Fábio Herbst Florenzano.

A emergência de novas doenças infecciosas, como a COVID-19, relembra e reforça a necessidade de se controlar e combater microrganismos patogênicos. Ao lado de vacinas e fármacos, materiais poliméricos antimicrobianos podem desempenhar um papel importante nessa área. Com a escolha e combinação de unidades repetitivas apropriadas, já foi demonstrado que o material polimérico pode ter ação antimicrobiana intrínseca e direta (por contato) contra bactérias, vírus e outros patógenos; inclusive para uso in vivo. Mais do que isso, polímeros podem gerar artefatos com capacidade antimicrobiana, como máscaras e superfícies recobertas, que auxiliem no controle de contaminações em diversos contextos, tanto no ambiente hospitalar como no dia-a-dia da população. Em geral, conforme já amplamente demonstrado, polímeros catiônicos tendem a apresentar ação antibacteriana e os aniônicos antiviral. Mas, para além disso, a combinação das unidades repetitivas, tanto em relação à natureza de cada uma quanto à forma com que se apresentam na cadeia polimérica, pode otimizar a atividade antimicrobiana e também emprestar ao material outras propriedades como a adesão a superfícies de diversos tipos, propriedades mecânicas para geração fibras e tecidos, solubilidade ou insolubilidade no meio desejado, agregação, entre muitas outras, o que alarga em muito o horizonte de aplicações desses polímeros. Nesse sentido, propõe-se aqui o uso da técnica de polimerização conhecida como RAFT para se gerar materiais poliméricos orientados para essa aplicação e com variações sistemáticas na composição, na massa molar média, na arquitetura de copolímeros, etc., para se buscar as relações entre essas caraterísticas e as atividades antibacteriana e antiviral, que serão determinadas por testes padronizados. Nesse processo, materiais com atividade antibacteriana e/ou antiviral maximizada podem também ser obtidos. Serão usados monômeros comercialmente disponíveis, alguns que já demonstraram gerar polímeros antimicrobianos, evitando-se assim a síntese de substâncias complexas de baixa massa molar, uma estratégia que seria mais complexa e com maior custo. O domínio e uso de uma técnica como a RAFT é fundamental neste tipo de abordagem por permitir o planejamento e obtenção de materiais com arquitetura específica, como copolímeros em bloco, e, sobretudo, que apresentem boa homogeneidade tanto de massa molar como de composição, no caso de copolímeros, permitindo assim o isolamento do efeito de uma característica particular na atividade estudada. Pretende-se, ao final do projeto, ter-se gerado conhecimento capaz de facilitar o processo de obtenção de materiais poliméricos com atividade antimicrobiana otimizada a partir da elucidação da influência de determinadas características do material na sua atividade, além de conhecimento básico sobre o mecanismo de ação envolvido.

O projeto tem por desafio criar novos sistemas dispersantes de petróleo e hidrocarbonetos em geral para a remediação de vazamentos desses materais no mar. A abordagem usada pé de se construir materiais nnanoparticulados do tipo core-casca com potencial de absorção de petróleo. O projeto faz parte do Gulf of Mexico Research Initiative (https://gulfresearchinitiative.org/), que é parte das obrigações da British Petroleum (BP) para reparação do acidente com a plataforma Deep Horizon,

Copolímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico dada a possibilidade de combinação (e sinergia) de propriedades entre as diferentes unidades repetitivas. Explorar novas arquiteturas e composições desses materiais é um desafio sintético que tem sido alcançado com o advento de técnicas de polimerização como a RAFT, uma variante das chamadas polimerizações por desativação reversível de radicais (RDRP, do inglês). Mesmo com essas ferramentas, algumas arquiteturas são ainda difíceis de serem obtidas. Aqui propõe-se a síntese de copolímeros de estireno e acrilato de terc-butila na forma de um gradiente composicional variável, com excesso do segundo nas extremidades da cadeia. Isso será possibilitado pelo uso da técnica de caracterização em tempo real ACOMP que gerará dados para um sistema controlador do fluxo de monômeros em regime de semibatelada. Esse sistema foi desenvolvido pelo anfitrião deste projeto, Prof. Dr. Wayne F. Reed da Tulane University, e é sem precedentes na atualidade, sendo talvez a única forma capaz de se obter um copolímero em gradiente com essas características. A ACOMP provê dados de composição instantâneos que são comparados com uma trajetória composicional previamente definida. Por meio de um algoritmo de controle, a composição instantânea é forçada a se aproximar da planejada por meio do controle de fluxo dos monômeros. Os materiais preparados serão caracterizados por numerosas técnicas, entre as quais, GPC, FTIR, RMN e outras e serão submetidos à hidrólise para a geração de copolímeros anfifílicos que terão suas propriedades de agregação em solução aquosa estudadas por espalhamento de luz estático e dinâmico.

Os polímeros anfipáticos formam agregados em solução de forma análoga aos surfactantes de baixa
massa molar, porém, apresentam características muito diversas daqueles e podem gerar agregados
que são dependentes, por exemplo, da massa molar média, da distribuição das massas molares e da
composição (caso de copolímeros), além do próprio método de preparação. Alguns polímeros também
mudam suas propriedades agregativas a partir de estímulos externos como mudanças no pH ou
temperatura. Propõe-se aqui a síntese sistemática de copolímeros anfipáticos usando-se técnicas de
polimerização via radical controlada e a subsequente determinação das características dos agregados
Página 1 de 6formados pelo material em meio aquoso, buscando-se relações que possam otimizar a obtenção de
sistemas coloidais a partir do planejamento sintético de unímeros poliméricos. Serão usados diversos
tipos de monômeros, em particular (met)acrílicos, estirênicos e vinílicos, alguns dos quais levam a
polímeros que respondem ao pH e à temperatura, em um passo na direção da produção de materiais
que realizam tarefas a partir de um estímulo externo (smart devices). A técnica sintética de escolha
será a Transferência Reversível de Cadeia por Adição-Fragmentação (RAFT, acrônimo em Inglês) que
permite a obtenção de materiais com baixos índices de polidispersão, homogeneidade no nível
molecular entre as cadeias e que facilita sobremaneira a obtenção de arquiteturas avançadas como
diblocos e outras. Em particular serão estudados o tamanho e a morfologia dos agregados em solução,
usando-se para isso o Espalhamento de Luz Dinâmico e Estático, mas também serão determinadas
propriedades como viscosidade das soluções, efeito de íons e da temperatura, potencial elétrico de
superfície, entre outras. Pretende-se ao final do desenvolvimento do projeto avançar na obtenção de
relações gerais entre a estrutura dos materiais poliméricos e seu comportamento em solução,
facilitando a obtenção planejada de materiais para sistemas coloidais com propriedades pré-
estabelecidas.

Usando micelas e vesículas como modelos devemos focalizar perguntas que representam novas fronteiras no estudo de propriedades interfaciais usando metodologias com as quais vimos contribuindo há décadas e implantando novas técnicas em colaboração com pesquisadores do Brasil e do exterior. Podem-se desenhar surfactantes que se associem, formem vesículas, catalisem e sejam capazes de se auto-reproduzir e catalizar? Qual é o papel da bicamada lipídica na assimetria e nas propriedades seletivas de adsorção de íons ou sobre as propriedades eletrostáticas totais das membranas? Como pode esta seletividade de ligação de íons influenciar as interações membrana / peptídeo? Como se distribuem os íons no interior de vesículas? Qual o mecanismo de associação do íon triflato em micelas zwitteriônicas e positivas com tamanhos variáveis de cadeia? Como utilizar a reação de dediazonização de derivados diazobenzênicos substituídos para investigar escalas de nucleofilicidade relevantes para sistemas biológicos e determinar idealidade em misturas de solventes? Quais as propriedades de agregação, catálise e interação com vesículas de polímeros catiônicos sintéticos?. Como se comporta a paroxonase humana e a asparaginase quando interage com membranas? Qual o mecanismo de interação de BP100, um undecapeptídeo semissintético, com membranas? Podem-se incorporar eficientemente novos compostos imidazólicos e antiinflamatórios em lipossomos? As respostas a estas perguntas, que fazem parte de uma linha de pensamento do nosso grupo, devem trazer contribuições fundamentais e aplicadas na área de sistemas biomiméticos.

Projeto aprovado no edital PNPD (EDITAL MEC/CAPES Nº 001/2010 - MEC/CAPES e MCT/CNPq/FINEP), no valor total de R$258.000,00, entre bolsas e custeio.
O projeto propõe sintetizar novos (co)polímeros por meio de técnicas de polimerização radicalar controlada, em especial a variante RAFT e estudar suas propriedades reológicas e em solução, buscando criar relações confiáveis entre a estrutura e as propriedades do material, em especial aquelas com potencial de aplicação tecnológica.

Neste projeto a técnica RAFT será intensiva usada para gerar copolímeros anfipáticos a partir dos mais diversos monômeros, entre eles o metacrilato de metila, o metacrilato de N-dimetilaminoetila (DMAEMA, a isopropilacrilamida (NIPAM) entre outros, para o estudo das propriedades em solução aquosa tais como a LCST, cmc, raio das partícula, etc. Os parâmetros estruturais serão sistematicamente modificados para gerar um amplo conjunto de dados de estrutura x atividade que permitam chegar a relações utilizáveis entre estrutura e comportamento em solução, pelo menos para os parâmetros estudados. Com isso se espera melhorar a capacidade de previsão das propriedades dos copolímeros em solução a partir de sua estrutura, aumentando a possibilidade de se criar novos materiais "sob-medida" para aplicações específicas como transporte de fármacos, descontaminação de efluentes, entre muitas outras.

O projeto tem por objetivo produzir uma ampla gama de produtos poliméricos sob medida, usando, em especial, a variante RAFT de Polimerização Radicalar Controlada. Após caracterização, serão estudadas as propriedades dos materiais para elucidação das relações existentes entre estrutura (massa mola média, polidispersidade, proporcionalidade entre os monômeros, arquitetura, etc.) e as propriedades (capacidade de agregação, resposta ao pH, resposta à temperatura, incorporação de substâncias relativamente hidrofóbicas, entre outras). Paralelamente a esse objetivo principal, será realizada prospecção de materiais com aplicação potencial em diversas áreas científicas e tecnológicas

Este projeto busca a criação de relações empíricas ou semi-empíricas que regem as propriedades de polímeros em solução, tais como auto-agregação, incorporação de substâncias relativamente hidrofóbicas, entre outras e sua estrutura molecular: massa molar média, proporcionalidade entre os blocos, polidispersidade, arquitetura, etc.

Pesquisa fundamental e aplicada em sistemas biomiméticos, usando micelas e vesículas como modelos, é o foco da nossa linha. Estudamos estrutura de agregados, propriedades catalíticas de miceIas e vesículas, mecanismo de reações químicas e interação proteína/membrana. Destas contribuições, destacamos (Revista, ano, citações): vesículas preparadas com diester de fosfato (BBRC, 1978, 98); tiólise em miceIas (JOC, 1978, 19); método de analise quantitativo de cinética em miceIas e vesículas (JPC, 1979, 349); pH em interfaces (JPC, 1980, 84); pK aparente em membranas (BBA, 1984, 67) atividade de água em micelas reversas(JPC, 1986, 63); proteína desacopIadora mitocondrial em plantas (Nature, 1995, 133); água na interface micelas (Langmuir, 2000, 61). Neste projeto utilizaremos vários métodos, em especial captura química. para pesquisar ligação de íons a micelas e vesículas, pois este parâmetro determina estrutura e função destes agregados. A ligação de íons em micelas zwitteriônicas, e de íons pouco reativos em miceIas, o grau de dissociação interno e externo de vesículas, mecanismo de micelização de detergentes carregados e de misturas com zwitteriônicos constituem os temas deste capítulo. Novas propriedades estruturais, reológicas e funcionais de micelas serão estudadas com derivados de triflato de alquiltrimetilamônio e polímeros anfipáticos. Reações químicas (hidrólise de fosfatos e tiólise) e uma nova escala de nucleofilicidade (usando reações de fenildiazônio) serão exploradas.. O estudo da oximóIise de triésteres de fosfato será analisada visando a obtenção de novos sistemas de tratamento de pele contaminada por inseticidas e armas químicas. A interação de peptídeos com bicamadas será investigada usando cinéticas de vazamento de Iipossomos e calorimetria. A modificação da atividade enzimática por interação com detergentes e outros anfifílicos será investigada usando proteases e fosfatases como modelo.

O projeto busca usar ferramentas sintéticas (CRP) e analíticas (espalhamento de luz) para obtenção de novos polímeros do tipo dibloco.
De posse de materiais poliméricos específicos e finamente caracterizados, as relaçoes entre as propriedades em solução e a arquitetura das moléculas poderão ser elucidadas.

Este projeto busca a criação de sistemas semi-quantitativos que determinem prontamente a atividade de enzimas, de interesse diagnóstico, no plasma.

Neste projeto, em parceria com a empresa ISP, usou-se o sistema hoje comnhecido como ACOMP para monitorar a quaternização de Polivinilpirrolidinona, um insumo usado em cosméticos. Várias condições foram testadas para estudar seus efeitos e otimizar a obtenção do insumo.