A referida Tese apresentará os principais trabalhos publicados durante o período de doutoramento, no que se refere à síntese de nanopartículas metálicas em líquidos iônicos a partir de precursores metálicos, bem como as evidências da interação do líquido iônico com as nanopartículas. Posteriormente serão abordadas as aplicações de complexos metálicos em líquidos iônicos em catálise homogênea, principalmente reações de hidroformilação e produção de hidrogênio a partir de ácido fórmico. / The present Thesis will show the main articles published during the PhD period referred to the synthesis of metal nanoparticles in ionic liquids from their correspondent metallic precursors as well as the evidences of the interaction between the ionic liquid and the metal NPs. Further, it will be present the applications of metal complexes dissolved in ionic liquids in homogeneus catalysis, focusing on hydroformylation reactions and hydrogen gas production from formic acid.

A decomposição controlada do precursor organometálico [Ru(cod)(cot)] (cod = ŋ4-1,5 ciclooctadieno e cot = ŋ6-1,3,5 ciclooctatrieno) com hidrogênio molecular disperso em líquidos iônicos, derivados da associação de cátions 1-n-butil-3-metilimidazólio com ânions PF6-, BF4- e CF3SO3-, leva a formação de nanopartículas de rutênio. O diâmetro médio destas partículas determinado por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Difração de Raios X (DRX) foi de 1,9 – 2,4 e 2,7 nm, respectivamente. A análise por Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios X (XPS) mostra claramente uma contribuição importante da componente Ru-O indicando a formação de uma camada de passivação nas nanopartículas de rutênio, que desaparece após bombardeamento com Ar+. Estudos de Espalhamento de Raios X em Baixo Ângulo (SAXS) mostram a formação de uma camada semicristalina de líquido iônico em torno das nanopartículas. Na hidrogenação do 1-hexeno com nanopartículas de [Ru(0)]n.PF6 foi possível realizar de 8 e 9 reciclos nos líquidos iônicos BMI.PF6 e BMI.BF4, respectivamente. Na hidrogenação do benzeno pela ação de nanopartículas de rutênio verificou-se seletividade para cicloexeno de até 39% a baixas conversões. Uma série de constantes de velocidades relativas das reações competitivas de hidrogenação de compostos aromáticos monosubstituídos por grupos alquila foram correlacionadas com os parâmetros estéreos de Taft, obtendo-se valores satisfatórios para os coeficientes de correlação. Os resultados mostraram que a velocidade relativa de hidrogenação diminui com o aumento do substituinte alquila.

A presente tese é dividida em dois capítulos: o primeiro capítulo descreve a síntese de nanopartículas (NPs) de Ta2O5 a partir de líquidos iônicos (LIs) hexaclorotantalato de 1-n-alquil-3-metilimidazólio (alquil = butil: BMI.TaCl6, decil: DMI.TaCl6) e sua aplicação na fotogeração de gás hidrogênio a partir da decomposição da molécula de água (processo water splitting). Esta rota visa utilizar as propriedades intrínsicas dos LIs para atuarem como agentes precursores e estabilizantes na formação de espécies nanométricas de Ta2O5. Por MET verificou-se que as NPs preparadas através da hidrólise dos adutos BMI.TaCl6 e DMI.TaCl6 apresentaram diâmetro médio de 8 e 2 nm, respectivamente, indicando uma influência significativa do cátion do LI na formação e estabilização das NPs. A análise de MET no modo difração de elétrons revelou que as NPs de Ta2O5 como preparadas são cristalinas, embora as análises de DRX indiquem a presença de um material amorfo. A otimização dos parâmetros de síntese e fotocatálise (agente de sacrifício, quantidade de catalisador) gerou uma maximização na fotoprodução de H2. A amostra DMI 1:0,5 apresentou uma excelente atividade fotocatalítica na geração de H2 utilizando etanol como agente de sacrifício (eficiência quântica aparente de 17% e taxa de fotogeração de H2 de 7,2 mmol H2.h-1.g-1). As atividades fotocatalíticas das NPs de Ta2O5 como preparadas foram superiores quando comparadas às amostras calcinadas. Estes resultados podem estar relacionados à presença de LI remanescente nas amostras, o qual gera regiões hidrofílicas facilitando a aproximação das moléculas de água nos sítios ativos do catalisador e favorecendo a reação fotocatalítica, enquanto que nas amostras calcinadas ocorre a perda do LI após o tratamento térmico. Na tentativa de aumentar a produção de H2 foi realizado uma deposição de nanopartículas de Pt pela técnica de sputtering sobre a superfície das NPs de Ta2O5. A amostra DMI 1:0,5 Pt foi capaz de aumentar a taxa de produção de H2 em 30% (9,2 mmol H2.h-1.g-1) durante o processo de water splitting. O segundo capítulo apresenta a síntese, caracterização e estudo fotofísico de novos derivados do núcleo 2,1,3-benzotiadiazola (BTD) fluorescentes com pontencial aplicação como marcadores celulares. Para isso, foram sintetizados quatros corantes que contém em sua estrutura anéis de imidazólio ligados a um núcleo BTD que é responsável pela fluorescência destes compostos. A obtenção do 4,7-bis-(imidazólio-3-il)-2,1,3-benzotiadiazol (BTDIm) foi realizada a partir da reação de acoplamento entre BTD e o imidazólio em presença de uma base, com rendimento de 82%. Os demais compostos foram sintetizados a partir da 4,7-bis-imidazol-2,1,3-benzotiadiazola e reações de alquilação com iodeto de metila, ácido clorídrico ou ácido cloro-acético, produzindo respectivamente os sais: iodeto de 4,7-bis-metilimidazólio-2,1,3-benzotiadiazola (BTDImMe), cloreto de 4,7-bis-(imidazólio-3-il)-2,1,3-benzotiadiazol (BTDImH), cloreto de 4,7-bis-ácidoacéticoimidazólio-2,1,3-benzotiadiazola (BTDImAc) em rendimentos de 87%, 70% e 38%, respectivamente. Os corantes foram caracterizados por IV, RMN 1H e 13C, ESI-MS e análise fotofísica por UV-Vis e emissão de fluorescência. Os compostos sintetizados foram testados como marcadores celulares. O melhor resultado foi obtido com o composto BTDIm, o qual se mostrou um marcador altamente seletivo para lisossomos com excelente sinal de fluorescência. / The present Thesis is divided in two chapters: the first one describes the synthesis of Ta2O5 nanoparticles (NPs) from 1-n-alkyl-3-methylimidazolium hexachlorotantalate (alkyl = butyl: BMI.TaCl6, decyl: DMI.TaCl6) ionic liquids (ILs) and their application in the photogeneration of hydrogen gas from the decomposition of water molecule (water splitting process). By this route it is desired the use of intrinsic properties of ILs to act as precursors and stabilizing agents in the formation of nanosized Ta2O5 particles. TEM analyses showed that NPs prepared from the hydrolysis of BMI.TaCl6 and DMI.TaCl6 have mean diameters of 8 and 2 nm, respectively, indicating a significant role of the IL cation on the formation and stabilization of the NPs. In the electron diffraction mode, TEM revealed that the as-prepared Ta2O5 NPs are crystalline, although the XRD suggested the presence of amorphous material. The optimization of the synthesis parameters and photocatalysis (sacrificial agent, catalyst amount) gives maximization in the hydrogen photoproduction. The sample DMI 1:0,5 showed an excellent photoactivity in the hydrogen generation using ethanol as sacrificial agent (apparent quantum efficiency of 17% and hydrogen production of 7,2 mmol H2.h-1.g-1). The photoactivities of the as-prepared Ta2O5 NPs were superior to those obtained for the thermal treated samples. These results can be related to the presence of remained IL in the samples, which provides hydrophilic regions helping in the water molecule approach to the catalyst active sites favoring the photocatalytic reaction, while in thermal treated samples there is a loss of IL after the treatment. In order to improve the hydrogen production, Pt NPs were deposited by sputtering technique onto the surface of Ta2O5 NPs. The sample DMI 1:0,5 Pt was capable to increase the hydrogen production up to 30% (9,2 mmol H2.h-1.g-1) during the water splitting process. The second chapters presents the synthesis, characterization and photophysics study of new fluorescent compounds derived from the 2,1,3-benzotiadiazole (BTD) moiety with potential application as cell marker. For this purpose, it was synthesized four dyes that contain imidazolium rings attached to the BTD moiety, which is responsible for the fluorescence of these compounds. 4,7-bis-imidazole-2,1,3 -benzotiadiazole (BTDIm) was obtained from the coupling reaction between BTD and imidazole in the presence of a base, giving 82% in yield. The other compounds were synthesized from the 4,7-bis-imidazole-2,1,3-benzotiadiazole and alkylation with iodomethane, chloridric acid and chloroacetic acid, giving the salts: 4,7-bis-methylimidazolium-2,1,3-benzotiadiazole iodide (BTDImMe), 4,7-bis-imidazolium-2,1,3-benzotiadiazole chloride (BTDImH) e 4,7-bis-aceticacidimidazolium-2,1,3-benzotiadiazole chloride (BTDImAc) in yields of 87%, 70% and 38%, respectively. The dyes were characterized by IR, NMR 1H and 13C, ESI-MS and photophysics analysis by UV-Vis and fluorescence emission. The compounds were tested as cell biosensors. The best result was obtained with the compound BTDIm, which was highly selective for the lisossomes and showed excellent fluorescence signal.

Neste trabalho, foram preparados compactos nanoestruturados de sílica com alta densidade, duros e com propriedades ópticas de interesse que são resultantes da presença das nanopartículas de ouro (AuNPs) dispersas na matriz de sílica. Estes compactos foram obtidos a partir da compactação a alta pressão 7,7 GPa, (aproximadamente 76.000 atm) de sílicas preparadas pelo método sol-gel e dopadas com AuNPs. A suspensão coloidal de nanopartículas de ouro usada para realizar a dopagem foi sintetizada pelo método de Turkevich, sendo usado o polímero PVP (polivinilpirrolidona) como agente estabilizante. Variou-se a quantidade de solução de AuNPs e o tipo de catalisador para a preparação das sílicas dopadas. Para estudar a influência da presença das AuNPs e os efeitos da alta pressão na microestrutura das sílicas dopadas, usaram-se técnicas de: a) adsorção-dessorção de nitrogênio para determinação da área específica, do volume e da distribuição de tamanho de poros; b) microscopia eletrônica de transmissão para se obter informações morfológicas do tamanho, forma e dispersão das nanopartículas na matriz de sílica; c) espectroscopia no UV-Vis para estudar as propriedades ópticas das sílicas antes e após a compactação, d) microdureza Vickers para estudar as propriedades físicas dos compactos, e e) picnometria para a determinação da densidade dos compactos. Os resultados de espectroscopia no UV-Vis mostraram que nos materiais obtidos mantiveram-se as propriedades ópticas das AuNPs antes e após a compactação. Os resultados das isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio mostraram que com a dopagem há um aumento da área específica dos xerogéis e que a compactação promove uma diminuição da área específica e fechamentos dos poros dos materiais. As imagens de MET das sílicas dopadas mostraram as nanopartículas de ouro em forma esférica e que o processamento em alta pressão promoveu um aumento significativo do tamanho dessas nanopartículas que pode ter sido causado por aglomeração. Os resultados das análises físicas dos compactos mostraram que foram obtidos compactos duros e densos. / In this work, were prepared nanostructured silica compacts with high density, hard and with important optical properties resulting from the presence of gold nanoparticles (AuNPs) dispersed in the silica matrix. These compacts were obtained by the compression, at high pressure 7.7 GPa (approximately 76.000 atm), of silica powders prepared by sol-gel method and doped with AuNPs. The colloidal suspension of gold nanoparticles used to perform the doping was synthesized by the method of Turkevich, being used the polymer PVP (polyvinylpyrrolidone) as a stabilizer. A varied amount of solution of AuNPs and two type of catalyst for the preparation of doped silica was used. To study the influence of the presence of AuNPs and the effects of high pressure on the microstructure of doped silica, the techniques used were: a) Nitrogen adsorption-desorption for the determination of specific area, volume and pore size distribution of b ) transmission electron microscopy to obtain morphological information of the size, shape and dispersion of nanoparticles in silica matrix, c) UV-Vis spectroscopy to study the optical properties of silica before and after compaction, d) Vickers microhardness to study the physical properties of the compacts, and e) pycnometry for determining the density of the compacts. The results of the UV-Vis spectroscopy showed that the materials obtained kept the optical properties of AuNPs before and after compaction. The results of nitrogen adsorption-desorption isotherms showed that the doping promoted an increase in the specific area of xerogels and that the compression promotes a decrease in the specific area and locks the pores of materials. The TEM images of the doped silica showed that gold nanoparticles presented spherical shape and the processing it high pressure promoted a significant increase in the size of these nanoparticles possibly caused by agglomeration. The results of physical analysis showed that the compacts were hard and dense.

Submitted by Etelvina Domingos (etelvina.domingos@ufpe.br) on 2015-03-12T18:11:12Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Von Ivison Mariano de Paulo.pdf: 6310661 bytes, checksum: 333e2715142de88e792cb97aa06049d1 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-12T18:11:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Von Ivison Mariano de Paulo.pdf: 6310661 bytes, checksum: 333e2715142de88e792cb97aa06049d1 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-08 / CAPES FINEP CNPq FACEPE / Neste trabalho, foi investigado o efeito do tamanho do cristalito sobre as propriedades magnéticas e de impedância da manganita perovskita La1-xSrxMnO3 (LSM), com valores x = 0,3 e x = 0,33. Com essas dopagens, dois conjuntos de amostras foram sintetizadas utilizando co-precipitação química, fixando o tempo de tratamento térmico e variando a temperatura de calcinação entre 500 e 1000 °C. Ainda, com as mesmas dopagens foi utilizada a síntese por reação de estado sólido convencional. Essa técnica foi realizada por meio de mistura e homogeneização dos precursores do composto LSM seguida de tratamento térmico. As temperaturas de patamar foram de 1000 e 1100 °C, com tempo entre 24 e 89 horas. Foi utilizada a técnica de difração de raios-X (DRX) para identificação da fase cristalina LSM. A determinação do tamanho médio do cristalito (D) foi feita pela fórmula de Scherrer. Os tamanhos dos mesmos foram calculados na faixa entre 30 e 100 nm para as amostras produzidas por coprecipitação, consideradas sistemas nanométricos. Entretanto, as amostras geradas por estado sólido foram estimadas com tamanho do cristalito da ordem de 200 nm. A micromorfologia e caracterização química qualitativa foram feitas por meio de microscopia de varredura (MEV), onde foi possível observar aglomerados de nanopartículas. Por meio de EDS foram identificados os elementos La, Sr, Mn e O da composição nominal do composto. Os estudos de magnetização (M) foram feitos em função do campo magnético (M x H) e em função da temperatura (M x T) com magnetometria de amostra vibrante (MAV). A caracterização M x H foi feita à temperatura de 300 K com campo magnético de intensidade variando entre –30 kOe ≤ H ≤ +30 kOe. Para La0,7Sr0,3MnO3 com D = 38, 53 e 60 nm foi possível obter o laço de histerese estreito com campo coercitivo HC = 37, 39 e 40 Oe e remanência Mr = 1,44, 1,76, e 1,74 emu/g. Entretanto a magnetização de saturação (MS) foi encontrada por interpolação para campo infinito, com valores 33, 36 e 40 emu/g, aumentando com o aumento do cristalito, que foi elucidado por efeitos superficiais das nanopartículas. Foram realizadas análises térmicas de termomagnetometria (TGM) para obtenção da temperatura de Curie (TC). Foram estimadas TC = 371 K para amostras nanométricas, geradas por co-precipitação e TC = 374 K para as amostras produzidas por reação de estado sólido. Foram feitas medidas de impedância (∣Z∣), resistência (R), reatância (X) e fase ( em função da frequência, com um analisador de impedância. Para essa medida foi utilizado um sistema consistindo de um porta-amostra plástico envolvido com uma bobina de cobre. O material na forma de pó foi utilizado e compactado no portaamostra. As medidas foram realizadas na faixa de rádio frequência (RF) de 100 MHz a 300 MHz à temperatura ambiente. Foi verificado que ∣Z∣, R e X para o sistema bobina e amostra aumentavam com aumento da frequência. Para resistência da bobina, por exemplo, variando-se a frequência a partir de 100 MHz até 300 MHz foi verificado um pico máximo de 7,10 Ohms em 190 MHz. Porém, quando introduzidas às amostras, conforme maior o tamanho médio do cristalito observou-se que o perfil dos gráficos ∣Z∣, R e X da bobina foi deslocado para esquerda, acompanhado de uma diminuição da frequência (fp) e da intensidade do pico máximo. Esse resultado foi explicado à luz da eletrodinâmica clássica, pelo efeito pelicular.

Made available in DSpace on 2018-08-01T20:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10037_Dissertação_Débora Machado Ferreira.pdf: 4120909 bytes, checksum: ee64255bc33c0e0860f2451e16f34f43 (MD5) Previous issue date: 2016-06-06 / A nanotecnologia tem recebido uma grande atenção, nas últimas décadas, devido às suas promissoras aplicações. As nanopartículas possuem aplicações em diversas áreas, como na área farmacêutica (sistemas de entrega de fármacos, cosméticos); indústria têxtil (roupas com propriedades antimicrobianas); medicina diagnóstica (imagem, biossensores de alta eficiência); energia (painéis solares); biorremediação, entre outros. Síntese convencional de nanopartículas pode envolver processos químicos e físicos caros que costumam usar materiais tóxicos com potenciais riscos tais como toxicidade ambiental, citotoxicidade e carcinogenicidade. Os problemas de toxicidade surgem a partir das substâncias como solventes orgânicos, agentes redutores e estabilizadores que são usados para evitar a aglomeração dos coloides. Como resultado, a presença destes agentes de toxicidade sobre as nanopartículas sintetizadas pode impedir sua aplicação biomédica. No entanto, todos estes fatores podem ser controlados através da produção mediada biologicamente. Por isso síntese de nanomateriais utilizando extratos vegetais se mostra um método rápido e não tóxico para a produção de nanopartículas metálicas. Esse método, também chamado de síntese verde, busca a utilização de compostos naturais como agentes redutores, proporcionando uma alternativa sustentável aos produtos tóxicos. Aqui propomos uma rota de síntese verde para a preparação de nanopartículas de ouro na presença de uma fração da resina de Virola oleifera baseada no planejamento fatorial tendo como variáveis concentração do extrato e pH. Caracterizamos utilizando espectroscopia UV-vis, espectroscopia RAMAN, espectroscopia FT-IR, MET, DLS e potencial zeta. Neste caso, o extrato vegetal utilizado foi capaz de reduzir o sal metálico, constatado pelo espectro de absorção na região do UV-vis, e fornecer estabilidade. As nanopartículas foram funcionalizadas com o extrato vegetal utilizado como foi observado no perfil de bandas da análise que mostra ligações químicas que ocorrem em sistemas híbridos de AuNPs. Também apresentaram boa dispersividade e tamanho homogêneo. Esperamos que este estudo contribua como uma alternativa às rotas tradicionais e tenha uma promissora aplicação biológica.

Made available in DSpace on 2018-08-01T21:35:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11752_DISSERTACAO_DaniloSoaresCosta.pdf: 4266906 bytes, checksum: e6c450d015cbc770dcb26ae4a723a7f3 (MD5) Previous issue date: 2017-08-31 / Recentemente, nanocarreadores constituídos de peptídeos sintéticos conjugados com nanopartículas de ouro (AuNP) têm sido considerados uma plataforma eficiente para a entrega de imunógenos e consequente produção de anticorpos. Apesar de as nanovacinas metálicas superarem problemas decorrentes da vacinação tradicional com patógenos vivos atenuados ou patógenos inativados, a aplicação e a estabilidade das nanobiointerfaces em sistemas biológicos continuam sendo uma lacuna questionável que se relaciona com o método de conjugação. Este trabalho descreve a bioconjugação via atração eletrostática e ligação covalente de peptídeos imunogênicos na superfície de nanoesferas de ouro e avalia sua estabilidade em uma ampla gama de concentrações de sal e pH. O software Protean® foi usado para predizer as sequências imunogênicas na proteína não estrutural 1 (NS1) dos 04 sorotipos do vírus da dengue (DENV), que foram sintetizado em fase sólida e caracterizado com HPLC e ICP-MS. Técnicas como UV-vis, Fluorimetria, FTIR, Raman, Potencial Zeta e DLS, bem como TEM foram empregadas para caracterizar ambas as abordagens eletrostática e covalente antes e depois da bioconjugação. A interação entre o peptídeo derivado de DENV1 NS1 com AuNP demonstrou melhor eficiência no processo de ligação e na estabilidade do nanbiomaterial conjugado para ambas as abordagens. Logo, esses dados abrem novas perspectivas para o uso de nanobioconjugados com peptídeos imunogênicos como plataformas para entrega de fármacos / imunógenos.

Made available in DSpace on 2014-06-12T22:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3117_1.pdf: 6170973 bytes, checksum: 0557b2189f58fe967942e0b9fd03ab34 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / morfologia esférica e nanopartículas de ouro e prata. Usando a técnica de geração de gotas, foram preparadas três classes de esferas: a primeira contendo apenas quitosana e gel de hidróxido de alumínio (Q/Al); a segunda classe, quitosana e nanopartículas de ouro e prata coloidal (Q/NPs-Au e Q/NPs-Ag); e a terceira classe, formada pelos respectivos híbridos (Q/Al/Au e Q/Al/Ag). O gel de hidróxido de alumínio foi preparado através do processo sol-gel e as nanopartículas de ouro e prata por redução térmica. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia de IV, RMN1H e RMN27Al-MAS, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, análise elementar, espectroscopia de absorção UV-vis, medidas de área superficial (BET) e medidas de viscosidade. Dependendo da técnica utilizada, a quitosana apresentou grau de desacetilação entre 70-79%. O deslocamento químico para o gel de hidróxido de alumínio disperso na solução de quitosana apresentou dois picos: (i) um pico referente ao íon complexo hexaquoalumínio (+3) e; (ii) outro referente ao íon alumínio dinuclear, responsável pelo alargamento do pico. Os principais parâmetros envolvidos na formação das esferas foram a concentração da solução de quitosana e a viscosidade da solução final de Q/Al. Assim, o valor máximo para a formação das esferas Q/Al foi 1173 cP e o valor mínimo foi 83 cP, para as esferas Q/NPs-Ag. O tratamento estatístico feito com 53 esferas, secas (Q/Al) e sinterizadas (Al2O3), mostram que o método usado produz esferas homogêneas, porém, as esferas calcinadas apresentaram assimetria moderada. Os resultados de difração de raios-X das aluminas calcinadas em 200 °C, 400 °C, 600 °C e 800°C mostram que as fases presentes são boemita, Al2O3 e Al2O3. As bandas de infravermelho na região entre 500-900 cm-1 referem-se aos modos vibracionais da ligação Al O (AlO6 e AlO4). O deslocamento químico obsevado por RMN27Al-MAS indica que os grupos AlO6 estão presente em maior quantidade, enquanto os grupos AlO4 estão em menor quantidade. As bandas de plasmons em 535 nm e 433 nm confirmaram a formação das nanopartículas de Au e Ag. O diâmetro médio das nanopartículas formadas foi de 14,96 nm, para as nanopartículas de ouro; e 14,28 nm para as nanopartículas de prata. O deslocamento das bandas em 1600 e 1423 cm-1 para um número de onda menor indica que os grupos NH2 da quitosana estão envolvidos na redução/estabilização das nanopartículas de Au e Ag. Após a calcinação das esferas Q/Al/Au a 600 °C, foi observada a presença da banda de plasmon (= 535 nm) indicando, ainda, a presença de nanopartículas de ouro. As esferas sintetizadas podem ser aplicadas em processos catalíticos, como por exemplo, em reações de epoxidação de olefinas

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Ingeniero Civil Químico / Nanopartículas esféricas de sílice de 20 y 100 nm de diámetro fueron sintetizadas por el método sol-gel, utilizando tetraetilortosilicato (TEOS) como iniciador, las cuales fueron posteriormente modificadas por reacciones de grafting con clorosilanos y por líquidos iónicos como agentes surfactantes, para ser utilizadas como relleno nanométrico en compósitos de polipropileno (PP). El objetivo principal de este trabajo es estudiar el efecto de la incorporación de nanopartículas de sílice de distintos tamaños, concentraciones y funcionalidad superficial sobre las propiedades mecánicas, térmicas y de barrera al oxígeno y vapor de agua, para ser utilizados en empaque de alimentos. Se encontró que la adición de nanopartículas de sílice aumenta la rigidez del material, a la vez que disminuye su límite elástico y tenacidad. Nanopartículas de menor tamaño tienen un mayor efecto sobre las propiedades del material dada su mayor superficie específica. El módulo elástico del material aumentó hasta en un 80% con la adición de 30 %p/p de nanopartículas de 20 nm, a la vez que la elongación máxima disminuye hasta en un 99%. La modificación superficial de la sílice, tanto por clorosilanos como por líquidos iónicos aumenta considerablemente la tenacidad, aumentando al doble la elongación máxima, posiblemente dada la mayor movilidad de las cadenas poliméricas en la interfase polímero-partícula. En propiedades de barrera se encontró que en general la adición de sílice nanométrica aumenta la permeabilidad al oxígeno y vapor de agua del material, dada la formación de espacios libres en la interfase polímero partícula, los cuales al aglomerarse formando canales preferentes a la permeación. Con ello se logró un aumento en la permeabilidad al hasta 14 veces para el oxígeno y 6 veces para el vapor de agua utilizando nanopartículas de 20 nm, mientras que para nanopartículas de 100 nm se alcanzó un aumento de hasta 6 y 2 veces para el oxígeno y vapor de agua respectivamente, al 30 %p/p de sílice para todos los casos mencionados. La modificación por clorosilanos aumenta el coeficiente de permeabilidad posiblemente debido a la condensación y aglomeración de partículas durante la etapa de modificación. Por otro lado, la modificación por líquidos iónicos aumenta la permeabilidad al vapor de agua debido a la naturaleza higroscópica de estos, aumentando la solubilidad del vapor de agua en el material, y por consecuencia su permeabilidad. Se encontró que las nanopartículas de sílice actúan como sitios de nucleación para la cristalización del polipropileno, afectando la morfología de la matriz, por lo que las propiedades finales no solo dependen de la presencia del relleno, sino también de cambios en la matriz polimérica misma. Finalmente, se encontró que las nanopartículas aumentan la estabilidad térmica del material, aumentando su temperatura de degradación por un mecanismo de absorción de volátiles sobre su superficie. Se estableció que las propiedades finales de un material nanocompuesto dependerán no solo de la morfología del relleno, sino también del tamaño y de la funcionalidad superficial de éstas.

Doctor en Ciencias Farmacéuticas / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento / En el área farmacéutica, la investigación en nanotecnología ha tenido un progreso sostenido en la última década. El desarrollo de este tipo de sistema, ha permitido incrementar la solubilidad, la biodisponibilidad, la estabilidad y la llegada al blanco farmacológico de moléculas convencionales, mejorando su perfil terapéutico. Por lo tanto, se presenta como una alternativa al tratamiento común de patologías crónicas, donde existen medicamentos con limitada efectividad. Este es el caso de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), cuya remisión se logra con el uso de fármacos anti-inflamatorios como corticoides, a menudo con indeseables efectos sistémicos. Así, el objetivo de este trabajo, fue preparar nanopartículas (NPs) para encapsular Prednisolona (Prd) e Inulina (Inu), destinadas a la entrega local en el colon. El procedimiento de pulverización y congelamiento sobre nitrógeno líquido (PCN), usando Quitosano (nQPCN) o Alginato (nAPCN), fue propuesto como una alternativa a la clásica plataforma Quitosano-Tripolifosfato (nQTPP). Las NPs fueron completamente caracterizadas y evaluadas de acuerdo a la carga (CA), rendimiento de partículas (RP), eficiencia de encapsulación (EE) y liberación de activos en buffer fosfato y Krebs. Además, su sensibilidad a la degradación por bacterias, enzimas y en un ensayo de fermentación anaeróbica con una suspensión fecal humana. En todas las formulaciones, Prd estuvo dispersa en estado molecular en la matriz del vehículo, de acuerdo a la difracción de rayos X, espectrocopía Raman y análisis térmico. No se detectaron por espectroscopía IR, uniones covalentes entre los activos y los polímeros, pero si interacciones débiles como formación de puentes de hidrógeno y de tipo hidrofóbicas. Adicionalmente, enlaces iónicos entre los grupos aminos protonados de Quitosano y aniones tripolifosfatos, explicarían la estructura más condensada del producto nQTPP. En relación a la CA de las formulaciones, esta superó el 5,0%, con valores entre el 12,8% al 14,5% para Prd, que son adecuados para la fabricación de un producto farmacéutico conteniendo la dosis recomendada de este corticoide. Para Inu la CA estuvo entre el 6,6% al 13,9%. Otras propiedades de las NPs de Quitosano, como carga, tamaño, estructura y comportamiento viscoelástico fueron similares, pero nQPCN mostró una mayor liberación promedio de los agentes activos en los buffer. Al mismo tiempo, fue menos degradada que nQTPP en la presencia de Lisozima y E.coli, sin embargo, fue lábil a β-glucosidasa y B.thetaiotaomicron, pero no a la suspensión fecal. Por otro lado, los resultados obtenidos con nAPCN fueron promisorios, debido a que sus NPs mostraron buenos parámetros de encapsulación para ambos activos (Ingredientes hidrofóbico e hidrofílico) y degradabilidad biológica por E.coli y la suspensión fecal, no obstante, será necesario usar derivados de Alginato de menor solubilidad para mejorar el comportamiento mecánico. De acuerdo a los resultados obtenidos, la formulación nQTPP fue elegida para el escalamiento y la forma farmacéutica final. En consecuencia, la geometría del proceso fue mantenida e incrementada de 100 mL a 400 mL (Factor = 4), utilizando dos bombas de infusión. El producto obtenido (tres lotes) fue cualitativamente similar al inicial, medido mediante espectroscopía infrarroja, carga y análisis de tamaño, no obstante, la magnitud del potencial zeta fue significativamente mayor. Con respecto al promedio de CA, esta fue menor para Prd (12,7% versus 14,5%) e Inu (6,1% versus 9,7%), pero no inferior al valor recomendado (5,0%). Además, la liberación de los activos desde el vehículo inicial y escalados, fueron similares con valores de F2 (factor de similitud) mayores a 50. Finalmente, el producto solido fue introducido en cápsulas de gelatina dura que fueron recubiertas con Eudragit® S100 (Polimero entérico). No hubo desintegración de los vehículos en fluido gástrico simulado y en buffer fosfato pH 6,8, demostrando la consistencia de la película con una concentración del polímero mayor que la recomendada por el proveedor. En el buffer colónico simulado (fosfato pH 7,4), no hubo diferencias en la liberación de los activos de las cápsulas con y sin recubrimiento. En conclusión, las NPs de nQTPP son adecuadas para la entrega de Prd e Inu en el colon y nuevos estudios son necesarios para mejorar el producto nAPCN / In the pharmaceutical field, research in nanotechnology has had a sustained progress in the past decade. The development of this type of system has permitted to enhance solubility, bioavailability, stability and pharmacological targeting of conventional molecules improving their therapeutic profile. Therefore, is presented as alternative to regular treatment of chronic diseases where there are medicines with limited effectivity. This is the case of inflammatory bowel disease (IBD), which remission is achieved using anti-inflammatory drugs such as corticoids, often with undesirable systemic effects. Thus, the objective of this work was to prepare nanoparticles (NPs) for encapsulating Prednisolone (Prd) and Inulin (Inu), intended for local colonic delivery. Spray freezing over liquid nitrogen (SFL), using chitosan (nSFLC) or alginate (nSFLA) was proposed as an alternative to classic chitosan-tripolyphosphate platform (nCTPP). NPs were fully characterized and assessed for loading capacity (LC), yield of particles (YP), efficiency of encapsulation (EE), and release of actives in phosphate and Krebs buffers. Moreover, its sensitivity to degradation by bacteria, enzyme and in anaerobic fermentation assay with human faecal slurry. In all formulations, Prd was dispersed in the carrier matrix at molecular level, according to X ray diffraction, Raman spectroscopy and Thermal analysis. Were not detected covalent linkages by infrared spectroscopy between actives and polymers, instead of it, weak interactions like hydrogen bridges and hydrophobic. Furthermore, ionic bonds between protonated amine groups of chitosan and tripolyphosphate anions could to explain more condense particles present in nCTPP product. In relation to LC of the formulations, it was over 5,0%, with values from 12,8% to 14,5% for Prd, that are suitable for manufacturing of pharmaceutical product containing recommended dose of this corticoid. For Inu CA were from 6,6% to 13,9% Another property of chitosan NPs such as charge, size, structure and viscoelastic behavior were similar, but nSFDC showed higher mean release of both active ingredients in buffers. At the same time, this was lesser degraded than nCTPP in the presence of lysozyme and E.coli, however, it was labile to β-glucosidase and B.thetaiotaomicron, but not for faecal slurry. On the other hand, the results obtained with nSFDA were promising because its NPs shows good encapsulation parameters for both actives (hydrophobic and hydrophilic ingredients) and biological degradability by E.coli and faecal slurry, but it will be necessary to use alginate derivatives with lesser solubility for improving its mechanical behavior. In according to performance obtained, nCTPP formulation was chosen for scale up and final pharmaceutical dosage. Accordingly, the geometry of the process was maintained and it was increasing from 100 mL to 400 mL (Factor = 4), utilizing two delivery pumps. The product obtained (three batch) was qualitatively similar to Initial measured by infrared spectroscopy, charge and size analysis, but the magnitude of zeta potential was significantly higher. Regarding the mean LC, it was inferior for Prd (12,7% versus 14,5%) and Inu (6,1% versus 9,7%), but no lower than recommended value (5,0%). Moreover, the release of the actives from initial carrier and scale up were similar, with F2 (similarity factor) values over 50. Finally, the solid product was introducing in gelatin capsules that were coating with Eudragit® S100 (Enteric polymer). There weren’t disintegration of the carriers in simulated gastric fluid and phosphate buffer pH 6,8, demonstrating the suitability of the film with a higher concentration of polymer than recommended by the supplier. In simulated colonic buffer (phosphate pH 7,4), there weren’t difference in the release of actives from coated and uncoated capsules. In conclusion, NPs of nCTPP are adequate for delivery of Prd and Inu to the colon and new studies are necessary to improve nSFDA product / Fondecyt