Preparation and characterization of novel nanocomposites of inorganic/polysaccharide type

O uso de polímeros naturais no âmbito da preparação de nanocompósitos não tem sido tão amplamente estudado quando comparado com os polímeros sintéticos. Assim, esta tese tem como objectivo estudar metodologias para a preparação de novos materiais nanocompósitos sob a forma de dispersões e filmes utilizando polissacarídeos como matriz. A tese está dividida em cinco capítulos sendo o último capítulo dedicado às conclusões gerais e a sugestões para trabalhos futuros. Inicialmente é apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre os principais temas colocando esta tese em contexto. Considerações sobre o uso de polímeros naturais e a sua combinação com a utilização de nanopartículas inorgânicas para a fabricação de novos bionanocomposites são descritas e os objectivos e outline da tese são também apresentados. No segundo capítulo, a preparação de partículas de sílica puras ou modificadas bem como a sua caracterização por FTIR, SEM, TEM, TGA, DLS (tamanho e potencial zeta) e medições de ângulo de contacto são discutidas. De modo a melhorar a compatibilidade da sílica com os polissacarídeos, as partículas SiO2 foram modificados com dois compostos do tipo organosilano: 3- metacril-oxipropil-trimetoxissilano (MPS) e 3-aminopropil-trimetoxissilano (APS). As partículas SiO2@MPS foram posteriormente encapsuladas com de poli(metacrilato de glicidilo) utilizando a técnica de polimerização em emulsão. A utilização dos nanocompósitos resultantes na preparação de dispersões de bionanocompósitos não foi bem sucedida e por esse motivo não os estudos não foram prosseguidos. O uso de SiO2@APS na preparação de dispersões bionanocomposite foi eficiente. No terceiro capítulo é apresentada uma revisão sobre dispersões bionanocompósitas e respectiva caracterização destacando aspectos fundamentais sobre reologia e microestrutura. Em seguida, é discutido o estudo sistemático realizado sobre o comportamento reológico de dispersões de SiO2 utilizando três polissacarídeos distintos no que concerne a carga e as características gelificantes: a goma de alfarroba (não iónica), o quitosano (catiónico) e a goma xantana (aniónica) cujas propriedades reológicas são amplamente conhecidas. Os estudos reológicos realizados sob diferentes condições demonstraram que a formação de géis frágeis e/ou bem estruturados depende do tamanho SiO2, da concentração, do pH e da força iónica. Estes estudos foram confirmados por análises microestruturais usando a microscopia electrónica a baixas temperaturas (Cryo-SEM). No quarto capítulo, são apresentados os estudos relativos à preparação e caracterização de filmes bionanocompósitos utilizando quitosano como matriz. Primeiramente é apresentada uma revisão sobre filmes de bionanocompósitos e os aspectos fundamentais das técnicas de caracterização utilizadas. A escolha do plasticizante e da sua concentração são discutidas com base nas propriedades de filmes de quitosano preparados. Em seguida, o efeito da concentração de sílica e dos métodos utilizados para a dispersar na matriz de polissacarídeo, bem como o efeito da modificação da superfície da sílica é avaliado. As características da superfície e as propriedades de barreira, mecânicas e térmicas são discutidas para cada conjunto de filmes preparados antes e após a sua neutralização. Os resultados obtidos mostraram que a dispersão das cargas no plasticizante e posterior adição à matriz polissacarídica resultaram apenas em pequenas melhorias já que o problema da agregação de sílica não foi ultrapassado. Por esse motivo foram preparados filmes com SiO2@APS os quais apresentaram propriedades melhores apesar da agregação das partículas não ter sido completamente impedida. Tal pode estar relacionado com o processo de secagem dos filmes. Finalmente, no capítulo 5, são apresentadas as principais conclusões obtidas e algumas sugestões para trabalho futuro.

Extração e estrutura dos polissacarídeos do resíduo do café com atividade imunoestimuladora

As galactomananas das infusões de café apresentam atividade imunoestimuladora in vitro, sendo esta atividade semelhante à das mananas acetiladas extraídas de Aloe vera. As galactomananas presentes no resíduo de café também possuem atividade imunoestimuladora in vitro quando são parcialmente acetiladas. Como as galactomananas são o componente maioritário do resíduo de café e como o café é um produto de largo consumo a nível mundial, o reaproveitamento deste resíduo como fonte de galactomananas com atividade imunoestimuladora deve ser considerado. Esta dissertação procura dar resposta a duas questões: 1. Quais são as estruturas das galactomananas responsáveis pela atividade imunoestimuladora destes polissacarídeos; e 2. Como é que as galactomananas podem ser extraídas quantitativamente do resíduo de café de modo a serem solúveis em água à temperatura ambiente e, assim, poderem ser utilizadas como ingredientes alimentares com atividade imunoestimuladora. A questão 1 foi respondida pela caracterização estrutural de quatro galactomananas, de três origens: a) as galactomananas das infusões de café e do resíduo que apresentaram atividade imunoestimuladora; b) a galactomanana da goma de alfarroba (LBG), que não apresentou atividade imunoestimuladora; e c) a manana acetilada de Aloe vera, que apresentou atividade imunoestimuladora. Estes polissacarídeos foram submetidos à análise de açúcares e de ligações glicosídicas e a hidrólise por endo-β-D- (1→4)-mananase. Os fragmentos de oligossacarídeos mais pequenos foram ainda analisados por espetrometria de massa por ionização de electrospray e espetrometria de massa tandem. As galactomananas das infusões de café, do resíduo de café e do Aloe vera apresentaram grau de ramificação e peso molecular semelhantes, enquanto as galactomananas da LBG apresentaram grau de ramificação e de polimerização maiores. Todas as galactomananas apresentaram resíduos de arabinose como ramificação. O grau de acetilação das galactomananas da LBG foi vestigial enquanto as galactomananas do Aloe vera apresentaram um grau de acetilação de 2,08; para as galactomananas do resíduo de café o grau de acetilação foi de 0,98 e para as infusões foi de 0,08. A localização dos grupos acetilo foi irregular em todos os polímeros. Os resultados obtidos permitem inferir que baixos níveis de ramificação, cadeias pequenas e alguma acetilação parecem promover a atividade imunoestimuladora atribuída às galactomananas. Para responder à questão 2, foi testada uma metodologia que envolveu a torra do resíduo de café a 160 ºC e a 220 ºC e a sua extração com água quente e com soluções de 4 M NaOH à temperatura de 20, 60 e 120 ºC. A torra do resíduo a 160 ºC e a extração sequencial permitiu extrair 56% das galactomananas presentes no resíduo de café e, simultaneamente, 54% das arabinogalactanas. As galactomananas mantiveram a sua estrutura caraterística de polissacarídeo acetilado composto por uma cadeira principal de resíduos de manose em ligação β-(1→4) e resíduos de Gal e Ara nas cadeias laterais. A 220 ºC, as galactomananas foram parcialmente degradadas e o rendimento de extração foi muito menor do que a 160 ºC. No entanto, mesmo a esta temperatura as galactomananas apresentaram resíduos acetilados e a presença de pentoses nas cadeias laterais, o que permite inferir a elevada resistência destes polissacarídeos à temperatura e aos reagentes alcalinos. De forma a melhor compreender a estabilidade térmica das galactomananas do resíduo de café e a influência que a presença de arabinogalactanas pode ter na sua estabilidade, foi feita uma análise termogravimétrica aos polissacarídeos extraídos do resíduo de café assim como a polissacarídeos relacionados estruturalmente com estes, como a celulose, a galactomanana de LBG e a goma arábica, uma arabinogalactana. As galactomananas são termicamente estáveis durante 3 h a 200 ºC, enquanto as arabinogalactanas são estáveis a 180 ºC. De acordo com os perfis dos termogramas obtidos, e pelo cálculo das energias de ativação da degradação térmica, o resíduo de café apresenta uma estabilidade térmica menor do que a galactomanana, possivelmente devido à presença de arabinogalactanas. Apesar de não se ter verificado alterações no termograma da galactomanana do café submetida a um tratamento térmico de 200 ºC durante 3 h, verificam-se alterações estruturais que envolvem a formação de novas ligações glicosídicas, nomeadamente, a formação de resíduos de manose ligados em O-2 e em O-6, reações de transglicosilação, despolimerização, formação de resíduos de anidro-hexoses no terminal redutor e isomerização manose-glucose. Estas alterações promovem a solubilização das galactomananas. Os resultados obtidos permitem propor que o resíduo de café possa ser submetido a uma torra seguida de extração com reagentes alcalinos a quente para obtenção das galactomananas com rendimentos elevados. Estes polissacarídeos podem tornar-se solúveis em água após tratamento térmico a 200 ºC, permitindo assim a sua utilização em formulações alimentares, nomeadamente, por preparação de compostos acetilados com baixos níveis de ramificação e cadeias pequenas de modo a promover a sua atividade imunoestimuladora.

Estratégias de alteração da funcionalidade de proteínas de soja

Este trabalho teve como principal objetivo estudar e modificar as propriedades funcionais das proteínas de soja de forma a otimizar e diversificar a sua aplicação industrial. Para tal, foram propostas e estudadas quatro estratégias: i) extração do isolado de proteínas de soja (IPS) a partir de diferentes matérias-primas, ii) adição de galactomananas (GM) com graus de ramificação e massas moleculares diferentes, iii) hidrólise enzimática controlada das proteínas de soja, iv) processamento por alta pressão hidrostática. O estudo e a interpretação da influência destas estratégias sobre as propriedades funcionais das proteínas de soja, nomeadamente, na capacidade gelificante e emulsionante, foram realizados recorrendo fundamentalmente a ensaios reológicos dinâmicos a baixas deformação, espectroscopia de infravermelho, electroforeses, calorimetria diferencial de varrimento e ensaios de microscopia confocal de varrimento laser. O estudo da extração e caracterização dos isolados de proteínas de soja obtidos a partir de diferentes matérias-primas permitiu concluir que as caraterísticas físico-químicas dos isolados são dependentes da origem da matéria-prima de extração e da severidade dos tratamentos industriais prévios à extração do isolado. Contudo, as propriedades viscoelásticas dos géis obtidos por aquecimento controlado não foram significativamente distintas embora tenha sido possível relacionar o grau de agregação com a diminuição da temperatura de gelificação e com o aumento inicial dos módulos viscoelásticos. As alterações sofridas pelos isolados de origem comercial mostraram ser irreversíveis resultando em géis menos rígidos e com maior caráter viscoso. A adição de galactomanana alterou significativamente o mecanismo de gelificação induzido termicamente das proteínas de soja, bem como as propriedades viscoelásticas dos géis e a microestrutura dos géis, demonstrando-se a ocorrência de separação de fases, em virtude da incompatibilidade termodinâmica entre os biopolímeros, resultando em géis mais rígidos e no decréscimo da temperatura de gelificação. A extensão destas alterações foi dependente da massa molecular, grau de ramificação e da razão IPS/GM. O efeito da hidrólise enzimática por ação da bromelina, nas propriedades gelificantes e emulsionantes das proteínas de soja, mostrou ser dependente do grau de hidrólise (GH). Valores de GH inferiores a 15 % melhoraram as propriedades gelificantes das proteínas de soja. Por outro lado, o aumento do GH teve um efeito negativo nas propriedades emulsionantes, o qual foi atenuado por adição da goma de alfarroba, com efeito positivo na gelificação das proteínas de soja. A concentração crítica limite de compatibilidade entre os hidrolisados de proteína de soja e a goma de alfarroba aumentou com o decréscimo do GH e da massa molecular do polissacacrídeo. O efeito da AP sobre as propriedades físico-químicas e funcionais dos IPS foi influenciado pela origem do isolado e pelas condições de tratamento. O processamento até 100 MPa desencadeou um aumento da atividade emulsionante e considerável melhoria da capacidade gelificante. Contudo, valores de pressão superiores promoveram a desnaturação das proteínas constituintes dos isolados, resultando no decréscimo da temperatura de gelificação e numa re-associação das subunidades proteicas, diminuindo a elasticidade dos géis finais. Os resultados sugeriram que as alterações nas proteínas de soja promovidas durante o tratamento por AP constituem um fator limitante para o desdobramento e re-associação durante o aquecimento térmico, necessários para a formação e fortalecimento de gel formado. O processamento por AP influenciou a estrutura secundária e a microestrutura das amostras. A presença de GA teve um papel baroprotetor. Assim, com este trabalho demonstrou-se que com as estratégias seguidas para manipulação das propriedades funcionais de proteínas de soja, nomeadamente através da adição de um polissacarídeo com propriedades estruturais controladas, da adequada combinação da adição de um polissacarídeo neutro com a hidrólise controlada das proteínas ou com tratamento por alta pressão, é possível a criação de novas funcionalidades, com utilidade no desenvolvimento de novas formulações alimentares, permitindo expandir a aplicação destas proteínas vegetais.

Evaluation of the in vitro biological activities of extracts from carob tree and mediterranean oaks

Dissertação mest., Engenharia Biológica, Universidade do Algarve, 2009

Extração e estudo das proteínas da goma da alfarroba com vista à sua clarificação

O objectivo primordial deste trabalho foi efectuar a extracao e o estudo das proteinas da Goma da Alfarroba ou Locust Bean Gum (LBG) com vista a sua clarificacao e purificacao. Para atingir este objectivo em primeiro lugar estudou-se o teor de etanol que se deveria utilizar numa suspensao aquosa de LBG, uma vez que a LBG e um polissacarido que hidrata facilmente com agua e consequentemente origina solucoes altamente viscosas que impossibilitam a realizacao de tecnicas de extracao de proteinas. Para isso estudou-se o comportamento da LBG em suspensoes aquosas com 10% (p/v) de LBG e diferentes concentracoes de etanol, designadamente 10% (v/v), 20% (v/v), 30% (v/v) e 40% (v/v). Com este estudo concluiu-se que seria necessario utilizar uma concentracao de 40% (v/v) de etanol a 96% em cada suspensao de LBG a 10% (p/v) para conseguir evitar a sua hidratacao excessiva. Assim, todas as extracoes neste trabalho foram realizadas de acordo com estas condicoes. Posteriormente com vista a extracao das proteinas da LBG testaram-se diferentes tratamentos, designadamente tratamentos alcalinos, acidos e com detergentes. Segundo a bibliografia consultada para os tratamentos alcalinos, realizaram-se estas extracoes com hidroxido de sodio (NaOH) com concentracoes de 0,025 M, 0,05M, 0,1M e 0,2M. Estes tratamentos foram iniciados com uma concentracao de NaOH a 0,2M, contudo apos analise dos resultados verificou-se que esta originou uma LBG com uma coloracao mais amarela do que a LBG bruta (inicial) apresentava. Sendo a ideia final a clarificacao da goma este nao foi um resultado desejavel e como tal testaram-se concentracoes inferiores de NaOH, acima referidas. No final concluiu-se que todas estas extracoes efetuadas com NaOH originavam uma LBG mais amarela do que a LBG bruta e que assim este nao seria o tratamento mais adequado para o objectivo pretendido. Como tal prosseguiram-se os estudos com um tratamento acido, que atraves de consulta bibliografica se iniciou com acido sulfurico (H2SO4). O tratamento acido iniciou-se com uma concentracao de H2SO4 de 0,1M, testando-se posteriormente tambem uma extracao com H2SO4 com concentracao de 0,05M. No final destas extracoes verificou-se que a LBG obtida em ambas apresentava uma coloracao mais clara do que a LBG bruta, o que representava, numa primeira analise, um bom resultado. Por fim efectuaram-se extracoes solido-liquido com diferentes detergentes, designadamente com Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 65, Tween 80, Tween 85, Triton X-100, Triton X-114 e SDS todos a uma concentracao de 0,1% (v/v) a excepcao do Tween 65 em que foi utilizada uma concentracao de 0,1% (p/v), porque a temperatura ambiente este detergente e solido. No final destas extracoes concluiu-se que na maioria dos casos a LBG apresentava uma coloracao mais clara do que a LBG bruta. Para quantificar as proteinas extraidas atraves de cada um dos tratamentos acima mencionados utilizaram-se dois metodos, o metodo de Bradford para quantificar as proteinas presentes nos sobrenadantes das extracoes e o metodo de Kjeldahl para quantificar as proteinas ainda presentes na LBG apos as extracoes. Analisando os resultados obtidos por estes metodos concluiu-se que a extracao efetuada com Tween 80, em que se efectuou uma lavagem adicional a LBG durante a filtracao com uma solucao de agua destilada e etanol a 40% (v/v), foi a que apresentou melhores resultados. Assim, foi com esta amostra proteica que se prosseguiram os estudos as proteinas. Para realizar os estudos as proteinas extraidas efectuou-se uma eletroforese em SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) com o intuito de verificar o estado da amostra. Analisando os geles obtidos constatou-se que a amostra se encontrava em boas condicoes. Deste modo realizou-se uma eletroforese bidimensional (2 – D) das proteinas extraidas da LBG. Nesta tecnica, como se desconheciam que tipo de proteinas se encontravam presentes na amostra utilizou-se uma banda de pH para a Focagem Isoelectrica (1a Dimensao) entre 3 e 10 e a separacao por Peso Molecular (2a Dimensao) foi efetuada em SDS-PAGE. Analisando os geles obtidos concluiu-se que a maioria das proteinas presentes nesta amostra apresentam pontos isoelectricos na gama de pH entre 5 e 6 e tem pesos moleculares entre 40 e 60 kDa. Pode-se entao concluir que o objectivo deste trabalho foi apenas parcialmente atingido uma vez que se conseguiu extrair e estudar algumas das caracteristicas das proteinas presentes na LBG, mas nao se alcancou a sua clarificacao.

Investigation of the impact of feeding Lactobacillus plantarum CRL 1815 encapsulated in microbially derived polymers on the rat faecal microbiota

AIMS: The aim of this study was to evaluate the impact of the administration of microencapsulated Lactobacillus plantarum CRL 1815 with two combinations of microbially derived polysaccharides, xanthan : gellan gum (1%:0·75%) and jamilan : gellan gum (1%:1%), on the rat faecal microbiota. METHODS AND RESULTS: A 10-day feeding study was performed for each polymer combination in groups of 16 rats fed either with placebo capsules, free or encapsulated Lact. plantarum or water. The composition of the faecal microbiota was analysed by fluorescence in situ hybridization and temporal temperature gradient gel electrophoresis. Degradation of placebo capsules was detected, with increased levels of polysaccharide-degrading bacteria. Xanthan : gellan gum capsules were shown to reduce the Bifidobacterium population and increase the Clostridium histolyticum group levels, but not jamilan : gellan gum capsules. Only after administration of jamilan : gellan gum-probiotic capsules was detected a significant increase in Lactobacillus-Enterococcus group levels compared to controls (capsules and probiotic) as well as two bands were identified as Lact. plantarum in two profiles of ileum samples. CONCLUSIONS: Exopolysaccharides constitute an interesting approach for colon-targeted delivery of probiotics, where jamilan : gellan gum capsules present better biocompatibility and promising results as a probiotic carrier. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF STUDY: This study introduces and highlights the importance of biological compatibility in the encapsulating material election, as they can modulate the gut microbiota by themselves, and the use of bacterial exopolysaccharides as a powerful source of new targeted-delivery coating material.

Friction losses of Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to determine, for Newtonian and non-Newtonian fluids, the friction factor (fc) with simultaneous heat transfer, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a vertical helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w). The non-Newtonian fluids were aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations of 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations of 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study done, the polymer solutions had shear-thinning behavior and different values of viscoelasticity. The helical coil used has an internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.00483 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. It was concluded that the friction factors, with simultaneous heat transfer, for Newtonian fluids can be calculated using expressions from literature for isothermal flows. The friction factors for CMC and XG solutions are similar to those for Newtonian fluids when the Dean number, based in a generalized Reynolds number, is less than 80. For Dean numbers higher than 80, the friction factors of the CMC solutions are lower those of the XG solutions and of the Newtonian fluids. In this range the friction factors decrease with the increase of the viscometric component of the solution and increase for increasing elastic component. The change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, is in accordance with the study of Ali [4]. There is a change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, which is in according to previous studies. The data also showed that the use of the bulk temperature or of the film temperature to calculate the physical properties of the fluid has a residual effect in the friction factor values.

Heat transfer coefficients from Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to obtain, for Newtonian and non-Newtonian fluids, heat transfer coefficients, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w) and the non-Newtonian fluids aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study performed, the polymer solutions had shear thinning behavior and different values of elasticity. The helical coil used has internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.004575 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. The Nusselt numbers for the CMC solutions are, on average, slightly higher than those for Newtonian fluids, for identical Prandtl and generalized Dean numbers. As outcome, the viscous component of the shear thinning polymer tends to potentiate the mixing effect of the Dean cells. The Nusselt numbers of the XG solutions are significant lower than those of the Newtonian solutions, for identical Prandtl and generalized Dean numbers. Therefore, the elastic component of the polymer tends to diminish the mixing effect of the Dean cells. A global correlation, for Nusselt number as a function of Péclet, generalized Dean and Weissenberg numbers for all Newtonian and non-Newtonian solutions studied, is presented.

Ventiladores pulmonares: definição do método de calibração / ensaio, aplicação regulamentar e estudo da situação atual

A crescente incorporação das evoluções tecnológicas nos equipamentos médicos modernos, além de os tornar mais compactos e precisos, proporciona igualmente ganhos de outros benefícios importantes, especialmente ao nível da eficiência das terapias prescritas aos pacientes. Os sofisticados ventiladores pulmonares de cuidados intensivos do presente espelham perfeitamente esta realidade e por isso necessitam de procedimentos técnicos de verificação metrológica – calibrações, também eles mais exatos e rastreáveis, de modo a fornecerem informações corretas sobre se o estado de funcionamento de um determinado ventilador cumpre ou não as tolerâncias declaradas pelo seu fabricante. Através da presente dissertação pretendeu-se desenvolver um procedimento técnico de calibração dos ventiladores de cuidados intensivos tendo-se estudado, para esta finalidade, os equipamentos de calibração específicos disponíveis no mercado, a normalização e o enquadramento regulamentar do controlo metrológico aplicáveis, bem como o princípio de funcionamento do ventilador pulmonar e a evolução da ventilação mecânica ocorrida. No domínio da abordagem efetuada sobre o âmbito da metrologia, implementou-se a determinação das incertezas dos resultados das calibrações efetuadas pelo procedimento técnico desenvolvido, de acordo com a metodologia constante do GUM1. Considerando ainda os défices significativos de conhecimento da metrologia e da prática do controlo metrológico no setor da saúde, a par dos riscos inerentes para os próprios pacientes, procura-se contribuir com este trabalho, de uma forma transversal e ampla, para uma maior consciencialização, quer dos profissionais de saúde, quer dos gestores envolvidos, para a relevância da realização das calibrações periódicas dos complexos equipamentos de suporte de vida que são os ventiladores pulmonares de cuidados intensivos.

Engineered MRI nanoprobes based on superparamagnetic iron oxide nanoparticles

This project aimed to engineer new T2 MRI contrast agents for cell labeling based on formulations containing monodisperse iron oxide magnetic nanoparticles (MNP) coated with natural and synthetic polymers. Monodisperse MNP capped with hydrophobic ligands were synthesized by a thermal decomposition method, and further stabilized in aqueous media with citric acid or meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA) through a ligand exchange reaction. Hydrophilic MNP-DMSA, with optimal hydrodynamic size distribution, colloidal stability and magnetic properties, were used for further functionalization with different coating materials. A covalent coupling strategy was devised to bind the biopolymer gum Arabic (GA) onto MNPDMSA and produce an efficient contrast agent, which enhanced cellular uptake in human colorectal carcinoma cells (HCT116 cell line) compared to uncoated MNP-DMSA. A similar protocol was employed to coat MNP-DMSA with a novel biopolymer produced by a biotechnological process, the exopolysaccharide (EPS) Fucopol. Similar to MNP-DMSA-GA, MNP-DMSA-EPS improved cellular uptake in HCT116 cells compared to MNP-DMSA. However, MNP-DMSA-EPS were particularly efficient towards the neural stem/progenitor cell line ReNcell VM, for which a better iron dose-dependent MRI contrast enhancement was obtained at low iron concentrations and short incubation times. A combination of synthetic and biological coating materials was also explored in this project, to design a dynamic tumortargeting nanoprobe activated by the acidic pH of tumors. The pH-dependent affinity pair neutravidin/iminobiotin, was combined in a multilayer architecture with the synthetic polymers poy-L-lysine and poly(ethylene glycol) and yielded an efficient MRI nanoprobe with ability to distinguish cells cultured in acidic pH conditions form cells cultured in physiological pH conditions.

Bioproduction of succinic acid from renewable feedstocks by Actinobacillus succinogenes 130Z

Succinic acid (SA) is a highly versatile building block that is used in a wide range of industrial applications. The biological production of succinic acid has emerged in the last years as an efficient alternative to the chemical production based on fossil fuels. However, in order to fully replace the competing petro-based chemical process from which it has been produced so far, some challenges remain to be surpassed. In particular, one main obstacle would be to reduce its production costs, mostly associated to the use of refined sugars. The present work is focused on the development of a sustainable and cost-e↵ective microbial production process based on cheap and renewable resources, such as agroindustrial wastes. Hence, glycerol and carob pods were identified as promising feedstocks and used as inexpensive carbon sources for the bioproduction of succinic acid by Actinobacillus succinogenes 130Z, one of the best naturally producing strains. Even though glycerol is a highly available carbon source, as by-product of biodiesel production, its consumption by A. succinogenes is impaired due to a redox imbalance during cell growth. However, the use of an external electron acceptor such as dimethylsulfoxide (DMSO) may improve glycerol metabolism and succinic acid production by this strain. As such, DMSO was tested as a co-substrate for glycerol consumption and concentrations of DMSO between 1 and 4% (v/v) greatly promoted glycerol consumption and SA production by this biocatalyst. Aiming at obtaining higher succinic acid yield and production rate, batch and fed-batch experiments were performed under controlled cultivation conditions. Batch experiments resulted in a succinic acid yield on glycerol of 0.95 g SA/g GLY and a production rate of 2.13 g/L.h, with residual production of acetic and formic acids. In fed-batch experiment, the SA production rate reached 2.31 g/L.h, the highest value reported in the literature for A. succinogenes using glycerol as carbon source. DMSO dramatically improved the conversion of glycerol by A. succinogenes and may be used as a co-substrate, opening new perspectives for the use of glycerol by this biocatalyst. Carob pods, highly available in Portugal as a residue from the locust bean gum industry, contain a significant amount of fermentable sugars such as sucrose, glucose and fructose and were also used as substrate for succinic acid production. Sugar extraction from raw and roasted carobs was optimized varying solid/water ratio and extraction time, maximizing sugar recovery while minimizing the extraction of polyphenols. Kinetic studies of glucose, fructose and sucrose consumption by A. succinogenes as individual carbon sources till 30 g/L were first determined to assess possible metabolic diferences. Results showed no significant diferences related to sugar consumption and SA production between the diferent sugars. Carob pods water extracts were then used as carbon source during controlled batch cultivations. (...)

Synergism of Xanthate/Dithiocarbamate Accelerator in Carbon Black Filled NR Compounds

Zinc salts of ethyl, isopropyl and butyl xanthates were prepared in the laboratory. The effect of these xanthates with zinc diethyldithiocarbamate (ZDC) on the vulcanization of HAF filled NR compound has been studied at different temperatures. The rubber compounds with the three xanthate accelerators and ZDC were cured at various temperatures from 60°C to 150°C. The sheets were moulded and properties such as tensile strength , tear strength , cross-link density, elongation -at-break, compression set, heat build up, abrasion resistance, flex resistance , etc. were evaluated . The properties showed that zinc xanthate/ZDC accelerator combination has a positive synergistic effect on the mechanical properties of NR compounds. The curing of HAF filled NR compound containing zinc xanthate /ZDC is slightly slower than the curing of the corresponding gum compounds . It is observed that, by gradually increasing the amount of the accelerator, the cure time of black filled NR compound can be made equal to that of the gum compou

Starved Feeding for Improving the Mechanical Properties of Styrene-Butadiene Rubber Vulcanizates

Gum and filled compounds of styrene-butadiene rubber are extruded through a laboratory extruder by varying the feeding rase at different temperatures and screw speed (rpm). The extruded compounds are vulcanized up4o their optimum cure times and the mechanical properties of the vulcanizates are determined. From the properties data obtained it Is concluded that there is a specific feeding rate wit in the starved fed region, which results In maximum Improved mechanical properties . The enhancement In properties is found to be due to better thermal and shear homogeneity.

Thermal Degradation of Short Nylon -6 Fiber-Reinforced Styrene Butadiene Rubber Composite

The thermal properties of short Nylon-6 fiber-reinforced Styrene butadiene rubber (SBR) composites were studied by Thermogravimetric Analysis (TGA). The effect of epoxy-based bonding agent on thermal degradation of the gum and the composites was also studied. The thermal stability of the SBR was enhanced in the presence of Nylon-6 fibers and the stability of the composites increased in the presence of bonding agent. The epoxy resin did not significantly change the thermal stability of SBR gum vulcanizate. Results of kinetic studies showed that the degradation of SBR and the short nylon fiber-reinforced composites with and without bonding agents followed first-order kinetics.

Studies on Acrylonitrile Butadiene Rubber/Reclaimed Rubber Blends

Cure characteristics and mechanical properties of acrylonitrile butadiene rubber/reclaimed rubber blends were studied. Minimum torque, (ma)dmum -minimum) torque, scorch time, cure time and cure rate decreased in presence of reclaimed rul3ber. Tensile strength, elongation at break and compression set increased'with increase in reclaim content. Resilience and abrasion resistance decreased with reclaim loading. Heat build up was higher for the blends. The ageing resistance of the blends was inferior to that of the gum compound.