Organic pollutants (OPs) and heavy metals are environmental toxicants associated with great concerns. Decontamination processes are urgent for both, and the possibility to achieve their simultaneous removal from polluted waters is highly interesting. Additionally, in many cases, the effect of organic matter in the removal process is overlooked and must be considered. This work aimed to study the potential of alginate-based and polycaprolactone (PCL) materials to remove OPs and copper ions in the absence and presence of organic matter. The OPs investigated were the polycyclic aromatic hydrocarbons anthracene and benzo[a]pyrene, and the pesticide chlorpyrifos, both hydrophobic compounds. Copper (II) ions were used as a model of heavy metals. Alginate-based spheres were prepared by gelation, and PCL microparticles were obtained by oil/water emulsion solvent evaporation. The materials with the highest efficiencies for OP removal from aqueous solutions were those with activated carbon and PCL. Furthermore, the spheres with activated carbon could remove anthracene and copper simultaneously, even in the presence of humic acid. This work points to activated carbon–alginate spheres as a multifunctional adsorbent able to remove different pollutants and to PCL for potential applications in OP decontamination processes.

A poloxamer 407 (P407)—Casein hydrogel was chosen to carry polycaprolactone nanoparticles carrying terbinafine (PCL-TBH-NP). In this study, terbinafine hydrochloride (TBH) was encapsulated into polycaprolactone (PCL) nanoparticles, which were further incorporated into a poloxamercasein hydrogel in a different addition order to evaluate the effect of gel formation. Nanoparticles were prepared by the nanoprecipitation technique and characterized by evaluating their physicochemical characteristics and morphology. The nanoparticles had a mean diameter of 196.7 0.7 nm, PDI of 0.07, negative potential (0.713 mV), high encapsulation efficiency (>98%), and did not show cytotoxic effects in primary human keratinocytes. PCL-NP modulated terbinafine was released in artificial sweat. Rheological properties were analyzed by temperature sweep tests at different addition orders of nanoparticles into hydrogel formation. The rheological behavior of nanohybrid hydrogels showed the influence of TBH-PCL nanoparticles addition in the mechanical properties of the hydrogel and a long-term release of the nanoparticles from it.

Na sociedade atual são múltiplos os problemas associados à visão, como a cataratas e o glaucoma. Ao longo dos anos, tem sido desenvolvida investigação em prol da qualidade de vida do Homem, nomeadamente no sentido de melhorar o tratamento e acompanhamento de casos clínicos. Porém, o maior desafio no tratamento das doenças oculares persiste. A capacidade de manutenção do nível terapêutico do fármaco no local de ação, durante o período de tempo necessário, continua a ser uma das dificuldades na ação terapêutica ocular. As gotas oftálmicas representam a maioria das formulações disponíveis no mercado, devido à sua fácil aplicação e aceitação pelo paciente, bem como ao custo acessível e à simplicidade de desenvolvimento e produção. Contudo, estas e outras formas de dosagem de administração tópica apresentam um curto tempo de residência, fazendo com que menos de 5% do fármaco penetre na córnea. Além disso, devido à fácil eliminação do volume da gota, em consequência da drenagem pelo canal nasolacrimal, da lacrimação e do pestanejar, são usadas concentrações elevadas de fármaco nestas formulações que podem causar efeitos secundários, sendo também necessário a aplicação frequente da formulação. Posto isto, é evidente a necessidade de desenvolver novas vias de administração de fármacos de aplicação ocular que superem os problemas apontados.Os insertos oculares surgem como uma nova aposta para a administração de fármacos no olho. Apesar de serem também de aplicação tópica, estes permitem aumentar a biodisponibilidade, tempo de residência e a atividade do fármaco, bem como a exatidão da dosagem e o controlo da taxa de libertação deste.Com esta dissertação pretendeu-se otimizar as condições de síntese (temperatura, tempo, quantidade de catalisador, quantidade e peso molecular de PEG) dos polímeros, PCL-PEG-PCL, que constituem o inserto que está a ser desenvolvido, bem como o estudo da influência desses parâmetros nas propriedades dos polímeros produzidos, nomeadamente o peso molecular. Também o scale up da reação é um dos objetivos do presente trabalho de investigação.Ao longo desta dissertação recorreu-se a diversas técnicas de caracterização, de forma a avaliar as propriedades químicas, físicas e térmicas dos polímeros sintetizados. A análise de ATR-FTIR permitiu caracterizar os reagentes e o catalisador da reação. Com a técnica RMN identificou-se a estrutura química dos polímeros e determinou-se, ainda, a sua conversão, peso molecular e percentagem de PEG. A análise SEC permitiu avaliar a distribuição do peso molecular dos polímeros sintetizados, bem como determinar o seu peso molecular. A análise TGA comprovou a estabilidade térmica dos polímeros produzidos. A análise DSC possibilitou conhecer algumas propriedades térmicas dos polímeros.Os resultados obtidos permitiram concluir que a percentagem e peso molecular de PEG são os parâmetros da reação que mais influenciam as propriedades dos copolímeros PCL-PEG-PCL, nomeadamente o peso molecular. Todavia, é necessário o controlo dos restantes parâmetros estudados (temperatura, tempo e quantidade de catalisador), de forma a assegurar um rendimento de reação de 100% e a obtenção de um polímero com polidispersividade próxima de 1, evitando a presença de monómeros e oligómeros que podem provocar reações oculares indesejadas.

Os biomateriais utilizados em engenharia de tecidos são, normalmente, poliméricos. Dada a procura, cada vez maior, de materiais biodegradáveis, sobretudo de origem natural, os biopolímeros produzidos pelas bactérias são, de acordo com a literatura, adequados para aplicações biomédicas. Para além de propriedades como a biocompatibilidade, os scaffolds requerem um desempenho termomecânico superior aos polímeros biodegradáveis. Em resposta a este desafio, são produzidos compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras naturais.Neste estudo foi avaliado o biopolímero produzido pela bactéria Phyllobacterium myrsinacearum, nunca referido na literatura científica ou em patentes. A caracterização revelou que a celulose bacteriana (CB) é, contrariamente a toda a celulose produzida por bactérias referida na literatura, hidrófoba. O biopolímero é constituído por fibrilas de comprimento micrométrico e com diâmetro nanométrico que apresenta uma estrutura semicristalina. Apresenta também propriedades mecânicas superiores às reportadas na literatura, nomeadamente no que diz respeito ao seu módulo de elasticidade e dureza.Os nanocompósitos de policaprolactona reforçados com CB foram produzidos por modificação ex situ e impressos tridimensionalmente por processo aditivo (3D). Tanto os homopolímeros de PCL (PCL 6800 e PCL 8502A) como os compósitos (PCL 6800/CB e PCL 8502A/CB) foram caracterizados quanto à sua cristalinidade, estrutura química, comportamento térmico e molhabilidade. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e flexão. A partir das caracterizações efetuadas foi concluído que as fibras de CB se comportam, eficazmente, como reforço mecânico

Zonas danificadas na pele resultantes de traumatismos, queimaduras ou feridas diabéticas são usualmente reparadas recorrendo à utilização de enxertos de pele. Os problemas associados à abordagem tradicional criaram a necessidade da pesquisa por novas alternativas. Apesar de existirem diferentes materiais a ser desenvolvidos para esta finalidade, há um especial destaque para as matrizes fibrosas tridimensionais (scaffolds) biodegradáveis produzidas por electrospinning. Estas possuem características únicas como a porosidade e microestrutura necessárias para o crescimento de um novo tecido. O objetivo da presente dissertação é a produção de membranas fibrosas assimétricas com uma camada externa composta por polímero sintético (policaprolactona) e uma camada interna composta por polímeros naturais (gelatina e quitosano) e antibiótico moxifloxacina, recorrendo à técnica electrospinning por blending. O scaffold resultante combina as propriedades mecânicas e hidrofóbicas da PCL, necessárias para a proteção da ferida, as propriedades favoráveis à adesão celular da gelatina e as propriedades antimicrobianas do quitosano. A camada composta por polímeros naturais apresentam ainda elevada biocompatibilidade e carácter hidrofílico. A adição do antibiótico moxifloxacina auxilia na proteção da zona danificada de infeções bacterianas.De modo a aumentar a resistência mecânica dos polímeros naturais e retardar dissolução da camada interna começou-se pela realização da reação de modificação da gelatina e do quitosano, utilizando anidrido metacrílico. Desta reação resultam os polímeros modificados (GelMA e QSMA), contendo o grupo metacrilamida na sua estrutura. É a introdução deste grupo que permite a reticulação da camada composta por GelMA e QSMA quando mergulhada numa solução de Irgacure® 2959 e sujeita à radiação UV.Após a obtenção da GelMA e QSMA foram preparadas as soluções a introduzir no electrospinning. Foram produzidas membranas apenas com PCL, apenas com GelMA e QSMA, membranas assimétricas contendo as duas camadas (com e sem fotoreticulação), e membranas assimétricas com moxifloxacina fotoreticuladas. Por fim foram realizados testes de modo a estudar as propriedades físico-químicas, morfológicas, térmicas e biológicas das matrizes desenvolvidas.A análise de RMN permitiu verificar que ocorreu a reação de modificação tanto da gelatina como do quitosano. Os espetros de FTIR-ATR comprovaram a presença dos diferentes polímeros usados na produção das membranas. Nas membranas assimétricas reticuladas a identificação dos polímeros naturais não foi possível devido à menor quantidadepresente após o processo de reticulação, que é responsável pela dissolução de parte desta camada. As imagens de SEM permitiram observar a presença de beads (“grânulos”), principalmente nas fibras de PCL, e concluir que o diâmetro médio das fibras de PCL é superior ao das fibras de GelMA e QSMA. Relativamente ao ângulo de contacto dinâmico, confirmou a hidrofobicidade da membrana de PCL e a hidrofilicidade da membrana de GelMA e QSMA. Os ensaios de perda de massa mostraram que a PCL não sofre dissolução em meio aquoso e que as membranas com GelMA e QSMA reticulados apresentam menor percentagem de perda de massa que as mesmas membranas não reticuladas, indicando que ocorreu a reação de reticulação. Quanto à análise termogravimétrica, concluiu-se que as membranas finais são termicamente estáveis, podendo ser sujeitas a elevadas temperaturas sem comprometer as propriedades dos materiais. Os testes de biocompatibilidade mostraram que os fibroblastos dermais proliferam quando em contacto com os materiais, mostrando que estes são biocompatíveis. Por fim, os ensaios de libertação da moxifloxacina indicaram uma maior libertação nas primeiras 8h de contacto com o meio, sendo que a partir desse momento a libertação se dá a uma taxa menor até ao décimo quarto dia.Apesar de serem necessários vários ajustes e a otimização de todos os parâmetros envolvidos no processo, os resultados alcançados indicam que as membranas assimétricas de PCL, GelMA, QSMA e moxifloxacina têm potencial para a aplicação em feridas cutâneas.

A pele cobre toda a extensão do corpo e é um órgão de relativa complexidade, que tem como função principal atuar como uma barreira protetora entre o meio exterior e os órgãos e tecidos internos. É facto que está diariamente exposta e portanto é um alvo relativamente fácil de danificar e a sua integridade pode ser afetada por fatores como disfunções genéticas, traumas agudos, feridas crónicas ou intervenções cirúrgicas, sendo a razão mais comum os traumas térmicos. O tratamento passa portanto por revestir as feridas da melhor forma e mais adequada possível para promover a sua cicatrização e alcançar a cura.Existem já diversos revestimentos de feridas, no entanto há ainda muitos materiais e métodos a explorar, pelo que os cientistas continuam a investigar novos sistemas ou a melhorar os já existentes. Face ao referido, uma solução passa pela Engenharia de Tecidos e pela formulação de membranas que possam ser aplicadas como revestimentos ideais de feridas.O foco do presente trabalho foi o desenvolvimento de membranas assimétricas eletrofiadas para a regeneração de tecidos, usando materiais que possam fornecer as condições necessárias para fixação e proliferação celular, mimetizando as funções naturais da pele conduzindo à sua regeneração. Foram desenvolvidas membranas assimétricas fibrosas, onde a camada base é composta por policaprolactona (PCL) e poliácido láctico (PLA) e a segunda camada por diferentes formulações de PCL e gelatina funcionalizada com Anidrido Metacrílico (MAA), para torna-la fotoreticulável. Estas foram então produzidas por diferentes abordagens e metodologias da técnica Electrospinning. Na primeira abordagem foram produzidas as camadas base por electrospinning de mistura. Na segunda e terceira abordagem foram respetivamente produzidas as membranas assimétricas, por electrospinning de mistura e coaxial. Através do electrospinning coaxial pretendeu-se produzir fibras com uma estrutura do tipo núcleo e casca, em que o núcleo é constituído por PCL e a casca por GelMA.As membranas assimétricas desenvolvidas foram então fotoreticuladas por irradiação de luz UV, reticulando a gelatina previamente funcionalizada, posteriormente foram caracterizadas quanto às suas propriedades químicas, morfológicas e biológicas. O recurso ao ATR-FTIR permitiu identificar a presença das bandas típicas da gelatina e da PCL na segunda camada da membrana assimétrica. O teste da perda de massa revelou o sucesso da fotoreticulação, visto que esta foi menos evidente nas membranas fotoreticuladas que nas suas percursoras originais. Os ângulos de contacto dinâmicos foram também avaliados e mostraram que a membrana base é marcadamente hidrofóbica, por oposição às restantes que exibem no geral um carácter hidrofílico.A estrutura da superfície das membranas é, como se esperava, desorganizada devido às técnicas pelas quais foram produzidas, como se comprova pela análise das imagens obtidas por SEM. Esta análise permitiu também avaliar a influência do teor de GelMA nas fibras, pois quanto mais elevada é a quantidade de PCL mais fundido é o aspeto das fibras. Além disso, revelou também que por electrospinning de mistura os diâmetros das fibras é menor que os das suas homólogas produzidas por electrospinning coaxial.Os testes de hemocompatibilidade revelaram que todas as membranas induzem a formação de trombos, sendo que esta foi mais notória na membrana com 100 % GelMA. A dissolução da gelatina nesta membrana fez com que a camada base constituída por polímeros hidrofóbicos promovesse a formação dos trombos. Segundo os resultados obtidos, as membranas mais trombogénica são as produzidas por electrospinning coaxial. Quanto ao índice hemolítico, apenas a membrana com 100 % GelMA apresenta um carácter ligeiramente hemolítico, sendo as restantes não hemolíticas.Finalmente os estudos de biocompatibilidade demonstraram que as membranas assimétricas produzidas promoveram uma boa adesão e proliferação dos fibroblastos dermais. No que toca à atividade antimicrobiana os resultados não foram de todo satisfatórias, visto que as membranas não inibiram a atividade da bactéria à qual tiveram contacto, deixando-a proliferar. Este problema pode ser futuramente contornado com a adição de um antibiótico.Em suma, ainda que seja necessária uma análise mais aprofundada, os resultados fazem crer que as membranas desenvolvidas neste trabalho são boas candidatas para a aplicação pretendida.

A síndrome do olho seco é uma das condições oculares mais comuns a nível mundial, afetando mais de 300 milhões de pessoas. É uma condição geralmente caraterizada por uma sensação de secura ou queimadura no olho, um lacrimejamento excessivo, bem como um aumento da fotossensibilidade. Apesar de não existir cura para esta síndrome, existem vários produtos capazes atenuar os sintomas dos pacientes. Os mais utilizados são os colírios, no entanto, apresentam várias limitações, tais como rápida eliminação pré-corneal e necessidade de administração contínua.O objetivo da presente dissertação consistiu no desenvolvimento de um inserto ocular que liberte, de forma controlada, durante um período de 7 a 15 dias, um agente lubrificante comummente utilizado no tratamento do olho seco, o ácido hialurónico (HA). Adicionalmente, é constituído por polietilenoglicol (PEG), um polímero hidrofílico que possui propriedades lubrificantes e deverá ser libertado em simultâneo com o HA, e policaprolactona (PCL), um polímero hidrofóbico. A cinética de libertação do HA e PEG será avaliada através da perda de massa de dos insertos.Do conjunto de experiências onde se tentou imobilizar o HA em PEG/PCL, concluiu-se que este procedimento envolve a adição de água à formulação e a sua posterior evaporação parcial, até esta estar presente, numa percentagem total da mistura final, entre 46 – 49 %.Os insertos oculares preparados contendo PEG/PCL e HA perdem massa mesmo ao fim de 15 dias, sendo a perda de massa total média das amostras de 10,6 %, para o 7º dia de libertação, e de 13,7 % para o 15º dia de libertação.Durante os vários estudos de cinética de libertação, verificou-se a existência de problemas estruturais das amostras preparadas. Tais problemas revelaram poder estar diretamente relacionados com o processo de hidratação/desidratação, uma vez que se verifica a formação de poros e fissuras na estrutura dos insertos oculares.

O presente trabalho teve por objetivo desenvolver um compósito de aerogel/xerogel com polímero, um natural e um sintético, quitosano (CH) e policaprolactona (PCL), respetivamente, de forma a satisfazer as necessidades para a regeneração óssea. Pretende-se que os compósitos sintetizados exibam valores baixos de densidade, elevada porosidade e resistência mecânica semelhante ao osso humano e que sejam de fácil adaptação ao tecido humano. A incorporação de polímero para a formação do compósito foi abordada por duas vias diferentes, nomeadamente, adicionar o aerogel/xerogel moído ao polímero (policaprolactona), e, realizar a síntese de aerogel juntamente com o polímero (quitosano), adicionando-o ao sol.Os precursores de sílica escolhidos para a síntese de aerogel foram o tetraetilortossilicato (TEOS) e metiltrimetoxisilano (MTMS), um hidrofílico e um hidrofóbico de forma a avaliar o comportamento de cada um deles. A avaliação das propriedades foi feita através da massa volúmica bulk, estrutura química, análise térmica e testes mecânicos, de biocompatibilidade e hidrofobicidade.Não foi possível sintetizar o compósito de MTMS com quitosano sob a forma de monólito pela dificuldade em encontrar a formulação para que este depois da liofilização mantivesse a forma de monólito. Assim, apenas se sintetizaram compósitos de TEOS com quitosano. Analisando os resultados da viabilidade celular, observa-se que o compósito de TEOS com quitosano teve valores muito baixos de viabilidade celular ao fim de 7 dias, pelo que não foram feitas mais caracterizações desta amostra. No entanto, a amostra de MTMS/PCL com 0,5:1 (m/m) ao fim de 7 dias apresenta valores de viabilidade celular aceitáveis, pelo que é a mais promissora para esta aplicação.Os valores da densidade encontram-se entre 170-680 kg/m3, sendo mais baixos do que os da literatura para o osso humano (1700-2000 kg/m3). As imagens de SEM e EDS permitiram observar que nos compósitos de aerogel/xerogel com PCL, a sílica corresponde a partículas quadradas, lisas e irregulares nas imagens. Algumas amostras são porosas, com tamanho de poro entre 1-2 µm. Pela análise dos testes mecânicos, observa-se que os compósitos com MTMS apresentam menor valor de Módulo de Young e por isso são mais flexíveis do que os compósitos de TEOS/PCL.É possível concluir que a amostra MTMS/PCL com 0,5:1 (m/m) exibe os melhores resultados para a aplicação pretendida, uma vez que após 7 dias de incubação apresentam maior viabilidade celular, é flexível (menor valor de Módulo de Young, entre 15,8 kPa) e é hidrofóbica (ângulos de contacto, 93º). Os valores obtidos de densidade e Módulo de Young encontram-se abaixo dos valores da literatura para a regeneração óssea.

As doenças cardiovasculares são a principal causa de mortalidade a nível global. As complicações causadas por estas doenças obrigam ao recurso a cirurgias de bypass usando, geralmente, um vaso autólogo. Quando isto não é possível, a alternativa passa pelo uso de próteses vasculares heterólogas ou sintéticas. Face às limitações apresentadas por estes materiais, atualmente o trabalho de investigação dirige-se no sentido de desenvolver próteses por técnicas de engenharia de tecidos, ou seja, recorrendo a materiais biodegradáveis. Assim, a engenharia de tecidos propõe soluções para a reparação de vasos sanguíneos utilizando polímeros biodegradáveis como scaffolds. Os scaffolds fornecem o suporte necessário para que as células se fixem, proliferem e mantenham a sua função diferencial, favorecendo, desta forma, a regeneração do tecido. No presente trabalho pretendeu-se desenvolver um scaffold adequado para a regeneração de tecido vascular. Para tal fabricaram-se várias matrizes fibrosas fotoreticuladas, compostos por policaprolactona (PCL) e gelatina modificada com grupos metacrilamida (GelMA). A gelatina foi inicialmente funcionalizada com grupos metacrílicos de forma a possibilitar a sua reticulação química por polimerização radicalar. As matrizes fibrosas foram produzidas por electrospinning, empregando duas variações desta técnica: electrospinnning por blending e electrospinning coaxial. A primeira abordagem permitiu a produção de fibras homogéneas, compostas pela mistura de PCL e GelMA, enquanto que na segunda abordagem produziram-se fibras com uma estrutura “casca”-núcleo (core –shell), com o núcleo da fibra formado por PCL e a camada exterior formada por GelMA. Em ambas as abordagens produziram-se fibras com diferentes proporções dos dois componentes. Após o processo de electrospinning todas as membranas obtidas foram submetidas a um processo de fotoreticulação por irradiação de luz UV, de forma a reticular quimicamente a GelMA presentes nas fibras. As diferentes membranas poliméricas desenvolvidas, foram caracterizadas relativamente às suas propriedades químicas, morfológicas e biológicas.A análise SEM permitiu concluir que as fibras fotoreticuladas produzidas por electrospinning por blending apresentam sinais de degradadação quando a concentração de GelMA é mais elevada. Por sua vez, o processo de fotoreticulação não influencia a morfologia da superfície das fibras coaxiais. A análise de FTIR permitiu identificar a presença dos dois polímeros utilizados nas fibras sintetizadas. O estudo de perda de massa comprovou indiretamente o sucesso do processo de fotoreticulação, revelando que o as membranas fotoreticuladas perdem menos massa que as suas homólogas não retículadas. A determinação dos ângulos de contacto dinâmicos demonstrou que o scaffold de PCL exibia um carácter marcadamente hidrofóbico, contrariamente às membranas compósitas com GelMA que evidenciam um carácter hidrofílico. Relativamente aos estudos de hemocompatibilidade, estes demonstraram que o scaffold composto por PCL apresenta uma menor tendência para formar trombos. Todas as membranas compostas por GelMA são trombogénicas, sendo a formação de trombos mais elevada no caso das fibras coaxiais. A determinação do índice hemolítico sugere que nenhum dos scaffolds produzidos apresenta carácter hemolítico, apresentando um índice hemolítico inferior a 5%. Por fim, os estudos de viabilidade celular demonstram que os fibroblastos dermais, quando em contacto com as membranas sintetizadas, têm a capacidade de proliferar e aderir aos materiais. Face aos resultados apresentados, conclui-se que os scaffolds sintetizados possuem elevado potencial para o uso na regeneração do tecido vascular.

A wide range of naturally derived and synthetic biodegradable and biocompatible polymers are today regarded as promising materials for improving skin regeneration. Alongside this, these materials have been explored in conjunction with different types of antimicrobial and bioactive agents, especially natural-derived compounds, to enhance their biological properties. Herein, a double-layered nanocomposite dressing membrane was fabricated with two distinct layers. A bottom layer from Chitosan-Sodium tripolyphosphate (CS-TPP) and Poly(vinyl alcohol) (PVA) containing <i>Centella asiatica</i> (L.) (CA) was electrospun directly over a Polycaprolactone (PCL) layer to improve the biologic performance of the electrospun nanofibers. In turn, the PCL layer was designed to provide mechanical support to the damaged tissue. The results revealed that the produced double-layered nanocomposite membrane closely resembles the mechanical, porosity, and wettability features required for skin tissue engineering. On the other hand, the in vitro drug release profile of the PCL/PVA_CS-TPP containing CA exhibited a controlled release for 10 days. Moreover, the PVA_CS-TPP_CA’s bottom layer displayed the highest antibacterial activity against <i>Staphylococcus aureus</i> (<i>S. aureus</i>) (99.96 ± 6.04%) and <i>Pseudomonas aeruginosa</i> (<i>P. aeruginosa</i>) (99.94 ± 0.67%), which is responsible for avoiding bacterial penetration while endowing bioactive properties. Finally, the 3-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) assay showed that this nanocomposite membrane was not cytotoxic for normal human dermal fibroblasts (NHDF) cells. Therefore, these findings suggest the potential use of the double-layered PCL/PVA_CS-TPP_CA as an efficient bionanocomposite dressing material.