Compósitos de polímeros naturais e nanopartículas metálicas

Esta tese descreve diversas estratégias de preparação assim como a caracterização de nanocompósitos com base em distintos biopolímeros. Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas, nomeadamente de Ag, Cu e Au. Estes nanomateriais apresentam um potencial prático enorme em diversas áreas, no entanto foi investigada especificamente a sua aplicação como materiais antimicrobianos. No primeiro capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica, onde são realçados os principais tópicos discutidos ao longo da tese. Inicialmente apresenta-se uma contextualização deste trabalho sendo seguidamente apresentadas algumas considerações sobre nanocompósitos e o seu impacto tecnológico atual. Em seguida, descrevem-se as vantagens do uso de NPs como cargas nos materiais compósitos especificamente no caso de bionanocompósitos. Foi focado o uso da celulose como matriz uma vez que foi o composto “base” usado neste trabalho. Fez-se a descrição exaustiva das metodologias existentes na literatura para a preparação dos nanocompósitos celulósicos com diferentes NPs metálicas assim como das respetivas aplicações. Dentro das aplicações, foi dado especial destaque às propriedades antimicrobianas dos materiais preparados seja a nível da sua atividade antibacteriana ou antifúngica. Esta introdução privilegia o trabalho relacionado diretamente com os sistemas descritos nos capítulos subsequentes. No segundo capítulo apresentam-se os resultados obtidos para nanocompósitos de prata em matriz celulósica. Através do uso de metodologias, tais como a síntese in situ e a pós-deposição, foram preparados diversos materiais usando dois substratos celulósicos distintos nomeadamente a celulose vegetal e bacteriana. Estes nanocompósitos foram caracterizados em termos da sua morfologia e composição química, verificando-se a importância destas características na sua atividade antibacteriana. Foi verificado que nanocompósitos com teores de Ag de 5 x 10-4 (% m/m) são suficientes para obter atividade antibacteriana. A libertação de Ag(I) foi estudada em alguns destes materiais de modo a tentar perceber o mecanismo subjacente a este tipo de nanocompósitos. No terceiro capítulo é apresentado o estudo de NPs coloidais de Ag e Au como cargas para a preparação de nanocompósitos à base de quitosano nãomodificado e modificado quimicamente (derivado solúvel em água e derivado anfifílico). Foram preparados filmes finos de espessura de 9-14 μm, caracterizando-se as suas propriedades óticas e antibacterianas. As propriedades óticas foram ajustadas, quer pela variação do teor de NPs de Ag (0,3-3,9% m/m) ou pela utilização de amostras de NPs com distribuição de tamanho de partícula distinta. Foi investigada a atividade antibacteriana tanto para bactérias Gram-negativas (Klebsiella pneumoniae e Escherichia coli) como para Gram-positivas (Staphylococcus aureus). Para nanocompósitos preparados com o quitosano não modificado verificou-se uma dependência em função do teor de Ag. No caso do uso de derivados modificados, os materiais preparados mostraram uma eficiência superior, mesmo sem NPs de Ag. No quarto capítulo é apresentada a síntese e caracterização de nanocompósitos de pululano e NPs de Ag. Neste estudo é avaliada a atividade antifúngica dos filmes compósitos preparados contra o Aspergillus niger usando protocolos padrão. Estes materiais foram preparados na forma de filmes (66-74 μm de espessura) por evaporação de solvente da mistura de pululano e coloides de Ag. Foi observado o aumento da inibição do fungo na presença dos nanocompósitos, tendo sido pela primeira vez mostrado o efeito disruptivo destes materiais sobre os esporos do A. niger através da análise das imagens de SEM. Este efeito ocorre na presença dos filmes devido à presença das cargas de NPs de Ag dispersas no pululano. O desenvolvimento de materiais de papel com NPs de Cu é um desafio devido à propensão destas espécies em oxidar sob condições ambiente. No quinto capítulo é descrita pela primeira vez o estudo comparativo do crescimento e estabilidade de NPs de Cu em celulose vegetal e bacteriana. Para além disso foi avaliado o uso de nanoestruturas com diferentes dimensionalidades como cargas, nomeadamente nanoesferas e nanofios. Foi observado que o uso de nanofios aumenta a resistência à oxidação destes nanocompósitos para tempos de exposição ao ar mais prolongados. As matrizes celulósicas apresentam comportamento distinto no crescimento e/ou adsorção das NPs de Cu. A celulose bacteriana foi o substrato mais eficiente para retardar a oxidação das NPs. A atividade antibacteriana destes nanocompósitos foi avaliada. Ao longo desta dissertação são apresentados métodos distintos para a obtenção de nanocompósitos com base em biopolímeros e NPs metálicas. Estes estudos permitiram não só a preparação de novos nanocompósitos mas também compreender e otimizar os mecanismos subjacentes à sua preparação. Ao mesmo tempo, este trabalho contribuiu para a transferência de tecnologia e conhecimento entre a área da Nanotecnologia e a área dos materiais derivados de fontes renováveis. As propriedades apresentadas por estes nanomateriais mostraram a sua possível aplicação como novos materiais antimicrobianos, no entanto é possível antecipar futuras aplicações em outras áreas tecnológicas.

Optimization of the electrodialytic phosphorus recovery from sewage sludge ash

Phosphorus (P) is becoming a scarce element due to the decreasing availability of primary sources. Therefore, recover P from secondary sources, e.g. waste streams, have become extremely important. Sewage sludge ash (SSA) is a reliable secondary source of P. The use of SSAs as a direct fertilizer has very restricted legislation due to the presence of inorganic contaminants. Furthermore, the P present in SSAs is not in a plant-available form. The electrodialytic (ED) process is one of the methods under development to recover P and simultaneously remove heavy metals. The present work aimed to optimize the P recovery through a 2 compartment electrodialytic cell. The research was divided in three independent phases. In the first phase, ED experiments were carried out for two SSAs from different seasons, varying the duration of the ED process (2, 4, 6 and 9 days). During the ED treatment the SSA was suspended in distilled water in the anolyte, which was separated from the catholyte by a cation exchange membrane. From both ashes 90% of P was successfully extracted after 6 days of treatment. Regarding the heavy metals removal, one of the SSAs had a better removal than the other. Therefore, it was possible to conclude that SSAs from different seasons can be submitted to ED process under the same parameters. In the second phase, the two SSAs were exposed to humidity and air prior to ED, in order to carbonate them. Although this procedure was not successful, ED experiments were carried out varying the duration of the treatment (2 and 6 days) and the period of air exposure that SSAs were submitted to (7, 14 and 30 days). After 6 days of treatment and 30 days of air exposure, 90% of phosphorus was successfully extracted from both ashes. No differences were identified between carbonated and non-carbonated SSAs. Thus, SSAs that were exposed to the air and humidity, e.g. SSAs stored for 30 days in an open deposit, can be treated under the same parameters as the SSAs directly collected from the incineration process. In the third phase, ED experiments were carried out during 6 days varying the stirring time (0, 1, 2 and 4 h/day) in order to investigate if energy can be saved on the stirring process. After 6 days of treatment and 4 h/day stirring, 80% and 90% of P was successfully extracted from SSA-A and SSA-B, respectively. This value is very similar to the one obtained for 6 days of treatment stirring 24 h/day.

Effect of Mussel`s Gender and Size on a Stress Response Biomarker

In mussels, stress signals such as heat, osmotic shock and hypoxia lead to the activation of the phosphorylated p38 mitogen activated protein kinase (pp38-MAPK). This stress activated protein has been efficiently used as a biomarker to several natural and anthropogenic stresses. However, what has not been tested is whether differences in gender or size can affect the response of this biomarker. The present study tested whether there was variation in the expression of pp38-MAPK in mussels Perna perna of different gender and size classes when exposed to natural stress conditions, such as air exposure. The results show that gender does not affect the expression of pp38-MAPK. However, size does have an effect, where mussels smaller than 6.5 cm displayed significantly (p < 0.05) lower levels of pp38-MAPK when compared to those larger than 7 cm. Mussels are one of the most used bioindicator species and the use of biomarkers to determine the health status of an ecosystem has been greatly increasing over the years. The present study highlights the importance of using mussels of similar size classes when performing experiments using stress-related biomarkers.

Biological indicators of stress in pacu (Piaractus mesopotamicus) after capture

Os efeitos da captura (perseguição, contenção em puçá e exposição aérea) no perfil sanguíneo do cortisol, glicose, cloreto, sódio, potássio, cálcio e na osmolaridade, hematócrito, hemoglobina, número de células vermelhas (CV) e volume corpuscular médio (VCM) foram investigados no pacu (Piaractus mesopotamicus). Um total de 132 peixes (49,7 ± 11,7 g) foi submetido à captura com 3 ou 5 minutos de exposição aérea. Nove peixes de cada tratamento foram amostrados 5, 15, 30, 60 minutos e 24 horas depois e outros nove peixes foram amostrados antes da captura e considerados controle. A captura resultou em aumento do cortisol e glicose no sangue 30 e 5 minutos depois da captura, respectivamente, independente do tempo de exposição aérea. Ambos os indicadores recuperaram os valores controle em 24 horas. Nos dois grupos de peixes, o cloreto plasmático diminuiu 60 minutos após captura e não recuperou os valores controle, enquanto o sódio sérico aumentou entre 15 e 30 minutos recuperando a condição controle em 24 horas. Não houve alteração significativa nos valores de potássio, cálcio, osmolaridade ou no hematócrito, hemoglobina, CV e VCM como consequência da captura. Os estressores sequenciais aplicados no pacu durante a captura ativaram o eixo cérebro-pituitária-interrenal (respostas do cortisol e glicose), mas a ativação do eixo cérebro-sistema simpático-células cromafins foi aparentemente moderada (respostas iônicas e hematológicas).

Profile of cortisol, glycaemia, and blood parameters of American Bullfrog tadpoles Lithobates catesbeianus exposed to density and hypoxia stressors

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

Alterações químicas e microbiológicas nas silagens de capim-Tifton 85 após a abertura dos silos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Características da fermentação e estabilidade aeróbia de silagens de milho inoculadas com Bacillus subtilis

Objetivou-se avaliar os efeitos da inoculação de Bacillus subtilis sobre as características e perdas ocorridas na fermentação, no desenvolvimento de leveduras e fungos filamentosos e na estabilidade aeróbia de silagens de milho. Estudou-se o milho híbrido 2B655, no qual avaliaram-se os seguintes tratamentos: silagem sem inoculação de B. subtilis e silagens inoculadas com B. subtilis nas concentrações de 5x10(4); 1x10(5) e 5x10(5)UFC/g de forragem. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, em esquema de parcelas subdivididas, em que as silagens constituíram as parcelas e os tempos de exposição aeróbia as subparcelas, com quatro repetições. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância por meio do software SISVAR®, bem como aplicou-se a análise de regressão a 5% de significância. A aplicação de B. subtilis não alterou as características químicas e as perdas no processo de fermentação da silagem de milho. A contagem de leveduras na abertura dos silos foi reduzida, assim como a população de fungos filamentosos diminuiu durante a exposição aeróbia, o que implicou em menores valores de pH e resultou em maior estabilidade aeróbia, devido à utilização da maior dose de B. subtilis. A inoculação de Bacillus subtilis na concentração de 5x10(5)UFC/g de forragem controla o crescimento dos micro-organismos deterioradores e melhora a estabilidade aeróbia da silagem de milho, a manter os valores de pH mais estáveis na fase de pós-abertura dos silos.

Estabilidade aeróbia de silagens do capim-marandu submetidas a diferentes intensidades de compactação na ensilagem

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

Estabilidade aeróbia da ração total e de silagens de capim-marandu tratadas com aditivos químicos e bacterianos

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de determinar o efeito da inclusão de aditivo químico e da inoculação de bactérias homo e heterofermentativas sobre a estabilidade aeróbia de silagens de capim-marandu e da ração total. Foram conduzidos três experimentos para avaliação do benzoato de sódio e de dois inoculantes, um contendo Lactobacillus plantarum + Propionibacterium e o segundo Lactobacillus buchneri. Após 60 dias de fermentação, os silos foram abertos e as silagens e a ração total (RT) contendo silagens de capim-marandu foram colocadas em caixas de isopor e transferidas para câmara climática, a 25 ± 1ºC, para determinação das variações de temperatura na ração total e na silagem, das recuperações de MS e das alterações no pH da silagem. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, em esquema de parcelas subdivididas. Houve perdas de MS e elevação dos teores de pH quando as silagens foram colocadas em condições de aerobiose. A temperatura das silagens e da RT teve discreto aumento durante os seis dias de aeração. O uso de bactérias ou de benzoato de sódio não influenciou a estabilidade aeróbia das silagens.

Óxido de cálcio como aditivo na ensilagem de cana-de-açúcar

Foram avaliados os efeitos do óxido de cálcio aplicado no momento da ensilagem nas doses de 0,5; 1 e 2% sobre a composição química de silagens de cana-de-açúcar durante a fermentação e pós-abertura. Antes da ensilagem, doses crescentes de óxido promoveram redução dos teores de FDN, FDA e lignina e aumento da hemicelulose e da digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS). No momento da abertura dos silos, os teores de FDN e FDA foram superiores aos observados antes da ensilagem e menores nas silagens com doses mais altas de aditivo. Nesta mesma fase, quanto maior o nível do aditivo maior a DIVMS. do momento da abertura ao 3º dia, não houve alteração significativa nos teores de PB, FDN, FDA, lignina e hemicelulose ou na DIVMS. O teor de FDN das silagens controle e com 0,5% de aditivo aumentou do 3º ao 6º dia. Silagens com 0,5% de cal tiveram aumento do teor de FDN também do 6c ao 9ºdia, enquanto, nas silagens com 1% de cal, esse aumento ocorreu do 3º ao 9º dia e, nas silagens com 2%, não houve alteração após abertura. Na silagem com 2% de óxido de cálcio, a maior recuperação de matéria seca digestível verdadeira e de CNF ocorreu na ensilagem e, naquelas com 1 e 2% de aditivo, após a abertura do silo. A adição de cal virgem reduziu o teor de FDN das silagens em todos os momentos e manteve o teor de FDN mais estável após abertura.

Desempenho de novilhas de corte alimentadas com cana hidrolisada

The objective of this study was to evaluate the performance, consumption and feed conversion of Angus x Nellore heifers fed hydrolyzed sugarcane. Twenty-four (1/2 Angus x Nellore crossbred) heifers were used with average body weight of 242 kg ± 23 kg, confined in individual pens with total area of 15 m2. The study consisted of six treatments distributed as follows: T1-in natura sugarcane: sugarcane was given to animals after being chopped; T2-hydrolyzed sugarcane with 0.5 % lime and 24 hours of air exposure; T3-hydrolyzed sugarcane with 0.5 % lime and 48 hours of air exposure; T4-hydrolyzed sugarcane with 1.0 % lime and 24 hours of air exposure; T5-hydrolyzed sugarcane with 1.0 % lime and 48 hours of air exposure; T6-hydrolyzed sugarcane with 1.0 % lime and 72 hours of air exposure. We used a completely randomized design with four replicates per treatment, and averages were compared by Tukey test at 5 % significant level of probability. No statistical difference was found for any of the treatments (P>0.05). The processing of sugarcane with lime did not increase the intake and performance of animals evaluated in this study.

Desenvolvimento de microrganismos e valor nutritivo de silagens de capim-Tifton 85

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

Resistência do mexilhão Perna perna (Linnaeus, 1758) proveniente de bancos naturais da baixada santista, a variações de temperatura, salinidade, tempo de exposição ao ar e determinação da incidência de parasitismo

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Zoologia) - IBRC

Eye darkening as a reliable, easy and inexpensive indicator of stress in fish

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

High protein microparticles produced by ionic gelation containing Lactobacillus acidophilus for feeding pacu larvae

Microparticles with high protein content can be used as diets to mimic the proximate composition of Artemia nauplii. After production, the particles were characterized with respect to their proximate composition, mean size, morphology, and rehydration behavior after drying. The protein content, lipid content and the particle moisture were similar to Artemia nauplii, with mean values of 50, 23, and 85%, respectively. Additionally, the particles were used in a pacu (Piaractus mesopotamicus) larval growth experiment. Also, the probiotic Lactobacillus acidophilus was added to one of the diets, and the effects of the diets were evaluated on larvae growth and stress resistance. Larvae fed the experimental diets had lower growth than larvae fed with Artemia nauplii or a commercial diet. All of the evaluated diets, including the experimental ones, showed high ingestion rates (>90%). In the stress test by air exposure, larvae fed with the microparticle without probiotic exhibited a significantly higher mortality than those fed the commercial diet or those fed with Artemia nauplii. The low growth rates may have been due to a potential nutritional inadequacy with respect to the low mineral/vitamin content of the experimental diets. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.