Development and characterization of lipid-based nanosystems for controlled release of bioactive compounds

Tese de Doutoramento em Engenharia Química e Biológica.

Chemical functionalization in bionanoparticles

Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas

Interacciones moleculares débiles en medios homogéneos y heterogéneos: Implicancias en mecanismos de reacción. Aplicaciones analíticas y en síntesis orgánica

Se realiza un estudio sistemático de interacciones moleculares en particular específicas, como puente de hidrógeno y electrón-donor-aceptor (EDA). Se estudian en principio moléculas sencillas (modelos), para luego aplicar los resultados a sistemas complejos de interés biológico y macromoléculas de interés analítico y tecnológico. Se busca detectar y cuantificar interacciones no-específicas. El efecto de estas interacciones se estudia tanto en medio homogéneo como en sistemas organizados: micelas y microemulsiones. Interesa establecer la influencia que ejerce el medio micelar sobre las distintas interacciones y la localización de los solutos en el sistema. Se estudiarán preferentemente micelas inversas. Esto permite no sólo conocer la influencia del medio organizado en las propiedades espectroscópicas y catalíticas del soluto sino también las propiedades de estos medios tan peculiares que en muchos aspectos mimetizan los naturales. Además interesa sensar la polaridad en el microentorno micelar a través del estudio espectroscópico con moléculas prueba. Estos estudios se extienden a la elucidación de mecanismos de reacción donde los complejos EDA se postulan como intermediarios. En particular interesan reacciones de sustitución nucleofílica aromática en solventes apróticos y con agregado de surfactantes. También se estudian las implicancias cinéticas del uso de catálisis por transferencia orgánica para optimizar rendimientos. Por otro, se estudian los aspectos mecanísticos de reacciones de sustitución nucleofílica aromática que involucran sustratos aromáticos activados por complejación con metales de transición y sus posibles aplicaciones en síntesis.

Reacciones de sustitución nucleofílica aromática catalizadas por transferencia de fase: su aplicación a la síntesis orgánica

Este plan forma parte del Proyecto: Interacciones moleculares débiles en medios homogéneos y heterogéneos. Implicancias en solvatocromismo y mecanismos de reacción. Aplicaciones en procesos separativos y síntesis orgánica. En las reacciones de SNAr, un grupo débilmente básico (grupo saliente o nucleófugo) sobre un anillo aromático, es reemplazado por un grupo aniónico o neutro con alta disponibilidad de electrones, el nucleófilo. En particular, las reacciones de SNAr que involucran nucleófilos carbaniónicos y que conducen a la formación de un nuevo enlace C-C, revisten considerable interés debido a su aplicabilidad en el campo de la síntesis orgánica. La introducción de los solventes dipolares apróticos y su habilidad para solvatar cationes y dar como resultado nucleófilos aniónicos fuertes, no solvatados, amplió notablemente el uso de estas reacciones con fines sintéticos. Sin embargo, la frecuente aparición de productos laterales indeseables, las dificultades de aislamiento de los productos y los crecientes requerimientos de disminución de costos, han llevado a la búsqueda de otras alternativas. En condiciones de catálisis por transferencia de fase coexisten dos fases, una orgánica y otra acuosa. El sustrato neutro, se encuentra en la fase orgánica, mientras que el nucleófilo aniónico es llevado a la fase orgánica por formación de un par iónico lipofílico con el catión del catalizador de transferencia. El sustrato y el nucleófilo reaccionan en la fase orgánica y a continuación el nucleófugo hidrofílico, es llevado a la interfase donde el ciclo se reinicia. El desarrollo del presente plan está orientado a: a) Establecer el mecanismo operante en la reacción entre metilfenilacetonitrilo y 4-cloro-3-trifluormetilnitrobenceno. Se estudiará además el efecto de la estructura del catalizador y de la naturaleza del solvene orgánico sobre la velocidad de la reacción y el rendimiento de los productos, así como la composición y concentración de la fase acuosa. b) Realizar un estudio teórico de las posibles reacciones entre 4-nitroclorobenceno frente a a -fenilacetonitrilo en condiciones de PTC. c) Estudiar las variables experimentales que condicionan el camino que sigue la reacción entre 4-nitroclorobenceno frente a a -fenilacetonitrilo en condiciones de PTC. Objetivos El estudio cinético de las reacciones de Sustitución Nucleofílica Aromática (SNAr) que involucran nucleófilos carbaniónicos, generados "in situ" en condiciones de catálisis por transferencia de fase, permite la síntesis de compuestos vía 1a formación de un enlace carbono-carbono y la consiguiente posibilidad de incorporar nuevos grupos funcionales en la molécula. En este trabajo nos proponemos realizar un estudio exhaustivo de factores que influencian la reactividad de halobencenos apropiadamente activados frente a fenilalquilacetonitrilos con el objeto de elucidar los aspectos mecanísticos de estas reacciones y establecer correlaciones estructura-reactividad.

Estudios de sistemas organizados con aplicaciones en nanoquímica, síntesis orgánica y en reactividad. Studies of organized systems with applications in nanochemistry, organic synthesis and reactivity.

El objetivo general de este proyecto es el estudio de distintos tipos de sistemas organizados, conocer los factores que determinan la forma de organización y las consecuencias que ésta tiene sobre la reactividad de moléculas que se encuentran en ese entorno organizado. Se pretende realizar, desde la fisicoquímica y la síntesis orgánica, aportes a áreas multidisciplinarias como la nanociencia y la nanotecnología. Se sintetizarán ciclodextrinas anfifílicas y se estudiará su comportamiento en solución y en interfases, sus propiedades de agregación y morfología. Se estudiará también la termodinámica de los procesos y la capacidad catalítica de estas ciclodextrinas anfifílicas en superficies bidimensionales en reacciones de hidrólisis de ésteres. Las ciclodextrinas anfifílicas sintetizadas en el laboratorio se utilizarán también en mezclas con otros surfactantes, con el objetivo de generar medios eficientes respecto a la solubilización y extracción de contaminantes orgánicos desde suelos. Se espera encontrar sistemas que presenten efectos sinérgicos. Se determinará el efecto de la formación de complejos con ciclodextrina sobre las propiedades fisicoquímicas y la reactividad de pesticidas de amplio uso en agricultura, en particular de compuestos organofosforados. Se investigarán ciclodextrinas que permitan controlar la liberación del agroquímico y se realizarán estudios de la reactividad de los pesticidas en solución y en medios que simulen el suelo determinando si la inclusión en las ciclodextrinas modifica la velocidad de descomposición. En la búsqueda de nuevos sistemas microheterogéneos se sintetizarán surfactantes gémini con una cadena hidrocarbonada y una perfluorada y se determinarán sus propiedades. Luego de su caracterización, estos surfactantes se aplicarán en estudios de reactividad de compuestos insolubles en agua.Se estudiará la formación de complejos de ciclodextrina con metales de transición y los mismos se utilizarán como catalizadores en reacciones de oxidación de sulfuros y de alquenos en medios acuosos y no acuosos buscando condiciones donde se logre inducción quiral. Se sintetizarán compuestos azufrados polifuncionales con los cuales se modificarán superficies de nanopartículas por quimioadsorción de los mismos. Dado que se pretende obtener compuestos con propiedades específicas que dependen de su estructura, se llevará a cabo el modelado computacional de las distintas moléculas en estudio, ya que esto podría aportar datos relevantes acerca de qué modificaciones estructurales podrían intensificar la propiedad o propiedades buscadas. En una etapa posterior se correlacionarán las propiedades predichas a través de cálculos teóricos con las observadas experimentalmente, lo que intrínsecamente conlleva a un mayor conocimiento del sistema.Los estudios propuestos en este proyecto permitirán avanzar en la comprensión de los factores supramoleculares que controlan y modulan la interacción de ligandos con sus receptores en interfases y la ocurrencia de reacciones hidrolíticas en interfases autoorganizadas.

Estudi de la desadsorció del pirè amb diferents surfactants en tres sòls artificials

Un dels problemes associats a la remeiació de contaminants hidròfobs és la seva poca disponibilitat. Es considera que un contaminant està disponible quan roman a la fase líquida del medi, ja sigui solubilitzat o en forma d’emulsió. Els surfactants són substàncies anfifíliques que promouen la transferència de compostos hidròfobs de la fase sòlida a la líquida. En aquest estudi s’escull el pirè com a representant dels hidrocarburs aromàtics policíclics i tres surfactants no iònics: un àmpliament citat a la bibliografia científica (Tween 80) i dos comercials (Gold Crew, BS-400). L’estudi es fa amb tres mescles d’argila i sorra amb diferents proporcions. La concentració micel·lar crítica (CMC) s’assoleix abans en sòls amb poc contingut en argila. L’eficiència dels surfactants està estretament relacionada amb la proporció d’argila i sorra. A concentracions molt per sobre de la CMC no s’observa una relació entre l’eficiència i la quantitat d’argila. El Tween 80 ha donat millors resultats que el Gold Crew i el BS-400, sense que aquest darrer no hagi presentat desadsorció de pirè.

Estudo da Biodegrabilidade de um Efluente Industrial

O presente trabalho foi desenvolvido numa indústria de produtos de limpeza doméstica (LD) e higiene pessoal (HP), onde está implementada uma estação de tratamento de águas residuais industriais (ETARI). Durante o estudo foi monitorizada e avaliada a biodegradabilidade de algumas substâncias base dos detergentes (tensoactivos aniónicos), nomeadamente o LAS e o SLES, bem como o efluente da indústria nas diferentes fases de tratamento implementado na ETARI. Ao longo do processo de tratamento dos fluxos que compõem as águas residuais industriais, procurou-se estabelecer relações entre parâmetros chave de avaliação do conteúdo em matéria orgânica (Carência Química Oxigénio – CQO e Carência Bioquímica Oxigénio – CBO) com os tensoactivos anteriormente referidos. Os resultados obtidos na caracterização do efluente industrial nas diferentes fases do tratamento implementado mostram eficiências de remoção de CQO na ordem dos 20% no processo de bioxidação, de 78% no processo físico-químico de coagulação/floculação, sendo a eficiência global do processo de tratamento integrado da ordem dos 82%. No que se refere ao teor de tensoactivos aniónicos foram alcançadas eficiências de remoção na ordem dos 16 e 94% respectivamente, para os processos de oxidação e físico-químico, e de 95% quando considerado todo o processo de tratamento implementado.

Liberação de nitrato de hidróxidos duplos lamelares como potenciais fertilizantes de liberação lenta

Hidróxidos duplos lamelares (HDL) são intercaladores potenciais aniônicos. Com o objetivo de obter fertilizantes de liberação lenta de nitrato, foram sintetizados HDL com a fórmula geral [M2+1-xM3+x(OH)2]x-(NO3)x.yH2O, em que M2+ = Mg2+ e M3+ = Al3+ e, ou, Fe3+, utilizando-se o método de coprecipitação a pH alcalino constante. Medidas de difração de raios-X evidenciaram que a cristalinidade aumenta com o acréscimo do valor de pH e da razão molar M2+/M3+. As medidas de FTIR apresentaram bandas características de nitrato livre no espaço interlamelar, além de pequena contaminação de íons carbonato. Medidas de TGA/DTA possibilitaram a confirmação das composições e dos teores de íons de nitrato intercalados. As curvas de liberação de nitrato demonstraram dois comportamentos de liberação complementar, um inicial rápido (A) e um lento gradativo (D), sendo, este último, relacionado à orientação planar do íon nitrato intercalado. Os materiais sintetizados e investigados neste trabalho apontaram grande potencial para serem utilizados como matrizes para fertilizantes de liberação lenta de nitrato.

Associação de adjuvantes à picoxistrobina + ciproconazol no controle da ferrugem asiática da soja

O principal problema fitossanitário da soja no Brasil é a ferrugem asiática. O uso de fungicidas é uma medida eficiente no controle da doença. Substâncias adicionadas à calda, como os adjuvantes podem influenciar a eficácia do fungicida. Testou-se nas safras 2008/09 e 2009/10 o efeito de seis adjuvantes (Assist®, Aureo®, Break ThruÒ, Joint®, Natur'l Oil® e Silwet®) adicionados a picoxistrobina + ciproconazol, além da testemunha (sem fungicida) e da testemunha padrão (Nimbus®), totalizando oito tratamentos. Para avaliação da doença, foram coletados folíolos nos terços superior, médio e inferior da cultura, observando número de lesões e urédias por folíolo nas três linhas centrais de cada parcela e incidência da doença. Na safra 2009/10, durante a segunda aplicação, foram utilizados papeis hidrossensíveis, avaliando-se o diâmetro da mediana volumétrica (DMV), o diâmetro da mediana numérica (DMN), o coeficiente de variação de gotas (CV), a densidade de gotas, o volume recuperado (L ha-1) e a área coberta pela calda fungicida (%). Nas duas safras não houve efeito dos adjuvantes testados sobre a eficiência de controle da doença quando comparados à testemunha padrão (fungicida + Nimbus®), podendo ser usados como alternativa. Na safra 2009/10 o adjuvante Aureo proporcionou menores valores de DMN, DMV, CV, volume recuperado e área coberta, enquanto que os tratamentos com maiores valores foram Assist, Joint, Nimbus e Silwet. Não foram observados sintomas de fitotoxidade associados à adição dos adjuvantes testados.

Avaliação da maturidade pulmonar fetal pela contagem dos corpos lamelares no líquido amniótico

OBJETIVO: comparar o teste de contagem de corpos lamelares (CCL) no líquido amniótico com o teste da polarização fluorescente (PF) como parâmetro diagnóstico para avaliação da maturidade pulmonar fetal. MÉTODO: estudo transversal, analítico e controlado realizado com 60 gestantes atendidas no período de março de 2002 a dezembro de 2007. Foram colhidas amostras de líquido amniótico e realizados os testes de CCL e PF (TDxFLM II), considerados de referência, e comparados à presença ou ausência da Síndrome do Desconforto Respiratório (SDR). Foram estabelecidos valores de corte para maturidade de 30 mil corpos lamelares/µL para o teste da CCL e 55 mg/g de albumina para o PF. Foram avaliadas as características maternas e perinatais, a evolução neonatal e o desempenho dos testes diagnósticos para predição da maturidade pulmonar fetal. Na análise estatística, foram utilizadas medidas descritivas e calculados os valores referentes à sensibilidade, especificidade, valor preditivo positivo e negativo dos testes, considerando-se significativos valores de p<0,05. RESULTADOS: a idade materna variou entre 15 e 43 anos, com média de 26,6 anos. A idade gestacional variou entre 24,3 e 41,6 semanas, com média de 35,1 semanas. A Síndrome do Desconforto Respiratório foi diagnosticada em 13,3% dos neonatos. As características perinatais, como peso, índice de Apgar, incidência de SDR, foram comparadas aos resultados dos testes de CCL e PF, sendo observada uma correspondência, estatisticamente significativa (p<0,05), entre os grupos de neonatos clinicamente classificados como imaturos e maduros em ambos os testes. Os testes foram concordantes em 68,3% dos casos. Quando se comparou o teste da PF com o teste da CCL, a sensibilidade foi de 100% para ambos, e a especificidade do teste da CCL foi superior (73,1%), quando comparado com o teste de PF (51,9%). O padrão-ouro para determinação da maturidade fetal é a ocorrência da SDR. O valor preditivo positivo do teste da CCL foi superior (36,4%) quando comparado ao teste da PF (24,2%) (p<0,05), sendo que o valor preditivo negativo foi de 100% para ambos os testes. CONCLUSÕES: este estudo demonstrou que o teste da CCL apresenta 100% de sensibilidade e especificidade superior ao teste de referência (PF). Além disso, a CCL é considerada um teste rápido, acessível, barato e factível em nossa realidade, podendo ser utilizado como teste confiável na predição da maturidade pulmonar fetal.

Composição e propriedades físico-químicas de duas frações do soro de sangue bovino

O sangue animal de abatedouros representa uma fonte importante de ingrediente alimentício subutilizado. A produção de sangue bovino no Brasil foi aproximadamente 3,6 x 10(6) tons em 2005. Além do desperdício de uma proteína de boa qualidade, a subutilização deste subproduto da indústria animal é uma fonte importante de poluição dos recursos hídricos e do solo. A concentração de proteína albumina (BSA) e globulina (BSG) bovinas secas em spray ou liofilizadas foi, aproximadamente, 85,0%. O score de aminoácidos (EAAS) foi 72,7%, para BSA liofilizada, e 89,3%, para BSG. As propriedades emulsificantes e espumantes de ambas as frações protéicas foram altas, principalmente a pH 5,5. A capacidade emulsificante e espumante foi maior para BSA, no entanto, tanto a estabilidade da emulsão quanto a da espuma formada foram melhores para a BSG. A adição de NaCl apresentou uma tendência de reduzir as duas propriedades surfactantes, independentemente do pH. Considerando a solubilidade, a estabilidade ao calor, propriedades emulsificante e espumante, tanto a BSA quanto a BSG deveriam ser consideradas bons ingredientes funcionais para a manufatura de produtos alimentícios. O estudo não apenas confirmou dados já reportados na literatura, como também explorou novas propriedades, o que amplifica o potencial de aplicações do soro de sangue bovino.

Systematic studies on 3d-3d and 3d-4f multimetallic complexes with interesting magnetic and/or luminescent properties

324 p.

Desenvolvimento de metodologias para análise direta de óleos vegetais empregando microemulsões de água em óleo e meios não aquosos

Amostras de óleo vegetal foram preparadas na forma de microemulsão de água em óleo (w/o) utilizando dodecil sulfato de sódio (SDS) como surfactante e um álcool como co-surfactante. As microemulsões foram caracterizadas através de medidas de viscosidade, índice de refração, condutividade elétrica, espalhamento de luz dinâmico e voltametria. Ensaios preliminares para a quantificação de analitos por análise direta foram realizados por voltametria linear e eletroforese capilar. As microemulsões de água em óleo de soja apresentaram gotículas de dimensões nanométricas e estabilidade termodinâmica dependente da temperatura, da concentração dos eletrólitos dissolvidos e da natureza do co-surfactante empregado. Por outro lado, o raio hidrodinâmico das gotículas (Rh) diminui com o aumento da temperatura. Quanto aos valores de condutividade, maiores do que os obtidos para o óleo de soja e para a água deionizada, aumentam com a temperatura, na faixa de 20 a 65 oC, e com o teor de água na microemulsão, entre 5 e 7,5 % de água. A maior estabilidade termodinâmica foi alcançada para uma microemulsão contendo 40,0 % de óleo, 43,2 % de pentanol, 10,8 % de SDS e 6,0 % de água, em massa, na razão 1:4 [SDS]:[álcool] Medidas voltamétricas com um ultramicroeletrodo de Pt em microemulsões contendo ferroceno ou ácido oléico dissolvidos evidenciaram a dependência linear das correntes limite anódica e catódica com a concentração da espécie eletroativa. Já a oxidação do ferroceno por voltametria cíclica, usando o mesmo ultramicroeletrodo, mostrou que a diminuição dos coeficientes de difusão nestes meios permite realizar medidas em estado transiente, empregando velocidades convencionais de varredura em potencial. Experimentos por cromatografia eletrocinética em microemulsão reversa (RMEEKC) com n-pentanol como fase contínua permitiram a separação de solutos neutros e aniônicos em amostras de óleo vegetal e gordura animal. Finalmente, foi desenvolvido um procedimento rápido para a separação e identificação dos biofenóis presentes em óleos, utilizando como eletrólito de corrida uma mistura de metanol e 1-propanol contendo KOH. Os resultados evidenciam a possibilidade de análise direta de óleos vegetais empregando métodos eletroanalíticos em microemulsões w/o, e métodos por eletroforese capilar, quer em microemulsões, quer em meio não aquoso.

Tratamento e reciclagem do efluente de uma lavanderia industrial

O ramo de lavagem de roupas é um importante setor de serviços na sociedade moderna e responsável por uma parcela significativa no consumo de água no meio urbano. No entanto, são poucas as empresas que se preocupam em lançar seus efluentes dentro de um padrão de qualidade estabelecido pelos órgãos ambientais ou, ainda, reciclar a água no processo de lavagem. Portanto, o objetivo do presente trabalho foi estudar o tratamento e a reciclagem do efluente gerado por uma lavanderia industrial. Assim, realizou-se inicialmente um estudo de caracterização do efluente e uma investigação, em laboratório, das diferentes alternativas de tratamento, entre as quais a coagulação/floculação, adsorção/coagulação/ floculação e a Reação de Fenton, os quais foram avaliados em relação a padrões físicoquímicos e ecotoxicológicos de qualidade. Nas condições otimizadas em laboratório, realizou-se o tratamento de efluentes em escala industrial. Após, avaliou-se a possibilidade de reciclagem do efluente no próprio processo de lavagem de roupas e fez-se uma avaliação de custos considerando as diferentes alternativas de processos. Por fim, realizou-se um estudo de caracterização do lodo gerado. Os resultados obtidos demonstram que o efluente bruto da lavanderia não atinge os padrões físico-químicos exigidos pela legislação e apresenta um alto grau de toxicidade no meio aquático, devendo ser tratado para lançamento no corpo hídrico receptor. O efluente tratado por coagulação/floculação melhorou significativamente a qualidade da água, porém ainda apresentou resultados insatisfatórios quanto ao parâmetro surfactantes. Os índices toxicológicos melhoraram, porém ainda mostraram um nível de toxidade elevado. O efluente tratado por adsorção/coagulação/floculação apresentou bons resultados tanto nos parâmetros físicoquímicos quanto nos ensaios de toxicidade, mostrando ser a melhor opção de processo. A aplicação deste processo em escala industrial demonstrou que o processo apresenta uma grande confiabilidade em relação a todos os parâmetros de qualidade exigidos pelo órgão ambiental e a reciclagem do efluente pode ser realizada para fins de lavagem de roupas. O tratamento através da Reação de Fenton apresentou bons resultados em relação aos parâmetros físico-químicos, porém a presença de agentes oxidantes de forma residual foi tóxica sobre os organismos avaliados. A Reação de Fenton, apesar de gerar um efluente com boas características para reciclagem, apresenta um custo de insumos no processo bastante elevado. O lodo é um fator importante o processo de tratamento. Apresenta-se rico nos elementos alumínio e cálcio e é classificado, de acordo com a NBR 10.004, como um resíduo não perigoso (Classe II - Não Inerte). Esse lodo deve ser devidamente secado e envido para um aterro de resíduos industriais. Porém, apresenta potencial para reúso como matéria-prima na construção civil.

Avaliação de um efluente industrial através de ensaios ecotoxicilógicos e análises físicas e químicas

Análises ecotoxicológicas vêm sendo empregadas no monitoramento de efluentes industriais com o intuito de minimizar o impacto ambiental, avaliar a eficiência de estações de tratamento, bem como requisito para a obtenção e manutenção de licenças junto aos órgãos ambientais. Com o objetivo de avaliar a toxicidade de um efluente industrial de origem petroquímica, foram realizados ensaios de toxicidade crônica com espécies de três diferentes níveis tróficos (Selenastrum capricornutum, Ceriodaphnia dubia e Pimephales promelas). As amostras do efluente foram também analisadas quanto aos valores de cianeto, DBO5, DQO, fenol, fósforo solúvel, fósforo total, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, óleos e graxas minerais, óleos e graxas totais, óleos e graxas vegetal/animal, oxigênio dissolvido, pH, sólidos suspensos totais, sulfeto, surfactantes e metais (mercúrio, cádmio, cobre, cromo, manganês, chumbo, zinco e níquel). As coletas ocorreram mensalmente, de agosto de 2002 a julho de 2003, na saída da estação de tratamento. Os resultados das análises físicas e químicas foram comparados com os limites de emissão disponíveis na Resolução nº 20/86 do CONAMA e Portaria Estadual nº 05/89 da Secretaria da Saúde e do Meio Ambiente (RS) A maioria dos parâmetros (85,7%) estava de acordo com a legislação vigente, exceto o fósforo total, o nitrogênio total e o nitrogênio amoniacal. No entanto, todas as amostras apresentaram toxicidade para pelo menos um dos organismos utilizados nos ensaios. Apesar de um maior número de amostras ter apresentado toxicidade para S. capricornutum, o efluente foi tóxico para P. promelas em concentrações mais baixas, se comparado com os outros dois organismos. Foi possível identificar correlação estatisticamente significativa (p≤0,05) entre a toxicidade para S. capricornutum e os valores de manganês (r=0,44), toxicidade para C. dubia e os valores de nitrogênio total e DQO (r=0,40) e toxicidade para P.promelas e os valores de sólidos suspensos totais, sulfeto, nitrogênio total e cianeto (r=0,71).