Nanostructured systems containing an essential oil: protection against volatilization

The goal of this study was to evaluate the feasibility of preparing nanocapsules and nanoemulsions using tea tree oil as oily phase aiming to protect its volatilization. The nanostructures presented nanometric mean size (160-220 nm) with a polydispersity index below 0.25 and negative zeta potential. The pH values were 6.43 ± 0.37 and 5.98 ± 0.00 for nanoemulsions and nanocapsules, respectively. The oil content after preparation was 96%. The inclusion of tea tree oil in nanocapsules showed higher protection against volatilization. The analysis of mean size and polydispersity index of formulations presented no significant alteration during the storage time.

Desenvolvimento de nanocápsulas de poli-ε-caprolactona contendo o herbicida atrazina

In this study, polymeric nanocapsules of PCL containing the herbicide atrazine were prepared. In order to optimize the preparation conditions, a 2³ factorial design was performed using different formulations of nanocapsules, which investigated the influence of three variables at two levels. The factors varied were the quantities of PCL, Span 60 and Myritol. The results were evaluated considering the size, polydispersity, zeta potential and association rate and the measures of these parameters were taken immediately after preparation and after 30 days of preparation. The formulations with minimum level of polymer in the preparation showed better stability results.

Caracterização química dos géis produzidos pelas bactérias diazotróficas Rhizobium tropici e Mesorhizobium sp.

The exopolysaccharides with characteristics of gel produced by Rhizobium tropici (EPS RT) and Mesorhizobium sp (EPS MR) are acidic heteropolysaccharide composed mainly of glucose and galactose in a molar ratio of 4:1 and 5:1 respectively, with traces of mannose (~ 1%). Chemical analysis showed the presence of uronic acid, pyruvate and acetyl-substituents in the structures of both polymers. Experiments of gel permeation chromatography and polyacrylamide gel electrophoresis showed that EPS RT and EPS MR are homogeneous molecules with low grade of polydispersity. The EPS were characterized using spectroscopic techniques of FT-IR, ¹H and 13C-NMR.

Use of the spray chilling method to deliver hydrophobic components: physical characterization of microparticles

Food industry has been developing products to meet the demands of increasing number of consumers who are concerned with their health and who seek food products that satisfy their needs. Therefore, the development of processed foods that contain functional components has become important for this industry. Microencapsulation can be used to reduce the effects of processing on functional components and preserve their bioactivity. The present study investigated the production of lipid microparticles containing phytosterols by spray chilling. The matrices comprised mixtures of stearic acid and hydrogenated vegetable fat, and the ratio of the matrix components to phytosterols was defined by an experimental design using the mean diameters of the microparticles as the response variable. The melting point of the matrices ranged from 44.5 and 53.4 ºC. The process yield was melting point dependent; the particles that exhibited lower melting point had greater losses than those with higher melting point. The microparticles' mean diameters ranged from 13.8 and 32.2 µm and were influenced by the amount of phytosterols and stearic acid. The microparticles exhibited spherical shape and typical polydispersity of atomized products. From a technological and practical (handling, yield, and agglomeration) points of view, lipid microparticles with higher melting point proved promising as phytosterol carriers.

Linear block copolymers of L–lactide and 2–dimethylaminoethyl methacrylate : synthesis and properties

Part of the research described in this thesis is conducted in collaboration with Centre d' étude et de Recherche sur les Macromolécules (CERM), Université de Liège, Sart-Tilman, Belgium

Formation et propriétés des cristaux colloïdaux issus de l’auto-assemblage de microsphères de polymère

Le besoin pour des biocapteurs à haute sensibilité mais simples à préparer et à utiliser est en constante augmentation, notamment dans le domaine biomédical. Les cristaux colloïdaux formés par des microsphères de polymère ont déjà prouvé leur fort potentiel en tant que biocapteurs grâce à l’association des propriétés des polymères et à la diffraction de la lumière visible de la structure périodique. Toutefois, une meilleure compréhension du comportement de ces structures est primordiale avant de pouvoir développer des capteurs efficaces et polyvalents. Ce travail propose d’étudier la formation et les propriétés des cristaux colloïdaux résultant de l’auto-assemblage de microsphères de polymère en milieu aqueux. Dans ce but, des particules avec différentes caractéristiques ont été synthétisées et caractérisées afin de corréler les propriétés des particules et le comportement de la structure cristalline. Dans un premier temps, des microsphères réticulées de polystyrène anioniques et cationiques ont été préparées par polymérisation en émulsion sans tensioactif. En variant la quantité de comonomère chargé, le chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium ou le sulfonate styrène de sodium, des particules de différentes tailles, formes, polydispersités et charges surfaciques ont été obtenues. En effet, une augmentation de la quantité du comonomère ionique permet de stabiliser de façon électrostatique une plus grande surface et de diminuer ainsi la taille des particules. Cependant, au-dessus d’une certaine concentration, la polymérisation du comonomère en solution devient non négligeable, provoquant un élargissement de la distribution de taille. Quand la polydispersité est faible, ces microsphères chargées, même celles non parfaitement sphériques, peuvent s’auto-assembler et former des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible. Il semble que les répulsions électrostatiques créées par les charges surfaciques favorisent la formation de la structure périodique sur un grand domaine de concentrations et améliorent leur stabilité en présence de sel. Dans un deuxième temps, le besoin d’un constituant stimulable nous a orientés vers les structures cœur-écorce. Ces microsphères, synthétisées en deux étapes par polymérisation en émulsion sans tensioactif, sont formées d’un cœur de polystyrène et d’une écorce d’hydrogel. Différents hydrogels ont été utilisés afin d’obtenir des propriétés différentes : le poly(acide acrylique) pour sa sensibilité au pH, le poly(N-isopropylacrylamide) pour sa thermosensibilité, et, enfin, le copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) donnant une double sensibilité. Ces microsphères forment des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible à partir d’une certaine concentration critique et pour un large domaine de concentrations. D’après les changements observés dans les spectres de diffraction, les stimuli ont un impact sur la structure cristalline mais l’amplitude de cet effet varie avec la concentration. Ce comportement semble être le résultat des changements induits par la transition de phase volumique sur les interactions entre particules plutôt qu’une conséquence du changement de taille. Les interactions attractives de van der Waals et les répulsions stériques sont clairement affectées par la transition de phase volumique de l’écorce de poly(N-isopropylacrylamide). Dans le cas des microsphères sensibles au pH, les interactions électrostatiques sont aussi à considérer. L’effet de la concentration peut alors être mis en relation avec la portée de ces interactions. Finalement, dans l’objectif futur de développer des biocapteurs de glucose, les microsphères cœur-écorce ont été fonctionnalisées avec l’acide 3-aminophénylboronique afin de les rendre sensibles au glucose. Les effets de la fonctionnalisation et de la complexation avec le glucose sur les particules et leur empilement périodique ont été examinés. La structure cristalline est visiblement affectée par la présence de glucose, même si le mécanisme impliqué reste à élucider.

New stimuli-responsive block random copolymers and their aggregation

Les polymères sensibles à des stimuli ont été largement étudiés ces dernières années notamment en vue d’applications biomédicales. Ceux-ci ont la capacité de changer leurs propriétés de solubilité face à des variations de pH ou de température. Le but de cette thèse concerne la synthèse et l’étude de nouveaux diblocs composés de deux copolymères aléatoires. Les polymères ont été obtenus par polymérisation radicalaire contrôlée du type RAFT (reversible addition-fragmentation chain-transfer). Les polymères à bloc sont formés de monomères de méthacrylates et/ou d’acrylamides dont les polymères sont reconnus comme thermosensibles et sensible au pH. Premièrement, les copolymères à bloc aléatoires du type AnBm-b-ApBq ont été synthétisés à partir de N-n-propylacrylamide (nPA) et de N-ethylacrylamide (EA), respectivement A et B, par polymérisation RAFT. La cinétique de copolymérisation des poly(nPAx-co-EA1-x)-block-poly(nPAy-co-EA1-y) et leur composition ont été étudiées afin de caractériser et évaluer les propriétés physico-chimiques des copolymères à bloc aléatoires avec un faible indice de polydispersité . Leurs caractères thermosensibles ont été étudiés en solution aqueuse par spectroscopie UV-Vis, turbidimétrie et analyse de la diffusion dynamique de la lumière (DLS). Les points de trouble (CP) observés des blocs individuels et des copolymères formés démontrent des phases de transitions bien définies lors de la chauffe. Un grand nombre de macromolécules naturels démontrent des réponses aux stimuli externes tels que le pH et la température. Aussi, un troisième monomère, 2-diethylaminoethyl methacrylate (DEAEMA), a été ajouté à la synthèse pour former des copolymères à bloc , sous la forme AnBm-b-ApCq , et qui offre une double réponse (pH et température), modulable en solution. Ce type de polymère, aux multiples stimuli, de la forme poly(nPAx-co-DEAEMA1-x)-block-poly(nPAy-co-EA1-y), a lui aussi été synthétisé par polymérisation RAFT. Les résultats indiquent des copolymères à bloc aléatoires aux propriétés physico-chimiques différentes des premiers diblocs, notamment leur solubilité face aux variations de pH et de température. Enfin, le changement d’hydrophobie des copolymères a été étudié en faisant varier la longueur des séquences des blocs. Il est reconnu que la longueur relative des blocs affecte les mécanismes d’agrégation d’un copolymère amphiphile. Ainsi avec différents stimuli de pH et/ou de température, les expériences effectuées sur des copolymères à blocaléatoires de différentes longueurs montrent des comportements d’agrégation intéressants, évoluant sous différentes formes micellaires, d’agrégats et de vésicules.

Conception, synthèse et caractérisation de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles pour encapsuler des principes actifs hydrophobes

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire.

Nanopartículas de PCL com acetato de hidrocortisona como uma terapia dermatológica inovadora para a dermatite atópica

A dermatite atópica é uma patologia cutânea crónica que requer cuidados intensivos da pele e tratamento farmacológico; contudo, os tratamentos disponíveis necessitam urgentemente de ser melhorados, especialmente quando utilizados por períodos longos ou em grupos específicos (ex: crianças). A nanotecnologia tem contribuído com sistemas de veiculação inovadores e pode oferecer terapias efectivas e direcionadas. Os objectivos deste estudo centraram-se na preparação caracterização das nanopartículas de policaprolactona carregadas com acetato de hidrocortisona em termos das propriedades físico-químicas, eficiência de encapsulação, ensaios de libertação in vitro e ensaios de segurança dos excipientes utilizados em voluntários humanos. As nanopartículas produzidas apresentaram um tamanho médio de 258,4 24,5 nm e um índice de polidispersão de 0,084. O potencial zeta foi -4,39 0,62 mV e a eficiência de encapsulação foi 36,32 0,03 %. A libertação in vitro do fármaco foi controlada ao longo do tempo. Além disso, os testes de segurança indicaram que os excipientes foram bem tolerados. Este estudo demonstra que as nanopartículas de policaprolactona são sistemas estáveis para veiculação de acetato de hidrocortisona que poderão conduzir a uma libertação prolongada do fármaco, com resultados promissores ao nível da sua segurança quando aplicados na pele humana.

In situ formation of gold nanoparticles with a thermoresponsive block copolymer corona

Gold nanoparticles with a polymer coating exhibiting large and reversible thermoresponsiveness are prepared via a one-pot synthesis method using narrow polydispersity thermoresponsive block copolymers. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Monte Carlo phase diagram for a polydisperse diblock copolymer melt

The phase diagram for an AB diblock copolymer melt with polydisperse A blocks and monodisperse B blocks is evaluated using lattice-based Monte Carlo simulations. Experiments on this system have shown that the A-block polydispersity shifts the order-order transitions (OOTs) towards higher A-monomer content, while the order-disorder transition (ODT) moves towards higher temperatures when the A blocks form the minority domains and lower temperatures when the A blocks form the matrix. Although self-consistent field theory (SCFT) correctly accounts for the change in the OOTs, it incorrectly predicts the ODT to shift towards higher temperatures at all diblock copolymer compositions. In contrast, our simulations predict the correct shifts for both the OOTs and the ODT. This implies that polydispersity amplifies the fluctuation-induced correction to the mean-field ODT, which we attribute to a reduction in packing frustration. Consistent with this explanation, polydispersity is found to enhance the stability of the perforated-lamellar phase.

Structure and magnetic properties of polydisperse ferrofluids: a molecular dynamics study

We study by Langevin molecular dynamics simulations systematically the influence of polydispersity in the particle size, and subsequently in the dipole moment, on the physical properties of ferrofluids. The polydispersity is in a first approximation modeled by a bidisperse system that consists of small and large particles at different ratios of their volume fractions. In the first part of our investigations the total volume fraction of the system is fixed, and the volume fraction phi(L) of the large particles is varied. The initial susceptibility chi and magnetization curve of the systems show a strong dependence on the value of phi(L). With the increase of phi(L), the magnetization M of the system has a much faster increment at weak fields, and thus leads to a larger chi. We performed a cluster analysis that indicates that this is due to the aggregation of the large particles in the systems. The average size of these clusters increases with increasing phi(L). In the second part of our investigations, we fixed the volume fraction of the large particles, and increased the volume fraction phi(S) of the small particles in order to study their influence on the chain formation of the large ones. We found that the average aggregate size formed by large particles decreases when phi(S) is increased, demonstrating a significant effect of the small particles on the structural properties of the system. A topological analysis of the structure reveals that the majority of the small particles remain nonaggregated. Only a small number of them are attracted to the ends of the chains formed by large particles.

Start-up rheometry of highly polydisperse magnetorheological fluids: experiments and simulations

An extensive experimental and simulation study is carried out in conventional magnetorheological fluids formulated by dispersion of mixtures of carbonyl iron particles having different sizes in Newtonian carriers. Apparent yield stress data are reported for a wide range of polydispersity indexes (PDI) from PDI = 1.63 to PDI = 3.31, which for a log-normal distribution corresponds to the standard deviation ranging from to . These results demonstrate that the effect of polydispersity is negligible in this range in spite of exhibiting very different microstructures. Experimental data in the magnetic saturation regime are in quantitative good agreement with particle-level simulations under the assumption of dipolar magnetostatic forces. The insensitivity of the yield stresses to the polydispersity can be understood from the interplay between the particle cluster size distribution and the packing density of particles inside the clusters.

Interactions between Bacteriophage DNA and Cationic Biomimetic Particles

The interaction between giant bacteriophage DNA and cationic biomimetic particles was characterized from sizing by dynamic light-scattering, zeta-potential analysis, turbidimetry, determination of colloid stability, visualization from atomic force microscopy (AFM), and determination of cytotoxicity against E. coli from colony forming unities counting. First, polystyrene sulfate (PSS) particles with different sizes were covered by a dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) bilayer yielding the so-called cationic biomimetic particles (PSS/DODAB). These cationic particles are highly organized, present a narrow size distribution and were obtained over a range of particle sizes. Thereafter, upon adding lambda, T5 or T2-DNA to PSS/DODAB particles, supramolecular assemblies PSS/DODAB/DNA were obtained and characterized over a range of DNA concentrations and particle sizes (80-700 nm). Over the low DNA concentration range, PSS/DODAB/DNA assemblies were cationic, colloidally stable with moderate polydispersity and highly cytotoxic against E. coli. From DNA concentration corresponding to charge neutralization, neutral or anionic supramolecular assemblies PSS/DODAB/DNA exhibited low colloid stability, high polydispersity and moderate cytotoxicity. Some nucleosome mimetic assemblies were observed by AFM at charge neutralization (zeta-potential equal to zero).

Monodisperse lignin fractions as standards in size-exclusion analysis Comparison with polystyrene standards

The difficulty of preparing monodisperse lignin fractions on a large scale is a limiting factor in many applications. The present paper addresses this problem by examining the properties and size-exclusion behavior of lignin isolated by the acetosolv pulping process from post-extraction crushed sugarcane bagasse. The isolated lignin was subjected to a solvent pretreatment, followed by preparative gel permeation chromatography fractionation. The fractions were analyzed by high-performance size-exclusion chromatography (HPSEC) and these samples showed a great decrease in polydispersity, compared to the original acetosolv lignin. Several fractions of very low polydispersity, close to unity, were employed as calibration curve standards in HPSEC analysis. This original analytical approach allowed calibration with these lignin fractions to be compared with the polystyrene standards that are universally employed for lignin molecular mass determination. This led to a noteworthy result, namely that the lignin fractions and polystyrene standards showed very similar behavior over a large range of molecular masses in a typical HPSEC analysis of acetosolv lignin. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.