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Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2017 Progestógenos possuem diversas aplicações na saúde humana e animal, especialmente em protocolos de Inseminação Artificial em Tempo Fixo (IATF). A progesterona (P4) apresenta vantagens em relação a progestinas, no entanto possui baixa biodisponibilidade quando administrada por via oral e é um composto hidrofóbico de difícil solubilização em formulações injetáveis. Por isso, este trabalho tem por objetivo obter, caracterizar e avaliar a incorporação de progesterona em nanopartículas poliméricas (PMMA e P(MMA-co-AA)), microemulsão à base de tensoativos não iônicos e nanopartículas lipídicas sólidas, a fim de auxiliar na administração e liberação sustentada deste composto. Inicialmente, foi validado um método espectrofotométrico UV para quantificação de P4 em nanopartículas poliméricas. Os ensaios demonstraram que o método é seletivo, preciso, exato e robusto o suficiente para a determinação de P4 em partículas de PMMA. Em seguida foi realizada análise da síntese e caracterização de nanopartículas poliméricas, as quais foram obtidas por meio de reações de polimerização em miniemulsão de metacrilado de metila (MMA). As partículas apresentaram morfologias de nanoesferas e nanocápsulas, com diâmetros médios entre 150-300 nm. Foi possível incorporar até 20 mgP4.glátex-1 mantendo estabilidade e eficiência de encapsulação acima de 60%. Nos testes de liberação in vitro com nanoesferas, aproximadamente 20% do fármaco foi instantaneamente solubilizado no meio, possivelmente por estar adsorvido na camada superficial das partículas. Enquanto em nanocápsulas, apenas 2% foi liberado instantaneamente. Apesar do perfil semelhante de liberação, os ensaios demonstraram que nanocápsulas apresentam maior potencial de retenção do fármaco. O segundo sistema polimérico avaliado foi partículas de P(MMA-co-AA) sensíveis ao pH, as quais foram sintetizadas por meio da copolimerização de MMA e ácido acrílico (AA) em miniemulsão. As partículas apresentaram tamanhos entre 200-300 nm quando em pH < 4,25. Verificou-se que 54% das cargas ácidas decorrentes da ionização do P(MMA-co-AA) encontram-se na superfície das partículas. A eficiência de encapsulação para amostras com 20 mgP4.gLátex-1 ficou em aproximadamente 60%. A liberação in vitro ocorreu de forma mais rápida em pH 6 e 8 se comparado ao pH 3, devido à ionização dos grupos carboxílicos e inchamento das partículas. A ocorrência de intumescimento no processo de liberação foi confirmada com a aplicação do modelo de Weibull, cujos coeficientes obtidos estão correlacionados com mecanismo de transporte combinado (intumescimento/difusão). A próxima etapa envolveu a obtenção e caracterização de microemulsão com potencial para entrega de P4. A microemulsão foi preparada com polisorbato 80/1-butanol e triglicerídeos de ácido cáprico/caprílico (Crodamol GTCC®) como fase oleosa. Por meio do diagrama de fase foram identificadas as proporções entre os componentes que formaram microemulsão. Foram selecionadas duas formulações para testes com progesterona, as quais contêm 45% e 10% de água na composição e permitiram incorporar 24,7 e 52,5 mgP4.gME-1, respectivamente. As microemulsões apresentaram pH neutro, gotas com tamanho inferior a 30 nm, comportamento Newtoniano e baixa viscosidade (< 44,6 mPa.s). Sob esses aspectos, apresentaram estabilidade e potencial para uso na liberação de P4. Nos testes de permeação em célula de difusão, a liberação de P4 incorporada em microemulsão foi mais lenta se comparada ao controle (P4 solubilizada em Crodamol). A liberação na amostra de Crodamol foi controlada pela erosão, enquanto para microemulsão ocorreram mecanismos combinados (difusão e erosão). O quarto sistema avaliado foi nanopartículas lipídicas sólidas (NLS), preparadas pelo método de emulsificação-ultrassom a partir de lipídeos sólidos (ácido láurico, ácido esteárico e monoestearato de glicerila - MEG) e líquido (Crodamol GTCC®). As formulações que apresentaram melhor estabilidade e potencial para incorporação de fármaco foram ácido esteárico/Crodamol e MEG/Crodamol, ambas com teores lipídicos de 1 e 2,5%. Essas formulações apresentaram tamanho de partícula entre 140 360 nm. O limite de incorporação de P4 na mistura lipídica ficou entre 0,5 1,0 gP4.gLipídeo-1. As eficiências de encapsulação ficaram acima de 93%. As análises de FTIR indicaram que a formulação MEG/Crodamol pode favorecer a solubilização de P4 nas partículas se comparadas ao sistema ácido esteárico/Crodamol. Mudanças no tipo de lipídeo e relação P4/lipídeos produziram diferentes perfis de permeação em célula de difusão. Formulações com MEG/Crodamol e menor relação P4/lipídeo apresentaram perfis de liberação mais lentos. Neste caso, os coeficientes obtidos com a aplicação do modelo de Weibull foram correlacionados com mecanismo difusional de Fick. Abstract: Progestogens have diverse applications in human and animal health, especially in fixed-time artificial insemination protocols (FTAI). Progesterone (P4) has advantages over progestins, however has low bioavailability when administered orally and is a hydrophobic compound of difficult solubilization in injectable formulations. Therefore, the aim of this work is to obtain, characterize and evaluate the incorporation of progesterone in polymeric nanoparticles (PMMA and P(MMA-co-AA)), microemulsion based on nonionic surfactants and solid lipid nanoparticles, in order to assist in the administration and sustained release of this compound. Initially, a UV spectrophotometric method was validated for P4 quantification in polymer nanoparticles. Assays demonstrated that the method is selective, precise, accurate and robust enough for P4 determination in PMMA particles. Then, was performed analysis of the synthesis and characterization of polymer nanoparticles, which were obtained by miniemulsion polymerization reactions of methyl methacrylate (MMA). Particles presented morphologies of nanospheres and nanocapsules, with average diameters between 150-300 nm. Was possible to incorporate up to 20 mgP4.glatex-1 maintaining stability and encapsulation efficiency above 60%. In the in vitro release tests with nanospheres, approximately 20% drug was instantly solubilized, possibly because was adsorbed on the surface layer of the particles. While in nanocapsules, only 2% was released instantaneously. Although the similar release profile, the assays demonstrated that nanocapsules have greater potential for drug retention. The second polymer system evaluated was pH-sensitive P(MMA-co-AA) particles, which were synthesized by the copolymerization of MMA and acrylic acid (AA) in miniemulsion. Particles had sizes between 200-300 nm when at pH < 4.25. Was verified that 54% of the acidic charges resulting from the ionization of P(MMA- co-AA) are on the particles surface. Encapsulation efficiency for samples with 20 mgP4.glatex-1 was approximately 60%. The in vitro release occurred more rapidly at pH 6 and 8 when compared to pH 3, due to the ionization of the carboxylic groups and swelling of the particles. Occurrence of swelling in the release process was confirmed with the application of the Weibull model, whose coefficients obtained are correlated with combined transport mechanisms (swelling/diffusion). Next step involved the obtaining and characterization of microemulsion with potential for P4 delivery. Microemulsion was prepared with polysorbate 80/1-butanol as surfactants and caprylic/caprylic acid triglycerides (Crodamol GTCC®) as the oil phase. By means of the phase diagram was identified the proportions between the components which formed microemulsion. Two formulations for progesterone tests were selected, which contain 45% and 10% water in the composition and allowed to incorporate 24.7 and 52.5 mgP4.gME-1, respectively. Microemulsions presented neutral pH, droplets smaller than 30 nm, Newtonian behavior and low viscosity (< 44,6 mPa.s). Under these aspects, they presented stability and potential for use in the P4 release. In the permeation tests in diffusion cell, the P4 release incorporated in microemulsion was slower when compared to the control (P4 solubilized in Crodamol). Release in the Crodamol sample was controlled by erosion, while for microemulsion combined mechanisms (diffusion and erosion) occur. The fourth system evaluated was solid lipid nanoparticles (NLS), prepared by the emulsification- ultrasound method from solid lipids (lauric acid, stearic acid, monostearate glyceryl - MEG) and liquid (Crodamol GTCC®). Formulations that showed the best stability and potential for drug incorporation were stearic acid/Crodamol and MEG/Crodamol, both with lipid contents of 1 and 2.5%. These formulations had a particle size between 140-360 nm. The limit of P4 incorporation into the lipid mixture was between 0.5-1.0 gP4.gLipid-1. Encapsulation efficiencies were above 93%. FTIR analyzes indicated that the MEG/Crodamol formulation may favor P4 solubilization in the particles compared to the stearic acid/Crodamol system. Changes in lipid type and P4/lipid ratio produced different permeation profiles in diffusion cell. Formulations with MEG/Crodamol and lower P4/lipid ratio had slower release profiles. In this case, coefficients obtained with the application of the Weibull model were correlated with Fick's diffusion mechanism

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2011 Uma parcela considerável da população no Brasil utiliza sistemas descentralizados de tratamento de esgoto. O lodo produzido nesses sistemas possui grande carga de microrganismos patogênicos e precisa ser gerenciado de forma adequada. O tratamento descentralizado de lodo pode ser uma alternativa eficiente e acessível a toda população, contribuindo na melhoria das condições de saneamento. A desinfecção do lodo fornece um produto mais seguro para o manuseio, reciclagem agrícola ou mesmo para tratamentos de estabilização posteriores. Este trabalho tem como objetivo avaliar um reator de desinfecção térmica de lodo, utilizando energia solar. O experimento está instalado na cidade de Florianópolis/SC. O processo ocorre em batelada. O lodo é aquecido através de um trocador de calor, construído com tubos de cobre e instalado dentro do reator, onde circula água aquecida em coletores solares planos. Foram realizados 20 ensaios experimentais ao longo de dezembro/2009 e julho/2010. O volume de lodo tratado foi fixado em 200 L e o tempo de tratamento em 8 h, sempre com início às 09h00min e término às 17h00min, a fim de se verificar as influências meteorológicas no processo. Amostras de lodo foram coletadas durante o tratamento para análises microbiológicas. Os principais indicadores do tratamento foram Escherichia coli e coliformes totais, além da temperatura do lodo. O processo mostrou-se eficiente para ensaios realizados com irradiação solar média do período acima de 500 W.h.m-2, onde a eliminação microbiana foi considerável e evitou reaparecimento microbiano na maioria das amostras. Nesses ensaios a temperatura do lodo ficou acima de 53oC por pelo menos três horas. Os ensaios realizados em dias com menores índices de radiação solar ficaram comprometidos pelas baixas temperaturas. Paralelamente aos ensaios no reator, os parâmetros cinéticos da inativação térmica da E. coli foram determinados em laboratório pelo método do frasco de três bocas. O valor encontrado para energia de inativação (Ed) foi 2,48 x 105 J.mol-1, o tempo de redução decimal (DT) à 55oC foi de 3,61±0,14 min e o coeficiente térmico (z) 8,3oC. Com base nesses parâmetros, a inativação térmica no reator foi avaliada através do modelo cinético de primeira ordem em condições não isotérmicas, e os resultados comparados com os valores experimentais. O modelo mostrou-se satisfatório na predição dos dados A considerable portion of the population in Brazil use decentralized sewage treatment systems. The sludge produced in these systems have a high load of pathogenic microorganisms and must be managed properly. The decentralized treatment of the sludge can be an effective alternative and is accessible to all people, contributing to improved sanitation conditions. The disinfection of the sludge provides a safer product for handling, agricultural recycling or for later stabilization treatment. The aim of this study is to evaluate a thermal disinfection reactor for sludge, using solar energy. The experiment is installed in the city of Florianopolis /SC. The process occurs in batches. The sludge is heated through a heat exchanger built with copper pipes and installed inside the reactor, where water heated in flat plate solar collectors circulates. Twenty experimental tests were performed during the period from December/2009 to July/2010. The volume of treated sludge was fixed at 200 L and a treatment time of 8 hours, always starting at 09:00am and ending at 5:00pm, in order to verify the meteorological influences on the process. Sludge samples were collected during treatment for microbiological analysis. The principal treatment indicators were Escherichia coli and total coliforms, as well as the temperature of the sludge. The process proved effective in tests with an average solar irradiation period of 500 W.h.m-2, where microbial elimination was considerable, preventing regrowth after 24 hours in most of the samples. In these tests the temperature of the sludge stayed above 53°C for at least three hours. Tests conducted on days with lower levels of solar irradiation were compromised by the low temperatures. Parallel to the tests in the reactor, the E. coli kinetic parameters of thermal inactivation were determined in a laboratory using the three-neck flask method. The inactivation energy (Ed) value found was 2.48 x 105 J.mol-1, the decimal reduction time (DT) at 55°C was 3.61±0.14 min and the thermal coefficient (z) was 8.3°C. Based on these parameters, the thermal inactivation in the reactor was evaluated using the first order kinetic model in non isothermal conditions, and the results compared with experimental values. The model proved satisfactory in the prediction of the data.