Orientador: Dirceu Noriler. / Coorientador: Henry França Meier. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

O carcinoma da bexiga urinária (CB) é a segunda doença maligna mais frequente do trato urinário. Devido a baixa eficácia dos tratamentos intravesicais atuais (imunoterapia com BCG e quimioterapia), seja pelo baixo tempo de residência do fármaco na bexiga ou pela baixa permeabilidade no urotélio, novas estratégias que aumentem esse tempo de residência do fármaco e sua penetração na bexiga têm sido investigadas. Dentre estas estratégias pode-se citar os sistemas de liberação sustentada nanoestruturados, que liberam o fármaco gradativamente, protegem o fármaco encapsulado, aumenta a biodisponibilidade, aumentando a eficácia da terapia e diminuindo os efeitos adversos. Nesta linha, o objetivo desse trabalho foi produzir e utilizar carreadores lipídicos nanoestruturados (CLN) como sistema de carreamento de doxorrubicina (DOXO) e a sua avaliação biológica em células de câncer de bexiga. Os CLN, compostos por manteiga de Illipê (lipídeo sólido), ácido oleico (óleo) e o estabilizante Pluronic F68, foram preparados pelo método de emulsão a quente e sonicação. A caracterização físico-química do CLN foi realizada determinando o diâmetro hidrodinâmico médio e potencial zeta (carga superficial) por espalhamento de luz dinâmico (DLS), cristalinidade por calorimetria exploratória diferencial (DSC), eficiência de encapsulamento por espectrofotometria UV-vis, ensaio de citotoxicidade em células RT4 e análise de permeação ex vivo e in vivo das formulações aplicadas em bexiga de porco por microscopia confocal. O diâmetro hidrodinâmico médio dos CLN sem o fármaco foi de 103 nm e seu PdI (índice de polidispersão) igual a 0,2. O encapsulamento da DOXO aumentou o diâmetro dos CLN para 112 nm e o valor de PdI foi de 0,2. O baixo valor de PdI indica formulações com baixa polidispersão. Os valores de potencial zeta dos CLN sem e com DOXO foram ambos negativos, variando de -5 mV a -25 mV. Nos termogramas das amostras de CLN-DOXO não foi observado o pico referente a fusão da DOXO em 197,93ºC, indicando que o fármaco provavelmente está molecularmente disperso na matriz lipídica. Nos ensaios de citotoxicidade, a formulação CLN-DOXO mostrou-se mais citotóxica do que a DOXO livre em baixas concentrações (31-250 ng/mL). O valor de IC50 reduziu 2,1 vezes quando a DOXO foi encapsulada. Essa maior atividade antitumoral in vitro pode estar relacionada ao aumento do uptake celular como confirmado pelos ensaios de citometria de fluxo. No estudo de permeação ex vivo em bexiga de porco foram observadas permeações muito semelhantes das formulações de DOXO livre e encapsulada em CLN. Porém no ensaio in vivo a DOXO encapsulada permeou mais que a DOXO livre. Os resultados obtidos apontam para um promissor sistema de liberação de doxorrubicina para a terapia do câncer de bexiga. / Urinary bladder carcinoma (BC) is the second most common malignant disease of the urinary tract. Due to the low efficacy of current intravesical treatments (BCG immunotherapy and chemotherapy), either because of the low residence time of the drug in the bladder or due to low permeability in the urothelium, new strategies that increase the residence time of the drug and its penetration into the bladder have been investigated. These strategies include nanostructured sustained release systems, which release the drug gradually, protect the encapsulated drug, increase the bioavailability; increasing the effectiveness of the therapy and reducing side effects. In this line, the aim of this work was to produce and apply nanostructured lipid carriers (NLC) as a doxorubicin delivery system (DOXO) and its biological evaluation in bladder cancer cells. The NLC, composed by Illipe butter (solid lipid), oleic acid (oil) and Pluronic F68 stabilizer, were prepared by the hot emulsion and sonication method. The physical-chemical characterization of these NLC was performed by measured the mean hydrodynamic diameter and zeta potential (surface charge) by dynamic light scattering (DLS), crystallinity by differential scanning calorimetry (DSC), encapsulation efficiency by UV-vis spectrophotometry, cytotoxicity assay in RT4 cells and ex vivo and in vivo permeation assay of formulations applied to pig bladder by confocal microscopy. The mean hydrodynamic diameter of NLC without the drug was 103 nm and its PdI (polydispersity index) was 0.2. The encapsulation of DOXO increased the NLC diameter to 112 nm and the PdI value was 0.2. The low value of PdI indicates formulations with low polydispersion. The zeta potential values of the NLC without and with DOXO were both negative (-5 mV to -25 mV). In the thermograms of the NLC-DOXO sample the fusion peak of DOXO at 197.93 was not observed, indicating that the drug is molecularly dispersed in the lipid matrix. In the cytotoxicity assays, the NLC-DOXO formulation was more cytotoxic than free DOXO at low concentrations (31-250 ng/mL). The IC50 value was reduced 2.1 fold when DOXO was encapsulated. This increased in vitro antitumor activity may be related to increased cell uptake as confirmed by flow cytometry analysis. In the ex vivo permeation study in the pig bladder, a very similar permeation was observed between free and encapsulated DOXO. However, in the in vivo assay the encapsulated DOXO permeated more than free DOXO. The results indicates a promising release system of doxorubicin to bladder cancer therapy.

O presente trabalho tem como objetivo principal a eletrofiação de nanofibras poliméricas de poliacrilonitrila (PAN) e polifluoreto de vinilideno (PVDF), incorporadas com negro de fumo (NF) e ftalocianina de cobre (CuPc), visando aplicações em dispositivos sensores. Inicialmente foram preparadas soluções de PAN puro a 6 % em peso e PVDF puro a 20% em peso e foram misturadas a essas soluções partículas de negro de fumo e ftalocianina de cobre, obtendo soluções de PAN/NF, PVDF/NF, PAN/CuPc e PVDF/CuPc. Foi determinada a viscosidade absoluta das soluções. Realizou-se a eletrofiação para obtenção de nanofibras que foram caracterizadas segundo o diâmetro e morfologia, usando microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura. Para avaliar as interações polímero-polímero, polímero-partícula foram analisadas por espectroscopia FITR e Raman. Com as fibras de PAN/NF foi analisada a resistência e condutância elétrica das membranas usando um picoamperímetro digital, visando aplicação como filtro eletrostático. Foi construído canal na lâmina de silício usando um feixe de laser visando a deposição de fibras dentro do canal usando a técnica de focagem eletrodinâmica com tensão aplicada em máscaras de cobre. Foi usada a técnica da microbalança de cristal de quartzo para determinar a variação de massa adsorvida por membranas de PAN/CuPc e PVDF/CuPc por meio da medida da variação de frequência usando um frequencímetro digital, onde se observou que essas membranas são promissoras para atuar como sensores de vapor de amônia. / The main objective of this work is the incorporation of different particles in order to electrospun polymeric nanofibers of polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF), aiming at applications in sensor devices. Initially, solutions of PAN pure 6 wt% and PVDF pure 20 wt% were prepared and these solutions were mixed with carbon black (NF) particles and copper phthalocyanine (CuPc), obtaining solutions of PAN/NF, PVDF/NF, PAN/CuPc and PVDF/CuPc. The absolute viscosity of the solutions was determined. The electrospinning was performed to obtain nanofibers that were characterized according to the diameter and morphology, using optical microscope and scanning electron microscopy. To evaluate the polymer-polymer and polymer-particle interactions, FITR and Raman spectroscopy were performed. The resistance and conductance of the membranes electrospun from PAN/NF solution were analyzed using a digital picoammeter, and an increase in the resistance was measured. This result shows that the membrane is suitable to be applied as electrostatic filter. A channel was constructed on the silicon wafer using a laser beam for the deposition of fibers inside the channel using the electrodynamic focusing technique. The quartz crystal microbalance technique was used to determine the applicability of the membranes as sensor layer. The results of PAN/CuPc and PVDF/CuPc membranes suggests that these membranes are promising to act such as ammonia vapor sensors.

O carcinoma da bexiga urinária (CB) é a segunda doença maligna mais frequente do trato urinário. Devido a baixa eficácia dos tratamentos intravesicais atuais (imunoterapia com BCG e quimioterapia), seja pelo baixo tempo de residência do fármaco na bexiga ou pela baixa permeabilidade no urotélio, novas estratégias que aumentem esse tempo de residência do fármaco e sua penetração na bexiga têm sido investigadas. Dentre estas estratégias pode-se citar os sistemas de liberação sustentada nanoestruturados, que liberam o fármaco gradativamente, protegem o fármaco encapsulado, aumenta a biodisponibilidade, aumentando a eficácia da terapia e diminuindo os efeitos adversos. Nesta linha, o objetivo desse trabalho foi produzir e utilizar carreadores lipídicos nanoestruturados (CLN) como sistema de carreamento de doxorrubicina (DOXO) e a sua avaliação biológica em células de câncer de bexiga. Os CLN, compostos por manteiga de Illipê (lipídeo sólido), ácido oleico (óleo) e o estabilizante Pluronic F68, foram preparados pelo método de emulsão a quente e sonicação. A caracterização físico-química do CLN foi realizada determinando o diâmetro hidrodinâmico médio e potencial zeta (carga superficial) por espalhamento de luz dinâmico (DLS), cristalinidade por calorimetria exploratória diferencial (DSC), eficiência de encapsulamento por espectrofotometria UV-vis, ensaio de citotoxicidade em células RT4 e análise de permeação ex vivo e in vivo das formulações aplicadas em bexiga de porco por microscopia confocal. O diâmetro hidrodinâmico médio dos CLN sem o fármaco foi de 103 nm e seu PdI (índice de polidispersão) igual a 0,2. O encapsulamento da DOXO aumentou o diâmetro dos CLN para 112 nm e o valor de PdI foi de 0,2. O baixo valor de PdI indica formulações com baixa polidispersão. Os valores de potencial zeta dos CLN sem e com DOXO foram ambos negativos, variando de -5 mV a -25 mV. Nos termogramas das amostras de CLN-DOXO não foi observado o pico referente a fusão da DOXO em 197,93ºC, indicando que o fármaco provavelmente está molecularmente disperso na matriz lipídica. Nos ensaios de citotoxicidade, a formulação CLN-DOXO mostrou-se mais citotóxica do que a DOXO livre em baixas concentrações (31-250 ng/mL). O valor de IC50 reduziu 2,1 vezes quando a DOXO foi encapsulada. Essa maior atividade antitumoral in vitro pode estar relacionada ao aumento do uptake celular como confirmado pelos ensaios de citometria de fluxo. No estudo de permeação ex vivo em bexiga de porco foram observadas permeações muito semelhantes das formulações de DOXO livre e encapsulada em CLN. Porém no ensaio in vivo a DOXO encapsulada permeou mais que a DOXO livre. Os resultados obtidos apontam para um promissor sistema de liberação de doxorrubicina para a terapia do câncer de bexiga. / Urinary bladder carcinoma (BC) is the second most common malignant disease of the urinary tract. Due to the low efficacy of current intravesical treatments (BCG immunotherapy and chemotherapy), either because of the low residence time of the drug in the bladder or due to low permeability in the urothelium, new strategies that increase the residence time of the drug and its penetration into the bladder have been investigated. These strategies include nanostructured sustained release systems, which release the drug gradually, protect the encapsulated drug, increase the bioavailability; increasing the effectiveness of the therapy and reducing side effects. In this line, the aim of this work was to produce and apply nanostructured lipid carriers (NLC) as a doxorubicin delivery system (DOXO) and its biological evaluation in bladder cancer cells. The NLC, composed by Illipe butter (solid lipid), oleic acid (oil) and Pluronic F68 stabilizer, were prepared by the hot emulsion and sonication method. The physical-chemical characterization of these NLC was performed by measured the mean hydrodynamic diameter and zeta potential (surface charge) by dynamic light scattering (DLS), crystallinity by differential scanning calorimetry (DSC), encapsulation efficiency by UV-vis spectrophotometry, cytotoxicity assay in RT4 cells and ex vivo and in vivo permeation assay of formulations applied to pig bladder by confocal microscopy. The mean hydrodynamic diameter of NLC without the drug was 103 nm and its PdI (polydispersity index) was 0.2. The encapsulation of DOXO increased the NLC diameter to 112 nm and the PdI value was 0.2. The low value of PdI indicates formulations with low polydispersion. The zeta potential values of the NLC without and with DOXO were both negative (-5 mV to -25 mV). In the thermograms of the NLC-DOXO sample the fusion peak of DOXO at 197.93 was not observed, indicating that the drug is molecularly dispersed in the lipid matrix. In the cytotoxicity assays, the NLC-DOXO formulation was more cytotoxic than free DOXO at low concentrations (31-250 ng/mL). The IC50 value was reduced 2.1 fold when DOXO was encapsulated. This increased in vitro antitumor activity may be related to increased cell uptake as confirmed by flow cytometry analysis. In the ex vivo permeation study in the pig bladder, a very similar permeation was observed between free and encapsulated DOXO. However, in the in vivo assay the encapsulated DOXO permeated more than free DOXO. The results indicates a promising release system of doxorubicin to bladder cancer therapy.

Apesar de todos os esforços feitos até hoje para explorar as propriedades estruturais de nanopartículas bimetálicas, ainda há uma restrição no que se refere a ferramentas adequadas para analizar com sucesso suas estruturas e composição. Nessa tese de doutorado, diferentes amostras contendo nanopartículas de PtPd foram sintetizadas de modo a conseguir um determinando arranjo atômico dos elementos no interior da nanopartícula, que podem ser uma estrutura caro¸cocasca (o que significa que um elemento está no caroço da nanopartícula e o outro elemento está presente na casca da nanopartícula) ou nanoliga. As amostras foram analisadas via MEIS (Espalhamento de Ions de Média Energia) e análise elementar espacialmente resolvida via espectroscopia de energia dispersiva (EDX) no modo STEM (Microscópio Eletrônico de Transmissão e Varredura). O uso complementar das técnicas MEIS e STEM mostrou-se de grande valia, sendo que a primeira analisa estatisticamente milhões de nanopartículas, enquanto que a segunda analisa as nanopartículas individualmente. Como fruto disso, as medidas com suas respectivas simulações conseguiram prover detalhes importantíssimos, tais como raio do caroço, espessura e composição da casca, e também distinguiu estruturas caroço casca. Estruturas de nanoligas de PtPd e caroço de Pd foram sintetizadas com sucesso, enquanto que a tentativa de criar uma estrutura com caroço de Pt resultou em uma mistura de estruturas caroço casca (caro¸co de Pt ou Pd) e nanoligas. Além disso, a sensibilidade da técnica MEIS à superfície da nanopartícula foi corroborada, sendo que ela foi capaz de quantificar a composição mais plausível da casca. / Despite all efforts that have been performed to explore the structural properties of bimetallic nanoparticles, there is still a constraint in the proper use of tools to successfully analyze their composition and structure. In this doctoral thesis different samples containing PtPd nanoparticles were synthesized in such a way to form a determined atomic arrangement of elements within the nanoparticle, which could be a nanoalloy or a core@shell structure. The samples were analysed via MEIS (Medium Energy Ion Scattering) and space-resolved elemental analysis energy dispersive spectroscopy (EDX) in the STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy) mode. The complementarity of MEIS and STEM was validated, since the first technique analyses statistically million of nanoparticles, while the second ones analyses the nanoparticles individually. As a result, the measurements along with their respective simulations enabled us to obtain some very important nanoparticle details, such as the core and shell sizes, composition of the shell, and to distinguish different core@shell structures. Nanoalloys and Pd-core structures were successfully synthesized, while the attempt to produce a Pt-core resulted in a mixture of core@shell structures (Pt or Pd core) and nanoalloys. Moreover, MEIS sensitivity to the nanoparticles surface was corroborated by the fact that we were able to quantify the most plausible shell composition of the nanoparticles.

Orientador: Mauro Coelho dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2010.

Orientador: Flavio Leandro de Souza. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2012.

Orientador: Frank Nelson Crespilho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais avançados, 2011.

Orientador: Wendel Andrade Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2014

Orientadora: Michelle Leali Costa / Coorientador: Edson Cocchieri Botelho / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Koshun Iha / Resumo: As resinas fenólica e furfurílica possuem elevada densidade de ligações cruzadas e alto teor de carbono fixo, sendo, portanto, amplamente aplicadas na área aeroespacial, principalmente na obtenção de carbono vítreo. Apesar do domínio da produção de resinas fenol-furfurílica (FF) já se encontrar disponível em literatura, poucos dados a respeito de suas propriedades são publicados. Além disso, quase nenhuma informação pode ser encontrada a respeito da produção de compósitos nanoestruturados de resina fenol-furfurílica reforçada com nanotubos de carbono. Desta forma, o objetivo do presente trabalho é a obtenção de resina fenol-furfurílica e seus compósitos nanoestruturados com diferentes concentrações de nanotubos de carbono (0,1; 0,5 e 1,0 % m/m) e a caracterização térmica dos mesmos. Durante o desenvolvimento deste trabalho, as amostras foram avaliadas via calorimetria exploratória diferencial (DSC), visando obter informações a respeito do seu calor específico (cp); análise termomecânica (TMA) para obtenção do coeficiente de expansão térmica linear (α) e termogravimetria (TGA) para o conhecimento da temperatura de degradação térmica, tanto via análises reais como simuladas por software, conhecido como Highway Simulation. As análises de DSC mostram que os valores de cp tendem a aumentar com a temperatura até aproximadamente 150°C, a partir da qual tendem a decrescer. Além disso, a introdução dos CNT na resina FF aumenta o valor de cp até a concentração de 0,5%. O coeficiente de expansão térmica linear obtido pela técnica de TMA para a amostra de FF foi 33.10-6 °C-1. A introdução de CNT nas amostras de FF não afeta significativamente sua estabilidade térmica. Os valores encontrados de cp, α e temperatura inicial de degradação térmica para a resina FF são próximos aos valores da resina fenólica encontrados na literatura / Abstract: Phenolic and furfuryl alcohol resins have a high density of cross-links and high carbon yield, and thus widely applied in the aerospace area, mainly in the vitreous carbon processing. The production of phenol-furfuryl alcohol resin (FF) is already available in the literature, however, few works report its properties. Furthermore, almost no information can be found regarding the production of nanostructured composites of FF/carbon nanotubes (CNT). In this way, the aim of this work is to obtain nanostructured composites of FF/CNT with different concentrations of carbon nanotubes (0.1, 0.5 and 1.0% w/w) and thermal characterization. The specimens were evaluated by differential scanning calorimetry (DSC), in order to obtain information regarding your specific heat (cp); thermo-mechanical analysis (TMA) for obtaining the linear thermal expansion coefficient (α) and thermogravimetry (TGA) to knowledge of the temperature of thermal degradation, either by actual analyses as simulated by software known as Highway Simulation. The DSC analysis shows that the samples studied show that cp values tend to increase with the increase of temperature up to 150°C. Furthermore, the introduction of the CNT in FF resin increases the value of cp up to a concentration of 0.5%. The coefficient of linear thermal expansion obtained by the TMA technique for sample FF was 33.10-6 °C-1. The introduction of the CNT samples FF does not affect its thermal stability. The values found in the analyses are close to the values of the phenolic resin in the literature / Mestre