed with inhibitors; Dynamics of release and longevity of polymer sulfurcoated fertilizers; Analysis of maize yield submitted to fertilization with polymer and sulfur coated urea. The first experiment allowed concluding that the use of the urea inhibitors has potential to reduce losses by ammonia volatilization, it was possible to verify all the changes undergone by the nitrogen fertilization since the granule until the availability of the mineral forms, including the immobilization of the nutrient in organic matter. In the second experiment, it was concluded that the polymer and sulfur coated fertilizers have exponential dynamics of release, the coating depends on the temperature, soil moisture, type of coating material and coating process (thickness), which directly affects the release and longevity of these fertilizers. The last experiment showed that the use of the coated fertilizers with polymer and sulfur increases the yield, the biometric parameters, the leaf concentration and the quality of grain to the maize crop. The combinations performed between the coated products with conventional urea are alternatives for increasing the yield resulting in higher application values of the inputs in an isolated way. Combinations of coated products with conventional urea is an alternative to reduce investment and consequently the production costs, it will result the adoption of these new technologies.

A indústria de alimentos está constantemente desenvolvendo produtos que fornecem, além de nutrientes, benefícios adicionais à saúde, tais como os enriquecidos com vitaminas. A vitamina D3 (colecalciferol) é sintetizada na pele durante a exposição da luz solar, controla a homeostase de cálcio e fósforo, metabolismo ósseo, pressão arterial e reabsorção renal de cálcio. O processo de microencapsulação vem sendo bastante aplicado em alimentos e um dos objetivos principais é o controle da liberação do agente ativo no momento e local desejado. A tecnologia de spray chilling é interessante para a microencapsulação de vitaminas lipossolúveis. O objetivo deste trabalho foi microencapsular vitamina D3, utilizando o método de spray chilling para a produção das micropartículas lipídicas sólidas (MLS). Para produção das MLS utilizou-se gordura vegetal com ponto de fusão em torno de 48 °C como carreador. Três tratamentos foram estabelecidos: sem aditivos (T1), com adição de 1% de cera de abelha (T2) e com 1% de lecitina de soja (T3). As micropartículas foram caracterizadas quanto à morfologia por microscopia eletrônica de varredura, tamanho médio por difração a laser, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e foi analisada a estabilidade da vitamina D3 durante o armazenamento a 10 e 25 °C, por meio de quantificações periódicas em cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). As micropartículas obtidas foram esféricas, semelhantes morfologicamente e com distribuição monocaudal de partículas. O tamanho médio das partículas variou em função dos seus ingredientes, sendo que as micropartículas produzidas apenas com vitamina e gordura foram menores em relação às demais (83,0% < 100 &micro;m). A espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) demonstrou que não ocorreu interação entre os ingredientes. A estabilidade da vitamina D3 encapsulada foi satisfatória ao longo de 65 dias com valores superiores a 87% para os três tratamentos e a temperatura apresentou influência na estabilidade. As MLS produzidas com cera apresentaram melhores resultados de estabilidade de vitamina D3 com valores de 90,18 ± 2,23 % após 65 dias de estocagem. Esses resultados são promissores e demostram a viabilidade da técnica de spray chilling na produção de MLS carregadas de vitamina D3, possibilitando uma futura aplicação em alimentos. / The food industry is constantly developing products that provide, in addition to nutrients, additional health benefits such as enriched food with vitamins. Vitamin D3 (cholecalciferol), which is synthesized in the skin during exposure of sunlight, controls the homeostasis of calcium and phosphorus, bone metabolism, blood pressure and renal reabsorption of calcium. The microencapsulation process has been widely applied in food and is a key objective to control the release of active agents at specific time and desired location. The spray chilling technology is interesting for microencapsulation of fat-soluble vitamins. The objective of this work was microencapsulating vitamin D3 using the spray chilling method for the production of solid lipid microparticles (SLM). For the production of the SLM it was used vegetable fat with melting point around at 48 °C as a carrier. Three treatments were established: no additives (T1), 1% of beeswax (T2), and 1% soybean lecithin (T3). The morphology of microparticles was characterized by scanning electron microscopy, laser diffraction (average size) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Additionally, vitamin D3 stability was examined during storage at 10 and 25 °C, through periodic measurements by High-performance liquid chromatography (HLPC). The microparticles obtained were spherical with similar morphology and unimodal size distribution. The average particle size varied according to composition wherein microparticles produced with vitamin and fat were lower than other (83.0% of particles smaller than 100 &micro;m). Spectroscopy in the infrared (FTIR) showed that there was no interaction between the components. The stability of vitamin D3 encapsulated was satisfactory over 65 days with values greater than 87% for the three treatments and temperature have any influence on the stability. The SLM produced with wax showed better stability for vitamin D3 with values of 90.18 ± 2.23% after 65 days of storage. These results are promising and demonstrate the feasibility of spray chilling technique in the production of SLM loaded with vitamin D3, allowing future application in foods.

Polímeros naturais têm sido amplamente utilizados como excipientes farmacêuticos, principalmente por serem biocompatíveis e renováveis. O objetivo deste estudo foi investigar a aplicação da resina poliuretânica derivada do óleo de mamona (RPDOM) em formas farmacêuticas gastrorretentivas de liberação controlada. O trabalho aqui apresentado está dividido em quatro capítulos. O capítulo 1 trata-se de uma visão geral sobre a aplicação dos poliuretanos como sistemas de liberação de fármacos, enfatizando os estudos contendo poliuretanos do óleo de mamona. O capítulo 2 trata-se de uma revisão sistemática sobre sistemas gastrorretentivos de liberação de fármacos. O capítulo 3 trata do desenvolvimento e da caracterização da RPDOM contendo fármaco na sua matriz. Domperidona e cloridrato de verapamil foram escolhidos como fármacos modelos devido ao potencial uso desses em formulações gastrorretentivas. Os estudos físico-químicos mostraram que parte da domperidona interagiu quimicamente com a RPDOM. Visto que não é possível a quebra dessa ligação química durante o estudo de dissolução, parte do fármaco ficou indisponível para liberação. Por outro lado, o verapamil foi incorporado com sucesso na RPDOM pelo método de evaporação do solvente. O verapamil interagiu através de forças intermoleculares com o polímero e esse sistema mostrou um promissor perfil de dissolução. O capítulo 4 trata do desenvolvimento de matrizes monolíticas flutuantes, contendo verapamil como fármaco modelo, espuma de polipropileno como excipiente de baixa densidade e um blend da RPDOM e da celulose microcristalina como sistema matricial. A capacidade de flutuação in vitro das matrizes e o controle da liberação do fármaco foram demonstrados. Por fim, a RPDOM mostrou-se um polímero promissor para o uso em sistemas de liberação controlada de fármacos devido a sua hidrofobicidade e para o uso em sistemas gastrorretentivos flutuantes devido à sua baixa densidade. / Natural polymers have been extensively used as pharmaceutical excipients mainly due to their biocompatibility and renewability. The aim of this study was to investigate the application of polyurethane resin from castor oil (PU) in controlled release gastroretentive dosage forms. The work presented herein is divided in four chapters. Chapter 1 is an overview of the application of polyurethanes as drug delivery systems, emphasizing studies containing castor oil-based polyurethanes. Chapter 2 is a systematic review of gastroretentive drug delivery systems. Chapter 3 is about the development and characterization of the PU containing drug in its matrix. Domperidone and verapamil hydrochloride were chosen as model drugs due to their potential use in gastroretentive formulations. Physicochemical studies showed that part of domperidone interacted chemically with PU. Since it is not possible a cleavage of the chemical bond between domperidone and the polyurethane during the dissolution study, part of the drug was not available for release. On the other hand, verapamil was successfully incorporated into PU by solvent evaporation method. Verapamil interacted by intermolecular forces with the polymer and this system showed a promising drug dissolution profile. Chapter 4 shows the development of floating monolithic matrices, containing verapamil as model drug, polypropylene foam as low-density excipient and a blend of PU and microcrystalline cellulose as matrix-forming polymers. The in vitro buoyancy capability of the matrices and the ability to control drug release were demonstrated. Finally, PU proved to be a potential polymer to be used in controlled drug delivery systems due to its hydrophobicity and in gastroretentive floating systems due to its low density.

Os fertilizantes são as fontes de nutrientes mais comuns utilizados no mundo, mas, esses insumos agrícolas apresentam sérias desvantagens quanto a perdas na aplicação (volatilização, lixiviação e/ou imobilização nos solos). Essas desvantagens podem ser controladas e/ou minimizadas pelo uso de revestimentos poliméricos sobre os grânulos. A efetividade desta estratégia depende que o polímero formado apresente boa aderência, reatividade com a superfície do grânulo e homogeneidade na aplicação. Porém, apesar da literatura especializada apresentar vários exemplos de materiais para estes fins, o tema é pouco explorado com relação às propriedades de liberação, tais como avaliação do mecanismo envolvido e de fenômenos (abertura de poros, biodegradação, entre outros fenômenos) que ocorrem no polímero de recobrimento. Assim, o controle cinético da liberação nestes sistemas ainda precisa ser elucidado. Portanto, este estudo avaliou os mecanismos de liberação associados ao uso de barreiras (filmes) protetivas em fertilizantes com enfoque na dinâmica de difusão dos nutrientes, a partir da aplicação de filmes protetivos de poliuretanas (PU) à base de óleo vegetal (mamona) e zeínas em grânulos de fertilizantes nitrogenados e fosfatados. Analisou-se a influência da espessura aplicada, a estabilidade do revestimento, a interface de deposição e o tempo total de liberação em imersão em água e em solo. Os resultados demonstraram que é possível se obter revestimentos com bom desempenho de liberação. Considerando o caso de fertilizante nitrogenado (ureia) notou-se que o uso de revestimento polimérico pode ser preparado para controlar a liberação do nutriente, de maneira satisfatória, conseguindo-se liberação prolongada acima de 40 dias, quando imersos em água. Também, os resultados, em plantio semeado com milho, mostraram que é possível promover menor emissão de N2O (um dos gases do efeito estufa) e melhores rendimentos das culturas, como reduzir, a produção média de N2O por kg de colheita, significativamente. Assim, como observado nos experimentos envolvendo a ureia, também é possível notar para os fertilizantes fosfatados que os resultados obtidos nos experimentos com solo concordaram com os perfis de liberação de fósforo (P) em água, refletindo uma correlação positiva entre os testes de liberação. Em ambos nutrientes (N e P) verificou-se que o controle na liberação é diretamente associado à espessura do revestimento sobre o grânulo. A boa interface apresentada pela resina PU derivada de óleo de mamona sugere que este material possa produzir revestimentos de boa qualidade e longo tempo de liberação com espessura mínima, maximizando assim o aproveitamento de teor total de N e P presente no grânulo. / Fertilizers are the most common source of nutrients used in the world, but it has serious disadvantages in application losses (volatilization, leaching and/or immobilization) which can be controlled or minimized by polymer coatings. The effectiveness of this strategy depends on the formed polymer presenting good adhesion, reactivity with the surface of the granule and homogeneity in the application. However, although the literature presents several examples of materials for these purposes, little is known about the release properties such as evaluation of the mechanism involved and phenomena (pore opening, biodegradation, etc.) in the coating polymer. Thus, the kinetic control of the release in these systems still needs to be elucidated. Therefore, this study evaluated the release mechanisms associated with the use of protective barriers (films) in fertilizers with a focus on nutrient diffusion dynamics. We prepare fertilizer granules coated with polyurethane (PU) based on castor oil and zein. The influence of the applied thickness, coating stability, deposition interface and total release (immersion and soil) time were analyzed. The results demonstrated that it is possible to obtain coatings with good release performance. For nitrogen fertilizer (urea), it has been noted that the use of polymeric coating can be prepared to control the release of the nutrient, achieving prolonged release over 40 days when immersed in water. In addition, the results showed that it is possible to promote lower N2O emission (one of greenhouse gases) and better crop yields as it significantly reduces the production of N2O per kg of grain. Thus, as observed in the experiments involving urea, it is also possible to observe, for phosphate fertilizers, that the results obtained in the soil experiments agreed with the phosphorus (P) release profiles in water, reflecting a positive correlation between water and soil release. In both nutrients (N and P) it was noted that the release control is directly associated with the coating thickness on granule. The good interface presented by PU resin derived from castor oil suggests that this material can produce coatings of good quality and long release time with minimum thickness, thus maximizing the use of N and P total content present in the granule.

Com o grande aumento da população mundial, maior demanda por alimentos e de áreas cultiváveis é necessário uma maior eficiência da agricultura. Dentro deste cenário, um material que libere nutrientes de forma lenta/controlada em níveis necessários para a nutrição da planta garantiria o desenvolvimento da cultura sem carecer de várias aplicações do fertilizante. O aumento da eficiência do fertilizante, a redução da toxicidade no solo pelo uso de biopolímero e a diminuição dos efeitos negativos associados à sobredosagem são algumas das vantagens de materiais de liberação lenta/controlada. O objetivo principal do presente estudo foi a preparação, caracterização e aplicação de estruturas biopolímericas na liberação lenta/controlada de fertilizantes (fertiliberadores) em solo. A motivação principal esteve no preparo de estruturas de quitosana aditada com nutrientes, utilizando a técnica de secagem por atomização (spray drying), e a avaliação da aplicação em solo. O acompanhamento in situ da liberação do nutriente foi feito pela técnica de reflectometria no domínio do tempo (TDR), que monitora a movimentação iônica em sistemas particulados, como é o caso do solo. As estruturas foram preparadas por spray drying, utilizando bico atomizador de duplo fluido ou 2-fluid nozzle (2FN) para o preparo de esferas tipo matricial e, triplo fluido ou 3-fluid nozzle (3FN) para obter cápsulas tipo reservatório (casca-núcleo). As condições e parâmetros de processo em função das características químicas e físicas dos materiais obtidos foram objetos de estudo. As partículas obtidas com sucesso apresentaram diâmetro médio entre 10 e 35 &micro;m, apresentando um retardo na liberação de nutriente em relação ao fertilizante convencional, de 100% para 40 - 60% nas primeiras leituras de teor de potássio durante ensaio de liberação. É importante destacar que o uso da técnica da TDR no monitoramento in situ da liberação do nutriente é inovador na área de materiais aplicados à agricultura e forneceu informações de forma rápida e precisa sobre a eficiência do material no solo. Adicionalmente, foi estudada a relação do tipo de estrutura produzida (cápsula ou esfera) com o mecanismo de liberação em solo e em água. A estrutura casca- núcleo mostrou ser de grande interesse para produzir materiais de liberação controlada de fertilizante. / The large growth in world population and the greater necessity of food and cultivable areas demand an increase on agricultural efficiency. In this scenario, a material which releases nutrientat slowly/controlled levels for plant nutrition would ensure the development of the crop without the multiple fertilizer applications. Some of the advantages of slow/controlled release material are the increase of fertilizer efficiency use, reduce toxicity in soil by use of biopolymer and decrease the negative effects associated with over dosing.The main purpose was the preparation, characterization and application of biopolymers structures in slow/controlled release fertilizer (ferti releasers) in soil. The main motivation of this work was to obtain structures of chitosan and nutrients using the spray drying method. Also, the application and in situ soil monitoring of the nutrient release by time domain reflectometry technique (TDR) was considered. TDR measures the electromagnetic ion movement in particulate systems such as the soil. The structures were prepared by spray drying technique. It was used 2-fluid nozzle (2FN) to prepare sphere or sponge balls structures and 3-fluid nozzle (3FN) to obtain capsule or core-shell structures. Both types of structure were studied. The conditions and process parameters were also studied as a function of chemical and physical characteristics of the materials. The obtained particles had a mean diameter between 10 and 35 &micro;m and it was observed a nutrient release delay in comparison with conventional fertilizer, from 100% to 40 - 60% in the first potassium measurements during the releasing assay. It is noteworthy the use of TDR technique to monitor the in situ nutrient release in the soil is innovative in the area of materials applied to agriculture and it provided information quickly and accurately about material efficiency in the soil, from short to long period. Additionally, it was studied the relationship of the produced structure (capsule or sphere) with the release mechanism in soil and water. The shell-core structure has shown to be of great interest for producing controlled release fertilizer materials.

Oropharyngeal candidiasis is a localised infection in the oropharynx region caused by Candida species, predominately C. albicans. It is commonly spread among immunocompromised patients and aggravated by hyposalivation or xerostomia. Current treatment is by systemic antifungals, which might be accompanied by gastrointestinal tract disorders, headache, allergic reactions and drug interactions or Candida becoming resistant to them. In the present work, the anti-candida activity of chlorhexidine diacetate (CHD) was tested as the drug of choice, it has no systemic side effects and microorganisms do not develop resistance against it. Thymol and farnesol were also tested individually and in combination with CHD to investigate a synergistic effect against Candida planktonic cells. The effects of CHD and thymol were investigated against C. albicans biofilm after two hours exposure by testing the metabolic stress, vacuolar activity and protein content. The results of the anti-Candida activity of CHD and thymol based on the minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum biocidal concentration (MBC) were 2.5 and 5 μg/ml for the former and 125 and 250 μg/ml for the later. Farnesol did not show an MIC and MBC at the investigated concentrations, however, it increased the MIC and MBC of CHD to 5 and 40 μg/ml and of thymol to 250 and >250 μg/ml, respectively. The antibiofilm activity of CHD and thymol was concentration dependent and CHD was more potent than thymol. A concentration of 20 μg/ml and 2 hours treatment of Candida biofilm grown for 24 hours showed an 85% decrease in oxidative stress, 78% and 60% loss of vacuolar activity and protein content, respectively. The combination of both drugs showed a limited increase in the activity. The cytotoxic effects of CHD and thymol were tested on human embryo kidney epithelial cell line (HEK 293); the metabolic stress, lysosomal activity and protein content were tested. The cytotoxic effects were also concentration dependent and the combination have increased the cytotoxicity. A concentration of 20 μg/ml and 2 hours treatment showed a 40% decrease in oxidative stress and neither the lysosomal activity nor protein content of HEK 293 cells was affected by the treatment Finally, a mucoadhesive hydrogel buccal tablets for the controlled release of CHD were designed and prepared to increase the residence time of an effective concentration of CHD in the oral cavity for two hours. They were prepared using Poloxamer 407 (P407), hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and either sorbitol, mannitol or xylitol at different ratios. The tablets were investigated for their physical properties, ex vivo mucoadhesion, the rate of hydration, gelling efficiency using image analysis, differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffractometry (XRD) and in vitro dissolution using Apparatus I and a novel method based on controlled flow rate to mimic salivary drug delivery in the oral cavity. Based on the antibiofilm activity and the cytotoxic effect of CHD a concentration of 20 μg/mL was chosen to be released from the tablets to maintain both efficacy and safety. Accordingly, to maintain this concentration the final formulations were prepared with a 2.5 mg dose of CHD. Tablets analysis showed no chemical interaction with the excipient based on DSC, FTIR and XRD. Furthermore, a novel dissolution method was developed based on a constant flow rate of the dissolution media to mimic oral salivary flow. By comparing CHD release using App I and the flow rate method it was shown that hydrogel-forming tablets successfully controlled the release of CHD regardless of the volume of the dissolution media with approximately 90% release and an average release concentration of 19 μg/ml and 1 ml/min flow rate. This making it a potential candidate for future application for treatment of candidiasis in all types of patients.

Hidrogéis são macromoléculas tridimensionais formadas por polímeros hidrofílicos, os quais são entrecruzados para manter sua estrutura. Quando expostos a água apresentam grande absorção, porém sem sofrer a dissolução. Nesta tese foram preparados hidrogéis para serem aplicados como materiais de liberação controlada de fertilizantes e condicionadores de solo. Os hidrogéis foram sintetizados através de reações de entrecruzamento de goma gelana (GGHA e GGLA) com (i) quitosana (CH), (ii) Jeffamina (JEF), (iii) L-lisina (LYS), (iv) gelatina (GEL) e alginato (ALG) com quitosana (CH). A formação de redes poliméricas foi confirmada por espectroscopia FT-IR e análises térmicas, também evidenciando a estabilidade térmica dessas amostras acima de 200°C. As morfologias dos hidrogéis liofilizados foram observadas por MEV, evidenciando as estruturas abertas e porosas. Os resultados de hidratação dos hidrogéis mostraram altos valores de absorção de água em relação ao seu peso seco, sendo 218 vezes para GGHA:CH, 164 vezes para GGHA:LYS, 145 vezes para GGHA:JEF, 113 vezes para GGHA:GEL e 80 vezes para ALG:CH. Amostras de GGLA apresentaram baixos valores de absorção de água. Os testes de perda de água dos hidrogéis ALG:CH apresentam tempo 59% maior e os hidrogéis de GGHA:CH 100% maior e, aproximadamente 60% maior para os hidrogéis GGHA:LYS, GGHA:JEF e GGHA:GEL quando comparados com a evaporação de água pura. A liberação completa do fertilizante comercial monopotássio de fosfato (MKP) ocorreu em 8 h de imersão dos hidrogéis em água e foi estimada em aproximadamente 400 mg por um grama de polímero, independente do hidrogel utilizado, enquanto os ensaios de liberação controlada do fertilizante nitrogênio, fósforo e potássio (NPK) revelaram liberação de aproximadamente 300 mg de fertilizante por um grama de hidrogel, também independente do hidrogel utilizado. Os resultados obtidos demonstraram a possível utilização de hidrogéis entrecruzados a base de macromoléculas naturais em sistemas de controle de umidade do solo e liberação controlada de fertilizantes. / New hydrogels based on natural macromolecules such as gellan gum, chitosan, alginate, gelatin and lysine were synthetized and characterized by spectroscopic, thermal and microscopic analysis. The samples were also investigated in terms of water absorption and fertilizers release. The samples were obtained by crosslinking reactions of gellan gum (GGHA and GGLA) with (i) chitosan (CH), (ii) Jeffamine (JEF), (iii) L-lysine (LYS) and (iv) gelatin (GEL). The samples of alginate (ALG) and chitosan (CH) were also obtained and characterized. The formation of polymer networks was confirmed by FT-IR spectroscopy and thermal analysis, which revealed the thermal stability of the samples above 200°C. The morphology of lyophilized hydrogels was observed by SEM presenting open and porous structure. Moreover, the results of swelling showed high water absorption values in relation to the samples dry weight. These values were of 218 times for GGHA:CH, 164 times for GGHA:LYS, 145 times for GGHA:JEF, 113 times for GGHA:GEL and 80 times for ALG:CH. GGLA samples showed lower values of water absorption when compared with other samples. The water retention time of hydrogel ALG:CH hydrogels was 59% higher than pure water. For the sample GGHA:CH the water retention time was 100% higher and about 60% higher for the hydrogels GGHA:LYS, GGHA:JEF and GGHA:GEL. The samples were charged with commercial fertilizers such as phosphate monopotassium (MKP) and phosphate monopotassium (MKP), and they were tested as controlled fertilizer release materials for agriculture. It was observed for all samples that a complete release of MKP occurred after 8 h of its immersion in water and was estimated in about 400 mg per one gram of polymer. The controlled release of NPK was in about 300 mg per one gram of hydrogel, independent of the hydrogel composition. In conclusion, all the obtained results revealed that the natural macromolecules-based hydrogels are very promising alternatives for humidity control system and controlled fertilizers release in agriculture.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-14T11:29:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) William Roger Macenhan.pdf: 3712226 bytes, checksum: a7520ccd10d2cb5efa8ebec928e1f80c (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-14T11:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) William Roger Macenhan.pdf: 3712226 bytes, checksum: a7520ccd10d2cb5efa8ebec928e1f80c (MD5) Previous issue date: 2018-11-12 / O adapaleno (ADAP) é uma importante droga amplamente utilizada no tratamento tópico da acne. É um retinoide de terceira geração e fornece ação queratolítica, antiinflamatória e antiseborreica. No entanto, alguns efeitos adversos tópicos, como eritema, secura e descamação foram relatados com sua fórmula comercial. Nesse sentido, a microencapsulação desse fármaco usando poliésteres pode contornar seus efeitos colaterais tópicos e pode levar ao aumento da liberação de fármaco nas glândulas sebáceas. O objetivo deste trabalho foi obter micropartículas de poli (εcaprolactona) (PCL) carregadas com ADAP, preparadas pelo método de emulsão simples / evaporação do solvente. Formulações contendo 10 e 20% de ADAP foram obtidas com sucesso e caracterizadas por estudos morfológicos, espectroscópicos e térmicos. Valores de eficiência de encapsulação acima de 98% foram alcançados. As micropartículas apresentaram forma esférica e superfície lisa. Os resultados de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) não apresentaram ligação química do fármaco-polímero e a técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostrou uma parcial amorfização do fármaco. A permeação do ADAP na membrana Strat-M® para teste de difusão transdérmica foi avaliada por espectroscopia fotoacústica (PAS) na região espectral entre 225 e 400 nm após 15 min e 3 h da aplicação de formulações de PCL carregadas com ADAP. A PAS foi utilizada com sucesso para investigar a penetração de micropartículas de poliéster. Além disso, a microencapsulação diminuiu a difusão transmembrana in vitro do ADAP. / Adapalene (ADAP) is an important drug widely used in topical treatment of acne. It is a third generation retinoid and provides keratolytic, anti-inflammatory, and antiseborrhoic action. However, some topical adverse effects such as erythema, dryness, and scaling have been reported with its commercial formula. In this sense, the microencapsulation of this drug using polyesters can circumvent its topical side effects and can lead to the enhancement of drug delivery into sebaceous glands. The goal of this work was to obtain ADAP-loaded poly(ε-caprolactone) (PCL) microparticles prepared by simple emulsion/solvent evaporation method. Formulations containing 10 and 20% of ADAP were successfully obtained and characterized by morphological, spectroscopic and thermal studies. Values of encapsulation efficiency above 98% were achieved. Microparticles showed spherical shape and smooth surface. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) results presented no drug-polymer chemical bond and differential scanning calorimetry (DSC) technique showed a partially amorphization of drug. ADAP permeation in Strat-M® membrane for transdermal diffusion testing was evaluated by photoacoustic spectroscopy (PAS) in the spectral region between 225 and 400 nm after 15 min and 3 h from application of ADAP-loaded PCL formulations. PAS was successfully used for investigating the penetration of polyester microparticles. In addition, microencapsulation decreased in vitro transmembrane diffusion of ADAP.

A amilose, na presença de agentes complexantes adequados, tende a formar complexos de inclusão. Os mesmos são carregadores promissores, já que os ligantes aprisionados podem ser libertados posteriormente, o que conduz a muitas aplicações. Porém, a utilização da amilose nativa (AM) na formação dos complexos é limitada devido a sua baixa solubilidade em água. Sendo assim, estudos envolvendo a modificação desta molécula tornam-se promissores. O objetivo da presente tese foi preparar complexos de inclusão a partir da amilose nativa (AM) e modificada (AMA) usando como ligantes Rifampicina (RIF), Rodamina B (RB) e o Azul de Bromotimol (AB). Primeiramente, dentre os métodos existentes para modificação, escolheu-se a acetilação. O grau de acetilação foi investigado e a estrutura da amilose foi caracterizada por meio de FTIR, MEV, TGA e DSC. Quando comparada à AM, AMA apresentou maior solubilidade em água. A presença das bandas de absorção no FTIR à 1727, 1240 e 1122 cm-1, confirmaram a acetilação. Os resultados de MEV sugeriram que a superfície lisa da AM foi transformada em uma superfície mais áspera em AMA e as análises de TGA e DSC mostraram uma estrutura instável para a mesma. Após esta etapa os complexos foram produzidos e a influência da temperatura e dos ligantes foi avaliada através da caracterização físico-química. UV-vis, DLS, PZ e MEV foram as técnicas usadas neste processo. As análises de UV confirmaram a formação dos complexos e aqueles desenvolvidos na temperatura de 65°C foram mais eficientes. Dentre estes destacam-se aqueles complexos preparados com RIF. O diâmetro hidrodinâmico médio (dh) dos complexos medidos por DLS variou entre 70 e 100 nm, indicando que os mesmos podem ser utilizados em sistema de liberação controlada. Comparando o dh da AM e AMA, observou-se que os tamanhos são maiores após a complexação, o que pode indicar que para AMA ou a interação forma complexos mais compactos, ou os ligantes não interagiram com a AMA. Análise de PZ mostrou que os complexos AM-RB e AM-AB apresentam alta estabilidade (PZ < -30 mV) e que os demais complexos apresentam valores de PZ próximos da neutralidade, o que pode melhorar a adsorção dos mesmos em sistemas biológicos. Os complexos AMA-RB e AMA-AB não formaram complexos no estado sólido e os demais formaram uma estrutura amorfa após precipitação. Em conclusão, este estudo levou ao desenvolvimento de um método eficaz para a preparação de complexos de inclusão de amilose. / In the presence of suitable complexing agents, amylose tends to form inclusion complexes. This polymer is considered a promisor carrier since the ligands confined in its chains can be released later, leading to various applications. However, the use of native amylose (AM) in complexes formation is restricted due to its low water solubility. Therefore, studies regarding amylose modification become promising. The aim of this thesis was preparing inclusion complexes made of native (AM) and modified (AMA) amylose using rifampicin (RIF), rhodamine B (RB), and bromothymol blue (AB) as ligands. At first, acetylation was the chosen modification among the modified methods described in the literature. The acetylation degree was investigated and the modified macromolecule was characterized using FTIR, SEM, TGA, and DSC analysis. Compared with AM, AMA presented increased water solubility. The presence of absorption bands at 1727, 1240, and 1121 cm-1 confirmed the acetylation. SEM images suggested that the smooth surface of AM was turned into a rougher surface in AMA, while TGA and DSC results showed a less stable structure for AMA. After this step, the complexes were prepared and the influence of the temperature and ligand type was evaluated through physicochemical characterization. UV-Vis, DLS, PZ, and SEM were the techniques used in this process. UV-Vis analysis confirmed complexes formation, revealing that the ones prepared at 65°C were more efficient. Among those, complexes prepared with RIF stand out. The average hydrodynamic diameter (dh) of the complexes measured by DLS ranged from 70 to 100 nm, indicating that these complexes can be used in controlled release systems. Comparing the dh of AM and AMA, it was observed that the sizes were larger after complexation, which may indicate more compact complexes or no interaction between AMA and ligands. ZP results showed that AM-RB and AM-AB complexes presented high stability (PZ < -30 mV), while the others presented PZ values near neutrality, which can increase their adsorption in biological systems. AMA-RB and AMA-AB did not form complexes in solid state, while the others formed an amorphous structure after precipitation. In conclusion, this study leaded to an effective method development for the amylose inclusion complexes preparation.