A sensibilidade à temperatura tem vindo a ganhar atenção na indústria biomédica, sendo utilizados polímeros termo-sensíveis em diversos tipos de sistemas desde a libertação/separação de fármacos, biossensores até suportes de culturas celulares.Apesar da poli(N-isopropilacrilamida), P(N-iPAAm), ser o polímero termo- sensível mais estudado, apresenta frequentemente problemas de biocompatibilidade derivados da citotoxicidade do monómero, surgindo recentemente uma tendência de o substituir por polímeros à base de di(etilenoglicol) metil éter metacrilato que apresentam sensibilidade à temperatura semelhante.A grande variedade de propriedades dos líquidos iónicos e, consequentemente, dos poli(líquidos iónicos) tem também despertado a atenção da comunidade científica devido à versatilidade que conferem a estes polieletrólitos, sendo cada vez mais utilizados em aplicações diversas, desde dispositivos eletroquímicos até atuadores.Assim, com esta dissertação, propõe-se a síntese e caracterização de materiais polieletrólitos que associem as propriedades do poli(di(etilenoglicol) metil éter metacrilato) às de dois poli(líquidos iónicos) da família dos imidazólios, fazendo um estudo do efeito da incorporação do líquido iónico na cadeia polimérica do polímero termo-sensível, do efeito do anião do líquido iónico e da forma de incorporação do mesmo na cadeia polimérica. É ainda averiguada a aptidão dos materiais sintetizados para aplicações de sorção e/ou libertação de moléculas carregadas negativamente. Com este intuito, foram sintetizados homopolímeros, copolímeros e redes poliméricas interpenetrantes sequenciais de di(etilenoglicol) metil éter metacrilato e cloreto de 1-butil-3-vinilimidazólio ou bis(trifluorometanosulfonil)imida de 1-butil-3-vinilimidazólio reticulados com poli(etilenoglicol) dimetacrilado por polimerização em cadeia por radical livre, esperando- se que apresentem sensibilidade à temperatura e estímulos elétricos, bem como à força iónica do meio envolvente. Os materiais foram posteriormente caracterizados através de diversas técnicas, de forma a avaliar a sua composição química/homogeneidade (análise elemental, ATR-FTIR), propriedades termo-mecânicas (TGA, DSC) e de responsividade à temperatura e força iónica (ensaios de sorção de água em meio aquoso e em meio salino), bem como a hidrofilicidade da sua superfície (ângulos de contacto). Os polímeros foram ainda submetidos à sorção e libertação de um fármaco, usando como molécula modelo o ácido acetilsalicílico, de modo a avaliar a sua capacidade de sorção, retenção e libertação estática e quando sujeitos a um estímulo elétrico.Com esta dissertação prova-se que existe a possibilidade de utilizar polímeros de di(etilenoglicol) metil éter metacrilato como alternativa à P(N-iPAAm) e obter materiais com comportamento multi-responsivo utilizáveis em contexto biomédico. Demonstra-se ainda que a síntese de redes poliméricas interpenetrantes permite um maior controlo das propriedades físicas e químicas do material final, especialmente quando se trata da resposta à temperatura e força iónica. Apesar de ser possível utilizar estes materiais em sistemas de libertação controlada de fármacos, entende-se que os materiais desenvolvidos têm potencial para ser utilizados em aplicações de separação de moléculas carregadas.

O objetivo deste trabalho centrou-se no desenvolvimento de um sistema de proteção a longo prazo de bactérias probióticas por encapsulamento e/ou utilização de ingredientes prebióticos, neste caso fruto-oligossacarídeos (FOS).O encapsulamento das bactérias foi realizado pelo método Layer-by-Layer (LbL), que consiste na deposição sobre um substrato – a superfície das bactérias – de várias camadas de polieletrólitos com cargas superficiais diferentes entre si. Os polímeros utilizados foram, de carga negativa o quitosano, de carga positiva a pectina, o alginato e a carboximetilcelulose, depositados alternadamente, através da suspensão das bactérias nas respetivas soluções (0,1 % m/v e pH 6). Foram encapsuladas três bactérias de estirpes diferentes: Lactobacillus plantarum WCFS1, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CFL1 e Lactobacillus plantarum CIDCA 83114. Como primeira camada foi maioritariamente testado o quitosano; contudo para o caso em que o valor de potencial-ζ da suspensão de bactérias exibia valores próximos de zero (Lactobacillus plantarum WCFS1) foi adicionalmente testado o alginato. Foi também adicionado o FOS com concentração de 2% m/v para avaliar o efeito deste prebiótico na proteção das bactérias. As bactérias e as suas formulações com FOS e/ou polieletrólitos foram caracterizadas em termos de potencial-ζ, viabilidade celular antes e depois dos processos de encapsulamento, liofilização e armazenamento, e curva de crescimento antes e após o encapsulamento e liofilização. Globalmente, os resultados sugerem que o encapsulamento é um método promissor para proteção de bactérias probióticas. Os valores de potencial-ζ revelaram uma deposição bem-sucedida, enquanto o estudo de viabilidade revelou uma menor perda de viabilidade das amostras encapsuladas após liofilização comparativamente com as não encapsuladas. Relativamente ao uso de alginato como primeira camada, os resultados não são conclusivos pelo menos para o caso da estirpe Lactobacillus plantarum WCFS1 formulada com esse biopolímero. Da mesma forma, os resultados obtidos sobre o efeito do FOS nos processos de liofilização revelaram-se inconclusivos. Por outro lado, ao longo do tempo de armazenamento, nem o FOS nem o encapsulamento demonstraram ser eficientes na minimização da perda de viabilidade.Em suma, é possível concluir que os resultados são distintos de caso para caso e como tal, é necessária uma modulação das formulações ajustadas às características de cada estirpe.

O objetivo deste trabalho consistiu em desenvolver um sistema para encapsular bactérias de ácido láctico, em particular a estirpe Lactobacillus plantarum WCFS1, com a adição de um componente com propriedades prebióticas, um fruto-oligossacarídeos (FOS). Pretende-se que este sistema permita a proteção dos probióticos, durante o processo de produção (nomeadamente o processo de liofilização), armazenamento, e ainda, contra as condições ácidas do estômago, proporcionando uma libertação controlada destes no intestino, a pH básico. O método adotado para a encapsulação das bactérias probióticas foi o método de deposição Layer-by-Layer (LbL), que é promovido pela atração eletrostática entre o substrato (superfície das bactérias), carregado negativa ou positivamente, e polieletrólitos de cargas opostas. Foram estudados dois revestimentos, cada um com duas camadas: um formado por polímeros naturais, o quitosano (CHI), com carga positiva, e o alginato de sódio (ALG), com carga negativa, e outro formado também por CHI e um copolímero sintético, o poli(ácido acrílico)-Pluronic®-poli(ácido acrílico) (PPP), de caracter aniónico. As bactérias não encapsuladas e encapsuladas foram caracterizadas através da medida do potencial-ζ, determinação da viabilidade bacteriana antes e após os processos de encapsulação, liofilização, armazenamento e exposição aos meios gastrointestinais simulados, e registo das curvas de crescimento antes e depois da encapsulação e liofilização. De um modo geral, quando comparadas as bactérias antes e depois de encapsuladas, pode concluir-se que a encapsulação com duas camadas, obteve resultados de menor perda de viabilidade, sugerindo ser um sistema mais promissor na proteção dos probióticos. O complexo biopolímero natural-copolímero sintético (CHI-PPP) revelou melhores resultados em relação ao complexo de biopolímeros naturais (CHI-ALG), nomeadamente, na resistência às condições gastrointestinais simuladas e no menor tempo de latência de crescimento bacteriano. No entanto, as bactérias não encapsuladas apresentaram valores de viabilidade superiores às bactérias encapsuladas, o que pode ser explicado pelo facto desta estirpe bacteriana ser bastante resistente. Por último, ao longo do armazenamento, o efeito do FOS não demonstrou melhoria da perda de viabilidade. Em resumo, os resultados para esta estirpe em particular, permitem concluir que o processo de encapsulação parece não ser o mais adequado, contudo, a aplicação deste método é bastante promissora para a proteção de estirpes bacterianas mais sensíveis.

Polymeric flocculants are widely used due to their ability to e ciently promote flocculation at low dosages. However, fundamental background knowledge about how they act and interact with the substrates is often scarce, or insu cient to infer the best chemical configuration for treating a specific e uent. Inductive, data-driven approaches o er a viable solution, enabling the development of e ective solutions for each type of e uent, overcoming the knowledge gap. In this work, we present such an inductive workflow that combines the statistical design of experiments and predictive modelling, and demonstrates its e ectiveness in the development of anionic polymeric flocculants for the treatment of a real e uent from the potato crisps manufacturing industry. Based on the results presented, it is possible to conclude that the hydrodynamic diameter, charged fraction and concentration are the parameters with a stronger influence on the characteristics of flocs obtained when using copolymers, while the charged fraction, concentration and hydrophobic content present a stronger influence on the characteristics of flocs obtained using terpolymers containing a hydrophobic monomer.

The antimicrobial activity of chitosan and water soluble interpolyelectrolyte complexes of poly(acrylic acid)-chitosan was studied. Chitosans of two different molecular weights were tested at different concentration for 0.5 to 5 g·L-1 as antimicrobial agents against P. aeruginosa and P. oleovorans. In both cases, the best microbial inhibition was obtained with the concentration of 5 g·L-1. However, the interpolyelectrolyte complexes of poly(acrylic acid)-chitosan with composition φ =2 produced higher antibacterial activity than the two chitosans at the concentration of 0.5 g·L-1. The NPEC2 complex was more effective than chitosans. This could be attributed to the number of moles of the amino groups of chitosan and the carboxylic acid groups of the interpolyelectrolyte complexes poly(acrylic acid).

Solutions of atactic poly(methacrylic acid), PMAA, with molecular weights in the range of (1.6 to 3.4) x 10(5) g mol-1, and labeled with the fluorescent dyes 9-aminoacridine or Nile blue were studied by photophysical measurements as a function of solvent viscosity and polarity. The conformational behavior of the PMAA chain segments around the fluorescent probe was reported by the change in the rotational diffusion of the dyes. Ethylene glycol swells the polymer chain compared with the more contracted conformation of PMAA in 50% water/ethylene glycol. The change in the rotational relaxation time of the dye bound to PMAA with the decrease of water content in the solvent mixture indicates a progressive expansion of polymer chain to a more open coil form in solution.

Abstract Chitosan (CT) is a polysaccharide with the ability to adsorb metals on its surface. In this work, CT-based nanoparticles (NPs) are produced by complex formation with gum arabic (GA) to increase their adsorbent potential for removal of heavy metals in aqueous medium. Adsorption efficiency is evaluated as a function of NP composition and polysaccharide concentration. NPs are sized from 250 to 375 nm at a zeta potential up to -25 mV, suggesting stability to adsorb metals. In particular, CTGA56 and CTGA80 NPs adsorbed a substantially higher amount of copper ions than pure CT. Adsorption kinetics studies showed that the reaction process followed a pseudo second-order model and the adsorption isotherm results fit a Langmuir model, highlighting the monolayer adsorption process with prominent adsorption capacity. These findings indicate the adsorbent potential of CTGA NPs and suggest that these particles can be used for removal of metal ions from contaminated water sources.

The application of a combined system of a polyelectrolyte, carboxymethyl cellulose (CMC), and highly fibrillated fibrous materials, cellulose triacetate fibrets (CTF), for the recovery of proteins and other biological compounds from model and actual biological systems has been demonstrated . In the present work, reaction batches were scaled-up to a one-liter agitated vessel, with a standard configuration. The effect of mixing conditions on the adsorption and flocculation process was studied. It was observed that flocculation time was very fast, occurring within the period of polymer addition. Long term shearing did not result in floc breakage and the values of percentage light transmission and protein concentration of the final filtrate remained the same during the incubation period. Increasing the shear rate resulted in improved process efficiency, up to an optimum value, above which performance was poorer. Perikinetic and orthokinetic rate parameters were calculated and results analyzed in view of these parameters.