Caracterização de nanopartículas pDNA-protamina e pDNA-protamina-lipossoma e avaliação da eficiência de entrega gênica a células de mamífero.

Em estudos de terapia gênica e vacinação por DNA, a eficiência e a segurança dos vetores que transportam o material genético terapêutico possuem papel fundamental. Vetores não virais são considerados mais seguros, mas menos eficientes em relação aos vetores virais. Em parte, isso se deve à falta de estudos sistemáticos e comparativos no que diz respeito às características físico-químicas desses vetores quando em soluções biológicas e o efeito delas sobre a eficiência de entrega gênica. O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do pH, da força iônica e do tipo tampão de complexação sobre as características físico-químicas de nanopartículas pDNA-protamina e pDNA-protamina-lipofectamina, visando à entrega gênica para diferentes linhagens celulares. Para isso, nanopartículas formadas em diferentes condições foram caracterizadas através de ensaios de espalhamento dinâmico de luz (DLS) e potencial zeta. Os estudos indicaram que o pH, a força iônica, o tipo de tampão e a presença de meio de cultura e soro no ambiente de complexação alteram significativamente o tamanho, a polidispersidade e o potencial zeta das partículas formadas. Finalmente, buscou-se avaliar o efeito dessas características sobre a eficiência de transfecção in vitro de células de macrófagos IC21 e células HeLa. Os estudos de transfecção em células Hela indicam que tanto a composição como as condições de formação das partículas influenciam significativamente a eficiência de transfecção.

Nanopartículas superparamagnéticas encapsuladas com polímeros para tratamento de câncer por hipertermia

O câncer é uma das maiores causas de mortalidade no Brasil e no mundo, com potencial de crescimento nas próximas décadas. Um tipo de tratamento promissor é a hipertermia magnética, procedimento no qual as células tumorais morrem pelo efeito do calor gerado por partículas magnéticas após a aplicação de campo magnético alternado em frequências adequadas. Tais partículas também são capazes de atuar como agentes de contraste para imageamento por ressonância magnética, um poderoso método de diagnóstico para identificação de células neoplásicas, formando a combinação conhecida como theranostics (terapia e diagnóstico). Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas de óxido de ferro por método de coprecipitação com posterior encapsulação por técnica de nano spray drying, visando sua aplicação no tratamento de câncer por hipertermia e como agente de contraste para imageamento por ressonância magnética. Para a encapsulação foram utilizadas matrizes poliméricas de Maltodextrina com Polissorbato 80, Pluronic F68, Eudragit® S100 e PCL com Pluronic F68, escolhidos com o intuito de formar partículas que dispersem bem em meio aquoso e que consigam atingir alvo tumoral após administração no corpo do paciente. Parâmetros de secagem pelo equipamento Nano Spray Dryer, como temperatura, solvente e concentração de reagentes, foram avaliados. As partículas formadas foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura, Difração de Raios-X, Análise Termogravimétrica, Espalhamento de Luz Dinâmico, Espectroscopia de Infravermelho, magnetismo quanto a magnetização de saturação e temperatura, citotoxicidade e potencial de aquecimento. Tais procedimentos indicaram que o método de coprecipitação produziu nanopartículas de magnetita de tamanho em torno 20 nm, superparamagnéticas a temperatura ambiente, sem potencial citotóxico. A técnica de nano spray drying foi eficiente para a formação de partículas com tamanho em torno de 1 μm, também superparamagnéticas, biocompatíveis e com propriedades magnéticas adequadas e para aplicações pretendidas. Destaca-se a amostra com Pluronic, OF-10/15-1P, que apresentou magnetização de saturação de 68,7 emu/g e interação específica com células tumorais.

Otimização da inativação fotodinâmica de E. coli por fotossensibilizadores veiculados por nanopartículas de sílica

A nanotecnologia tem sido aplicada para o desenvolvimento de materiais para diversas aplicações inclusive na inativação de patógenos. As nanopartículas de sílica (npSi) destacam-se pela alta área superficial, facilidade na alteração da superfície para aumento da eficiência adsortiva, penetrabilidade e toxicidade para bactérias gram-negativas sendo biocompatíveis para células de mamíferos e mais foto-estáveis que a maioria dos compostos orgânicos. Devido as suas vantagens, as npSi podem ser usadas para veicular fotossensibilizadores (FSs) uma vez que permitem sua utilização em solução aquosa em que os FSs geralmente são insolúveis. Além disso, o uso de FSs em vez de antibióticos, permite a inativação microbiológica pela Terapia Fotodinâmica sem que as bactérias adquiram resistência por mecanismos genéticos. Esse processo ocorre pela interação entre um FS, luz e oxigênio molecular produzindo oxigênio singleto que é extremamente reativo danificando estruturas celulares. O objetivo desse estudo foi otimizar a fotoinativação dinâmica de E .coli utilizando Azul de Metileno (AM) e Azul de Toluidina O (ATO) veiculados por npSi. As npSi foram preparadas pela metodologia sol-gel, caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e submetidas à adsorção de AM e ATO em sua superfície. A presença de AM e ATO na superfície das npSi foram analisadas por espectroscopia no infravermelho; espectroscopia de fluorescência por raio-X e análise termogravimétrica. O planejamento experimental, iniciado pelo fatorial 23 e modelado ao composto central em busca das condições ótimas foi adotado pela primeira vez nessa aplicabilidade, visando a fotoinativação de E. coli empregando AM e ATO em solução e em seguida com npSi. AM e ATO veiculados por npSi permitem a fotoinativação em concentrações mais baixas de FS (20 e 51% respectivamente), causando desestruturação da integridade bacteriana demonstrada por MEV. Os resultados sugerem que a veiculação de AM e ATO por npSi é extremamente efetiva para a fotoinativação dinâmica de E. coli e que o planejamento composto central pode levar à completa inativação das bactérias.

Estudo de nanocompósitos formados por PLA e nanopartículas de celulose.

Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas.

Synthesis of high surface area TiO2 nanoparticles by mild acid treatment with HCl or HI for photocatalytic propene oxidation

Nanostructured TiO2 photocatalysts with small crystalline sizes have been synthesized by sol-gel using the amphiphilic triblock copolymer Pluronic P123 as template. A new synthesis route, based on the treatment of TiO2 xerogels with acid-ethanol mixtures in two different steps, synthesis and extraction-crystallization, has been investigated, analyzing two acids, hydrochloric and hydriodic acid. As reference, samples have also been prepared by extraction-crystallization in ethanol, being these TiO2 materials amorphous and presenting higher porosities. The prepared materials present different degrees of crystallinity depending on the experimental conditions used. In general, these materials exhibit high surface areas, with an important contribution of microporosity and mesoporosity, and with very small size anatase crystals, ranging from 5 to 7 nm. The activity of the obtained photocatalysts has been assessed in the oxidation of propene in gas phase at low concentration (100 ppmv) under a UVA lamp with 365 nm wavelength. In the conditions studied, these photocatalysts show different activities in the oxidation of propene which do not depend on their surface areas, but on their crystallinity and band gap energies, being sample prepared with HCl both during synthesis and in extraction-crystallizations steps, the most active one, with superior performance than Evonik P25.

Improving the Photoelectrochemical Response of TiO2 Nanotubes upon Decoration with Quantum-Sized Anatase Nanowires

TiO2 nanotubes (NTs) have been widely used for a number of applications including solar cells, photo(electro)chromic devices, and photocatalysis. Their quasi-one-dimensional morphology has the advantage of a fast electron transport although they have a relatively reduced interfacial area compared with nanoparticulate films. In this study, vertically oriented, smooth TiO2 NT arrays fabricated by anodization are decorated with ultrathin anatase nanowires (NWs). This facile modification, performed by chemical bath deposition, allows to create an advantageous self-organized structure that exhibits remarkable properties. On one hand, the huge increase in the electroactive interfacial area induces an improvement by 1 order of magnitude in the charge accumulation capacity. On the other hand, the modified NT arrays display larger photocurrents for water and oxalic acid oxidation than bare NTs. Their particular morphology enables a fast transfer of photogenerated holes but also efficient mass and electron transport. The importance of a proper band energy alignment for electron transfer from the NWs to the NTs is evidenced by comparing the behavior of these electrodes with that of NTs modified with rutile NWs. The NT-NW self-organized architecture allows for a precise design and control of the interfacial surface area, providing a material with particularly attractive properties for the applications mentioned above.

Photocatalytic oxidation of propene in gas phase at low concentration by optimized TiO2 nanoparticles

In the present study, nanocrystalline titanium dioxide (TiO2) was prepared by sol–gel method at low temperature from titanium tetraisopropoxide (TTIP) and characterized by different techniques (gas adsorption, XRD, TEM and FTIR). Variables of the synthesis, such as the hydrolyzing agent (acetic acid or isopropanol) and calcination temperatures (300–800 °C), were analyzed to get uniform size TiO2 nanoparticles. The effect that these two variables have on the structure of the resultant TiO2 nanoparticles and on their photocatalytic activity is investigated. The photocatalytic activities of TiO2 nanoparticles were evaluated for propene oxidation at low concentration (100 ppmv) under two different kinds of UV light (UV-A ∼ 365 nm and UV-C ∼ 257.7 nm) and compared with Degussa TiO2 P-25, used as reference sample. The results show that both hydrolyzing agents allow to prepare TiO2 nanoparticles and that the hydrolyzing agent influences the crystalline structure and its change with the thermal treatments. Interestingly, the prepared TiO2 nanoparticles possess anatase phase with small crystalline size, high surface area and higher photocatalytic activity for propene oxidation than commercial TiO2 (Degussa P-25) under UV-light. Curiously, these prepared TiO2 nanoparticles are more active with the 365 nm source than with the 257.7 nm UV-light, which is a remarkable advantage from an application point of view. Additionally, the obtained results are particularly good when acetic acid is the hydrolyzing agent at both wavelengths used, possibly due to the high crystallinity, low anatase phase size and high surface oxygen groups’ content in the nanoparticles prepared with it, in comparison to those prepared using isopropanol.

Spherical activated carbon as an enhanced support for TiO2/AC photocatalysts

Titanium dioxide nanoparticles prepared in situ by sol–gel method were supported on a spherical activated carbon to prepare TiO2/AC hybrid photocatalysts for the oxidation of gaseous organic compounds. Additionally, a granular activated carbon was studied for comparison purposes. In both types of TiO2/AC composites the effect of different variables (i.e., the thermal treatment conditions used during the preparation of these materials) and the UV-light wavelength used during photocatalytic oxidation were analyzed. The prepared materials were deeply characterized (by gas adsorption, TGA, XRD, SEM and photocatalytic propene oxidation). The obtained results show that the carbon support has an important effect on the properties of the deposited TiO2 and, therefore, on the photocatalytic activity of the resulting TiO2/AC composites. Thus, the hybrid materials prepared over the spherical activated carbon show better results than those prepared over the granular one; a good TiO2 coverage with a high crystallinity of the deposited titanium dioxide, which just needs an air oxidation treatment at low-moderate temperature (350–375 °C) to present high photoactivity, without the need of additional inert atmosphere treatments. Additionally, these materials are more active at 365 nm than at 257.7 nm UV radiation, opening the possibility of using solar light for this application.

Structural and photoelectrochemical properties of porous TiO2 nanofibers decorated with Fe2O3 by sol-flame

The hybrid structure of Fe2O3 nanoparticles/TiO2 nanofibers (NFs), combines the merits of large surface areas of TiO2 NFs and absorption in ultraviolet light–visible light range. This structure can be used for many applications such as photoelectrochemical water splitting and photo-catalysis. Here, a sol-flame method is used for depositing Fe2O3 on TiO2 NFs that were prepared by hydrothermal on Ti sheets. The obtained materials were characterized by XRD, SEM, UV/Vis diffuse reflectance, Raman, and XPS. The results revealed the formation of rutile and anatase crystalline phases together with Fe2O3. This process moves the absorption threshold of TiO2 NFs support into visible spectrum range and enhances the photocurrent in comparison to bare TiO2 NFs, although no hole scavenger was used. The impedance measurement at low and high frequencies revealed an increase in series resistance and a decrease in resistance of charge transfer with sol-flame treatment time. A mechanism for explaining the charge transfer in these TiO2 NFs decorated with Fe2O3 nanoparticles was proposed.

Potentiostatic Reversible Photoelectrochromism: An Effect Appearing in Nanoporous TiO2/Ni(OH)2 Thin Films

In the field of energy saving, finding composite materials with the ability of coloring upon both illumination and change of the applied electrode potential keeps on being an important goal. In this context, chemical bath deposition of Ni(OH)2 into nanoporous TiO2 thin films supported on conducting glass leads to electrodes showing both conventional electrochromic behavior (from colorless to dark brown and vice versa) together with photochromism at constant applied potential. The latter phenomenon, reported here for the first time, is characterized by fast and reversible coloration upon UV illumination. The bleaching kinetics shows first order behavior with respect to the NiIII centers in the film, and an order 1.2 with respect to electrons in the TiO2 film. From a more applied point of view, this study opens up the possibility of having two-mode smart windows showing not only conventional electrochromism but also reversible darkening upon illumination.

Argamassas de auto-limpeza : da formulação às aplicações

Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual das cidades, designadamente no espaço edificado/ construído. A sujidade é uma ameaça que, junto com os graffitis, tem contribuído para a degradação precoce dos espaços urbanos. A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar nas cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertação de mestrado ambiciona contribuir para a sistematização da informação existente sobre a produção e caracterização de argamassas de auto-limpeza. As argamassas de auto-limpeza são produzidas por uma de duas formas: com a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) na sua matriz ou com a aplicação de um filme fino à base de TiO2 na sua superfície. Esta segunda é apontada como a técnica mais eficaz e económica. Salienta-se o facto do TiO2 ser um dos nanomateriais mais utilizados na construção pelas suas propriedades fotocatalíticas que o capacitam como um dos mais exímios fotocatalisadores, aquando da fotocatálise heterogénea. É graças ao processo de fotodegradação química da fotocatálise, que na presença de luz solar e da ação da água, que o TiO2 é ativado, desencadeando reações químicas que aumentam a eficácia e eficiência fotocatalítica. Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigação recentes que comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza é adequado e benéfico em intervenções em edifícios novos como em obras de conservação e reabilitação de edifícios antigos. Além de reduzirem os investimentos em obras de limpeza, manutenção/conservação e reabilitação, prolongam a conservação das fachadas e melhoram os níveis da qualidade do ar. Apesar do crescente número de patentes pedidas e concedidas nesta área, as normas aplicáveis ainda não se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experiência do Japão deve ser tida como exemplo para que os restantes países desenvolvam de forma consensual as suas próprias normas e patentes, permitindo, futuramente, conferir maior credibilidade, segurança no uso dos nanomateriais e uma maior permeabilidade no setor da construção. Elencam-se alguns nano-produtos à base de nano TiO2 comercializados que têm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japão e na Alemanha.

Utilização de açúcares em nanopartículas para a veiculação de fármacos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Preparação e caracterização de micro/nanopartículas de quitosano para libertação de cisplatina

Nos últimos anos, a crescente necessidade de desenvolvimento de novos e inovadores sistemas para a libertação de fármacos, tem levado a comunidade científica à pesquisa de novos materiais, maioritariamente de origem polimérica. O aparecimento destes materiais abre novas possibilidades aos campos de investigação da medicina e farmacologia, uma vez que os polímeros podem ser facilmente modificados (por reticulação física ou química) e processados nas mais diversas formas. Entre os novos materiais estudados encontra-se o quitosano, um polímero de origem natural extraído das carapaças de animais marinhos. O quitosano tem sido exaustivamente investigado devido a um conjunto de características, como biocompatibilidade, biodegradabilidade e ausência de toxicidade. O objectivo do presente trabalho consiste na preparação de microsferas de quitosano pelo método de emulsão água-em-óleo, seguido de reticulação, para utilização como sistemas de libertação de fármacos. Após análise da literatura disponível, verifica-se que existe um hiato de informação sobre o impacto das condições iniciais da preparação de microsferas nas suas características de tamanho e forma, pelo que se considerou importante colmatar a presente falta com este estudo, uma vez que o conhecimento da morfologia das microsferas preparadas é fulcral para estudos de difusão. Em estudos de libertação de fármacos, o quitosano geralmente apresenta elevadas taxas de difusão e biodegradação, juntamente com reduzidas propriedades mecânicas. Na tentativa de melhorar estas propriedades, as microsferas de quitosano são reticuladas quimicamente com genipin, um reticulante de origem natural. Para o estudo do impacto das variáveis de entrada no tamanho e na morfologia das microsferas, variou-se a concentração de quitosano, a concentração de genipin e a velocidade de agitação da emulsão água-em-óleo, pois na informação existente na literatura está patente que estas são as variáveis mais relevantes. Depois de obtidas as microsferas, foram recolhidas imagens com uma camara de alta resolução acoplada a um microscópio óptico, sendo que a dimensão e a morfologia destas foi analisada por análise de imagem, com recurso ao software de imagem ImageJ®. Foram medidos os parâmetros de tamanho, designadamente o diâmetro equivalente, o perímetro e os diâmetros de Feret (máximo e mínimo), e os parâmetros de forma: a circularidade e o factor de forma (AR). Os resultados obtidos mostram que o diâmetro equivalente das microsferas de quitosano reticuladas com genipin (bem como todas as restantes propriedades de tamanho) diminui com a diminuição quer da concentração de polímero quer da concentração de reticulante. O aumento da velocidade de agitação da emulsão também se reflecte numa diminuição da dimensão das microsferas. As variáveis de entrada não aparentam ter qualquer tipo de impacto sobre as características de forma, embora os resultados indiciem que as microsferas mais pequenas, de menor diâmetro equivalente são as que, aparentemente, apresentam maior esfericidade. Estes resultados, de natureza qualitativa, foram consolidados por recurso a Análise de Variância (ANOVA)

A Two-Step Sol–Gel Method for Synthesis of Nanoporous TiO2

This article reports a study of the effects of synthesis parameters on the preparation and formation of mesoporous titania nanopowders by employing a two-step sol-gel method. These materials displayed crystalline domains characteristic of anatase. The first step of the process involved the hydrolysis of titanium isopropoxide in a basic aqueous solution mediated by neutral surfactant. The solid product obtained from step 1 was then treated in an acidified ethanol solution containing the same titanium precursor to thicken the pore walls. Low pH and higher loading of the Ti precursor in step 2 produced better mesoporosity and crystallinity of titanium dioxide polymorphs. The resultant powder exhibited a high surface area (73.8 m(2)/g) and large pore volume (0.17 cm(3)/g) with uniform mesopores. These materials are envisaged to be used as precursors for mesoporous titania films as a wide band gap semiconductor in dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells.