Aiming at replacing the noxious solvents commonly employed, ionic-liquid-based solvents have been recently explored as novel non-volatile and non-flammable media for the electrospinning of polymers. In this work, nanosized and biodegradable cellulose fibers were obtained by electrospinning at room temperature using a pure ionic liquid or a binary mixture of two selected ionic liquids. The electrospinning of 8 wt% cellulose in 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate medium (a low viscosity and room temperature ionic liquid capable of efficiently dissolving cellulose) showed to produce electrospun fibers with average diameters within (470 ± 110) nm. With the goal of tailoring the surface tension of the spinning dope, a surface active ionic liquid was further added in a 0.10 : 0.90 mole fraction ratio. Electrospun cellulose fibers from the binary mixture composed of 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate and 1-decyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquids presented average diameters within (120 ± 55) nm. Scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, nuclear magnetic resonance spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and thermogravimetric assays were used as core methods to evaluate the structural integrity, morphology and crystallinity of the raw, electrospun, and regenerated samples of cellulose. Moreover, the photoluminescence spectra of both raw and electrospun fibers were acquired, and compared, indicating that the cellulose emitting centers are not affected by the dissolution of cellulose in ionic liquids. Finally, the use of non-volatile solvents in electrospinning coupled to a water coagulation bath allows the recovery of the ionic fluid, and represents a step forward into the search of environmentally friendly alternatives to the conventional approaches.

The development of advanced formulations used for food packaging applications, which behave as protection or preservation materials and improve consumers’ health offers a route to reduced food wastage. The present study deals with investigations on the possibility of obtaining functionalized coatings by electrospinning of poly(ɛ-caprolactone), a synthetic biodegradable polymer together with vitamin E (α-tocopherol), selected as plant-based phenolic antioxidant. In this approach electrospinning allows the production of high surface area materials and thus offering an increased antioxidant activity. The electrospun fibres of poly(ɛ-caprolactone)/vitamin E were obtained, studied and their antioxidant properties were evaluated by measuring the fibre reactivity with 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical. The potential for extending the shelf-life of food products by using this approach is discussed.

The skin acts as a natural physical barrier that protects the body from external agents, making it vulnerable to injuries that require an adequate healing process to prevent infections. Chronic wounds result from an incomplete healing process and carry a high risk of infection, requiring special care and high treatment costs. In this context, dressings with antimicrobial properties emerge as a promising alternative, as they not only protect the wound from external agents but also stimulate healing and reduce the risk of infections. Thus, the aim of this work was to develop membranes incorporating active compounds with antimicrobial action using the electrospinning (ES) technique, with potential use as dressings for chronic wounds.For the production of the membranes, polyesteramides based on α-amino acids (AAA-PEAs) were used, which combine biocompatibility, biodegradability, and good mechanical properties with better interaction between cells and the material due to the presence of α-amino acids. The active compounds with antimicrobial action used were baicalin (BA) and naringenin (NAR).Initially, AAA-PEAs were synthesized from α-amino acids with different structures through solution polycondensation. The AAA-PEAs were successfully obtained, as evidenced by ¹H NMR analysis, with a molecular weight exceeding 60 kDa, which is adequate for the ES process. The thermal properties of the AAA-PEAs were shown to depend on the structure of the α-amino acid.After obtaining the AAA-PEAs, they were processed by ES. An optimization process was carried out, and it was found that using trifluoroethanol (TFE) as a solvent allowed the production of membranes with individualized fibers and almost no defects. The mechanical properties of the membranes were shown to be suitable for the intended application.Next, the active compounds BA and NAR were incorporated by ES of a solution of AAA-PEA with the active compounds. Membranes were successfully obtained from a specific AAA-PEA with certain α-amino acids and BA and NAR. Cytotoxicity tests carried out with a human dermal fibroblast cell line showed that a set of membranes, based on a AAA-PEA with a specific structure, with and without active compounds, were non-cytotoxic.Regarding antimicrobial properties, a set of membranes containing one of the active compounds proved to be promising, with the effect of the active compound being more pronounced against the Staphylococcus aureus (S. aureus) bacterial strain. The release profile of the active compounds from the membranes was also evaluated, and it was found that after 4 weeks, the release was not complete.Overall, this work demonstrated that membranes prepared from AAA-PEAs with active compounds are promising for the intended application.

As nanofibras são fibras cujo diâmetro se encontra abaixo de 100 nm e que possuem propriedades físico-químicas únicas, incluindo alta porosidade, alta relação área/volume superficial e versatilidade oferecida pela grande diversidade de materiais disponíveis para a sua síntese. Essas características fazem das nanofibras um dos assuntos mais em foco da área da pesquisa biomédica. As nanofibras podem ser produzidas através de vários métodos, sendo o electrospinning o mais utilizado e aplicado em múltiplas áreas. No que se refere à medicina, as nanofibras podem ser usadas em material de penso, administração de medicamentos, biossensores, engenharia de tecidos e medicina regenerativa. Ademais, a superfície destes nanomateriais unidimensionais pode ser facilmente modificada para obter nanofibras com as características desejadas consoante a necessidade médica pretendida. Nesta monografia, são apresentados aspetos relativos ao desenvolvimento farmacêutico de nanofibras e avanços recentes no que diz respeito aos seus métodos de produção, caracterização e aplicações biomédicas. Para além disso, também são discutidas perspetivas futuras relacionadas com o scaling-up tecnológico e a viabilidade de passar as nanofibras para a prática clínica.Em conjunto com a realização do trabalho monográfico, durante o periodo de estágio curricular, realizei também um estágio em farmácia comunitária no qual aprendi o papel activo que o farmacêutico possui a nível de farmácia comunitária. Para além disso, tive a oportunidade de fazer um estágio curricular em Indústria Farmacêutica- Labesfal-Fresenius-Kabi, no departamento do controlo de qualidade.

In this work, Nb5+ and In3+ ions were used as dopants in titanium/tungsten oxide nanostructures that are produced by the electrospinning and sintering process, for relative humidity (RH) detection. The microstructural properties were investigated by SEM, EDS, XRD, Raman and FTIR techniques. The electrical response characterization of the samples was performed by electrical impedance spectroscopy in the range of 400 Hz to 40 MHz, at 20◦C. The sensors sensitivity to moisture was evaluated in terms of the impedance variations to RH (10–100%). The combined analysis of the microstructural characterization results confirmed the surface interaction between the oxides and the ions incorporation in Ti crystal lattice. All the studied sensors showed a conduction transition from p-to n-type at around 30–40% RH: besides, they also displayed better sensitivity to moisture than those obtained in a previous work using titanium/tungsten combination using a different fabricationn route. The impedance modulus variation up to 1.1 and 1.3 orders of magnitude for the 4 wt % niobium and indium doped samples, respectively. The results are directly associated with the microstructure and alternative preparation process.

In this work, Zn2+-doped TiO2:WO3 nanostructured films, with different doping levels, were produced by electrospinning followed by sintering, and tested as potential materials for relative humidity (RH) detection. The materials microstructure was investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, and X-ray diffraction (XRD). The electrical characterization was performed by electrical impedance spectroscopy in the range of 400 HZ–40 MHZ, at 20 C. The sensors’ sensitivity to moisture was evaluated from the impedance variations in response to changes in RH (10–100%). The analyses confirmed the interaction of water molecules with the oxides surface, and showed that zinc atoms were incorporated into the titanium vacancies in the crystal lattice. All the studied sensors showed a p- to n-type conduction transition taking place at around 40% RH. The nanocomposite with 2 wt% of dopant presented the best sensitivity to moisture, with an impedance variation of about 1 order of magnitude. The results are discussed in relation to the microstructure and fabrication route.

Recently, the biomedical scientists who are working in the skin regeneration area have proposed asymmetric membranes as ideal wound dressings, since they are able to reproduce both layers of skin and improve the healing process as well as make it less painful. Herein, an electrospinning technique was used to produce new asymmetric membranes. The protective layer was composed of a blending solution between polycaprolactone and polylactic acid, whereas the underlying layer was comprised of methacrylated gelatin and chitosan. The chemical/physical properties, the in vitro hemo- and biocompatibility of the nanofibrous membranes were evaluated. The results obtained reveal that the produced membranes exhibited a wettability able to provide a moist environment at wound site. Moreover, the membranes' hemocompatibility and fibroblast cell adhesion, spreading and proliferation at the surface of the membranes were also noticed in the in vitro assays. Such results highlight the suitability of these asymmetric membranes for wound dressing applications.

A osteomielite–uma infeção do tecido ósseo, normalmente provocada por bactérias-ocorre com alguma frequência após uma cirurgia óssea reconstrutiva ou após a inserção de uma prótese articular.Geralmente,o tratamento desta infeção compreende a administração sistémica de elevadas doses de antibióticos,por via intravenosa ou oral. Esta estratégia terapêutica,para além de ter o risco da ocorrência de efeitos adversos graves, nem sempre é eficaz,pois a fraca irrigação do tecido ósseo faz com que seja muito difícil atingir e manter,no local afetado,concentrações de antibiótico acima do nível terapêutico.Face às limitações apresentadas,este trabalho teve como objetivo a produção de membranas fibrosas de base polimérica produzidas pela técnica de electrospinning,capazes de atuarem como SLCs.Os SLCs vão possibilitar a libertação gradual e prolongada dos fármacos no local específico em que devem atuar,maximizando o seu benefício clínico e diminuindo simultaneamente os seus efeitos adversos.Uma vez que estes materiais vão estar inseridos no organismo,é necessário que estes possuam diversas caraterísticas,nas quais se destacam a biodegradabilidade e a biocompatibilidade.Assim,neste trabalho,optou-se pela utilização dos PLAs e PCL.Desta forma foram incorporados nestas membranas dois fármacos:GS-que tem como objetivo combater a possível infeção bacteriana-e DEX,que para além de minimizar uma resposta adversa ao implante.O caráter hidrofílico do GS propicia uma libertação inicial muito acentuada deste fármaco.Assim, uma possível solução para contornar este problema consiste na imobilização deste fármaco em NPSi e, por sua vez, a incorporação das nanopartículas carregadas com GS(NPSiGS) em matrizes fibrosas produzidas por electrospinning.O trabalho desenvolvido foi dividido em duas fases:a primeira compreende a imobilização do GS nas NPSi e a sua caracterização enquanto que a segunda envolveu a produção e caracterização das membranas fibrosas produzidas pela técnica de electrospinning.Nesta segunda etapa prepararam-se várias membranas,onde o GS foi incorporada nas fibras em diferentes formas: i)Na forma “livre”;ii)imobilizada nas NPSi;iii)uma parte na forma livre e outra parte imobilizada em NPSi.Em algumas membranas incorporou-se também,a par com a GS,o anti-flamatório DEX.Foram também utilizadas duas variantes da técnica de electrospinning:o electrospinnnig por blending, com a qual se obteve fibras de PLA com uma estrutura homogénea,e o electrospinnnig coaxial, onde se obteve fibras com uma estrutura núcleo-camada externa ,onde o núcleo das fibras é composto de um material diferente da camada externa.Neste último tipo de fibras a GS(nas três formas mencionadas em cima),foi incorporada no núcleo das fibras (formado por PLA),enquanto que a DEX foi incorporada na camada externa,formada por PLC.As NPSi-antes e depois do carregamento com GS-foram caraterizadas pelo método de adsorção de azoto,que permitiu a obtenção de parâmetros como a S,o Vp e o respetivo Dp.A diminuição da S bem como do Vp das NPSiGS relativamente às NPSi demonstrou que o objetivo de incorporar o GS nas NPSi foi conseguido.A quantificação de GS imobilizada nas nanopartículas foi determinada através de uma análise termogravimétrica, tendo-se obtido uma percentagem de carregamento de 43%(m/m),concluindo-se assim que o GS foi imobilizado com sucesso nas NPSi.Através da análise SEM foi possível a caracterização morfológica das membranas a partir da qual foi possível observar que todas as membranas apresentavam fibras bem formadas, aleatoriamente distribuídas sendo também possível verificar a presença de alguns beads.Nos estudos de libertação in vitro constatou-se que,para todas as membranas, o perfil de libertação do GS é mais rápido do que o perfil de libertação da DEX, tal como seria de esperar, dada a natureza hidrofóbica da DEX e a hidrofilicidade da GS.Verificou-se ainda que nas membranas que possuem os dois fármacos incorporados simultaneamente a presença do GS nas membranas altera o perfil de libertação da DEX,tornando-o mais rápido,relativamente ao perfil da DEX a partir da membrana em que esta se encontra imobilizada sozinha(PLA+DEX).Ainda nesta situação, através dos perfis de libertação do GS concluiu-se que a presença das NPSiGS na formulação contribui para uma diminuição da cinética de libertação resultando assim um perfil de libertação mais lento e gradual para o caso das membranas compostas por NPSiGS.Por fim, os resultados obtidos através das membranas produzidas por electrospinning coaxial não foram os esperados já que em vez de se obter uma libertação mais lenta e gradual de ambos os fármacos,obteve-se burst release elevados para todas as membranas.Face aos resultados alcançados pode concluir-se que as membranas fibrosas produzidas por electrospinning por blending podem ser utilizadas como SLCs no tratamento da osteomielite já que possuem a capacidade de libertarem os fármacos de uma forma controlada por um período de tempo desejado.

Electrospinning enables the production of nano- and microfi bers with very large surface-to-volume ratio, high porosity and interconnectivity, with easy chemical functionalization, which makes them very attractive for a wide range of applications. This chapter discusses recent developments on the preparation and application of electrospun nanofi bers in food-related areas, including fi ltration and other separation strategies, enzyme immobilization, enzymatic membrane reactors, sensors and encapsulation of food bioactive compounds and cells.

The purpose of this study was to evaluate hybrid poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV)/chitosan nanofibrous mats as scaffolds for skin engineering. In vitro studies were carried out to test the potential of the scaffolds for fibroblasts adhesion, viability, and proliferation (L929 cell line). The in vivo performance was also studied in a full-thickness wound healing model. PHBV/chitosan 4:1 w/w exhibited a higher in vitro biocompatibility and a better ability for cell adhesion and growth, compared to PHBV/chitosan 2:3 w/w. The in vivo assay also revealed the better performance of this scaffold, improving the wound healing process in rats.