abstract: Deoxyribonucleic acid (DNA), a biopolymer well known for its role in preserving genetic information in biology, is now drawing great deal of interest from material scientists. Ease of synthesis, predictable molecular recognition via Watson-Crick base pairing, vast numbers of available chemical modifications, and intrinsic nanoscale size makes DNA a suitable material for the construction of a plethora of nanostructures that can be used as scaffold to organize functional molecules with nanometer precision. This dissertation focuses on DNA-directed organization of metallic nanoparticles into well-defined, discrete structures and using them to study photonic interaction between fluorophore and metal particle. Presented here are a series of studies toward this goal. First, a novel and robust strategy of DNA functionalized silver nanoparticles (AgNPs) was developed and DNA functionalized AgNPs were employed for the organization of discrete well-defined dimeric and trimeric structures using a DNA triangular origami scaffold. Assembly of 1:1 silver nanoparticle and gold nanoparticle heterodimer has also been demonstrated using the same approach. Next, the triangular origami structures were used to co-assemble gold nanoparticles (AuNPs) and fluorophores to study the distance dependent and nanogap dependencies of the photonic interactions between them. These interactions were found to be consistent with the full electrodynamic simulations. Further, a gold nanorod (AuNR), an anisotropic nanoparticle was assembled into well-defined dimeric structures with predefined inter-rod angles. These dimeric structures exhibited unique optical properties compared to single AuNR that was consistent with the theoretical calculations. Fabrication of otherwise difficult to achieve 1:1 AuNP- AuNR hetero dimer, where the AuNP can be selectively placed at the end-on or side-on positions of anisotropic AuNR has also been shown. Finally, a click chemistry based approach was developed to organize sugar modified DNA on a particular arm of a DNA origami triangle and used them for site-selective immobilization of small AgNPs. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Chemistry 2012

Orientador: Renato Atilio Jorge / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T12:13:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_AndreRomeroda_D.pdf: 2174754 bytes, checksum: c863d501e1847b2085b2931418218979 (MD5) Previous issue date: 2007 / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Neste trabalho descreve-se o estudo das reações de oxidação eletroquímica de metanol e etanol em catalisadores contendo platina (Pt) e Nióbio (Nb) suportados em carbono de alta área superficial. Os materiais estudados foram PtNb/C, Pt-Nb2O5(amorfo)/C e Pt-Nb2O5(cristalino) /C, utilizando-se como padrão para comparação o catalisador comercial Pt/C E-TEK 20 %. A caracterização física foi realizada com o auxílio das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios X (EDX) e Espectroscopia de Absorção de Raios X (XAS). A partir dos picos de difração foi possível calcular o tamanho médio de cristalito e o parâmetro de rede das amostras estudadas. Os espectros de XAS na região de XANES sugerem que a Pt suportada sobre os óxidos de nióbio tem uma menor tendência a sofrer perda de densidade eletrônica na banda 5d. O comportamento eletroquímico dos catalisadores frente às reações de eletro-oxidação dos alcoóis foi avaliado através de voltametrias de varredura linear, voltametrias cíclicas e cronoamperometrias com o eletrodo de trabalho preparado com uma configuração de camada ultrafina. Os dois catalisadores contendo Pt suportada sobre os óxidos de nióbio apresentaram os melhores desempenhos na oxidação eletroquímica dos alcoóis, no entanto os três materiais estudados deslocaram o pico de oxidação de CO (ads) para menores valores de potencial em relação à Pt/C E-TEK 20 %. Experimentos de Espectroscopia de absorção na região do Infravermelho in situ com Transformada de Fourier (FTIR) foram realizados com o intuito de se identificar os adsorbatos formados durante a eletro-oxidação de etanol. A presença dos óxidos de nióbio não favorece significativamente à conversão de etanol a CO2, sendo os principais produtos da oxidação o acetaldeído e o ácido acético. Por fim foram realizados testes na célula a combustível unitária seguindo-se a mesma abordagem que nos estudos de camada ultrafina. / In this work, the methanol and ethanol electrochemical oxidation reactions are studied on platinum (Pt) and niobium (Nb) catalysts supported on high surface area carbon. The selected materials were PtNb/C, Pt-Nb2O5(amorphous) /C e Pt-Nb2O5(crystalline) /C, using as reference for comparison purposes the commercial catalyst 20% Pt-C E-TEK. The catalysts were physically characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray Absorption Spectroscopy (XAS). The average crystal size and lattice parameters of the studied materials were assessed from the diffraction peaks. XAS spectra in the XANES region indicated that the supported platinum on the niobium oxide possesses a lower tendency to lose electronic density from the 5d band. The electrochemical performance of the different catalysts was evaluated by linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry and chronoamperometry, using an ultra-thin layer electrode. The two catalysts containing platinum supported on the niobium oxide showed the best performances for the electrochemical oxidation of the alcohols, though the three studied materials displaced the CO (ads) oxidation peak for lower potential values compared to 20% E-TEK Pt/C. In situ Fourier Transform Infrared Absorption Spectroscopy (FTIR) experiments were carried out in order to identify the formed adsorbates during the ethanol electroxidation. The presence of the niobium oxides does not significantly favour the conversion of ethanol to CO2, being the main products of the oxidation acetaldehyde and acetic acid. Finally, fuel cell tests were carried out following the same procedure as in the case of the ultra-thin layer.

Atualmente, nanopartículas (NPs) são utilizadas em todos os ramos da tecnologia. Suas promissoras aplicações envolvem entre outros, o campo dos sensores e transdutores, mídia de gravação magnética, carreadores magnéticos de drogas medicinais. Com o objetivo de produzir NPs pelo método físico, um gerador de nanopartículas foi adaptado usando um dos canhões do sistema de magnetron sputtering, baseando-se no método de agregação gasosa. Com o gerador somos capazes de produzir NPs de diversos materiais e codepositá-las em matrizes dielétricas ou metálicas. Neste trabalho apresentamos o desenvolvimento da metodologia para a produção de nanopartículas de materiais magnéticos duros, usando alvos de SmCo5, Sm2Co17, Nd2Fe17B, FePt e CoPt. Investigamos a influência dos parâmetros de deposição (pressão, fluxo de gás e potência de sputtering), tipo de substrato e a existência de buffer e/ou codeposição, na obtenção das propriedades estruturais e magnéticas desejadas para esses materiais. As NPs produzidas são analisadas magneticamente pelo VSM e SQUID, sua morfologia e tamanho por TEM e SEM, a sua estequiometria pelo RBS, e a sua estrutura cristalina por XRD, a fim de obter nano-ímãs de alta anisotropia magnética. Da caracterização morfológica, através de microscopia eletrônica, encontramos para as NPs produzidas e estudadas diâmetros entre 5 e 17 nm. Através de análises de RBS obtemos para composição das NPs que as mesmas possuem estequiometria diferente dos alvos usados. Estudos estruturais e magnéticos mostram que para Sm-Co, Fe-Pt e Co-Pt é possível obter NPs cristalinas e com coercividade da ordem de 1 kOe. / In the recent years, nanoparticles (NPs) are being in all fields of technology. Their promising applications involve among others, the field of sensors and transducers, magnetic recording media, magnetic carriers of medicinal drugs. Aiming to produce NPs by physical method, a generator of nanoparticles was adapted using a system of guns \"magnetron sputtering\", based on the aggregation gas method. With the generator we are able to produce NPs with different types of material. In this work, we present the development of the methodology for the production of nanoparticles of hard magnetic materials, using targets of SmCo5, Sm2Co17, Nd2Fe17B, FePt and CoPt. We investigated the influence of the deposition parameters (pressure, gas flux and sputtering power), substrate type and the existence of the buffer and/or codeposition layers, to obtain the desired structural and magnetic properties for the nanoparticles. The produced NPs were magnetically analyzed by VSM and SQUID, the morphology and size by TEM and SEM, the stoichiometry by RBS and the crystal structure by XRD. The main objective of this work is to obtain nano-magnet with high magnetic anisotropy. Through the morphological characterization by electron microscopy, we found for NPs produced and studied have diameters between 5 and 17 nm. Through RBS analysis we have obtained the composition of the NPs, and also that they have different stoichiometry in relation to the used targets. Structural and magnetic studies have show that for Sm-Co, Fe-Pt and Co-Pt it is possible to obtain crystalline NPs with coercive field around 1 kOe.

A nanoemulsão LDE tem composição lipídica semelhante à da LDL natural e é utilizada para estudos do metabolismo da LDL. Estudos anteriores mostraram que a LDE é captada pelas células pelo LDL-r, porém outros receptores podem estar envolvidos nesta captação, como LRP-1, CD36 e CD68. Os objetivos deste estudo foram: investigar a captação da LDE por células endoteliais, fibroblastos, monócitos, macrófagos e H292, identificar os receptores envolvidos na captação da LDE pelas mesmas células e avaliar os efeitos da modificação química da LDE sobre a estabilidade, captação celular, lipoperoxidação celular e citotoxicidade. A LDE marcada com [3H]-colesterol livre e [14C]-éster de colesterol foi incubada por 4 horas com as linhagens celulares. Após a incubação, foram realizados os testes de captação da LDE e competição da LDE com a LDL natural. A expressão dos receptores LDL-r, LRP, CD36 e CD68 foi avaliada pelos métodos de imunocitoquímica, citometria de fluxo e PCR real time. Para investigar os efeitos da modificação da LDE (LDE-CO), o éster de colesterololeato de colesterol (monoinsaturado), foi substituído por linoleato de colesterol (LDE-CL) (poliinsaturado) e por estearato de colesterol (LDE-CE) (saturado). Estas nanoemulsões foram submetidas a testes de estabilidade (tamanho, polidispersão, pH e peroxidação), captação celular, peroxidação lipídica celular e citotoxicidade. Nos resultados, foi observado que todas as células estudadas internalizaram o colesterol livre e éster de colesterol proporcionalmente às concentrações de LDE-CO incubadas com diferença de saturação entre elas, sendo o colesterol livre mais captado que o éster de colesterol da LDE-CO por todas as células estudadas. Além disso, os monócitos (THP-1) demonstraram maior captação de LDE-CO que as demais células. No estudo de competição com a LDL natural ocorreu uma diminuição da captação (r2-0,73), sugerindo que as duas partículas competem pelo mesmo receptor. A LDE-CO foi capaz de inibir a expressão protéica dos receptores LDL em HUVEC (3,98 vezes), monócito (6,25 vezes) e fibroblasto (3,70 vezes) e a expressão gênica em monócito e HUVEC. Por citometria de fluxo, a expressão protéica do LDL-r em H292 e fibroblasto diminuiu. Em HUVEC a LDE-CO aumentou a expressão protéica em 3,57 vezes, já em monócito, a LDE-CO diminuiu a expressão gênica e protéica (3,15 vezes) do LRP-1. Em macrófago e em H292, a LDE-CO aumentou a expressão gênica do LRP-1. A LDE-CO foi capaz de aumentar a expressão gênica e protéica (3,1 vezes) do CD36 em HUVEC, diminuir a expressão protéica (4,34 vezes) em macrófago e diminuir a expressão gênica e protéica (2,94 vezes) em H292. A LDE foi capaz de aumentar a expressão protéica (2,09 vezes) do CD68 em H292, e aumentar a expressão gênica em monócito e macrófago. A linhagem celular que apresentou maior taxa de sobrevivência na presença da LDE-CO foi o fibroblasto. Nas análises dos efeitos da modificação química da LDE, a LDE-oleato apresentou o tamanho e a lipoperoxidação menores que a LDE-linoleato e LDE-estearato. Nenhuma das LDEs apresentou modificação da estabilidade antes de 30 dias. As células apresentaram maior lipoperoxidação na presença de LDECL quando comparada à presença de LDE-CO e LDE-CE. A captação de [3H]-colesterol livre foi maior que de éster de colesterol das três LDEs por todas as células estudadas. A composição da LDE com oleato de colesterol foi a que apresentou características mais favoráveis em termos de tamanho de partículas e susceptibilidade à peroxidação. A captação celular do colesterol livre foi maior do que a do éster de colesterol em todas as linhagens estudadas das três LDEs, sugerindo que o colesterol livre possa dissociar-se da LDE e ser captado pelas células por vias não específicas. Os dados obtidos neste trabalho ajudam na compreensão dos mecanismos de captação e da influência da composição na estabilidade e adequação do sistema LDE e outros similares às suas potenciais aplicações terapêuticas ou diagnósticas. / With fat composition similar to natural LDL, the LDE nanoemulsion can be used to study the metabolism of LDL. Other studies have shown that LDE is uptaken by cells by LDL-r receptors. Other receptors such as LRP-1, CD36 and CD38 may also be involved in the uptake. The objectives of this study were to investigate the uptake of LDE by endothelial and tumor cells, fibroblasts, monocytes and macrophages, to identify those receptors involved in this process and to evaluate the effects on LDE uptake by changing its chemical composition. A labeled LDE with [3H]-cholesterol and [14C]- cholesteryl ester was incubated for 4 hours with cells, after which LDE uptake and competition tests were evaluated. LDL-r, LRP, CD36 and CD38 were evaluated by using immunocytochemistry methods, cytometric flow and real time PCR. To investigate the effects of LDE chemical composition modifications, cholesteryl oleate (LDE-CO) was replaced with cholesteryl linoleate (LDE-CL) and cholesterol stearate (LDE-CE). These were then tested for stability, cellular uptake, lipoperoxidation and citotoxitity. Results showed that all cells internalized [3H]-cholesterol and [14C]-cholesteryl ester proportionally to incubated LDE-CO concentrations albeit with some saturation differences. LDE-CO lipid uptake had a higher cholesterol uptake than the cholesteryl ester uptake. Furthermore, monocytes (THP-1) had a higher LDE-CO uptake than other cells. LDE-CO uptake decreased (r2 -0.73) in the presence of natural LDL, suggesting that these two particles may be competing for the same receptors. LDE-CO appeared to inhibit LDL protein receptor expression in HUVEC (3.98 times), in monocytes (6.25 times) and in fibroblasts (3.70 times), as well as the gene expression in monocytes and HUVEC. A decrease in LDL-r expression in both H292 and fibroblasts was also observed. LDE-CO increased the protein expression in HUVEC 3.75 times while in monocytes, it was able to decrease gene and protein expression of LRP-1, 3.15 times. In macrophages and H292, there was an increase in genetic expression of LRP-1. LDE-CO increased the CD36 in HUVEC gene and protein expressions 3.1 times, decreased the macrophage protein expression 4.34 times and decreased the H292 gene and protein expression 2.94 times. LDE increased protein expression 2.09 times in CD68 in H292 and increase gene expression in both monocytes and macrophages. Fibroblasts presented the highest survival rate in the presence of LDE-CO of all cells studied. The LDE chemical modification effect studies, presented smaller sized LDE-CO and less lipoperoxidation than LDE-CL and LDE-CE presented no stability modifications in less than 30 days. Cells presented higher lipoperoxidation in the presence of LDE-CL when compared to the presence of LDE-CO and LDE-CE. [3H]-cholesterol was greater than cholesteryl ester for all three LDE types in all the studied cells. LDE-CO presented favorable characteristics in terms of particle size and susceptibility to peroxidation. Cholesterol cell uptake was higher than that of cholesteryl ester for all LDEs of all the studied cells which suggests that that cholesterol may be capable of disassociating itself from LDE and being uptaken by cells through non-specific pathways. The results of this study can help to better understand the mechanisms of uptake by cells, the effects of stability and LDE system adequation for therapeutic and diagnostic applications.

Orientador:Italo Odone Mazali / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:30:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carneiro_NathaliaMedeiros_M.pdf: 9366113 bytes, checksum: 4f9f537dfbffde8a3c9aa6436d02965b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O controle do tamanho e da morfologia dos nanomateriais abre novas perspectivas quanto a novas propriedades e sua aplicação nas mais diversas áreas como eletrônica, física e medicina. Com a redução do tamanho, a superfície dos nanomateriais passa a exercer um papel importante sobre sua reatividade. Nanomateriais de óxidos individuais de ferro, cobre, zinco, hidróxido de cobalto, hidróxido de níquel, óxidos binários, como: ferro-cobalto e ferro-níquel e hidróxido de cobalto-níquel foram sintetizados através do método hidrotérmico. A etapa de síntese inicial consistiu na síntese de óxido de ferro monitorando-se tamanho e morfologia através dos fatores: contra-íon (NO3 ou Cl), pH do meio, tempo de reação e concentração de reagentes. Foram obtidas amostras de hematita (Fe2O3) e amostras com uma mistura de hematita e goethita (FeOOH) com morfologias que variam de esferas a bastões. As curvas de magnetização apresentadas são características de materiais antiferromagnéticos e ferromagnéticos fracos. A mesma síntese com variação apenas do fator contra-íon foi aplicada a níquel e cobalto, levando a formação dos hidróxidos correspondentes na forma de placas hexagonais. A mesma síntese aplicada a cobre resulta na mistura dos óxidos CuO e Cu2O na forma de placas, no entanto para zinco são formados agregados sem uma morfologia definida. Óxidos binários foram obtidos na forma de ferritas de cobalto-ferro e níquel-ferro (MFe2O4) conforme observado através de XRD. A mistura cobalto-níquel resulta em uma solução sólida caracterizada como um hidróxido de níquel-cobalto cristalino com morfologia de placas hexagonais, que é preservada após tratamento térmico e conversão a NiCo2O4. Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios X (XRD), espectroscopia no infravermelho (FTIR) e Raman, microscopia eletrônica de varredura (SEM) e transmissão (TEM) e medidas magnéticas (VSM) / Abstract: Size and morphology control of nanomaterials opens new perspectives through their new properties and applications in several areas such as electronics, physics and medicine. With the reduction in size, the surface of nanomaterials plays a major role in their reactivity. Nanomaterials of the individual iron, copper and zinc oxides, cobalt hydroxide, nickel hydroxide, cobalt-nickel hydroxide, mixed iron-cobalt and iron-nickel oxides were synthesized by the hydrothermal method. The initial synthetic step consisted in the synthesis of iron oxide by monitoring morphology and size by the factors: counter-ion, pH, reaction time and concentration of reagents. The samples obtained consisted in hematite (Fe2O3) and a mixture of goethite and haematite (FeOOH) with varying morphology from spheres to rods. The magnetization curves showed antiferromagnetic and weak ferromagnetic materials. The same synthetic procedure varying only the counter-ion has been applied to nickel and cobalt, leading to the formation of the corresponding hydroxides in the form of hexagonal plates. The same synthetic applied to copper resulted in a mixture of CuO and Cu2O as plates, however for zinc clusters without a defined morphology were formed. Iron-cobalt and iron-nickel binary oxides were obtained in the form of ferrites (MFe2O4) as observed by XRD. The cobalt-nickel mixture resulted in a solid solution characterized as a nickel-cobalt hydroxide with crystalline morphology of hexagonal plates which is preserved after heat treatment and conversion to NiCo2O4. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) and vibrating sample magnetometer (VSM) for magnetic property measurement / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestra em Química

Orientador: Rosiane Lopes da Cunha / Texto em português e inglês / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T12:57:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Picone_CarolinaSiqueiraFranco_D.pdf: 4074904 bytes, checksum: 1a2779daa118fabb35ba241a8f6bf16f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As nano partículas possuem grande potencial para a liberação controlada de bioativos, porém ainda são pouco exploradas na área de alimentos. Neste trabalho foi estudada a formação de nanopartículas a partir da autoagregação de surfactantes, associação surfactante-polissacarídeo e complexação eletrostática entre diferentes polissacarídeos, no caso, quitosana e gelana. A compreensão das interações moleculares responsáveis pela formação das partículas e o conhecimento das variáveis que afetam sua formação permitem predizer e controlar suas propriedades. Tais interações dependem fortemente das características de cada macromolécula, como flexibilidade, estado conformacional e densidade de cargas que são diretamente afetadas pelas condições físico-químicas do meio como pH, força iônica e temperatura. Por isso, este trabalho foi dividido em três etapas. (I) Inicialmente foi avaliado o comportamento em solução dos polissacarídeos utilizados posteriormente para a formação de complexos. Os efeitos do pH e da temperatura nas características reológicas e no estado conformacional de soluções puras de gelana e quitosana foram estudados. A agregação da gelana foi mais sensível às alterações do meio que a quitosana. (II) Na segunda etapa, nanopartículas foram formadas por autoassociação de polissorbatos na presença de quitosana. A influência do comprimento da cauda hidrofóbica do surfactante e do pH do meio nas propriedades das partículas foi estudada por espalhamento de luz, reologia, condutivimetria e microscopia de luz polarizada. O tamanho e estrutura das partículas formadas pelo surfactante de menor cadeia hidrofóbica foram mais favoráveis à associação com a quitosana. O pH do meio (3,0 ou 6,7) não influenciou de maneira significativa as características das partículas. O efeito da concentração de quitosana na estrutura e tamanho de partículas foi analisado. Maiores concentrações levaram a viscosidades mais elevadas, impedindo a agregação das micelas e formando partículas menores. (III) No terceiro estudo, nanopartículas foram obtidas pela complexação eletrostática de gelana e quitosana. Os efeitos da razão de concentração de cada polissacarídeo, do tempo de estocagem a 25 °C e da presença de um surfactante nãoiônico (polissorbato) no tamanho, carga e quantidade de partículas formadas foram avaliados. Devido à menor densidade de carga e flexibilidade da gelana, maior quantidade deste polissacarídeo foi necessária para obtenção de partículas neutras. De forma geral, as partículas apresentaram aumento de tamanho ao longo das primeiras 100 horas após o preparo e não foram observadas mudanças significativas das propriedades das partículas devido à adição de surfactante. O método de preparo das amostras também foi estudado. Partículas preparadas pela mistura das soluções de polissacarídeos em dois passos foram consideravelmente maiores que as preparadas pela mistura em uma única etapa. Este trabalho confirmou a possibilidade de formação de nanopartículas promissoras para a encapsulação de bioativos em alimentos a partir da associação de biopolímeros e surfactantes, cujas propriedades poderiam ser moduladas em função da composição e condições de processo / Abstract: Nanoparticles are promising vehicles for bioactive delivery, but their potential has not been fully explored by the food industry. This work studied the formation of nanoparticles by self-assembly of surfactants, polysaccharide-surfactant association, and electrostatic complexes formed by different polysaccharides, especially chitosan and gellan gum. The knowledge of molecular interactions and the variables that affect particle formation allows predicting and controlling the properties of nanoparticles. These interactions depend on the characteristics of each macromolecule such as conformation, charge density and flexibility, which are affected by the physicol-chemical properties of the solution, such as pH, ionic strength and temperature. This work was divided in three parts: (I) Firstly it was studied the behaviour of each polysaccharide alone. The influence of the pH and temperature on the rheological properties and structural conformation of the pure gellan and chitosan samples was determined. Gellan aggregation was more strongly affected by such variables than chitosan. (II) In the second part, nanoparticles were obtained by polysorbate-chitosan association. The effect of the length of surfactant tail and the solution pH on the particle properties was studied by dynamic light scattering, rheological and conductivity measurements and polarizing microscopy. The size and structure of nanoparticles composed by the shorter surfactant were more appropriated to chitosan assembly. The pH (6.7 or 3.0) did not affect significantly the particle properties. The effects of chitosan concentration on particle structure and size were studied. Greater chitosan concentration led to smaller particles due to the increase in viscosity values which prevented micelles aggregation. (III) In the third study nanoparticles were produced by electrostatic complexation of chitosan and gellan gum. Particle size, charge density, stability and complexes number were evaluated as a function of polysaccharide concentration, chitosan:gellan ratio and the presence of a non-ionic surfactant. Due to the stiffness and low charge density of gellan gum, a greater amount of such polysaccharide was necessary to obtain neutral particles. Overall particles showed an increase in size during 100 hours of storage at 25 °C, but no significant changes on particle properties were observed due to surfactant addition. The methodology of particle preparation was also evaluated. Particles prepared by 2 mixing steps were markedly larger than those prepared by mixing polysaccharides in a single step (all together). This work showed that it is possible to produce nanoparticles with promising application on bioactive delivery by biopolymer-surfactant association, since their properties could be modulated as a function of composition and process conditions / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Submitted by Biblioteca da Faculdade de Farmácia (bff@ndc.uff.br) on 2017-03-27T17:31:49Z No. of bitstreams: 1 Malhado ,Mayara [Dissertação, 2015].pdf: 1482168 bytes, checksum: b9d24e08c80ca59631903c4bbe1af945 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-27T17:31:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Malhado ,Mayara [Dissertação, 2015].pdf: 1482168 bytes, checksum: b9d24e08c80ca59631903c4bbe1af945 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Praziquantel (PZQ) é o fármaco recomendado pela Organização Mundial de Saúde para o tratamento da esquistossomose. No Brasil é comercializado apenas sob a forma de comprimido, o que complica o tratamento de crianças tanto devido à dificuldade de adequação da dose, como pelo sabor extremamente amargo. Nesse sentido, Nanopartículas de Poli (Metil Metacrilato) contendo PZQ (PMMA-PZQ) foram desenvolvidas pelo grupo de pesquisa do Laboratório de Engenharia de Polimerização da COPPE-UFRJ, visando a elaboração de suspensão de PZQ. O presente estudo objetivou avaliar o perfil farmacocinético de PZQ administrado em nanopartículas (PZQ-NP) e compará-lo ao perfil farmacocinético de PZQ administrado na forma livre (PZQ-L), como fase pré-clínica do desenvolvimento de nova formulação farmacêutica. Foram utilizados ratos Wistar, fêmeas, com peso entre 200 e 300 g. O sangue foi coletado nos tempos 0, 5 min, 10 min, 15 min, 20 min, 30 min, 1 h, 1:30 h, 2 h, 4 h, 8 h, 10 h, 12 h e 24 h após a administração por via oral, em dose única, de 60 mg/ kg de PZQ suspendido em 1 mL de água com 2% de Cremophor® (grupos PZQ-NP e PZQ-L) ou 1 mL de veículo (grupo controle). A manipulação e os procedimentos com os animais foram aprovados pela Comissão de Ética no Uso de Animais da Universidade Federal Fluminense. O PZQ foi extraído do plasma utilizando extração líquido-líquido com terc-butil-metil éter. O diazepam foi utilizado como padrão interno e a análise das amostras foi realizada por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acomplada a Espectrometria de Massas. Os valores obtidos para Concentração máxima (Cmáx) e Área Sob a Curva (ASC0-t e ASC0-∞) do grupo PZQ-NP foram aproximadamente 3 vezes menor comparado ao grupo PZQ-L. No entanto, o tempo para atingir a concentração máxima (Tmáx), a constante de eliminação (Ke) e o tempo de meia vida de eliminação (T 1/2β) não apresentaram valores estatísticamente diferentes. Estes resultados sugerem que a absorção é possivelmente a etapa limitante para obtenção de melhores parâmetros farmacocinéticos de PZQ adminstrado em nanopartículas de PMMA. Assim, são necessários mais estudos visando a compreensão dos mecanismos de absorção das nanopartículas de PMMA-PZQ e do processo de liberação do fármaco a partir matriz polimérica in vivo para que o nanosistema seja aprimorado e o produto disponibilizado para uso clínico / Praziquantel (PZQ) is the drug recommended by the World Health Organization for the treatment of schistosomiasis. In Brazil it is comercialised only in tablet, which complicates the treatment of children because of the difficulty of adapting the dose , and its extremely bitter taste. In this way, PZQ loaded in Poly(methyl methacrylate) Nanoparticle (PMMA-NP) were developed at Laboratório de Engenharia de Polimerização (COPPE –UFRJ), in order to develop PZQ suspension. This study aimed to evaluate the pharmacokinetic profile of PZQ loaded in nanoparticles ( PZQ -NP ) and compare it to the pharmacokinetic profile of PZQ administered in free form ( PZQ -L ) , as pre- clinical phase of the new pharmaceutical formulation development. Wistar rats, femeles, weighing nearby 300 g were used, was the experimental model employed. Blood was collected at 0, 5 min, 10 min , 15 min, 20 min, 30 min , 1 h 1:30 h , 2 h , 4 h, 8 h , 10 h , 12 h and 24 h after orally administration at a single dose of 60 mg / kg PZQ suspended in 1 ml of water containing 2% Cremophor® ( NP - PZQ groups and PZQ -L) or 1 ml of vehicle (control group). The handling and procedures with animals were approved by the Ethics Committee on Animal Use of Universidade Federal Fluminense. PZQ was extracted from plasma by liquid-liquid extraction with terc-butyl methyl ether. Diazepam was used as internal standard and the analysis of samples was performed by High Performance Liquid Chromatography Efficiency tandem Mass Spectrometry. The values obtained for Maximum Concentration (Cmax) and Area Under Curve (ASC0-t and ASC0 0-∞ ) for group PZQ-NP were about 3 times lower compared to PZQ-L group . However , the time for achieving maximum concentration ( Tmax ), the elimination constant (Ke) and the half-life time of elimination (T 1/2β) were not statistically different. These results suggest that the absorption is probably the rate-limiting step for obtaining better pharmacokinetic parameters of PZQ administrated on PMMA nanoparticles. Thus, further studies are needed to understand both the PMMA – PZQ absorption mechanisms, as the process of drug release through polymer matrix in vivo, in order to enhanced the nanosystem and then the product to become available for clinical use

Les nanoparticules (NPs) sont des matériaux fonctionnels importants du fait de leur taille nanométrique. Cette réduction en taille, associée à la composition, à l'orientation des surfaces et à la morphologie contribue à l'exaltation de nombreuses propriétés importantes telles que les propriétés électroniques, magnétiques, catalytiques, optiques, etc. Pour contrôler la morphologie des NPs, de nombreux efforts ont été consacrés à comprendre leurs mécanismes de formation et l'origine de leur stabilité. Parmi les nanoparticules métalliques, le cobalt, avec sa structure hexagonale compact (hcp), est particulièrement intéressant pour la possibilité d'obtenir des nanocristaux de forme "naturellement" anisotropique. Par synthèse chimique en milieu liquide, des NPs de différentes morphologies telles que des disques, des plaques, des bâtonnets, des fils et des cubes ont été obtenues en contrôlant le type de précurseur, de l'agent réducteur, des ligands stabilisants, ainsi que la concentration de ces ligands, la température ou la vitesse d'injection des précurseurs. Même si ces conditions de synthèse ont été rationalisées, les mécanismes à l'origine de ces différentes morphologies ne sont pas encore bien connus. Dans ce travail, nous avons développé deux modèles quantitatifs pour la prédiction de la morphologie, l'un est basé sur l'équilibre thermodynamique de l'état final, et l'autre sur un contrôle par l'effet cinétique. Pour appliquer ces modèles, il a été nécessaire de calculer dans un premier temps, avec la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), les comportements d'adsorption des molécules ligands en fonction du taux de recouvrement sur les facettes de différentes orientations du métal. Pour ce faire, l'adsorption des ligands CH 3 NH 2 , CH 3 COO, C 5 H 11 COO et C 11 H 23 COO a été modélisée sur les différentes surfaces de Co et de Ni. La morphologie des NPs de Co prédite par ces deux modèles a été comparée à celles obtenues expérimentalement et à d'autres résultats théoriques de la littérature. La variété des formes obtenues par le modèle cinétique semblerait mieux correspondre aux NPs synthétisées avec les différentes conditions expérimentales. Ceci confirme que la morphologie des NPs est guidée avant tout par un effet cinétique. / Nanoparticles are one of the most important families of functional materials due to their nanometric size. This size reduction, associated to their composition, surfaces orientation and morphology has contributed to the emergence of new important properties such as electronic, magnetic, catalytic, optic, etc. To control the morphology of NPs, many efforts have been devoted to understand their formation mechanism and the origin of their stability. Among metallic nanoparticles, cobalt, with its hexagonal closed-packed (hcp) structure, is particularly interesting because of the possibility to grow "naturally" anisotropic shaped nanocrystals. Using chemical synthesis in liquid environment, various morphologies such as disks, plates, rods, wires and cubes have been obtained by controlling the precursor type, the reducing agent, the stabilizing ligands as well as their concentration, the temperature or the rate of precursor injection. Even if these synthesis conditions have been rationalized, few is known concerning the growth mechanisms at the atomic scale. In this work, we have developed two quantitative morphology prediction models, one based on the final thermodynamic equilibrium state, while another is controlled by the kinetics. These models require the knowledge of the adsorption behaviors of stabilizing molecules as a function of surface coverage on preferential facets of NPs. To this end, density functional theory (DFT) calculations were performed on a series of stabilizing molecules (CH3NH2 , CH3COO C5H11OO and C11H23COO) adsorbed on the different Co and Ni surfaces. The shape of the Co NPs obtained by these two models was compared to experimental morphologies and other theoretical results from the literature. The variety of forms predicted by the kinetic model agrees better with the NPs morphologies obtained under the different synthesis conditions. This confirms that the morphology control of NPs is mostly driven by the kinetics.

Delivery vehicles are necessary for many therapeutics to overcome the various challenges in their path. It is clear, however, that the relationship between delivery vehicles and the immune system is a complex one. One such delivery vehicle is the lipidoid nanoparticle, which has been shown to be potent in several cell types. This thesis details the first time lipidoids have been used for wound delivery, and demonstrates the successful silencing of an inflammatory protein, TNFα, in the context of diabetic ulcers. Knockdown is seen in an in vitro macrophage-fibroblast coculture model, as well as in nondiabetic and diabetic mice wound models. Lipidoids silence roughly half of the TNFα gene expression in the diabetic wound and have been shown to help the wound close faster than untreated controls. Of course, immune activation can decrease therapeutic efficacy or trigger dangerous reactions in the patient. Learning more about what chemical moieties cause an immune response would allow for the design of a particle that could better resist immune clearance and avoid the creation of a secondary response. This thesis investigated the effect of a lipidoid library on the immune system using a two pronged approach. The lipidoids were first tested against human peripheral blood mononuclear cells and then were injected into mice to probe the in situ immune response. Several types of B cells were examined in this latter case, namely germinal center B cells, plasma cells, and memory B cells. A T cell dependent response occurred, favoring memory B cells for most of the lipidoids tested. There was an increase in free antibody in the blood that reflected this increase in antibody producing cells. Nitrogen rings and carbon tail lengths of eleven and twelve carbons were particularly reactive, though it appears that the amine head group determines immune response more than the tail. Further work will analyze whether these increases in immune cells reflect a loss of therapeutic efficacy, as current ramifications are unclear. An in-depth T cell subset analysis with flow cytometry would also help complete the picture.