Devido à grande preocupação com a geração de novas tecnologias mais ágeis, eficientes e de baixo custo, as reações fotodinâmicas (RF) têm ganhado destaque. Estas envolvem a ativação de um fármaco fotossensível (fotossensibilizador (FS)), pela iluminação em uma faixa específica de comprimentos de onda, gerando assim espécies reativas altamente citotóxicas levando as células à morte. As RF são divididas em duas categorias: terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica (IFD). A primeira é utilizada para tratamentos oncológicos, dermatológicos, entre outros. A segunda é utilizada para descontaminação de micro-organismos em infecções localizadas. Atualmente a IFD tem sido alvo de muitos estudos pois tem diversas vantagens quando comparadas com as técnicas de descontaminação atuais. Duas das mais importantes são: a seletividade e a não geração de micro-organismos resistentes aos FSs. Apesar desta técnica ser utilizada com sucesso em diversos campos, ela ainda apresenta baixa eficiência quando comparada às técnicas tradicionais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi criar um novo protocolo de aplicação da IFD visando o aumento de eficiência, bem como um estudo profundo das interações dos FSs com as células, e o monitoramento da dinâmica do FS nestas. O presente estudo utiliza-se de células da levedura Candida albicans e demonstra a interação destas células com dois FSs: Photogem® e Curcumina. Foi proposto um novo protocolo que promove o aumento da internalização de FS pelas células baseado na pré-iluminação de baixa dose durante o tempo de incubação. Foi possível demonstrar através da medida dos espectros de absorção do sobrenadante de uma solução com células e Photogem®, que as amostras que tiveram pré-iluminação internalizaram mais FS do meio do que as células mantidas no escuro. Além disso, a partir de ensaios de viabilidade com a levedura e o Photogem® foi demonstrado que as amostras que tiveram pré-iluminação apresentaram diminuição de até seis ordens de grandeza nas unidades formadoras de colônia quando comparadas com as amostras tratadas pelo protocolo tradicional de IFD. Através das técnicas de microscopia confocal de fluorescência e de imagem de tempo de vida de fluorescência foi possível compreender a interação entre os FSs e as células, bem como estudar a ligação deste FS em diferentes regiões da célula. Além disso, foi estudada ainda a mobilidade destas moléculas dentro das células sob condições com e sem iluminação de baixa dose. Através deste estudo pôde-se inferir que as moléculas de curcumina tem tempos característicos de entrada nas células mais lentos que os tempos característicos do Photogem®. Ainda foi possível tomar vantagem da fluorescência do Photogem® para monitorar a entrada deste nas células de levedura, bem como monitorar a formação do seu fotoproduto, determinando assim que 7,5 minutos é o tempo médio de iluminação durante a incubação com FS necessário para que pelo menos 80% das células tivessem o FS internalizado, sem significante formação de fotoprodutos. Conclui-se ainda que este novo protocolo de incubação com iluminação leva a maior eficiência e seletividade da IFD, abrindo caminho para uma nova linha de pesquisa nas RF em geral, possivelmente podendo este protocolo ser aplicado em diversos tipos de células. / In the last years, due to the increasing need of generation of novel faster and cheaper technologies, the photodynamic reactions (PR) have been highlighted. These reactions involves the activation of a photosensitive drug, named photosensitizer (PS), by light in proper spectral window and generation of highly cytotoxic reactive species, leading cells to death. The photodynamic reactions may be divided in two categories: photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation (PDI). The first one is performed in order to treat oncologic, dermatologic and other diseases, whereas the second one is employed in the decontamination of microorganisms in localized infections. When compared with existing decontamination techniques, PDI has several advantages, among which two of the most important are its selectivity of the PS that acts only at the delivered site, as well as not inducing antibiotic resistance, for such reasons are subjected of many current studies. Althought this technique has been performed with great success in many fields, it still has a lack of efficiency. In this context, the purpose of this study was create a new application protocol of this technique in order to increase the efficiency, as well as understand the interactions of the PS with the cells and monitoring the drug dynamic in cells. In this study, Candida albicans cells were utilized and the interaction of two PSs (Photogem® and Curcumin) were demonstrated. A new protocol which promotes an increase of the PS cells uptake was proposed, this protocol is based on the low dose illumination during the incubation time. By measuring absorption spectra of the supernatant of two solutions with cells and Photogem®, in which in one of them were applied a low dose light, was demonstrated that the illuminated cells had an uptake increased when compared with the sample kept in the dark. Moreover, viability assays with the Photogem® and the cells proved that the cells that receive low dose light in the incubation stage had more damage in the PDI, showing a decrease of six orders of magnitude when compared with the traditional PDI. Through confocal and lifetime fluorescence microscopy techniques it was possible not only to comprehend the interaction between the PS and cells, as well as to study the binding of this molecules in different regions of the cells. Furthermore, the mobility of the PS molecules inside the cells was studied in conditions of illumination and dark, it could be inferred that the curcumin molecules has higher characteristic time than Photogem® molecules. Monitoring the cell Photogem® uptake, and the photoproduct formation was possible by take advantage of the PS fluorescence. Thus it was possible to determine the average illumination time (7.5 minutes) during the incubation time so at least 80% of the cells had the PS internalized, without much generation of photoproducts. It follows also that this new incubation protocol with low dose illumination leads to greater efficiency of PDI, so this study leads a new field of research in overall photodynamic reaction.

Devido à grande preocupação com a geração de novas tecnologias mais ágeis, eficientes e de baixo custo, as reações fotodinâmicas (RF) têm ganhado destaque. Estas envolvem a ativação de um fármaco fotossensível (fotossensibilizador (FS)), pela iluminação em uma faixa específica de comprimentos de onda, gerando assim espécies reativas altamente citotóxicas levando as células à morte. As RF são divididas em duas categorias: terapia fotodinâmica (TFD) e inativação fotodinâmica (IFD). A primeira é utilizada para tratamentos oncológicos, dermatológicos, entre outros. A segunda é utilizada para descontaminação de micro-organismos em infecções localizadas. Atualmente a IFD tem sido alvo de muitos estudos pois tem diversas vantagens quando comparadas com as técnicas de descontaminação atuais. Duas das mais importantes são: a seletividade e a não geração de micro-organismos resistentes aos FSs. Apesar desta técnica ser utilizada com sucesso em diversos campos, ela ainda apresenta baixa eficiência quando comparada às técnicas tradicionais. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi criar um novo protocolo de aplicação da IFD visando o aumento de eficiência, bem como um estudo profundo das interações dos FSs com as células, e o monitoramento da dinâmica do FS nestas. O presente estudo utiliza-se de células da levedura Candida albicans e demonstra a interação destas células com dois FSs: Photogem® e Curcumina. Foi proposto um novo protocolo que promove o aumento da internalização de FS pelas células baseado na pré-iluminação de baixa dose durante o tempo de incubação. Foi possível demonstrar através da medida dos espectros de absorção do sobrenadante de uma solução com células e Photogem®, que as amostras que tiveram pré-iluminação internalizaram mais FS do meio do que as células mantidas no escuro. Além disso, a partir de ensaios de viabilidade com a levedura e o Photogem® foi demonstrado que as amostras que tiveram pré-iluminação apresentaram diminuição de até seis ordens de grandeza nas unidades formadoras de colônia quando comparadas com as amostras tratadas pelo protocolo tradicional de IFD. Através das técnicas de microscopia confocal de fluorescência e de imagem de tempo de vida de fluorescência foi possível compreender a interação entre os FSs e as células, bem como estudar a ligação deste FS em diferentes regiões da célula. Além disso, foi estudada ainda a mobilidade destas moléculas dentro das células sob condições com e sem iluminação de baixa dose. Através deste estudo pôde-se inferir que as moléculas de curcumina tem tempos característicos de entrada nas células mais lentos que os tempos característicos do Photogem®. Ainda foi possível tomar vantagem da fluorescência do Photogem® para monitorar a entrada deste nas células de levedura, bem como monitorar a formação do seu fotoproduto, determinando assim que 7,5 minutos é o tempo médio de iluminação durante a incubação com FS necessário para que pelo menos 80% das células tivessem o FS internalizado, sem significante formação de fotoprodutos. Conclui-se ainda que este novo protocolo de incubação com iluminação leva a maior eficiência e seletividade da IFD, abrindo caminho para uma nova linha de pesquisa nas RF em geral, possivelmente podendo este protocolo ser aplicado em diversos tipos de células. / In the last years, due to the increasing need of generation of novel faster and cheaper technologies, the photodynamic reactions (PR) have been highlighted. These reactions involves the activation of a photosensitive drug, named photosensitizer (PS), by light in proper spectral window and generation of highly cytotoxic reactive species, leading cells to death. The photodynamic reactions may be divided in two categories: photodynamic therapy (PDT) and photodynamic inactivation (PDI). The first one is performed in order to treat oncologic, dermatologic and other diseases, whereas the second one is employed in the decontamination of microorganisms in localized infections. When compared with existing decontamination techniques, PDI has several advantages, among which two of the most important are its selectivity of the PS that acts only at the delivered site, as well as not inducing antibiotic resistance, for such reasons are subjected of many current studies. Althought this technique has been performed with great success in many fields, it still has a lack of efficiency. In this context, the purpose of this study was create a new application protocol of this technique in order to increase the efficiency, as well as understand the interactions of the PS with the cells and monitoring the drug dynamic in cells. In this study, Candida albicans cells were utilized and the interaction of two PSs (Photogem® and Curcumin) were demonstrated. A new protocol which promotes an increase of the PS cells uptake was proposed, this protocol is based on the low dose illumination during the incubation time. By measuring absorption spectra of the supernatant of two solutions with cells and Photogem®, in which in one of them were applied a low dose light, was demonstrated that the illuminated cells had an uptake increased when compared with the sample kept in the dark. Moreover, viability assays with the Photogem® and the cells proved that the cells that receive low dose light in the incubation stage had more damage in the PDI, showing a decrease of six orders of magnitude when compared with the traditional PDI. Through confocal and lifetime fluorescence microscopy techniques it was possible not only to comprehend the interaction between the PS and cells, as well as to study the binding of this molecules in different regions of the cells. Furthermore, the mobility of the PS molecules inside the cells was studied in conditions of illumination and dark, it could be inferred that the curcumin molecules has higher characteristic time than Photogem® molecules. Monitoring the cell Photogem® uptake, and the photoproduct formation was possible by take advantage of the PS fluorescence. Thus it was possible to determine the average illumination time (7.5 minutes) during the incubation time so at least 80% of the cells had the PS internalized, without much generation of photoproducts. It follows also that this new incubation protocol with low dose illumination leads to greater efficiency of PDI, so this study leads a new field of research in overall photodynamic reaction.

O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante coproduto obtido a partir da produção convencional de etanol. No entanto, o bagaço vem se mostrando como uma importante fonte para a produção de etanol de segunda geração. No primeiro capítulo da tese é apresentado um estudo referente à distribuição espacial dos compostos na matriz de bagaço de cana-de-açúcar. A investigação foi realizada utilizando microscopia de fluorescência confocal e espectroscopia por excitação com um e dois fótons. Imagens de autofluorescência em combinação com as medidas de fluorescência e tempos de vida forneceram uma gama de informações necessárias para a caracterização de amostras de bagaço. Além disso, a técnica permite o acompanhamento de processos relacionados com a remoção de lignina. A nanocelulose cristalina (NCC) é um material promissor devido as suas propriedades intrínsecas, tais como seu formato alongado, medindo de 1 a 100 nm de diâmetro e seu comprimento variando de algumas dezenas a centenas de nanômetros. No capítulo 2, a nanocelulose cristalina foi obtida através da hidrólise da celulose cristalina (de Avicel®) com ácido sulfúrico. Em seguida, o material foi caracterizado por técnicas de microscopia SEM e TEM, confirmando a morfologia em forma de haste e a estrutura de tamanho nanométrico. A microscopia de campo largo convencional foi utilizada como ferramenta na caracterização da NCC dispersa em soluções poliméricas de PVA e PVP. A última parte do capítulo 2 descreve a caracterização de estruturas de NCC usando a microscopia de super-resolução de fluorescência STED (depleção de emissão estimulada). As imagens mostraram uma resolução de até 50 nm, permitindo a comparação com resultados de TEM e AFM. No capítulo 3, a nanocelulose cristalina foi covalentemente marcada com o corante ATTO-532, através da chamada reação \"click\". As propriedades relacionadas com o coeficiente de difusão da NCC foram determinadas por espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS). Em uma etapa posterior, a NCC foi colocada em diferentes soluções do polímero PEG, contendo quantidades diferentes. As propriedades dinâmicas foram analisadas por métodos de FCS e WFM. O uso de técnicas de espectroscopia e microscopia revelou detalhes relacionados à heterogeneidade das dispersões de NCC, as quais estão relacionadas com as propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas das soluções poliméricas. / The sugarcane bagasse is an abundant co-product obtained from the conventional production of ethanol. However, sugarcane bagasse has been proving to be an important source to the production of second-generation ethanol. In the first chapter, the spatial distribution of compounds in the sugarcane bagasse matrix was investigated by confocal fluorescence microscopy and spectroscopy with one and two-photon excitation. Autofluorescence images in combination to spectral emission and lifetime measurements provided a tool for the characterization of natural bagasse samples. Moreover, the technique allows the following of processes related to the lignin removal. Nanocrystalline cellulose (NCC) is a promisor material because of its properties, such as rod-shape with 1-100 nm in diameter, and tens to hundreds of nanometres in length. In the Chapter 2, NCC was obtained via sulphuric acid hydrolysis from Avicel®. Afterwards, the material was characterized by classic electronic microscopy SEM and TEM, confirming the rod-shaped morphology and the nano-sized structure. Conventional wide field microscopy was used as fluorescence microscopy tool in the characterization of NCC, when dispersed in polymeric solutions of PVA and PVP. The last part of the chapter 2 describes the characterization of NCC structures by using the super-resolution fluorescence microscopy STED (Stimulated Emission Depletion). The STED images showed a resolution down to 50 nm, allowing the comparison with TEM and AFM microscopy results. In the Chapter 3, the NCC was covalently labelled, by a click-chemistry reaction, with the ATTO-532 dye. Properties related to diffusion coefficient of NCC were determined by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) method. Afterwards, NCC was placed into a solution of PEG, containing different amounts polymer. The dynamic properties were evaluated by FCS and WFM methods. The use of spectroscopy and microscopy imaging techniques revealed heterogeneity details of NCC dispersions, which are related to the hydrophilic and hydrophobic properties of the polymer solution. A better understanding of polymer systems is achieved by investigation of diffusion properties, that allows the comprehension of rheological parameters, and, consequently, in polymer processing and assembly of plastics, films, and fibres. In the Chapter 4 is presented a study where fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and wide-field fluorescence microscopy (WFM) were used to follow changes in the diffusion coefficients of growing polymer chains, during the controlled radical polymerization process. Linear and star-shaped polystyrene were grown via nitroxide-mediated polymerization (NMP) from alkoxyamine-based initiators containing a highly fluorescent perylene diimide moiety. This study demonstrates that direct investigation of heterogeneity emerging during a controlled radical polymerization process by means of fluorescence of single-molecule chain initiator allows unravelling information related to the diffusion processes of the growing polymer chain.

A terapia fotodinâmica (TFD) utilizando ácido 5-aminolevulinico (ALA) e derivados em aplicação tópica e, como precursor da protoporfirina IX (PPIX) apresenta alguns limitantes relativos a baixa permeação das substâncias na pele. Comportamento este que afeta a produção e homogeneidade da distribuição da PPIX na superfície e camadas mais profundas da pele. Para resolver essa limitação muitos autores propõem alternativas modificando a molécula do ALA e derivados, bem como modificando as propriedades químicas da fase externa da emulsão (mais hidrofílica ou hidrofóbica) ou então o sistema de entrega para a emulsão. O objetivo desse estudo é avaliar qual a proporção de ALA e metil-5-aminolevulinato (MAL) que quando misturados levam ao aumento da quantidade e uniformidade da formação da PPIX na superfície e em profundidade na pele. Para esse estudo foi realizada análises de fluorescência e histologia. O estudo foi conduzido in vivo e ex vivo usando biópsias de pele de porco cultivadas in vitro. A produção de PPIX foi monitorada utilizando espectroscopia de fluorescência, imagem de fluorescência de campo amplo e microscopia confocal de fluorescência. E para a aplicação da TFD os parâmetros usados foram de 125 mW/cm2 de intensidade e 150 J/cm2 de dose. A análise do dano causado pela irradiação foi realizada por meio de histologia da pele após 24 e 48 horas da aplicação da TFD. O ALA e MAL na concentração de 20% foram misturados nas seguintes proporções: ALA ou M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA 40% MAL), M4 (50% ALA MAL), M5 (40% ALA 60% MAL), M6 (20% ALA 80% MAL) e MAL como M7. As diferentes proporções foram incorporadas em emulsões óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O). De acordo com os resultados, as misturas M3, M4 e M5 mostraram maior produção de PPIX na superfície da pele segundo as medidas de fluorescência em 3h de incubação e, no estudo da cinética mostraram produzir PPIX em menor tempo. No estudo de permeação do creme in vitro em pele ex vivo, por microscopia confocal de fluorescência, observou-se que as misturas M3, M4 e M5 produziram mais PPIX nas camadas da pele do que ALA e MAL. As análises histológicas das misturas apresentaram maior dano fotodinâmico na superfície e profundidade das camadas da pele após a TFD, independente da emulsão. A análise em até 48h observou-se predominantemente a fase do processo de reparo referente à fase inflamatória, mas existem indícios ao longo das análises tanto macroscópicas e histológicas que o processo de reparo referente as fases subsequentes de proliferação e remodelamento estão iniciando-se em paralelo. A mistura M4 em ambas as emulsões apresentou elevada quantidade de formação de PPIX em menor tempo de incubação. M4 em emulsão O/A apresentou menor dano fotodinâmico já que a evolução do processo reparo foi mais rápida sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área cosmética-estética. Já M4 em emulsão A/O levou a um maior dano fotodinâmico já que a evolução do processo de reparo foi mais lenta sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área oncológica e de doenças de pele. De modo geral o estudo proposto apresentou impacto positivo para a otimização da terapia fotodinâmica em aplicação tópica. / Photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid and derivatives on topical application and as a precursor of protoporphyrin (PPIX) has some limitations for low permeation of substances into the skin. This behavior affects PPIX production and homogeneous distribution on the surface and deeper layers of the skin. To resolve this limitation, many authors propose alternatives such as modifying the molecule of ALA and its derivatives, as well as changing the chemical properties of the external phase of the emulsion (more hydrophilic or hydrophobic) or the delivery system to the emulsion. The aim of this study is to assess the proportion of ALA and methyl-5-aminolevulinate (MAL) that when mixed leads to an increase in the amount and uniformity of the PPIX formation on surface and deep skin. For this study we performed fluorescence analysis and histology. The studies were conducted in vivo and also using pig skin biopsies (ex vivo) cultured in vitro. The PPIX production was monitored using fluorescence spectroscopy, widefield fluorescence imaging, and fluorescence confocal microscopy. For the application of PDT an intensity of 125 mW/cm2 and a dose 150 J/cm2 were used. Analysis of the damage caused by irradiation was performed through skin histology after 24 and 48 hours after PDT application. ALA and MAL in concentration of 20% were mixed in the following proportions: ALA or M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA - 40% MAL), M4 (50% ALA - MAL) M5 (40% ALA - 60% MAL), M6 (20% ALA - 80% MAL) MAL and as M7. Different proportions were incorporated in oil-in-water emulsions (O/W) and water-in-oil (W/O). The fluorescence measurements for 3h of incubation showed better PPIX production in the skin surface for mixtures M3, M4 and M5. Moreover, the kinetics study showed PPIX production in less time for these mixtures. In the study of cream permeation of ex vivo skin in vitro by confocal fluorescence microscopy, we observed that the mixtures M3, M4 and M5 produced more PPIX in the skin layers than ALA and MAL. The histological analyses of the mixtures showed higher photodynamic damage on the surface and deeper layers of the skin after PDT, independent of the emulsion. The analysis in 48 hours predominantly observed the phase of the healing process regarding the inflammatory phase but there are signs along both macroscopic and histological analysis that the healing process concerning the subsequent stages of proliferation and remodeling are initiating in parallel. The mixture M4 in both emulsions had high amounts of PPIX formation in shorter incubation time. M4 emulsion O/A showed a lower photodynamic damage since the evolution of the healing process was faster suggesting to potential application in PDT facing cosmetic-aesthetic area. M4 already in W/O emulsion led to a greater photodynamic damage since the evolution of the healing process was slower suggesting to potential application in PDT facing oncology and skin diseases. Overall the proposed study had a positive impact on the optimization of photodynamic therapy for topical application.

A terapia fotodinâmica (TFD) utilizando ácido 5-aminolevulinico (ALA) e derivados em aplicação tópica e, como precursor da protoporfirina IX (PPIX) apresenta alguns limitantes relativos a baixa permeação das substâncias na pele. Comportamento este que afeta a produção e homogeneidade da distribuição da PPIX na superfície e camadas mais profundas da pele. Para resolver essa limitação muitos autores propõem alternativas modificando a molécula do ALA e derivados, bem como modificando as propriedades químicas da fase externa da emulsão (mais hidrofílica ou hidrofóbica) ou então o sistema de entrega para a emulsão. O objetivo desse estudo é avaliar qual a proporção de ALA e metil-5-aminolevulinato (MAL) que quando misturados levam ao aumento da quantidade e uniformidade da formação da PPIX na superfície e em profundidade na pele. Para esse estudo foi realizada análises de fluorescência e histologia. O estudo foi conduzido in vivo e ex vivo usando biópsias de pele de porco cultivadas in vitro. A produção de PPIX foi monitorada utilizando espectroscopia de fluorescência, imagem de fluorescência de campo amplo e microscopia confocal de fluorescência. E para a aplicação da TFD os parâmetros usados foram de 125 mW/cm2 de intensidade e 150 J/cm2 de dose. A análise do dano causado pela irradiação foi realizada por meio de histologia da pele após 24 e 48 horas da aplicação da TFD. O ALA e MAL na concentração de 20% foram misturados nas seguintes proporções: ALA ou M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA 40% MAL), M4 (50% ALA MAL), M5 (40% ALA 60% MAL), M6 (20% ALA 80% MAL) e MAL como M7. As diferentes proporções foram incorporadas em emulsões óleo em água (O/A) e água em óleo (A/O). De acordo com os resultados, as misturas M3, M4 e M5 mostraram maior produção de PPIX na superfície da pele segundo as medidas de fluorescência em 3h de incubação e, no estudo da cinética mostraram produzir PPIX em menor tempo. No estudo de permeação do creme in vitro em pele ex vivo, por microscopia confocal de fluorescência, observou-se que as misturas M3, M4 e M5 produziram mais PPIX nas camadas da pele do que ALA e MAL. As análises histológicas das misturas apresentaram maior dano fotodinâmico na superfície e profundidade das camadas da pele após a TFD, independente da emulsão. A análise em até 48h observou-se predominantemente a fase do processo de reparo referente à fase inflamatória, mas existem indícios ao longo das análises tanto macroscópicas e histológicas que o processo de reparo referente as fases subsequentes de proliferação e remodelamento estão iniciando-se em paralelo. A mistura M4 em ambas as emulsões apresentou elevada quantidade de formação de PPIX em menor tempo de incubação. M4 em emulsão O/A apresentou menor dano fotodinâmico já que a evolução do processo reparo foi mais rápida sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área cosmética-estética. Já M4 em emulsão A/O levou a um maior dano fotodinâmico já que a evolução do processo de reparo foi mais lenta sugerindo-se potencial de aplicação em TFD voltado para área oncológica e de doenças de pele. De modo geral o estudo proposto apresentou impacto positivo para a otimização da terapia fotodinâmica em aplicação tópica. / Photodynamic therapy (PDT) using 5-aminolevulinic acid and derivatives on topical application and as a precursor of protoporphyrin (PPIX) has some limitations for low permeation of substances into the skin. This behavior affects PPIX production and homogeneous distribution on the surface and deeper layers of the skin. To resolve this limitation, many authors propose alternatives such as modifying the molecule of ALA and its derivatives, as well as changing the chemical properties of the external phase of the emulsion (more hydrophilic or hydrophobic) or the delivery system to the emulsion. The aim of this study is to assess the proportion of ALA and methyl-5-aminolevulinate (MAL) that when mixed leads to an increase in the amount and uniformity of the PPIX formation on surface and deep skin. For this study we performed fluorescence analysis and histology. The studies were conducted in vivo and also using pig skin biopsies (ex vivo) cultured in vitro. The PPIX production was monitored using fluorescence spectroscopy, widefield fluorescence imaging, and fluorescence confocal microscopy. For the application of PDT an intensity of 125 mW/cm2 and a dose 150 J/cm2 were used. Analysis of the damage caused by irradiation was performed through skin histology after 24 and 48 hours after PDT application. ALA and MAL in concentration of 20% were mixed in the following proportions: ALA or M, M2 (80% ALA - 20% MAL), M3 (60% ALA - 40% MAL), M4 (50% ALA - MAL) M5 (40% ALA - 60% MAL), M6 (20% ALA - 80% MAL) MAL and as M7. Different proportions were incorporated in oil-in-water emulsions (O/W) and water-in-oil (W/O). The fluorescence measurements for 3h of incubation showed better PPIX production in the skin surface for mixtures M3, M4 and M5. Moreover, the kinetics study showed PPIX production in less time for these mixtures. In the study of cream permeation of ex vivo skin in vitro by confocal fluorescence microscopy, we observed that the mixtures M3, M4 and M5 produced more PPIX in the skin layers than ALA and MAL. The histological analyses of the mixtures showed higher photodynamic damage on the surface and deeper layers of the skin after PDT, independent of the emulsion. The analysis in 48 hours predominantly observed the phase of the healing process regarding the inflammatory phase but there are signs along both macroscopic and histological analysis that the healing process concerning the subsequent stages of proliferation and remodeling are initiating in parallel. The mixture M4 in both emulsions had high amounts of PPIX formation in shorter incubation time. M4 emulsion O/A showed a lower photodynamic damage since the evolution of the healing process was faster suggesting to potential application in PDT facing cosmetic-aesthetic area. M4 already in W/O emulsion led to a greater photodynamic damage since the evolution of the healing process was slower suggesting to potential application in PDT facing oncology and skin diseases. Overall the proposed study had a positive impact on the optimization of photodynamic therapy for topical application.

O bagaço de cana-de-açúcar é um abundante coproduto obtido a partir da produção convencional de etanol. No entanto, o bagaço vem se mostrando como uma importante fonte para a produção de etanol de segunda geração. No primeiro capítulo da tese é apresentado um estudo referente à distribuição espacial dos compostos na matriz de bagaço de cana-de-açúcar. A investigação foi realizada utilizando microscopia de fluorescência confocal e espectroscopia por excitação com um e dois fótons. Imagens de autofluorescência em combinação com as medidas de fluorescência e tempos de vida forneceram uma gama de informações necessárias para a caracterização de amostras de bagaço. Além disso, a técnica permite o acompanhamento de processos relacionados com a remoção de lignina. A nanocelulose cristalina (NCC) é um material promissor devido as suas propriedades intrínsecas, tais como seu formato alongado, medindo de 1 a 100 nm de diâmetro e seu comprimento variando de algumas dezenas a centenas de nanômetros. No capítulo 2, a nanocelulose cristalina foi obtida através da hidrólise da celulose cristalina (de Avicel®) com ácido sulfúrico. Em seguida, o material foi caracterizado por técnicas de microscopia SEM e TEM, confirmando a morfologia em forma de haste e a estrutura de tamanho nanométrico. A microscopia de campo largo convencional foi utilizada como ferramenta na caracterização da NCC dispersa em soluções poliméricas de PVA e PVP. A última parte do capítulo 2 descreve a caracterização de estruturas de NCC usando a microscopia de super-resolução de fluorescência STED (depleção de emissão estimulada). As imagens mostraram uma resolução de até 50 nm, permitindo a comparação com resultados de TEM e AFM. No capítulo 3, a nanocelulose cristalina foi covalentemente marcada com o corante ATTO-532, através da chamada reação \"click\". As propriedades relacionadas com o coeficiente de difusão da NCC foram determinadas por espectroscopia de correlação de fluorescência (FCS). Em uma etapa posterior, a NCC foi colocada em diferentes soluções do polímero PEG, contendo quantidades diferentes. As propriedades dinâmicas foram analisadas por métodos de FCS e WFM. O uso de técnicas de espectroscopia e microscopia revelou detalhes relacionados à heterogeneidade das dispersões de NCC, as quais estão relacionadas com as propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas das soluções poliméricas. / The sugarcane bagasse is an abundant co-product obtained from the conventional production of ethanol. However, sugarcane bagasse has been proving to be an important source to the production of second-generation ethanol. In the first chapter, the spatial distribution of compounds in the sugarcane bagasse matrix was investigated by confocal fluorescence microscopy and spectroscopy with one and two-photon excitation. Autofluorescence images in combination to spectral emission and lifetime measurements provided a tool for the characterization of natural bagasse samples. Moreover, the technique allows the following of processes related to the lignin removal. Nanocrystalline cellulose (NCC) is a promisor material because of its properties, such as rod-shape with 1-100 nm in diameter, and tens to hundreds of nanometres in length. In the Chapter 2, NCC was obtained via sulphuric acid hydrolysis from Avicel®. Afterwards, the material was characterized by classic electronic microscopy SEM and TEM, confirming the rod-shaped morphology and the nano-sized structure. Conventional wide field microscopy was used as fluorescence microscopy tool in the characterization of NCC, when dispersed in polymeric solutions of PVA and PVP. The last part of the chapter 2 describes the characterization of NCC structures by using the super-resolution fluorescence microscopy STED (Stimulated Emission Depletion). The STED images showed a resolution down to 50 nm, allowing the comparison with TEM and AFM microscopy results. In the Chapter 3, the NCC was covalently labelled, by a click-chemistry reaction, with the ATTO-532 dye. Properties related to diffusion coefficient of NCC were determined by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) method. Afterwards, NCC was placed into a solution of PEG, containing different amounts polymer. The dynamic properties were evaluated by FCS and WFM methods. The use of spectroscopy and microscopy imaging techniques revealed heterogeneity details of NCC dispersions, which are related to the hydrophilic and hydrophobic properties of the polymer solution. A better understanding of polymer systems is achieved by investigation of diffusion properties, that allows the comprehension of rheological parameters, and, consequently, in polymer processing and assembly of plastics, films, and fibres. In the Chapter 4 is presented a study where fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and wide-field fluorescence microscopy (WFM) were used to follow changes in the diffusion coefficients of growing polymer chains, during the controlled radical polymerization process. Linear and star-shaped polystyrene were grown via nitroxide-mediated polymerization (NMP) from alkoxyamine-based initiators containing a highly fluorescent perylene diimide moiety. This study demonstrates that direct investigation of heterogeneity emerging during a controlled radical polymerization process by means of fluorescence of single-molecule chain initiator allows unravelling information related to the diffusion processes of the growing polymer chain.

Entender os processos em superfície/interface de filmes e seus efeitos sobre as propriedades ópticas e elétricas de materiais orgânicos é de grande importância tecnológica. Esta pesquisa descreve a fabricação e caracterização de filmes poliméricos extremamente finos (espessura <10 nm) e homogêneos compostos por camadas de polímero/polieletrólitos e estruturas com modulação de energia ou poços quânticos. O objetivo principal foi o estudo dos processos de transferência de carga e energia em tais estruturas. Os polímeros luminescentes utilizados foram poli(9,9 dioctilfluoreno) (PFO) poli(p-fenileno vinileno (PPV). O PPV foi obtido a partir do precursor poli(cloreto de tetraidrotiofeno de xililideno) (PTHT). A técnica de deposição denominada deposição camada por camada assistida por spin (SA-LbL) foi utilizada para obtenção dos filmes. Medidas de absorbância confirmaram o crescimento linear das camadas para as interfaces polieletrólito/polieletrólito e polímero/polieletrólito. Com o objetivo de entender a transferência do elétron &pi; do polímero conjugado para o polieletrólito, as configurações das estruturas poliméricas foram alteradas através da deposição de diferentes monocamadas de polieletrólito sobre o filme polimérico. Observamos que os elétrons &pi; foram efetivamente transferidos para os polieletrólitos que possuem alta afinidades eletrônica. Este efeito interfere fortemente na absorção bem como nas características de condução do filme polimérico ultrafino. A absorção é restabelecida após a conversão de PTHT em PPV. Medidas de fotoluminescência (PL) em filmes PFO/PPV resultam em curvas de emissão com picos característicos de ambos os polímeros, o que confirma que a técnica SA-LbL permite a deposição de estruturas poliméricas multicamadas. As várias configurações de filmes obtidas elucidaram os processos de transferência que ocorrem em diferentes interfaces, tais como: mudança da sequencia de deposição do polieletrólito, número de camadas duplas PTHT/DBS e a introdução de camadas separadoras. Além disso, um único poço quântico, ou seja, estruturas formadas por uma camada PPV cercada por barreiras de PFO com 10 nm de espessura foram obtidas. Medidas de absorbâcia, PL e excitação mostraram uma eficiente migração estado excitado da barreira de PFO para o PPV (poço). A homogeneidade da imagem confocal, demonstrou um rigoroso controle da camada de cobertura ao nível de um única monocamada e sem contaminação pelos materiais depositados sequencialmente. A microscopia confocal de fluorescência (CFM) e espectroscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM) foram utilizadas para caracterizar a dinâmica do exciton e o seu confinamento nos poços quânticos. As medidas de CFM demonstraram que excitons que são gerados na barreira de PFO são eficientemente transferidos para o PPV. Além disso, o tempo de decaimento da emissão PFO residual é fortemente reduzido devido a processos de migração concorrentes no poço. O tempo de decaimento de PPV diminui substancialmente para poços com espessuras abaixo de 5 nm como resultado da auto-aniquilação do exciton. Dessa forma, as estruturas de MQW obtidos pela técnica de SA-LbL podem ser usadas para estudar a transferência de energia, efeitos túneis e para a construção de novos dispositivos optoelectrónicos com maior eficiência. / The understanding of surface/interface processes and their effects on optical/electrical properties of organic materials is of strong technological importance. This research describes the fabrication and characterization of extremely thin (thickness <10 nm) and homogeneous multilayered polymeric structures including polymer/poly-electrolyte layers and structures with energy modulation such as quantum well. Our main purpose was the study of charge and energy transfer processes in such energy modulated structures. The luminescent polymers used were Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) (PFO) and poly(p-phenylenevinylene) (PPV). PPV has been obtained from the poly(xylyliden tetrahydrothiophenium chloride) (PTHT) precursor. The so-called Spin Self-Assembly Layer-by-Layer deposition method (SA-LbL) was utilized to obtain the films. Absorption measurements confirmed the linear growth of layers using for polyelectrolyte/polyelectrolyte and polymer/polyelectrolyte interfaces. In order to understand the &pi;-electron transfer from the conjugated polymer to charged states of the polyelectrolyte, the configurations of the polymeric structures were modified by depositing different polyelectrolyte monolayer on the polymer film. We observed that &pi;-electrons were effectively transferred to polyelectrolytes that have high electron affinities. This effect strongly affects both absorption and conduction features of such very thin polymeric film. The absorption is restored after the conversion of PTHT in PPV. Photoluminescence measurements on PFO/PPV films result in emission curves with characteristic peaks of both polymers, confirming that SA-LbL technique allows deposition of multilayer polymeric structures. The various film configurations elucidates the transfer processes occurring at different interfaces like: change of polyelectrolyte deposition order, number of PTHT/DBS bilayers and introduction of spacers. In addition, Single Quantum Well (SQW), i.e., structures consisted of PPV layer surrounded of 10 nm thick PFO barriers were obtained. Optical absorption, PL and excitation spectroscopy showed an efficient excited state migration from the PFO barrier to the PPV well. The confocal image homogeneity demonstrated the layer coverage control at a monolayer level and without layer intermixing of the sequentially deposited polymeric materials. High resolution Confocal Fluorescence Microscopy (CFM) and Fluorescence Life spectroscopy and Imaging (FLIM) were used to characterize the exciton dynamics and confinement in quantum well. The CFM measurements demonstrated that excitons generated at the PFO barrier are efficiently transferred to the PPV well. Furthermore, the decay time of the residual PFO emission is strongly reduced due to the competing migration process in the well. The decay time of PPV decreases substantially for well thicknesses below 5 nm as a result of exciton self-annihilation. Thus, the MQW structures obtained by SA-LbL technique can be used to study energy transfer, tunneling effects and to build up new optoelectronic devices with greater efficiency.

Entender os processos em superfície/interface de filmes e seus efeitos sobre as propriedades ópticas e elétricas de materiais orgânicos é de grande importância tecnológica. Esta pesquisa descreve a fabricação e caracterização de filmes poliméricos extremamente finos (espessura <10 nm) e homogêneos compostos por camadas de polímero/polieletrólitos e estruturas com modulação de energia ou poços quânticos. O objetivo principal foi o estudo dos processos de transferência de carga e energia em tais estruturas. Os polímeros luminescentes utilizados foram poli(9,9 dioctilfluoreno) (PFO) poli(p-fenileno vinileno (PPV). O PPV foi obtido a partir do precursor poli(cloreto de tetraidrotiofeno de xililideno) (PTHT). A técnica de deposição denominada deposição camada por camada assistida por spin (SA-LbL) foi utilizada para obtenção dos filmes. Medidas de absorbância confirmaram o crescimento linear das camadas para as interfaces polieletrólito/polieletrólito e polímero/polieletrólito. Com o objetivo de entender a transferência do elétron &pi; do polímero conjugado para o polieletrólito, as configurações das estruturas poliméricas foram alteradas através da deposição de diferentes monocamadas de polieletrólito sobre o filme polimérico. Observamos que os elétrons &pi; foram efetivamente transferidos para os polieletrólitos que possuem alta afinidades eletrônica. Este efeito interfere fortemente na absorção bem como nas características de condução do filme polimérico ultrafino. A absorção é restabelecida após a conversão de PTHT em PPV. Medidas de fotoluminescência (PL) em filmes PFO/PPV resultam em curvas de emissão com picos característicos de ambos os polímeros, o que confirma que a técnica SA-LbL permite a deposição de estruturas poliméricas multicamadas. As várias configurações de filmes obtidas elucidaram os processos de transferência que ocorrem em diferentes interfaces, tais como: mudança da sequencia de deposição do polieletrólito, número de camadas duplas PTHT/DBS e a introdução de camadas separadoras. Além disso, um único poço quântico, ou seja, estruturas formadas por uma camada PPV cercada por barreiras de PFO com 10 nm de espessura foram obtidas. Medidas de absorbâcia, PL e excitação mostraram uma eficiente migração estado excitado da barreira de PFO para o PPV (poço). A homogeneidade da imagem confocal, demonstrou um rigoroso controle da camada de cobertura ao nível de um única monocamada e sem contaminação pelos materiais depositados sequencialmente. A microscopia confocal de fluorescência (CFM) e espectroscopia de fluorescência resolvida no tempo (FLIM) foram utilizadas para caracterizar a dinâmica do exciton e o seu confinamento nos poços quânticos. As medidas de CFM demonstraram que excitons que são gerados na barreira de PFO são eficientemente transferidos para o PPV. Além disso, o tempo de decaimento da emissão PFO residual é fortemente reduzido devido a processos de migração concorrentes no poço. O tempo de decaimento de PPV diminui substancialmente para poços com espessuras abaixo de 5 nm como resultado da auto-aniquilação do exciton. Dessa forma, as estruturas de MQW obtidos pela técnica de SA-LbL podem ser usadas para estudar a transferência de energia, efeitos túneis e para a construção de novos dispositivos optoelectrónicos com maior eficiência. / The understanding of surface/interface processes and their effects on optical/electrical properties of organic materials is of strong technological importance. This research describes the fabrication and characterization of extremely thin (thickness <10 nm) and homogeneous multilayered polymeric structures including polymer/poly-electrolyte layers and structures with energy modulation such as quantum well. Our main purpose was the study of charge and energy transfer processes in such energy modulated structures. The luminescent polymers used were Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) (PFO) and poly(p-phenylenevinylene) (PPV). PPV has been obtained from the poly(xylyliden tetrahydrothiophenium chloride) (PTHT) precursor. The so-called Spin Self-Assembly Layer-by-Layer deposition method (SA-LbL) was utilized to obtain the films. Absorption measurements confirmed the linear growth of layers using for polyelectrolyte/polyelectrolyte and polymer/polyelectrolyte interfaces. In order to understand the &pi;-electron transfer from the conjugated polymer to charged states of the polyelectrolyte, the configurations of the polymeric structures were modified by depositing different polyelectrolyte monolayer on the polymer film. We observed that &pi;-electrons were effectively transferred to polyelectrolytes that have high electron affinities. This effect strongly affects both absorption and conduction features of such very thin polymeric film. The absorption is restored after the conversion of PTHT in PPV. Photoluminescence measurements on PFO/PPV films result in emission curves with characteristic peaks of both polymers, confirming that SA-LbL technique allows deposition of multilayer polymeric structures. The various film configurations elucidates the transfer processes occurring at different interfaces like: change of polyelectrolyte deposition order, number of PTHT/DBS bilayers and introduction of spacers. In addition, Single Quantum Well (SQW), i.e., structures consisted of PPV layer surrounded of 10 nm thick PFO barriers were obtained. Optical absorption, PL and excitation spectroscopy showed an efficient excited state migration from the PFO barrier to the PPV well. The confocal image homogeneity demonstrated the layer coverage control at a monolayer level and without layer intermixing of the sequentially deposited polymeric materials. High resolution Confocal Fluorescence Microscopy (CFM) and Fluorescence Life spectroscopy and Imaging (FLIM) were used to characterize the exciton dynamics and confinement in quantum well. The CFM measurements demonstrated that excitons generated at the PFO barrier are efficiently transferred to the PPV well. Furthermore, the decay time of the residual PFO emission is strongly reduced due to the competing migration process in the well. The decay time of PPV decreases substantially for well thicknesses below 5 nm as a result of exciton self-annihilation. Thus, the MQW structures obtained by SA-LbL technique can be used to study energy transfer, tunneling effects and to build up new optoelectronic devices with greater efficiency.