La thèse est consacrée à l’étude de l’influence de l’aération sur le colmatage demembranes fibres creuses, en application aux bioréacteurs à membranes (BAMs)traitant les eaux usées. Un pilote expérimental permet des expériences de filtrationpar plusieurs faisceaux de fibres creuses immergées, en filtration externe-interne, lacompacité des fibres est proche de la configuration de modules membranairesindustriels. Les fibres ont une surface totale de 1,2 m. Les filtrations sont menéessur une suspension synthétique complexe dont les caractéristiques rhéologiquessont comparables à celles des boues activées de BAM. Les différents paramètresde l’aération testés sont le débit d’air, le lieu d’injection des bulles, et le type debulles injectées (grosses ou fines), pour un flux de filtration constant égalementparamètre d’étude. Pour des conditions d’aération montrant des performances defiltration contrastées, il est effectué la caractérisation locale de la phase gaz parbisonde optique, à l’intérieur des faisceaux de fibres. La rétention gazeuse et lesprofils de vitesse (tant la vitesse moyenne des bulles, que les fluctuations de vitesse)sont mesurés et analysés en fonction des paramètres d’aération. La synthèse des résultats met en évidence deux mécanismes hydrodynamiqueslocaux liés à l’aération, et permettant d’expliquer les performances de filtrationconsidérées. Les perspectives de l’étude proposent des emplacements pour lesaérateurs ce qui pourrait mener à une meilleure utilisation de l’air pour la réductiondu colmatage dans les bioréacteurs à membranes. / This thesis is dedicated to better understand the role of aeration to limit fouling onsubmerged hollow fibers membrane fouling, for wastewater treatment industry. Thisstudy uses an innovative experimental setup to perform outside-in filtrationexperiments thanks to several submerged loose hollow fibers organized in confinedbundles. The total membrane area is about 1.2 m2; the configuration of the bundlesis close to the one found in Membrane Bioreactors (MBRs). A complex synthetic fluidwith rheological characteristics close to MBRs sludge is used. Different aerationconditions such as the air flowrate, the location of the air injection, the type ofbubbles injected (whether they are coarse or fine bubbles injected in the reactor)were tested and membrane performances were analysed under a low or a ratherhigh flux of filtration. In specific aeration conditions showing a different behaviour interm of fouling, local characterization of the dispersed phase in an air and watersystem was undertaken by optical probes. Gas hold up and both mean and rootmean square bubble velocity profiles were determined and analysed regarding thelocation of air injection, the air flowrate and the type of bubbles. This study helps understanding the link between local hydrodynamics and foulingmechanisms and could lead to input for aeration device design and location in orderto decrease operating costs due to aeration in Membrane Bioreactors technology.

O processo de Biorreatores com Membranas (BRM) foi desenvolvido no final da década de 1960, consistindo em um sistema que associa o tratamento biológico de efluentes com o mecanismo de separação por membranas, e apresenta vantagens com relação ao tratamento convencional, tais como maior eficiência de tratamento e um menor espaço físico de instalação para a mesma capacidade de tratamento. O fenômeno de incrustação das membranas (em inglês, fouling) representa a principal limitação desse processo, de modo que uma das condições operacionais mais importantes na prevenção da incrustação em um sistema BRM Submerso (BRMS) é a vazão de aeração. Diante desta situação, o objetivo do trabalho consiste em avaliar os efeitos das condições hidrodinâmicas no desempenho do processo, tais como vazão de aeração, densidade de empacotamento do módulo de membranas e geometria dos aeradores. O sistema utilizado no trabalho consistiu em um BRMS automatizado, operando em pressão constante e de forma contínua, durante um período de 4 dias. Os módulos foram construídos com membranas poliméricas de microfiltração do tipo fibra oca, cujo material foi a poli(éter)-imida (PEI). Três diferentes vazões de aeração foram estudadas (2, 5 e 8 L.min-1), mostrando, a partir dos resultados, que existe uma vazão de aeração limite benéfica ao sistema e que, acima deste valor, um melhor desempenho não pode ser atingido, inclusive, podendo prejudicá-lo. Para o sistema de estudo, a vazão de 5 L.min-1 apresentou o melhor desempenho, seguido de 8 e 2 L.min-1. O estudo da densidade de empacotamento do módulo mostrou que esta é uma variável que também exerce influência no desempenho do processo de BRMS. Módulos com dois diferentes diâmetros foram testados (2,54 cm e 1,91 cm); o melhor resultado foi observado no módulo de maior diâmetro. A menor densidade de empacotamento resulta em um maior espaçamento entre as fibras, provocando uma aeração mais homogênea no interior do feixe de membranas. As duas geometrias de aeração testadas (Modo 1 e Modo 2) apresentaram resultados semelhantes de fluxo permeado, indicando que o Modo 2 de aeração não melhorou o desempenho do processo como se esperava. A maior homogeneidade de aeração no interior de feixe, a partir de aeradores construídos com as próprias fibras, não foi atingida, mostrando que um novo projeto de aeradores deve ser estudado. Em todas as condições hidrodinâmicas testadas, a eficiência do tratamento foi verificada, uma vez que a remoção de matéria orgânica para COT e DQO foi de 96% e 93%, respectivamente. Propriedades do permeado, como condutividade elétrica, pH e turbidez foram mensuradas, apresentando variações menores que as medidas do efluente, revelando a capacidade que o sistema apresenta em suportar as variações na corrente de alimentação. / The Membrane Bioreactor (MBR) process was developed in the late 1960. The system consists in a combination of biological process and membrane separation mechanism, and the advantages with respect of conventional treatment are the higher treatment efficiency and a smaller area of installation for the same treatment capacity. The main limitation of this process is the membrane fouling, in a way that air flow rate represents an important operating condition to prevent the fouling formation in Submerged Membrane Bioreactors (SMBR). In this sense, the aim of this work is to evaluate the effects of hydrodynamic conditions on process performance, such as air flow rate, packing density of the membrane module and aeration geometry. The system used consists in a pilot-scale SMBR, which operates at constant pressure and continuous mode during a period of 4 days. The modules were built with hollow fiber polymeric microfiltration membrane and the material is poly(ether)imide (PEI). For the three different air flow rates studied (2, 5 and 8 L.min-1), results showed there is a limit value for this parameter, in which above this value a better performance will not be obtained, even can be worse. The air flow rate of 5 L.min-1 presented the best performance, followed by 8 and 2 L.min-1. The module packing density study for two diameters (0.75 and 1 inch), the best result was observed in the larger diameter module, because lower packing density causes more space between fibres, increasing the aeration homogeneity inside de fibre bundle. Both aeration geometry tested showed similar permeate flows, indicating the different geometry used did not affect the performance process. The aerators constructed with the hollow fibers did not promote aeration homogeneity inside the bundle, and new aeration geometry must be projected. For all hydrodynamics conditions, the system treatment was efficient in removing organical matter, since the removal for TOC and COD was 96% and 93%, respectively. Permeate properties such as electrical conductivity, pH and turbidity measurements presented minor variations than effluent properties measurements, showing the system capacity to withstand with feed stream variations.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5178.pdf: 2466586 bytes, checksum: be50519a129b12383d84e69ae25b54db (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The use of mesenchymal stromal cells (MSCs) for clinical therapy has been limited by the low amount of cells that can be obtained directly from tissue, making it necessary to develop techniques for in vitro cell number expansion. The current methods of expansion are laborintensive, exhibit unfavorable environments for cell growth, show still modest levels of expansion and low yield in the recovery of these cells. In the search for better alternatives, several types of bioreactors have been assessed, however, with results still discreet. A littlestudied system, which has showed itself very effective in the use with other types of animal cells, is the hollow fiber bioreactor. This bioreactor has relatively homogeneous culture environment, low level of hydrodynamic stress on cells and the process control is made through manipulation external to the culture. Thus, it is proposed in this work the study of the in vitro expansion of MSCs in 15 mL hollow fiber prototype bioreactor designed and built with a configuration specifically conceived for expansion of MSCs for use in therapeutic applications. The inoculum was prepared with MSCs precultured adhered to microcarrier Cultispher-S at concentration of 4 g/L in spinner flask containing 50 mL of α-MEM culture medium with 15% v/v fetal bovine serum. The preculture was performed in CO2 incubator at pH close to 7.3 and temperature of 37°C. For bioreactor expansion cultures, it was used the same culture medium, with addition of 12 g/L of alginate and 4.25-4.50 mM of CaCl2 as gelling agents to immobilize and keep in suspension the microcarriers, in the conditions of pH and temperature used in the preculture. The oxygenation of the culture medium continuously recirculated through the intracapilar space was carried out by air bubbling in an external flask. The oxygenation levels were of 70 to 90% of saturation with air. The experimental results obtained show that the used configuration of hollow fiber bioreactor promoted good conditions for expansion of MSCs without cell aggregation, reaching 15.3-fold expansion and cell recovery levels of 82%. These results also demonstrate the possibility of improving the efficiency of MSCs expansion through the renewal of medium to maintain suitable levels of arginine, nutrient present in limiting amounts, and ammonium, growth inhibitor metabolite. / A utilização de células estromais mesenquimais (MSCs em inglês) para a terapia clínica tem sido limitada pela baixa quantidade de células que podem ser obtidas diretamente do tecido, tornando necessário o desenvolvimento de técnicas de expansão do número de células in vitro. Os métodos atuais de expansão apresentam necessidade de intensa mão de obra, ambientes desfavoráveis para o crescimento celular, níveis de expansão ainda modestos e baixo rendimento na recuperação destas células. Na procura de melhores alternativas, diversos tipos de biorreatores vêm sendo avaliados, porém, com resultados ainda discretos. Um sistema pouco estudado que tem se mostrado muito eficiente no uso com outros tipos de células animais é o biorreator de fibra oca. Este biorreator apresenta ambiente de cultura relativamente homogêneo, baixo nível de forças hidrodinâmicas sobre as células e o controle do processo é feito através de manipulação externa à cultura. Assim, é proposto neste trabalho o estudo da expansão in vitro de MSCs num protótipo de biorreator de fibra oca de 15 mL projetado e construído com uma configuração especialmente concebida para expansão de MSCs a serem utilizadas em aplicações terapêuticas. O inóculo foi preparado com MSCs précultivadas aderidas ao microcarregador Cultispher-S na concentração de 4 g/L em frasco spinner contendo 50 mL de meio de cultura α-MEM com 15% v/v de soro fetal bovino. O précultivo foi realizado em incubadora de CO2 a pH próximo a 7,3 e temperatura de 37°C. Para os cultivos de expansão no biorreator foi utilizado o mesmo meio de cultura, com adição de 12 g/L de alginato e 4,25-4,50 mM de CaCl2 como agentes geleificantes para imobilizar e manter suspensos os microcarregadores, nas condições de pH e temperatura utilizadas no précultivo. A oxigenação do meio de cultura continuamente recirculado pelo espaço intracapilar foi realizada mediante borbulhamento de ar em um frasco externo. Os níveis de oxigenação foram de 70 a 90% da saturação com ar. Os resultados experimentais obtidos mostram que a configuração utilizada propiciou boas condições para a expansão sem agregação celular das MSCs, chegando-se a fatores de expansão estimados de 15,3 vezes e níveis de recuperação de células de 82%. Esses resultados também evidenciam a possibilidade de melhora da eficiência da expansão das MSCs através da renovação do meio de cultivo para a manutenção de níveis adequados de arginina, nutriente presente em quantidades limitantes, e amônia, metabólito inibidor de crescimento.

O processo de Biorreatores com Membranas (BRM) foi desenvolvido no final da década de 1960, consistindo em um sistema que associa o tratamento biológico de efluentes com o mecanismo de separação por membranas, e apresenta vantagens com relação ao tratamento convencional, tais como maior eficiência de tratamento e um menor espaço físico de instalação para a mesma capacidade de tratamento. O fenômeno de incrustação das membranas (em inglês, fouling) representa a principal limitação desse processo, de modo que uma das condições operacionais mais importantes na prevenção da incrustação em um sistema BRM Submerso (BRMS) é a vazão de aeração. Diante desta situação, o objetivo do trabalho consiste em avaliar os efeitos das condições hidrodinâmicas no desempenho do processo, tais como vazão de aeração, densidade de empacotamento do módulo de membranas e geometria dos aeradores. O sistema utilizado no trabalho consistiu em um BRMS automatizado, operando em pressão constante e de forma contínua, durante um período de 4 dias. Os módulos foram construídos com membranas poliméricas de microfiltração do tipo fibra oca, cujo material foi a poli(éter)-imida (PEI). Três diferentes vazões de aeração foram estudadas (2, 5 e 8 L.min-1), mostrando, a partir dos resultados, que existe uma vazão de aeração limite benéfica ao sistema e que, acima deste valor, um melhor desempenho não pode ser atingido, inclusive, podendo prejudicá-lo. Para o sistema de estudo, a vazão de 5 L.min-1 apresentou o melhor desempenho, seguido de 8 e 2 L.min-1. O estudo da densidade de empacotamento do módulo mostrou que esta é uma variável que também exerce influência no desempenho do processo de BRMS. Módulos com dois diferentes diâmetros foram testados (2,54 cm e 1,91 cm); o melhor resultado foi observado no módulo de maior diâmetro. A menor densidade de empacotamento resulta em um maior espaçamento entre as fibras, provocando uma aeração mais homogênea no interior do feixe de membranas. As duas geometrias de aeração testadas (Modo 1 e Modo 2) apresentaram resultados semelhantes de fluxo permeado, indicando que o Modo 2 de aeração não melhorou o desempenho do processo como se esperava. A maior homogeneidade de aeração no interior de feixe, a partir de aeradores construídos com as próprias fibras, não foi atingida, mostrando que um novo projeto de aeradores deve ser estudado. Em todas as condições hidrodinâmicas testadas, a eficiência do tratamento foi verificada, uma vez que a remoção de matéria orgânica para COT e DQO foi de 96% e 93%, respectivamente. Propriedades do permeado, como condutividade elétrica, pH e turbidez foram mensuradas, apresentando variações menores que as medidas do efluente, revelando a capacidade que o sistema apresenta em suportar as variações na corrente de alimentação. / The Membrane Bioreactor (MBR) process was developed in the late 1960. The system consists in a combination of biological process and membrane separation mechanism, and the advantages with respect of conventional treatment are the higher treatment efficiency and a smaller area of installation for the same treatment capacity. The main limitation of this process is the membrane fouling, in a way that air flow rate represents an important operating condition to prevent the fouling formation in Submerged Membrane Bioreactors (SMBR). In this sense, the aim of this work is to evaluate the effects of hydrodynamic conditions on process performance, such as air flow rate, packing density of the membrane module and aeration geometry. The system used consists in a pilot-scale SMBR, which operates at constant pressure and continuous mode during a period of 4 days. The modules were built with hollow fiber polymeric microfiltration membrane and the material is poly(ether)imide (PEI). For the three different air flow rates studied (2, 5 and 8 L.min-1), results showed there is a limit value for this parameter, in which above this value a better performance will not be obtained, even can be worse. The air flow rate of 5 L.min-1 presented the best performance, followed by 8 and 2 L.min-1. The module packing density study for two diameters (0.75 and 1 inch), the best result was observed in the larger diameter module, because lower packing density causes more space between fibres, increasing the aeration homogeneity inside de fibre bundle. Both aeration geometry tested showed similar permeate flows, indicating the different geometry used did not affect the performance process. The aerators constructed with the hollow fibers did not promote aeration homogeneity inside the bundle, and new aeration geometry must be projected. For all hydrodynamics conditions, the system treatment was efficient in removing organical matter, since the removal for TOC and COD was 96% and 93%, respectively. Permeate properties such as electrical conductivity, pH and turbidity measurements presented minor variations than effluent properties measurements, showing the system capacity to withstand with feed stream variations.

O processo de Biorreatores com Membranas (BRM) foi desenvolvido no final da década de 1960, consistindo em um sistema que associa o tratamento biológico de efluentes com o mecanismo de separação por membranas, e apresenta vantagens com relação ao tratamento convencional, tais como maior eficiência de tratamento e um menor espaço físico de instalação para a mesma capacidade de tratamento. O fenômeno de incrustação das membranas (em inglês, fouling) representa a principal limitação desse processo, de modo que uma das condições operacionais mais importantes na prevenção da incrustação em um sistema BRM Submerso (BRMS) é a vazão de aeração. Diante desta situação, o objetivo do trabalho consiste em avaliar os efeitos das condições hidrodinâmicas no desempenho do processo, tais como vazão de aeração, densidade de empacotamento do módulo de membranas e geometria dos aeradores. O sistema utilizado no trabalho consistiu em um BRMS automatizado, operando em pressão constante e de forma contínua, durante um período de 4 dias. Os módulos foram construídos com membranas poliméricas de microfiltração do tipo fibra oca, cujo material foi a poli(éter)-imida (PEI). Três diferentes vazões de aeração foram estudadas (2, 5 e 8 L.min-1), mostrando, a partir dos resultados, que existe uma vazão de aeração limite benéfica ao sistema e que, acima deste valor, um melhor desempenho não pode ser atingido, inclusive, podendo prejudicá-lo. Para o sistema de estudo, a vazão de 5 L.min-1 apresentou o melhor desempenho, seguido de 8 e 2 L.min-1. O estudo da densidade de empacotamento do módulo mostrou que esta é uma variável que também exerce influência no desempenho do processo de BRMS. Módulos com dois diferentes diâmetros foram testados (2,54 cm e 1,91 cm); o melhor resultado foi observado no módulo de maior diâmetro. A menor densidade de empacotamento resulta em um maior espaçamento entre as fibras, provocando uma aeração mais homogênea no interior do feixe de membranas. As duas geometrias de aeração testadas (Modo 1 e Modo 2) apresentaram resultados semelhantes de fluxo permeado, indicando que o Modo 2 de aeração não melhorou o desempenho do processo como se esperava. A maior homogeneidade de aeração no interior de feixe, a partir de aeradores construídos com as próprias fibras, não foi atingida, mostrando que um novo projeto de aeradores deve ser estudado. Em todas as condições hidrodinâmicas testadas, a eficiência do tratamento foi verificada, uma vez que a remoção de matéria orgânica para COT e DQO foi de 96% e 93%, respectivamente. Propriedades do permeado, como condutividade elétrica, pH e turbidez foram mensuradas, apresentando variações menores que as medidas do efluente, revelando a capacidade que o sistema apresenta em suportar as variações na corrente de alimentação. / The Membrane Bioreactor (MBR) process was developed in the late 1960. The system consists in a combination of biological process and membrane separation mechanism, and the advantages with respect of conventional treatment are the higher treatment efficiency and a smaller area of installation for the same treatment capacity. The main limitation of this process is the membrane fouling, in a way that air flow rate represents an important operating condition to prevent the fouling formation in Submerged Membrane Bioreactors (SMBR). In this sense, the aim of this work is to evaluate the effects of hydrodynamic conditions on process performance, such as air flow rate, packing density of the membrane module and aeration geometry. The system used consists in a pilot-scale SMBR, which operates at constant pressure and continuous mode during a period of 4 days. The modules were built with hollow fiber polymeric microfiltration membrane and the material is poly(ether)imide (PEI). For the three different air flow rates studied (2, 5 and 8 L.min-1), results showed there is a limit value for this parameter, in which above this value a better performance will not be obtained, even can be worse. The air flow rate of 5 L.min-1 presented the best performance, followed by 8 and 2 L.min-1. The module packing density study for two diameters (0.75 and 1 inch), the best result was observed in the larger diameter module, because lower packing density causes more space between fibres, increasing the aeration homogeneity inside de fibre bundle. Both aeration geometry tested showed similar permeate flows, indicating the different geometry used did not affect the performance process. The aerators constructed with the hollow fibers did not promote aeration homogeneity inside the bundle, and new aeration geometry must be projected. For all hydrodynamics conditions, the system treatment was efficient in removing organical matter, since the removal for TOC and COD was 96% and 93%, respectively. Permeate properties such as electrical conductivity, pH and turbidity measurements presented minor variations than effluent properties measurements, showing the system capacity to withstand with feed stream variations.

Estudos de metabolismo in vitro possuem o intuito de caracterizar e quantificar possíveis metabólitos, elucidar as vias metabólicas e sugerir modelos a serem seguidos para a realização de estudos in vivo. Com o intuito de estudar o metabolismo in vitro não estereosseletivo da rosiglitazona (RSG) empregando fração microssomal de fígado de ratos,foi desenvolvida uma metodologia por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com detecção UV em 245 nm, para analisar a RSG e seus principais metabólitos, p-hidroxi rosiglitazona (?-OH-R) e N-desmetil rosiglitazona (N-Dm-R). Os analitos foram separados em fase reversa, utilizando uma coluna X-Terra MS C-18 (partículas de 3,5 ?m) e fase móvel composta por água:acetonitrila:ácido acético (85:15:0,5, v/v/v), na vazão de 1 mL min-1. Matrizes biológicas contém um grande excesso de proteínas, lipídeos e outros materiais endógenos que interferem na análise de fármacos e metabólitos, tornando necessário um procedimento adequado de preparação das amostras antes da análise cromatográfica. A microextração em fase líquida com membrana cilíndrica oca (HF-LPME) é uma técnica promissora para a preparação de amostras em estudos de metabolismo in vitro, pois, além de promover o clean-up, promove também o enriquecimento dos analitos na amostra. A HF-LPME foi aplicada pela primeira vez para a extração simultânea desse fármaco e seus metabólitos. O sistema de três fases foi escolhido como o mais apropriado, empregando uma solução de ácido clorídrico como fase aceptora e 1-octanol como solvente orgânico. A otimização dos demais parâmetros foi realizada através de planejamento fatorial fracionário. O método foi validado e foi linear no intervalo de 50-6000 ng mL-1, apresentando limites de quantificação de 50 ng mL-1 e recuperações acima de 47 % para a RSG e seus metabólitos (?-OH-R e N-Dm-R). O método validado foi empregado em um estudo de metabolismo in vitro com fração microssomal de fígado de ratos. Nesse estudo, foi possível estimar as constantes de Michaelis-Menten (Km) e a velocidade inicial máxima (Vmax). N-Dm-R e ?-OH-R apresentaram valores de Vmax de 87,30 ± 8,04 e 51,64 ± 12,25 ?mol min-1 mg proteína-1, respectivamente, enquanto que os valores de Km foram de 58,14 ± 11,85 e 77,84 ± 36,77 mmol L-1, respectivamente. Outros metabólitos foram observados nos cromatogramas e a identificação foi feita por espectrometria de massas: ?rto-hidroxi-rosiglitazona e N-desmetil-hidroxi-rosiglitazona. A RSG é comercializada como uma mistura racêmica, apesar de possuir sua atividade antidiabética relacionada essencialmente com o enantiômero (S). O centro quiral desse fármaco possui um grupo carbonila, por isso, o enantiômero (R) pode se converter no enantiômero (S) ou vice-versa, via tautomerismo cetoenólico. Dados da literatura indicavam que essa racemização poderia ser lenta o suficiente para possibilitar o estudo dos enantiômeros isoladamente. Entretanto, até o momento não há dados sobre a disposição cinética ii e metabolismo enantiosseletivos desse fármaco. Sendo assim, propôs-se o desenvolvimento de metodologias analíticas para estudar a racemização da RSG e seus metabólitos e avaliar a possibilidade de estudar seu metabolismo in vitro de forma estereosseletiva. O método foi desenvolvido empregando HPLC com detecção em 245 nm. A separação dos enantiômeros do fármaco e metabólitos, também quirais, foi obtida empregando uma coluna Chiralcel OJ-H e fase móvel constituída por metanol:etanol (90:10; v/v), na vazão de 0,3 mL min-1. O estudo de racemização mostrou que o fármaco e seus metabólitos são racemizados nas condições em que o estudo de metabolismo é conduzido. Finalmente, para estudar o metabolismo in vitro da pioglitazona (PGZ), foi desenvolvido um método para análise desse fármaco e de seus principais metabólitos, a hidroxi-pioglitazona (M-IV) e a ceto-pioglitazona (M-III) empregando a eletroforese capilar (CE). As análises foram realizadas em capilar de sílica de 50 ?m de diâmetro interno e com comprimento efetivo de 40 cm, utilizando tampão fosfato de sódio 50 mmol L-1, pH 2,5, detecção em 190 nm, tensão de 30 kV e temperatura do capilar de 35 °C. A HF-LPME também foi empregada para a preparação das amostras. O sistema de três fases foi escolhido, empregando solução de ácido clorídrico como fase aceptora e o 1-octanol como solvente orgânico. A otimização dos demais parâmetros foi realizada através de planejamento fatorial fracionário. O método validado foi linear no intervalo de 200 - 25000 ng mL-1 para PGZ e 200 - 2000 ng mL-1 para os metabólitos, apresentando limites de quantificação de 200 ng mL-1 e recuperações acima de 19 % para a RSG e seus metabólitos M-IV e M-III. O método validado foi empregado em um estudo de metabolismo in vitro contendo fração microssomal de fígado de ratos, mas nesse estudo, não foi possível observar a formação dos metabólitos. Entretanto, esse método pode ser usado em outros modelos de metabolismo in vitro (microssomas humanos), nos quais se observa a formação desses metabólitos em concentrações maiores. / In vitro metabolism studies have been used to characterize and to quantify possible metabolites, to elucidate metabolic pathways and to suggest models to perform in vivo studies. So the purpose of this study was to evaluate the in vitro rosiglitazone (RSG) metabolism employing microsomal fraction obtained from rat livers. A high- performance liquid chromatography (HPLC) method with UV detection at 245 nm was developed to analyze RSG and the main metabolites, p-hydroxy rosiglitazone (?-OH-R) e N-desmethyl rosiglitazone (N-Dm-R). The analytes were separated under reversed phase conditions, using a X-Terra MS C-18 column (3.5 ?m particle size) and a mobile phase consisting of water:acetonitrile:acetic acid (85:15:0.5, v/v/v), at a flow rate of 1 mL min-1. Biological matrices contain a large excess of proteins, lipids and other endogenous compounds that interfere in the analysis of drugs and metabolites. So, a suitable sample preparation technique is required. Hollow-fiber liquid phase microextraction (HF-LPME) is a promising technique for the preparation of biological samples. Besides the clean-up, analytes enrichment is also achieved. HF-LPME for the simultaneous analysis of RSG and its main metabolites is described for the first time. The three-phase extraction was performed using hydrochloride acid solution as acceptor phase and 1-octanol as organic solvent. The other parameters were optimized by fractional factorial design. The method was validated and it was linear over the concentration range of 50-6000 ng mL-1, with quantification limits of 50 ng mL-1 and recoveries above 47 %. The validated method was used to estimate Michaelis-Menten (Km) constant and maximum initial velocity (Vmax). N-Dm-R e ?-OH-R showed Vmax values of 87.30 ± 8.04 and 51.64 ± 12.25 ?mol min-1 mg protein-1, respectively, while the Kmvalues were 58.14 ± 11.85 e 77.84 ± 36.77 mmol L-1, respectively. Other possible metabolites were observed in the chromatograms and they were identified by mass spectrometry: ?rtho-hydroxy-rosiglitazone e N-desmethyl-hydroxy-rosiglitazone. RSG is marketed as a racemic mixture although the antidiabetic activity is related essentially to the (S)-enantiomer. The chiral center has a carbonyl group, therefore the (R)-enantiomer could be transformed to the (S)-enantiomer or vice-versa by keto-enolic tautomerism. The literature indicates that this racemization is slow enough to allow the evaluation of the properties of the isolated enantiomers. However, there is no information in the literature about enantioselective RSG kinetic disposition and metabolism. Considering this facts, an analytical procedure was developed to study the racemization of RSG and its metabolites under different conditions and to determine if the enantioselective metabolism would be performed. The method was developed by HPLC with detection at 245 nm. The chiral separation of RSG and metabolites was achieved on a Chiralcel OJ-H column, with the mobile phase consisting of methanol:ethanol (90:10,v/v). The results obtained showed that the racemization occurs under the conditions used in in vitro iv metabolism studies. Finally, to study the in vitro metabolism of pioglitazone (PGZ), another method was developed by capillary electrophoresis (CE) to determine this drug and its main metabolites, hydroxy-pioglitazone (M-IV) and keto-pioglitazone (M-III). The analyses were conducted using a fused silica capillary (50 ?m inner diameter and 40 cm effective length), sodium phosphate buffer 50 mmol L-1, pH 2.5, detection at 190 nm, voltage of 30 kV and capillary temperature of 35°C. HF-LPME was also used for sample preparation with hydrochloride acid solution as acceptor phase and 1-octanol as organic solvent. The other parameters were optimized by fractional factorial design. The method was validated showing to be linear in the concentration range of 200 - 25000 ng mL-1 for PGZ and 200 - 2000 ng mL-1 for the metabolites. Quantification limits were 200 ng mL-1 for all analytes and the recoveries were higher than 19%. The validated method was used to study the in vitro metabolism of PGZ by rat liver microsomal fraction, but it was not possible to observe the formation of the metabolites in this study. However this method could be used in other in vitro metabolism models (human microssomes), in which higher concentrations of these metabolites are observed. Keywords:

This diploma thesis deals with the separation of aerosol particles on membranes from polypropylene hollow fibers. As a source of particles, a desktop 3D printer using polymer filaments was used. Filtration efficiency and a pressure drop on a hollow polypropylene fiber membrane and a high efficiency particulate filter (HEPA filter) were monitored during filtration of particles from 3D print using filaments of acrylonitrile butadiene styrene, acrylonitrile styrene acrylate, polylactic acid and polyethylene terephthalate glycol at nearly the same air flow. The results achieved by both filer media are then compared and discussed. The results show that the hollow fiber membrane achieves better filtration efficiency at higher particle concentrations, while using the less emitting materials, the efficiency of the HEPA filter was higher or the same. The total filtration efficiency calculated from all experiments with all filaments was higher for the hollow fiber membrane with higher pressure drop at the same time.

Bei überkritisch großen Läsionen des peripheren Nervensystems, die zum Verlust von Motorik bzw. Sensibilität an Extremitäten führen und damit eine erhebliche Beeinträchtigung der Lebensqualität des Patienten bedingen, ist der Einsatz von Überbrückungsstrukturen bzw. Nervenleitkanälen notwendig. Da weder autologe Transplantate noch künstliche Konstrukte im klinischen Alltag bislang zufriedenstellende Ergebnisse lieferten, ist die Nachfrage nach alternativen Materialien und Konzepten des Tissue Engineering hoch. Im Rahmen dieser Dissertation ist es gelungen zwei thermoplastische Methoden zu etablieren, mit denen aus dem im medizinischen Sinne interessanten und relativ neuartigen Material Poly(3-hydroxybuttersäure) in Kombination mit Polycaprolacton poröse resorbierbare Hohlstrukturen bzw. Hohlfasern erzeugt werden können, die den hohen aktuellen Anforderungen an eine Nervenleitschiene gerecht werden. Neben der Entwicklung und Charakterisierung sowie Modifizierung der erzeugten Leitkanäle bezüglich Porosität, Permeationsverhalten, mechanische Eigenschaften und Oberflächenfunktionalisierung, konnten strukturelle als auch biochemische Reize in diese integriert werden, die in einer Reihe von ex-vivo Studien mit neuronalen Primärzellen hinsichtlich Adhäsion, Vitalität und Ausbreitungsverhalten untersucht werden konnten. Es konnte eine Art „Toolbox“ aus PHB basierten Strukturen erstellt werden, die es erlaubt hierarchische Strukturen zusammenzustellen, die entsprechend des peripheren Defektes zusammengesetzt und biomolekular maßgeschneidert werden könnten, um die native Struktur bestmöglich temporär bis zur vollständigen Regeneration zu imitieren und damit die Therapie größerer Defekte zu ermöglichen bzw. die als Plattform für weitere Konzepte der Grundlagenforschung im Bereich des Neuro-Tissue Engineering dienen.

Biofuel production via fermentation is produced primarily by fermentation of simple sugars. Besides the sugar fermentation route, there exists a promising alternative process that uses syngas (CO, H2, CO2) produced from biomass as building blocks for biofuels. Although syngas fermentation has many benefits, there are several challenges that still need to be addressed in order for syngas fermentation to become a viable process for producing biofuels on a large scale. One challenge is mass transfer limitations due to low solubilities of syngas species. The hollow fiber reactor (HFR) is one type of reactor that has the potential for achieving high mass transfer rates for biofuels production. However, a better understanding of mass transfer limitations in HFRs is still needed. In addition there have been relatively few studies performing actual fermentations in an HFR to assess whether high mass transfer rates equate to better fermentation results. Besides mass transfer, one other difficulty with syngas fermentation is understanding the role that CO and H2 play as electron donors and how different CO and H2 ratios effect syngas fermentation. In addition to electrons from CO and H2, electrodes can also be used to augment the supply of electrons or provide the only source of electrons for syngas fermentation. This work performed an in depth reactor comparison that compared mass transfer rates and fermentation abilities. The HFR achieved the highest oxygen mass transfer coefficient (1062 h-1) compared to other reactors. In fermentations, the HFR showed very high production rates (5.3 mMc/hr) and ethanol to acetic acid ratios (13) compared to other common reactors. This work also analyzed the use of electrons from H2 and CO by C. ragsdalei and to study the effects of these two different electron sources on product formation and cell growth. This study showed that cell growth is not largely effected by CO composition although there must be at least some minimum amount of CO present (between 5-20%). Interestingly, H2 composition has no effect on cell growth. Also, more electron equivalents will lead to higher product formation rates. Following Acetyl-CoA formation, H2 is only used for product formation but not cell growth. In addition to these studies on electrons from H2 and CO, this work also assessed the redox states of methyl viologen (MV) for use as an artificial electron carrier in applications such as syngas fermentation. A validated thermodynamic model was presented in order to illustrate the most likely redox state of MV depending on the system setup. Variable MV extinction coefficients and standard redox potentials reported in literature were assessed to provide recommended values for modeling and analysis. Model results showed that there are narrow potential ranges in which MV can change from one redox state to another, thus affecting the potential use as an artificial electron carrier.

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