Control de la síntesis dirigida por micelas para la obtención de nanoestructuras de óxidos de manganeso con uso potencial en capacitores electroquímicos

Tesis (Doctor en Ciencias con Orientación en Química de los Materiales) UANL, 2010.

Aplicação da espectroscopia de absorção de raios X no estudo do comportamento do íon Cu2+ em micelas inversas

This work deals with the application of X-Ray Absorption Spectroscopy on the study of the behavior of Cu2+ ions in inverse micelles. The formation of copper nanoparticles in water-in-oil microemulsions in pseudo-ternary systems of cetyl trimethylammonium Bromide (CTAB) surfactant, butanol co-surfactant, heptane as oil phase and aqueous solutions of CuSO4.5H2O, and NaBH4. The microemulsions were prepared with a fixed percentage (60 %) of oil phase and a variable water to tensoative proportion. It was observed an increase on Cu2+ reduction by the sodium borohydride in microemulsions with 13 % of aqueous phase, independent of the reaction time. For the microemulsions in which the aqueous phase is composed only by the CuSO4 solution, it was observed that the color of the solution depends on the water to surfactant ratio. These changes in color were attributed to a competition for the hidratation water between the polar head of the tensoative and Cu2+ ions with the eventual substitution of oxygen by bromine atoms in the first coordination shell of Cu2+ ions

Efeito fotodinâmico da curcumina em micelas de cetrimida sobre cepas de candida susceptíveis e resistentes a fluconazol

Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia - FCFAR

Transição vesícula-micela em misturas de dispersões de vesículas com soluções de micelas

Pós-graduação em Biofísica Molecular - IBILCE

Efeito da desintegrina recombinante DisBa-01 incorporada em micelas ou livre em células portando ou não a integrina αvβ3

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Novos sistemas farmacêuticos para administração pulmonar

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Polioxometalatos: dos agregados moleculares a redes e materiais

Esta dissertação teve como objectivo principal a preparação de novos materiais luminescentes contendo lantanopolioxometalatos. Foram utilizados polioxometalatos (POMs) do tipo Keggin, Wells-Dawson e [Ln(M5O18)2]9- com M (VI) = W, Mo contendo diferentes iões lantanídeo. Foram sintetizados materiais híbridos orgânico-inorgânicos com base em lantanopolioxometalatos e ligandos orgânicos. O efeito da coordenação destes ligandos orgânicos na luminescência dos iões lantanídeo (efeito de antena) foi investigado para os ácidos picolínico e 3-hidroxipicolínico. Os estudos de fotoluminescência destes materiais permitiram mostrar a existência de um processo de sensitização da emissão dos iões lantanídeo através de fenómenos de transferência de energia dos ligandos e do POM para o centro emissor. No caso particular dos materiais híbridos contendo POMs do tipo Wells-Dawson, a introdução do ligando orgânico levou à intensificação da absorção de energia através do POM, a qual era praticamente inexistente nos correspondentes lantanopolioxometalatos. Prepararam-se nanocompósitos do tipo “core/shell” contendo POMs e híbridos orgânico-inorgânicos como núcleo rodeados por uma camada de sílica. Os nanocompósitos preparados apresentam uma estrutura “core/shell” bem definida com um diâmetro médio de aproximadamente 35 nm. As técnicas de microscopia electrónica, nomeadamente o mapeamento por EDX, permitiram confirmar a presença dos POMs no núcleo das nanopartículas de sílica. A biofuncionalização destes nanocompósitos com um anticorpo foi estudada, com vista à potencial aplicação destes sistemas como biomarcadores ópticos. Os estudos de microscopia de fluorescência permitiram observar a emissão do Eu3+ presente nas nanopartículas biofuncionalizadas com o anticorpo, utilizando excitação na zona do ultravioleta. Estes resultados reforçam a viabilidade da aplicação destes sistemas como marcadores celulares em alternativa a “quantum dots” e corantes orgânicos. No âmbito dos nanomateriais, foi também preparado um material constituído por partículas de Na9[Eu(W5O18)2] de dimensões nanométricas, utilizando micelas invertidas como nanoreactores, de forma a limitar o tamanho das partículas. Foi realizada a preparação de novos materiais lamelares luminescentes por intercalação de POMs e respectivos materiais híbridos em argilas aniónicas de zinco e alumínio. A intercalação foi realizada através de um método de troca aniónica directa usando uma argila contendo nitrato como anião precursor. O estudo por difracção de raios-X revelou-se uma técnica fundamental na caracterização destes materiais, nomeadamente através da determinação da altura de galeria. A partir deste parâmetro foi possível verificar a orientação da espécie intercalada na argila. No caso da intercalação do anião do tipo Keggin, o estudo por RMN de 31P MAS permitiu identificar a espécie intercalada na argila. As propriedades de luminescência foram estudadas para a generalidade dos novos materiais preparados.

Estudo da agregação de copolímeros anfifílicos de poliestireno e Poli[5-(N,N-Dialquilamino) Isopreno]

As propriedades em solução e a auto-associação de copolímeros em bloco de estireno e 5- (N,N-dialquilamino)isopreno foram estudados. Copolímeros di e tribloco são formados por um longo bloco de poliestireno, com um ou dois blocos menores de poli[5-(N,Ndialquilamino) isopreno] em uma ou ambas as extremidades. A polaridade do solvente é determinante na afinidade deste com um ou ambos blocos constituintes do polímero e, conseqüentemente, afetará as propriedades dinâmicas e estruturais do mesmo. Após a quaternização dos sistemas com dimetil sulfato, os agregados foram preparados pela prévia dissolução dos polímeros em um solvente orgânico e subsequente adição de água para induzir a agregação das cadeias insolúveis de PS. Solventes puros (DMF, THF e dioxano), bem como misturas de DMF e THF foram empregados como solvente comum. A concentração crítica de água (cwc) e as morfologias foram estudadas em função da natureza do solvente comum, da concentração inicial, arquitetura e massa molecular do copolímero, por espalhamento de luz estático e microscopia eletrônica de transmissão (MET), respectivamente. Determinou-se que tanto a cwc quanto as morfologias, são predominantemente influenciadas pela natureza do solvente comum. Alguns resultados inesperados foram encontrados para os copolímeros tribloco, incluindo a descoberta de uma nova morfologia formada a partir desse tipo de copolímero- a morfologia bowl-shape. Os agregados bowl-shaped, são essencialmente esferas bastante polidispersas, contendo um vazio alocado assimetricamente em seu interior. A fase contínua é composta de um arranjo de micelas inversas (núcleo de PAI e coroa de PS), sendo que as cadeias hidrofílicas de PAI circundam toda a estrutura na interface polímero/água. Acredita-se que a formação desta morfologia está sob controle cinético e não representa uma estrutura de equilíbrio. Foi proposto um possível mecanismo para a formação deste novo tipo de agregado.

Estudo da agregação de surfactantes aniônicos em presença de (hidroxipropil)celulose

As técnicas de espectrofluorimetria, viscosimetria e espalhamento de luz têm sido utilizadas no estudo da agregação de diferentes surfactantes aniônicos em presença de 0,5% (m/v) de (hidroxipropil)celulose, no regime diluído (HPC Mw = 173000 g/mol), e em moderada força iônica (NaCl 0,1 M). Admitindo-se uma faixa geral de concentração, entre 10-5 e 10-2 mol.L-1, foram empregados neste estudo os surfactantes colato de sódio (CS), deoxicolato de sódio (DC), derivados dos sais bilares, e o alquilsintético dodecil sulfato de sódio (SDS). O polímero HPC contribui diferentemente no processo de agregação de cada surfactante, evidenciado pela mudança dos valores da concentração de agregação crítica, C1, em relação à concentração micelar crítica (cmc), obtidos pela técnica de espectrofluorimetria. Ambos os valores de C1 diminuem com respeito à cmc para SDS, bem como para DC, enquanto um ligeiro aumento é observado para CS. Os dados de viscosidade relativa, ηrel, indicam um aumento substancial da viscosidade dos sistemas HPC/sais biliares a altas concentrações de surfactante. Diferentemente, para o sistema HPC/SDS, os valores de ηrel passam por um máximo a 3 mmol.L-1 em agregados e decresce a valores abaixo da viscosidade da solução polimérica livre de surfactante. As medidas da temperatura de turbidez (Tturb), por espalhamento de luz, para os sistemas HPC/sais biliares, mostraram um crescimento gradual de Tturb em função do aumento da concentração de surfactante, de 37 oC (0,5% HPC/NaCl 0,1 M) até estabilizar-se em torno de 50o C, para concentrações mais elevadas. Por outro lado, para HPC/SDS, a Tturb cresce acentuadamente, superando a temperatura de 100 oC a contrações maiores do que 20 mmol.L-1. Através do espalhamento de luz dinâmico, verificou-se a existência de dois modos difusivos (rápido e lento) para todos os sistemas estudados. A principal contribuição é proveniente do modo rápido, exceto na faixa de concentração entre C1 e a concentração de saturação, C2, na qual ambos os modos contribuem igualmente. Esses modos estão relacionados inicialmente a agregados HPC/surfactante e a “clusters” do polímero e, posteriormente, a agregados HPC/surfactante e micelas livres. Os resultados indicam uma interação HPC/SDS mais efetiva do que HPC/DC ou HPC/CS, fato este relacionado à estrutura dos agregados formados. Comparativamente, os agregados HPC/sais biliares são menores, possuem menor densidade de carga e são mais rígidos do que os agregados de HPC/SDS.

Desenvolvimento e caracterização de nanovesículas lipossômicas compósitas de fosfatidilcolina da lecitina de soja e quitosana

Nanovesículas lipossômicas constituem promissoras estruturas auto-organizadas hábeis para encapsular e transportar diferentes substâncias, como os fármacos, e foram produzidas neste trabalho pelo método da evaporação em fase reversa. Fosfatidilcolina de alta pureza foi utilizada na produção das estruturas. Paralelamente procedeu-se a purificação de fosfatidilcolina por cromatografia em coluna a partir da lecitina de soja fornecida pela indústria de óleo de soja local. O processo foi monitorado por cromatografia em camada delgada e a caracterização foi feita por RMN do 1H e do 31P. O resultado mostrou que fosfatidilcolina pode ser purificada facilmente pela cromatografia em coluna, mas a sua degradação deve ser evitada por processos eficientes de conservação. Quitosana foi obtida pela desacetilação por hidrólise alcalina da quitina comercial. O grau de desacetilação resultante foi caracterizado por infra-vermelho e a massa molar média, assim como outros parâmetros do polímero em solução como raio de giro e segundo coeficiente virial, foram determinados pela técnica de espalhamento de luz estático. O polímero de caráter catiônico quitosana foi empregado na produção de nanovesículas lipossômicas para revestimento das estruturas, visando o aumento da estabilidade física das mesmas. A preparação de lipossomas pela evaporação em fase reversa constitui um processo em etapas, onde os diferentes estágios levam à formação de três sistemas vesiculares de distintas organizações estruturais: micelas reversas, organogel e lipossomas. As técnicas de viscosimetria, turbidimetria, ultra-violeta visível, espalhamento de luz estático e dinâmico e espalhamento de raios-X a baixo ângulo permitiram ampla caracterização destas estruturas com e sem quitosana. Dados como raio hidrodinâmico e ponto de percolação das micelas reversas, espessura lamelar do organogel, intensidade de espalhamento de luz, raio hidrodinâmico, raio de giro e espessura lamelar dos lipossomas foram obtidos. Além disso, o solvente orgânico éter etílico, clássico para este método de preparação foi substituído pelo acetato de etila sem prejuízo na formação das estruturas e com a vantagem do seu menor impacto ambiental. Lipossomas revestidos externa e internamente com quitosana formando um compósito foram obtidos com sucesso e apresentaram uma estabilidade física em solução aquosa maior do que lipossomas convencionais ou não revestidos.

Estrutura e dinâmica da interação de éteres de celulose com surfactantes

As técnicas de fluorimetria, condutometria, viscosimetria, turbidimetria, espalhamento de luz e espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) foram empregadas no estudo da agregação de diferentes surfactantes aniônicos em presença de soluções aquosas diluídas de (hidroxipropil)celulose (HPC) 0,25% m/m, (hidroxipropilmetil)celulose (HPMC) 0,20% m/m e HPMC 0,10% m/m / NaCl 0,10 mol L-1. Também foram investigadas através de SAXS soluções concentradas de HPC (30, 40 e 50% m/m). Admitindo-se uma faixa geral de concentração, entre 10-4 e 10-1 mol L-1, foram utilizados neste estudo os surfactantes colato de sódio (CS), deoxicolato de sódio (DC), derivados dos sais biliares, e o alquilsintético dodecilsulafato de sódio (SDS). Observou-se que os polímeros contribuem diferentemente no processo de agregação de cada surfactante, evidenciado pela mudança dos valores da concentração de agregação crítica (CAC) em relação à concentração micelar crítica (CMC). Os resultados condutométricos confirmaram a interação éteres de celulose/sais biliares, embora a mesma tenha se mostrado mais fraca em relação a éteres de celulose/SDS. Os dados termodinâmicos demonstraram que a formação de agregados polímero/surfactante apresenta maior estabilidade do que as próprias micelas livres. Os resultados de viscosimetria e turbidimetria evidenciaram as diferenças estruturais entre HPC e HPMC, assim como entre os surfactantes. Através do espalhamento de luz dinâmico, verificou-se a existência de dois modos de correlação, rápido e lento. O primeiro é atribuído à cadeia polimérica isolada, agregados polímero/surfactante intramoleculares ou mesmo a micelas livres. Por sua vez, o modo lento relaciona-se a clusters poliméricos ou agregados polímero/surfactante intermoleculares. Adicionalmente, as curvas de distribuição dos tempos de relaxação demonstraram a influência de cada surfactante sobre a dinâmica dos polímeros. Tal influência é percebida antes mesmo da CAC, contrariando o modelo da interação polímero/surfactante proposto por Cabane. Os resultados de SAXS acusaram a formação de domínios líquido-cristalinos em xx soluções concentradas de HPC, assim como confirmaram a presença de micelas livres a altas concentrações de surfactantes nos sistemas diluídos. Em linhas gerais, os resultados indicaram a interação dos polímeros com SDS mais efetiva do que os mesmos polímeros e os sais biliares. No que tange à natureza do polímero, a HPC mostrou uma maior estabilidade na sua interação com os surfactantes do que a HPMC.

Análise in vitro da atividade antifúngica e de toxicidade da anfotericina B pré-aquecida

The aim of this work was to evaluate how an aqueous micellar system containing Amphotericin B (AmB) and sodium deoxycholate (DOC) can be rebuilt after heating treatment. Also a review of the literature about the new physicochemical and biological properties of this new system was carried out. Afterwards, heated (AmB-DOC-H) and unheated (AmB-DOC) micelles were subsequently diluted at four different concentrations (50mg.L-1, 5mg.L-1, 0.5mg.L-1 and 0.05mg.L-1) to perform the physicochemical study and, then, the pharmacotoxicity assay, in which two cell models were used for the in vitro experiments, Red Blood Cells (RBC) from human donors and Candida parapisilosis (Cp). While potassium (K+) and hemoglobin leakage from RBC were the used parameters to evaluate the acute and chronic toxicity, respectively, the efficacy of AmB-DOC and AmB-DOC-H were assessed by K+ leakage and cell survival rate from Cp. The spectral study revealed a slight change on the aggregate peak from 327nm to 323nm for AmB-DOC-H compared to AmB-DOC. Concerning the toxicity, although AmB-DOC and AmB-DOC-H presented different behavior for hemoglobin leakage, AmB-DOC produced higher leakage than AmB-DOC-H at high concentrations (from 5mg.L-1) with values tending to zero. However, concerning K+ leakage, both AmB-DOC and AmB-DOC-H, showed similar profile for both cell models, RBC and Cp (p<0,05). AmB-DOC-H and AmB-DOC also revealed similar profile of activity against Cp with equivalent survival rate. In short, the AmB-DOC-H showed much less toxicity than AmB-DOC, but remained as active as the late one against fungal cell. Therefore, the results highlight the importance of this new procedure as a simple, inexpensive and safe alternative to produce a new kind of micelle system for treatment of systemic fungal infections

Caracterização e aplicação de sistemas micelares e microemulsionados como inibidores de corrosão

Corrosion is an important phenomenon that frequently occurs in the oil industry, causing surface ablation, such as it happens on the internal surfaces of oil pipes. This work aims to obtain new systems to reduce this specific problem. The surfactants SDS, CTAB, and UNITOL L90 (in micellar and microemulsionated systems) were used as corrosion inhibitors. The systems were obtained using a C/S ratio of 2, butanol as cosorfactant, kerosene as oil phase and, as water phase, NaCl solutions of 0.5M with pH = 2, 4, and 7. Microemulsion regions were found both for direct and inverse micelles. SDS had the higher microemulsion region and the area was not dependent of pH. The study of micellization of these surfactans in the liquid-gas interface was carried out via the determination of CMC from surface tension measurements. Regarding microemulsionated systems, in the case of CTAB, CMC increased when pH was increased, being constant for SDS and UNITOL L90. Concerning micellar systems, increase in pH caused decrease and increase in CMC for SDC and CTAB, respectively. In the case of UNITOL L90, CMC was practically constant, but increased for pH = 4. The microemulsionated systems presented higher CMC values, except for UNITOL L90 L90. The negative values of free energy of micellization indicated that the process of adsorption was spontaneous. The results also indicated that, comparing microemulsionated to systems, adsorption was less spontaneous in the case of SDS and CTAB, while it did not change for UNITOL L90. SAXS experiments indicated that micelle geometry was spherical, existing also as halter and flat micelles, resuting in a better inght on the adsorption at the liquid-solid interface. Efficiency of corrosion inhibition as determined by electrochemical measurements, from corrosion currents calculated from Tafel extrapolation indicuting heat showed surfactants to be efficient even at low concentrations. Equilibrium isotherm data were fitted to the Freundlich model, indicating that surfactant adsorption occurs in the form of multilayers

Obtenção de sistemas microemulsionados e estudo de simulação por dinâmica molecular de sistemas micelares objetivando a veiculação de produtos naturais bioativos

Among the new drugs launched into the market since 1980, up to 30% of them belong to the class of natural products or they have semisynthetic origin. Between 40-70% of the new chemical entities (or lead compounds) possess poor water solubility, which may impair their commercial use. An alternative for administration of poorly water-soluble drugs is their vehiculation into drug delivery systems like micelles, microemulsions, nanoparticles, liposomes, and cyclodextrin systems. In this work, microemulsion-based drug delivery systems were obtained using pharmaceutically acceptable components: a mixture Tween 80 and Span 20 in ratio 3:1 as surfactant, isopropyl mirystate or oleic acid as oil, bidistilled water, and ethanol, in some formulations, as cosurfactants. Self-Microemulsifying Drug Delivery Systems (SMEDDS) were also obtained using propylene glycol or sorbitol as cosurfactant. All formulations were characterized for rheological behavior, droplet size and electrical conductivity. The bioactive natural product trans-dehydrocrotonin, as well some extracts and fractions from Croton cajucara Benth (Euphorbiaceae), Anacardium occidentale L. (Anacardiaceae) e Phyllanthus amarus Schum. & Thonn. (Euphorbiaceae) specimens, were satisfactorily solubilized into microemulsions formulations. Meanwhile, two other natural products from Croton cajucara, trans-crotonin and acetyl aleuritolic acid, showed poor solubility in these formulations. The evaluation of the antioxidant capacity, by DPPH method, of plant extracts loaded into microemulsions evidenced the antioxidant activity of Phyllanthus amarus and Anacardium occidentale extracts. For Phyllanthus amarus extract, the use of microemulsions duplicated its antioxidant efficiency. A hydroalcoholic extract from Croton cajucara incorporated into a SMEDDS formulation showed bacteriostatic activity against colonies of Bacillus cereus and Escherichia coli bacteria. Additionally, Molecular Dynamics simulations were performed using micellar systems, for drug delivery systems, containing sugar-based surfactants, N-dodecylamino-1-deoxylactitol and N-dodecyl-D-lactosylamine. The computational simulations indicated that micellization process for N-dodecylamino-1- deoxylactitol is more favorable than N-dodecyl-D-lactosylamine system.

Aplicação de sabões de ácidos graxos epoxidados como inibidores de corrosão em oleoduto

Corrosion usually occurs in pipelines, so that it is necessary to develop new surface treatments to control it. Surfactants have played an outstanding role in this field due to its capacity of adsorbing on metal surfaces, resulting in interfaces with structures that protect the metal at low surfactant concentrations. The appearance of new surfactants is a contribution to the area, as they increase the possibility of corrosion control at specific conditions that a particular oil field presents. The aim of this work is to synthesize the surfactants sodium 12 hydroxyocadecenoate (SAR), sodium 9,10-epoxy-12 hydroxyocadecanoate (SEAR), and sodium 9,10:12,13-diepoxy-octadecanoate (SEAL) and apply them as corrosion inhibitors, studying their action in environments with different salinities and at different temperatures. The conditions used in this work were chosen in order to reproduce oil field reality. The study of the micellization of these surfactants in the liquid-gas interface was carried out using surface tensiometry. It was observed that cmc increased as salt concentration was increased, and temperature and pH were decreased, while cmc decreased with the addition of two epoxy groups in the molecule. Using the values of cmc and the Gibbs equation, the values of Gibbs free energy of adsorption, area per adsorbed molecule, and surface excess were calculated. The surface excess increases as salt concentration and temperature decreases, increasing as pH is increased. The area per adsorbed molecule and the free energy of adsorption decrease with salt concentration, temperature, and pH increase. SAXS results showed that the addition of epoxy group in surfactant structure results in a decrease in the repulsion between the micelles, favoring the formation of more oblong micellar structures, ensuring a better efficiency of metal coverage. The increase in salt and surfactant concentrations provides an increase in micellar diameter. It was shown that the increase in temperature does not influence micellar structure, indicating thermal stability that is advantageous for use as corrosion inhibitor. The results of inhibition efficiency for the surfactants SEAR and SEAL were considered the best ones. Above cmc, adsorption occurred by the migration of micelles from the bulk of the solution to the metal surface, while at concentrations below cmc film formation must be due to the adsorption of semi-micellar and monomeric structures, certainly due to the presence of the epoxy group, which allows side interactions of the molecule with the metal surface. The metal resistance to corrosion presented values of 90% of efficiency. The application of Langmuir and Frumkin isotherms showed that the later gives a better description of adsorption because the model takes into account side interactions from the adsorbing molecules. Wettability results showed that micelle formation on the solid surface occurs at concentrations in the magnitude of 10-3 M, which isthe value found in the cmc study. This value also justifies the maximum efficiencies obtained for the measurements of corrosion resistance at this concentration. The values of contact angle as a function of time suggest that adsorption increases with time, due to the formation of micellar structures on metal surface