Search

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia Os sistemas de libertação controlada de fármacos à base de polímeros têm sido estudados, por contribuírem para uma maior especificidade, redução da toxicidade, e melhorarem as características de solubilidade dos fármacos com características hidrofóbicas. O fenómeno de self-assembly de polímeros tem papel de destaque por permitir o processo a encapsulação do fármaco. Para um efetivo sistema libertador é necessário também garantir a estabilidade do mesmo desde a administração até à libertação do fármaco, por ação de um estímulo externo, de forma rápida e eficiente. A biocompatibilidade e biodegradabilidade dos copolímeros é também fundamental para a eficácia do sistema formado. Devido à sua inocuidade na zona do visível e capacidade de penetração tecidular, a luz como estímulo externo, revela-se uma estratégia muito interessante para provocar a destruição de nanopartículas.Assim, a presente dissertação descreve um sistema de libertação controlada à base de copolímeros de bloco PEG-PLA, com um segmento sensível ao oxigénio singuleto que tem a capacidade de encapsular e libertar a doxorrubicina usada como fármaco. Aqui, as nanopartículas do tipo micelar, pela ação das porfirinas, reagem à luz de elevado comprimento de onda (superior a 600 nm) de modo a libertar o material encapsulado de forma rápida. Assim sendo, a este processo de libertação poderá trazer benefícios ao nível da seletividade de fármacos anti tumorais com toxicidade elevada, permitindo que a sua especificidade seja alcançada num alvo específico que seja irradiado. Os objetivos do projeto centram-se no desenvolvimento de copolímeros de bloco unidos pelo segmento sensível ao oxigénio singuleto, SegS, procedido pela análise da capacidade de self-assembly dos copolímeros preparados. Posteriormente determinou-se a capacidade de encapsulação das nanoestruturas e realizou-se o estudo de libertação da doxorrubicina após incidência de luz vermelha.Os resultados sugerem que as nanopartículas desenvolvidas são eficientes no sentido em que apresentaram baixa polidispersividade e capacidade de encapsulação da doxorrubicina segundo o método de diálise. Após irradiação por laser de 650 nm, as nanopartículas PEG5k-seg-PLA1k, evidenciaram uma taxa de cinética de libertação significativa nos instantes iniciais que tornam o sistema de libertação de fármacos promissor na terapia fotodinâmica. Controlled drug delivery systems based on polymers have been studied because they increase specificity, reduce toxicity and improve the solubility characteristics of drugs with hydrophobic characteristics. The self-assembly technique of polymers stands out because it allows the encapsulation of the drug. For an effective release system, it is also necessary to guarantee the drug stability from the administration until the drug release, by the action of an external stimulus, quickly and efficiently. The copolymers biocompatibility and biodegradability is also important to the effectiveness of the system. Due to its innocuity in the visible zone and capacity of tissue penetration, light as an external stimulus, proves to be a very interesting strategy to cause the destruction of nanoparticles.Thus, the present dissertation describes a controlled release system based on PEG-PLA block copolymers with a singlet oxygen sensitive segment that has the ability to encapsulate and release doxorubicin used as a drug. Here, micellar nanoparticles, by the action of porphyrins, react to high wavelength light (greater than 600 nm) in order to release the encapsulated material quickly. Thus, this release process may brings benefits to the level of selectivity of antitumor drugs with high toxicity, allowing their specificity to be achieved in a specific target that is irradiated.The objectives of this project are the development of block copolymers bound by the singlet oxygen-sensitive segment, SegS, carried out by analyzing the self-assembly capacity of the prepared copolymers. Subsequently, the nanostructures were encapsulated and the doxorubicin release study was performed after red light.The results suggest that the developed nanoparticles are efficient since they presented low polydispersity and doxorubicin encapsulation capacity according to the dialysis method. After 650 nm laser irradiation, the PEG5k-seg-PLA1k nanoparticles evidenced a significant rate of release kinetics at the initial instants that makes the drug delivery system promising in photodynamic therapy.

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia O registo da atividade cerebral, técnica conhecida por eletroencefalografia (EEG) é amplamente usada no diagnóstico de várias patologias, desde epilepsia, demência, perturbações de sono, monitorização da atividade cerebral e em muitas outras áreas. A sua natureza não invasiva torna-a uma técnica ideal para diagnóstico clínico e outras aplicações. Todas as aplicações têm em comum o facto de necessitarem de sinais robustos e detetados com boa sensibilidade, de forma a fornecerem resultados fiáveis. Apesar de todos os avanços efetuados na área, o registo de EEG continua a ser um desafio importante e contínuo, devido essencialmente à transmissão do sinal na interface elétrodo/pele.Atualmente a aquisição de sinais EEG utiliza geralmente os elétrodos de Ag/AgCl, compostos por um disco de prata revestidos de cloreto de prata, sendo os atuais gold standard. As suas maiores vantagens são a biocompatibilidade, a confiabilidade, a pouca suscetibilidade ao ruído e a reprodutibilidade dos sinais elétricos. Contudo, estes necessitam obrigatoriamente da aplicação de uma pasta condutora para formar uma interface condutora com o escalpe. Esta operação de colocação do gel pode demorar até 45 minutos, sendo que é necessário um técnico especializado para a realização de tal. Em exames longos, a pasta tem de ser reaplicada periodicamente, sendo esta a principal desvantagem inerente a este método. Desta forma, a aplicação autónoma e aquisição por longos períodos de tempo, apenas poderá ser conseguida prescindindo da pasta condutora.Uma possível solução é a criação de uma interface condutora, não metálica e com boa capacidade de conformação ao escalpe, que poderá constituir o revestimento de elétrodos utilizando um gel polimérico contendo um líquido iónico (ionogel). Um líquido iónico é definido como um sal que à temperatura ambiente é líquido. Estes compostos possuem propriedades únicas, nomeadamente uma pressão de vapor negligenciável, boa estabilidade térmica e química e ainda uma excelente condutividade iónica. Nesse sentido, o ionogel garantiria a condutividade elétrica desejada, sem evaporar ou libertar-se do gel. A presente dissertação descreve o desenvolvimento de elétrodo para o registo de EEG, combinando um elétrodo polimérico (desenvolvido em trabalhos anteriores) e um ionogel que o reveste. O ionogel funciona como um eletrólito, diminuindo a impedância da interface elétrodo/pele. Os objetivos do projeto centram-se no desenvolvimento de um elétrodo reprodutível e com propriedades necessárias à sua aplicação, desenvolvimento de um ionogel, caracterização do ionogel utilizado (elétrica e mecânica) e comparação do registo de EEG in vivo entre estes elétrodos e os elétrodos comerciais de Ag/AgCl. Os resultados sugerem que o ionogel desenvolvido é apropriado e eficiente no sentido em que baixa a impedância da interface elétrodo/pele, resistindo a todos os procedimentos necessários para a colocação deste. Este possui condutividades da ordem de 1x10-2 S.cm-1, imobiliza de forma eficaz o IL, com uma resistividade à compressão de cerca de 64 N/cm2. Pelos ensaios in vivo comprovou-se a fiabilidade dos elétrodos para registo de atividade cerebral, com correlação de 90% em relação aos sinais obtidos pelos elétrodos comerciais de Ag/AgCl. Recording of brain activity, a technique also known as electroencephalography (EEG), is widely used for diagnostic of several pathologies, from epilepsy and dementia to sleep disorders, for monitoring of brain activity as well as in many other areas. Its non-invasive nature makes it ideal for clinic diagnostics and other applications. All applications have in common the need of robust signals and good sensibility data acquiring, in order to provide reliable results. Despite of all the advances seen in this area, EEG recording continues to be an important and continuous challenge, mainly due to signal transmission on the electrode/skin interface.Nowadays, EEG signal acquisition normally uses Ag/AgCl electrodes composed by a silver disk covered by silver chloride, this being today’s gold standard. Their main advantages are its biocompatibility, reliability, low noise susceptibility and electric signals reproducibility. However, they necessarily need the appliance of a conductive paste to form a conductive interface with the scalp. Gel appliance can take up to 45 minutes, and can only be performed by a specialized technician. During longer exams, the paste is applied periodically, being this one inherent disadvantage of this method. Therefore, autonomous application and acquisition for long periods of time can only be achieved by dispensing the conductive paste.A possible solution is the development of a conductive interface, non-metallic and with good capacity of scalp conformation to be used in the covering of electrodes with a polymeric gel containing an ionic liquid (ionogel). An ionic liquid (IL) is defined as a salt, being liquid at room temperature. These compounds have unique properties, namely a negligible vapor pressure, good thermic and chemical stability, as well as an excellent ionic conductivity. This being said, the ionogel would assure the desirable electric conductivity, without evaporate or releasing itself from the gel. The present dissertation describes the development of an electrode for EEG recording, combining a polymeric electrode (developed in previous related works) and an ionogel that covers it up. Here, the ionogel serves as an electrolyte, diminishing electrode/skin interface’s impedance.Project’s objectives consist on the development of a reproducible electrode meeting the necessary properties for its application, the development of a capable ionogel and proper characterization (electrical and mechanical), and also the comparison of in vivo EEG recordings between this electrode and Ag/AgCl commercial electrodes.Results suggest that the ionogel is capable and efficient, once it decreases the electrode/skin interface’s impedance, resisting to all necessary procedures to a proper appliance. It possesses conductivities values around 1x10-2 S.cm-1, immobilizes the IL in an efficient manner and its resistivity to compression is around 64 N/cm2. Electrode reliability for brain activity recordings is proved by in vivo trials, with a correlation of 90% in relation to the signals obtained using Ag/AgCl commercial electrodes.

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia Os sistemas microeletromecânicos (MEMS) flexíveis têm tido um crescente interesse, quer pelas suas potencialidades sensoriais quer pelas suas capacidades de processar informação do ambiente onde estão inseridos e, por sua vez, gerar efeitos.Um dos principais obstáculos à evolução desta tecnologia é a fraca adesão das tintas condutoras ao substrato dos MEMS, na sua maioria membranas de poli(dimetil siloxano) (PDMS), que se reflecte numa perda de condutividade.De modo a superar esta questão, têm sido desenvolvidas várias alternativas para modificar as propriedades da superfície do PDMS que envolvem tratamentos físicos, químicos ou a combinação de ambos. Uma destas alternativas, consiste na incorporação através da combinação de modificações físicas e químicas de determinadas funcionalidades na matriz do PDMS, nomeadamente compostos hidrofílicos e/ou com elevada afinidade a partículas metálicas, como por exemplo a poli(4-vinil piridina) (P4VP).A técnica de polimerização radicalar por desativação reversível (RDRP) permite sintetizar (co)polímeros com composição, arquitetura e peso molecular controlados. Dos vários métodos RDRP existentes, a polimerização radicalar por transferência de átomo (ATRP) destaca-se por ser uma técnica muito robusta e eficiente para a síntese de (co)polímeros. A ATRP foi, portanto, o método adotado neste trabalho para obter copolímeros de bloco constituídos por segmentos de PDMS e de P4VP.Nesse sentido, neste trabalho foram sintetizados vários copolímeros de bloco PDMS-P4VP, com diferentes composições e pesos moleculares através da técnica de ATRP. Os polímeros resultantes foram caracterizados pela técnica de espetroscopia de ressonância magnética protónica (1H NMR). A capacidade dos copolímeros de bloco dispersarem nanopartículas metálicas foi avaliada através de testes de dispersão dinâmica da luz (DLS).Numa tentativa de melhorar a afinidade do PDMS a tintas compostas por partículas metálicas, diferentes alternativas de incorporação dos copolímeros nas membranas de PDMS foram testadas. A aplicação direta na superfície do PDMS curado, a incorporação na constituição da camada superficial do PDMS antes do processo de cura e, ainda, na substituição do agente de acoplamento utilizado na formulação de tintas, são exemplos dessas alternativas.Para além da aplicação dos copolímeros, foi também estudada a alteração da superfície do PDMS pela polimerização direta da P4VP. O sucesso das diferentes modificações foi avaliado através da análise do ângulo de contacto e espetroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR).Os resultados obtidos através da utilização dos copolímeros não foram os desejados, uma vez que as propriedades da superfície do PDMS não foram alteradas de forma a resolver completamente o problema associado à adesão das tintas metálicas. Contudo, verificou-se que é possível melhorar as propriedades da superfície do PDMS, como a hidrofobicidade, através do método de polimerização direta da P4VP neste substrato. Neste caso, verificou-se uma melhoria significativa da adesão das tintas metálicas ao substrato PDMS.O trabalho desenvolvido contribuiu para compreender de que forma as propriedades da superfície do PDMS se alteraram através da aplicação de copolímeros de bloco de base PDMS, e também o impacto da polimerização direta da P4VP no substrato PDMS. A modificação das propriedades da superfície das membranas de PDMS esperou-se ser um passo decisivo para o desenvolvimento de melhores tecnologias MEMS. The interest in flexible microelectromechanical systems (MEMS) technologies is growing rapidly, not only because of their capacity to be used as sensors, but also to process information and generate effects in the environment where they are inserted.One of the main issues for the development of this technology is the weak adhesion of conductive inks to the substrate of MEMS, mainly polydimethylsiloxane (PDMS) membranes, which is reflected on a loss of conductivity.In order to overcome this problem, many alternatives to change the PDMS surface properties have been developed that involve physical or chemical treatments or the combination of both. One of them involves the incorporation of certain functionalities through the combination of physical and chemical modifications in the PDMS structure, like hydrophilic compounds and/or compounds with a high affinity to metallic particles, as for instance poly(4-vinylpyridine) (P4VP).Reversible-deactivation radical polymerization (RDRP) techniques allow the synthesis of (co)polymers with controlled composition, architecture and molecular weight. Among all of the existing RDRP methods, the atom transfer radical polymerization (ATRP) stands out for being particularly useful and efficient for the synthesis of (co)polymers. For that reason, the ATRP was the method adopted in this work to obtain block copolymers composed by PDMS and P4VP segments.Therefore, in this work several block copolymers were synthesized with different compositions and molecular weight through the ATRP technique. The ensuing polymers were characterized by nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy. The block copolymers ability to disperse metallic nanoparticles was evaluated through dynamic light scattering (DLS).In an attempt to improve the PDMS affinity to inks composed by metallic nanoparticles, a lot of different approaches to incorporate copolymers in PDMS membranes were tested. For instance the direct application on cured PDMS, on the constitution of PDMS before cured and even in the replacement of the coupling agent used on inks were some of the approaches tested.Beside the copolymers application, it was also studied the modification on the PDMS surface by direct polymerization of P4VP. The success of different modifications was evaluated through contact angle analyses and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR).The final results concerning block copolymers were not the expected since the PDMS surface properties were not modified in order to completely solve the problem associated with the metallic inks adhesion. However, the improvement of the PDMS surface properties like hydrophobicity was observed when P4VP was direct polymerized on it. In this case, it was possible to verify a significant improvement in the adhesion of metallic inks to the PDMS substrate.The work contributed to the understanding of how PDMS surface properties change with the application of block copolymers based on PDMS, and also the impact of the direct polymerization of P4VP on the PDMS substrate. The modification of the PDMS surface properties is expected to be a decisive step forward aiming the development of better MEMS technologies.

Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia Os dispositivos eletrónicos flexíveis e deformáveis estão na base de desenvolvimentodas tecnologias wearable. A exigência de flexibilidade requer o uso de materiaiscondutores extremamente flexíveis. A maioria dos sensores sob investigação sãofeitos de materiais intrinsecamente deformáveis, à base de silicone, conjugados comnanopartículas condutoras. Um dos materiais mais usados é o poli(dimetilsiloxano)(PDMS). Contudo, o PDMS é um material não condutor que possui fraca adesãoàs partículas metálicas, pelo que, a integração destes componentes condutores semostra um desafio.O objectico deste trabalho foi melhorar as propriedades adesivas e a afinidadedos elastómeros de PDMS, usando copolímeros em bloco à base de silicone, quepossuem elevada afinidade para as tintas metálicas e capacidade de ligação ao metal.Os coplímero em bloco, poli[2-(dimetilamino) etil metacrilato]-block-poli(dimetilsiloxano)-block-poli[2-(dimetilamino) etil metacrilato] (PDMAEMA-b-PDMS-b-PDMAEMA) e poli[2-(dimetilamino) etil metacrilato]-block-poli(dimetilsiloxano) (PDMAEMA-b-PDMS), com diferentes pesos moleculares, foram sintetizados atravésde polimerização radicalar por transferência de átomo com ativador suplementar eagente redutor (SARA ATRP), um método que permite o desenvolvimento de polímerosbem definidos, com peso molecular e arquitetura controlados, enquanto usaquantidades reduzidas de catalizadores de cobre. A estrutura química dos polímerossintetizados foi caracterizada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear(RMN).De modo a melhorar a interação das partículas metálicas com a superfíciedo PDMS, os copolímeros foram aplicados utilizando diferentes estratégias. Inicialmente,os copolímeros (PDMAEMA-b-PDMS-b-PDMAEMA e PDMAEMA-b-PDMS) foram aplicados diretamente na superfície das membranas de PDMS. Numafase posterior, a capacidade dos copolímeros desenvolvidos em estabilizar as nanopartículasmetálicas foi avaliada, através da realização de análises da difusão dinâmica da luz (DLS) e do potencial zeta, e estes foram incorporados nas formulações dastintas metálicas.Quando aplicados diretamente na superfície, os copolímeros mostraram umafraca adesão à superfície do PDMS, criaram uma rugosidade superficial, e portanto,este processo não serviu para o propósito de melhorar as capacidades adesivas aometal. Por sua vez, os resultados de DLS e potencial zeta mostraram-se promissores.No entanto, os resultados da incorporação dos copolímeros na formulação das tintasrevelaram que, apesar de condutoras, a capacidade de adesão à superfície do PDMSé limitada.De forma a provar o conceito de que o DMAEMA é efetivamente capaz demelhorar as propriedades de superfície do PDMS e de promover a adesão da tintametálica, foi feita uma polimerização direta na superfície. Os resultados das mediçõesdo ângulo de contacto e das análises FTIR confirmaram a presença das unidadesde DMAEMA na superfície de PDMS e uma alteração drástica da sua molhabilidade.Por sua vez, os resultados dos testes de adesão com o jato de tinta, provaramque o PDMAEMA é responsável por promover a adesão da tinta metálica. Estesresultados evidenciam o papel significativo da presença dos grupos hidrofílicos nosrevestimentos, para modificação superficial. Contudo, quando a tinta metálica, formuladana presença dos copolímeros, foi aplicada sobre estas superfícies de PDMSmodificadas, voltou-se a observar a fraca capacidade de adesão da tinta. Estes resultadosinesperados sugerem que o bloco de PDMS, apesar da afinidade que temcom o substrato da mesma natureza, não é suficiente para promover uma melhorinteração entre as tintas e o substrato.Os resultados da polimerização direta demonstram elevado potencial na modificaçãopermanente da superfície de membranas de PDMS, não existindo, até aomomento, documentada nenhuma modificação semelhante.Apesar da limitação dos resultados obtidos na interação das tintas metálicascom a superfície do PMDS, este trabalho contribuiu significativamente para a compreensãode todo o processo, e constituiu uma etapa considerável no desenvolvimentode dispositivos eletrónicos flexíveis.Palavras-chave: dispositivos eletrónicos flexíveis, PDMS, nanopartículas metálicas,modificação superficial, copolímeros em bloco, PDMAEMA, agentes estabilizadores,polimerização direta da superfície. Soft and stretchable electronics are the genesis of wearable technologies. Theuse of extremely malleable conductive parts is required for flexibility. Most softsensors under development are constituted of silicone based materials conjugatedwith conductive nanoparticles. One of the main materials is the poly(dimethyl siloxane)(PDMS). However, PDMS is a non-conductive material that possesses a weakadhesion to metallic particles, which transforms PDMS-based devices integration ofconducting components into a challenging task.The objective of this work was to improve the adhesive properties and theaffinity of PDMS elastomers through silicone-containing block copolymers with highaffinity to metal ink formulations and improved metal binding capabilities.Poly[2-(dimethylamino) ethyl methacrylate]-block-poly(dimethyl siloxane)-blockpoly[2-(dimethylamino) ethyl methacrylate] (PDMAEMA-b-PDMS-b-PDMAEMA)and poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate]-block-poly(dimethyl siloxane) (PDMAEMA-b-PDMS) block copolymers, with different molecular weights, were synthesizedby a supplemental activator and reducing agent atom transfer radical polymerization(SARA ATRP) method that enables the development of well-defined polymerswith controlled molecular weight and architecture while using reduced concentrationsof copper catalyst. The chemical structure of the ensuing copolymers wascharacterized by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy.To improve metallic particles interaction with the PDMS surface, copolymerswere applied using different approaches. Firstly PDMAEMA-b-PDMS-b-PDMAEMAand PDMAEMA-b-PDMS were applied directly to PDMS membrane surface. Thecopolymers ability to stabilize the metallic nanoparticles was assessed through DynamicLight Scattering (DLS) and zeta potential, and directly applied to metal inkformulation.When applied directly to the surface, the copolymers exhibited a low adhesionto PDMS with a rugose surface, not improving the adhesive metal abilities. On the other hand, the DLS and zeta potential results were promising. However, thecopolymers incorporation in ink formulation showed limited PDMS surface adhesion.Direct surface polymerization was performed to show DMAEMA abilities toimprove PDMS surface properties and metal ink adhesion promotion. The contactangle and FTIR analysis proved DMAEMA presence in PDMS surface and a drasticchange in its wettability. Ink jet adhesion tests promoted PDMAEMA metal inkadhesion. Taking together, these results showed a significant role for the hydrophilicgroups in superficial modification. Metal ink formulated with copolymers showed alow ink adhesion ability. These unexpected results suggest that block PDMS is notenough to ink binding to PDMS.The results of direct polymerization showed a high permanent modificationpotential in the PDMS membrane surface.Although the limiting results obtained in the metal ink interaction with PDMSsurface, this work is an important step in soft and stretchable devices development.

Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O poli(ácido láctico) (PLA) é um polímero produzido com recurso a matérias-primas renováveis, sendo também biodegradável. Nos últimos anos, o PLA tem ganho lugar de destaque em algumas aplicações industriais, nomeadamente na indústria da embalagem. Contudo, o PLA é caracterizado por ser rígido e quebradiço à temperatura ambiente, o que não permite que este seja usado mais vastamente. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo central o estudo da plastificação do PLA com recurso à mistura reativa, utilizando diferentes plastificantes: monoéster de álcool ramificado (MONO_ISO), oligómeros de ácido láctico com ligações duplas terminais (OLA_HEMA), e oligómeros de acido láctico funcionalizados com ligações -OH terminais (OLA_ISO e OLA_GL). Todos os plastificantes foram sintetizados no decorrer do trabalho e posteriormente empregues em duas concentrações, 4 e 20% (m/m). Após a mistura reativa, os materiais foram processados por prensagem a quente. A calorimetria diferencial de varrimento (DSC) revelou a diminuição mais significativa na temperatura de transição vítrea (Tg), para os plastificantes do tipo OLA_HEMA, no valor de 20% (m/m). O plastificante OLA_HEMA (2.5K) foi o que mais se destacou, tendo promovido uma redução na Tg de 11 ºC, face ao PLA puro. No entanto, é de salientar que a utilização de qualquer um dos plastificantes levou a uma redução da Tg face ao PLA puro, quando usados na proporção mássica 20% (m/m).Os ensaios de DMTA, por sua vez, revelaram que todos os plastificantes foram efetivos em reduzir o módulo elástico (E’) sendo que aquele que levou a resultados mais expressivos foi o MONO_ISO-4, com uma diminuição de 880 MPa do E’ face ao PLA puro. No entanto, foi o OLA_HEMA (10K)-20 que levou à maior diminuição da Tg, em 8ºC. Os testes de migração mostraram que todas as amostras plastificadas tinham uma perda de massa nula ou negligenciável, com a exceção das misturas PLA/OLA_HEMA (2.5K) e PLA/OLA_HEMA (10K) na proporção de 20% (m/m) de plastificante. Poly (lactic acid) (PLA) is a polymer produced using renewable raw materials, being also biodegradable. In recent years, PLA has gained prominence in some industrial applications, particularly in the packaging industry. However, PLA is characterized by being rigid and brittle at room temperature, which does not allow it to be used more widely. In this sense, the main objective of this work was to study the plasticization of PLA by reactive mixture, using different plasticizers, namely a monoester derived from a branched alcohol (MONO_ISO), lactic acid oligomers with double terminal bonds (OLA_HEMA), and lactic acid oligomers functionalized with terminal -OH groups (OLA_ISO and OLA_GL). All plasticizers were synthesized in the course of the work and then used in two concentrations, 4 and 20% (w /w). After the reactive mixture, the materials were processed by hot pressing.Differential scanning calorimetry (DSC) revealed that the OLA_HEMA plasticizers were the most effective in reducing the Tg, for amounts of 20% (w/w). OLA_HEMA (2.5K) was the one that promoted the highest reduction in the Tg value (ca. 11ºC), in comparison with pure PLA. However, it should be pointed out that the use of any of the plasticizers led to a reduction of Tg in comparison with pure PLA when used in the 20% (w/w).The DMTA data showed that all plasticizers were effective in reducing the elastic modulus (E'), and the one that led to more expressive results was the MONO_ISO-4. MONO_ISO-4 presented a reduction of 880 MPa in the E’ value, when compared with neat PLA. However, it was OLA_HEMA (10K) -20 that led to the greatest decrease in Tg values (ca. 8 ºC). Migration tests revealed that all the plasticized samples had zero or negligible mass loss, with the exception of PLA/OLA_HEMA (2.5K) and PLA/OLA_HEMA (10K) mixtures in the proportion of 20% (w / w) of plasticizer.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais de base dextrano para uma futura aplicação na regeneração do nervo. O trabalho realizado compreendeu três passos: (i) modificação do dextrano com ligações duplas; (ii) preparação de poliésteres-polióis de base ácido láctico (LA) e sua modificação com ligações duplas para obtenção dos reticulantes de base LA; e (iii) preparação das membranas por fotopolimerização. O dextrano foi modificado por reacção dos seus grupos –OH com o metacrilato de 2-isocianoetilo (IEMA) e com o anidrido metacrílico (AM). A estrutura química do dextrano modificado foi avaliada por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier com reflectância total atenuada (FTIR-ATR) e espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão (1H RMN) e os resultados indicam que os materiais foram sintetizados com sucesso. A estabilidade térmica dos dextranos modificados foi avaliada por análise termogravimétrica (TGA), tendo-se verificado que estes são estáveis termicamente até cerca de 280 ºC. A análise de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) revelou que os dextranos modificados são amorfos, tendo sido possível detectar a temperatura de transição vítrea (Tg = 217 ºC) para o dextrano modificado com anidrido metacrílico (Dex-AM). Os reticulantes de base LA foram preparados através da reação das diferentes unidades centrais dos poliésteres-polióis com o AM. As diferentes unidades centrais foram escolhidas de modo a conferir aos materiais diferentes propriedades. A estrutura química dos reticulantes de base LA foi avaliada por FTIR e 1H RMN, tendo-se verificado que estes foram obtidos com sucesso. A TGA relevou que estes materiais são estáveis até temperaturas próximas dos 195 ºC. A DSC mostrou que todos os materiais são amorfos e com a Tg mostraram ser dependentes do tipo de unidade central. As membranas de base dextrano foram obtidas por fotopolimerização dos dextranos modificados na presença dos diferentes reticulantes, usando como fotoiniciador o Irgacure2959®. Como referências, foram preparadas duas membranas contendo somente Dex-IEMA ou Dex-AM. As membranas obtidas foram analisadas por FTIR, tendo-se verificado a ausência das bandas correspondentes à ligação dupla, o que indica que a fotopolimerização foi levada a cabo com sucesso. O FTIR revelou ainda que as membranas de base Dex-AM apresentavam uma banda alargada na zona dos –OH, o que indica a presença de água na sua constituição. Esta água mostrou ter um efeito plastificante nas membranas, uma vez que estas apresentavam Tg muito baixas (entre os 5 ºC e os 36 ºC) quando comparadas com as membranas de Dex-IEMA, que não apresentava esta banda no seu espectro de FTIR. A capacidade de inchaço das membranas foi avaliada em água destilada, tendo-se verificado que, de um modo geral, as membranas de Dex-IEMA tinham capacidades de inchaço inferiores às de Dex-AM. Verificou-se ainda que a introdução dos reticulantes de base LA diminui a capacidade de inchaço das membranas, provavelmente devido à hidrofobicidade dos mesmos. Foi ainda avaliada a perda de massa dos materiais em tampão fosfato (PBS, pH=7,4), a 37 º C, tendo-se observado uma maior perda de massa para as membranas com Dex-AM. A inclusão dos reticulantes de base LA, na formulação das membranas, levou a um aumento da perda de massa das mesmas. Estes resultados indicam que as propriedades das membranas podem ser facilmente ajustadas quer pelo tipo de dextrano modificado usado, quer pelo tipo de reticulante The main goal of this work was the development of dextran based materials for application in nerve regeneration. The work comprised three steps: (i) modification of the dextran with double bonds; (ii) preparation of lactic acid (LA) based polyester polyols and their modification with double bonds to obtain the LA-based crosslinkers; and (iii) preparation of the membranes by photopolymerization. The dextran was modified by reacting the –OH groups with 2-isocyanatoethyl methacrylate (IEMA) and methacrylic anhydride (AM). The chemical structure of the modified dextran was evaluated by attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR) and the results indicate that the materials were successfully synthesized. Thermal stability of the modified dextran was evaluated by thermogravimetric analysis (TGA), and it was found that they are thermally stable until 280 °C. The differential scanning calorimetry (DSC) analysis showed that both the modified dextran are amorphous and it was possible detect the glass transition temperature (Tg = 217 °C) for the dextran modified with methacrylic anhydride (Dex-AM). The LA-based crosslinkers were prepared by reacting different LA based polyester polyols with the AM. Different central units were chosen in order to give different properties to the material. The chemical structure of LA-based crosslinkers was evaluated by FTIR and 1H NMR, and it was found that they were successfully obtained. The TGA revealed that these materials are stable around 195 °C. The DSC showed that all materials are amorphous and the Tg is dependent on the type of central unit. The dextran based membranes were obtained by photopolymerization of modified dextrans in the presence of the different LA crosslinkers, using Irgacure2959® as photoinitiator. As references, two membranes were prepared containing only Dex-IEMA or Dex-AM. The membranes obtained were analyzed by ATR-FTIR, verifying the absence of bands corresponding to double bond, which indicates that photopolymerization was carried out successfully. The ATR-FTIR spectrum of the Dex-AM based membranes also revealed a broad band in the region of the –OH groups, indicating the presence of water. The water had a plasticizing effect on the membranes, since they showed a low Tg (between 5 °C and 36 °C) when compared with the Dex-IEMA membrane, which did not presented this band in its FTIR spectrum. The swelling capacity of the membranes was evaluated in distilled water, and it was found that, in general, the Dex-IEMA membranes had less swelling capacity than the Dex-AM. It was also found that the introduction of LA-based crosslinkers decreases the swelling capacity of the membranes, probably due to their hydrophobic nature. It was also evaluated the weight loss of materials in phosphate buffered saline solution (PBS, pH = 7.4), at 37 °C, and it was observed a higher weight loss for membranes with Dex-AM. The inclusion of LA-based crosslinkers, in the formulation of the membranes, led to an increase in mass loss. These results indicate that the properties of the membranes can be easily adjusted by either type of modified dextran used or the type of crosslinker.

A terapia génica é reconhecida como um dos grandes avanços da medicina, ao permitir o tratamento de doenças a nível genético, mudando o atual paradigma da terapêutica. A terapia génica tem como objetivo a inserção de material genético nas células e tecidos alvo de um indivíduo, de forma a curar doenças do foro genético, como, por exemplo, o cancro. Neste sentido, o desenvolvimento de vetores de entrega de material genético seguros e eficientes surge como o grande desafio para a sua aplicação clínica. Das duas classes de vetores existentes, os de natureza viral são os mais eficientes. No entanto, a sua utilização é potencialmente perigosa, provocando, entre outros danos, reações imunitárias e inflamatórias graves, razão pela qual existe um interesse crescente sobre os vetores não-virais, onde se incluem os de base polimérica. Os vetores não virais oferecem como vantagens a sua segurança e reduzida resposta por parte do sistema imunitário, assim como flexibilidade de construção e facilidade de fabrico. Neste campo, a engenharia de polímeros possibilita a afinação das propriedades químicas e físicas dos polímeros, adaptando-os, de forma a conseguir polímeros com características ótimas para a entrega de material genético. O objetivo deste trabalho foi assim investigar o potencial de um novo sistema de base polimérica para a entrega de material genético, constituído por diferentes combinações entre três polímeros catiónicos: poli(etileno glicol)-bloco-poli[2-(dimetilamino)etil metacrilato] (PEG-b-PDMAEMA), poli[2-(dimetilamino)etil metacrilato] (PDMAEMA) e poli(β-amino éster) (PβAE), sendo ainda de especial relevância o estudo da influência do PEG sobre o sistema. Foram sintetizados três copolímeros de bloco PEG-b-PDMAEMA, com segmentos de PEG com pesos moleculares entre os 400 e os 2000 g.mol-1 e um homopolímero de PDMAEMA. A síntese realizou-se com recurso a técnicas de polimerização radicalar por transferência de átomo (ATRP), o que permitiu obter polímeros com massas molares e dispersividades controladas. Foi sintetizado um quinto polímero, o PβAE, por uma reação de adição de Michael. Por limites temporais, apenas três destes polímeros foram testados in vitro como vetores de entrega de material genético: os dois homopolímeros e o copolímero PEG1000-b-PDMAEMA. x A atividade de transfeção in vitro foi avaliada em células COS-7 através de ensaios de luminescência. Paralelamente, outros parâmetros como a citotoxicidade, o grau de condensação do DNA e o tamanho e a carga superficial das nanopartículas foram também estimados. Os resultados obtidos indicaram que os poliplexos baseados na combinação de polímeros proposta são bons candidatos para a entrega de material genético, devido à sua grande capacidade de transfeção, principalmente quando comparada com o gold standard dos vetores poliméricos, a polietilenimina ramificada (bPEI). De acordo com o presente estudo, a introdução de PEG não teve influência sobre a atividade de transfeção do sistema, já que as variações na quantidade de polímero PEG1000-b-PDMAEMA não se traduziram em alterações significativas na atividade biológica das diferentes formulações. Todas as outras análises efetuadas indicaram que os poliplexos produzidos têm propriedades físico-químicas adequadas à sua aplicação, nomeadamente, carga superficial positiva, diâmetro médio abaixo dos 150 nm e uma excelente condensação do DNA. Palavras-chave: RDRP, ATRP, copolímeros de bloco, polímeros catiónicos, terapia génica.

O principal objetivo deste projeto consiste em desenvolver técnicas de processamento de polímeros e de imobilização de fármacos para a preparação de um novo sistema de libertação controlada de fármaco (SLCF) para posterior aplicação intraocular. Para a síntese de implantes biodegradáveis foram utilizados polímeros como a poli-ε-caprolactona (PCL) e o Lutrol F127, ambos promissores na área da medicina quando aplicados em SLCF. O desenvolvimento de SLCF biodegradáveis tem sido crucial para auxiliar o tratamento da doença do glaucoma (principal causa de cegueira irreversível e deficiência visual em todo o mundo). Como tal, filmes biodegradáveis para SLCF foram desenvolvidos em forma de disco, caracterizados térmica, mecânica, física e morfologicamente, bem como processados com encapsulamento de fármaco para posteriores estudos acerca da sua libertação ao longo de cerca de 20 dias. Os filmes utilizados nos estudos de libertação foram sujeitos a um conjunto de variáveis como diferentes fármacos (acetazolamida ou dorzolamida), diferentes locais onde estes foram colocados durante o estudo, diferentes tipos de filme (tipo 1 ou tipo 2, consoante o seu diâmetro e a sua espessura), utilização (ou não) de um revestimento e reposição (ou não) do meio utilizado a cada leitura. Os resultados destes estudos revelaram que ambos os fármacos mostram um comportamento idêntico ao longo do tempo, que uma menor percentagem de libertação de fármaco se verifica para filmes tipo 2, que a utilização de um revestimento controla de certa forma a libertação do fármaco e que, por fim, a colocação dos filmes no shaker aliada à reposição do meio revelam-se como sendo os procedimentos mais adequados para desenvolver os estudos, devido a uma maior proximidade com as características do corpo humano.