Insumos Nanotecnológicos Para Aplicação Veterinária

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMATICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QMC5515 – Estágio Supervisionado

RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO DESENVOLVIDO EM NANOSCOPING – SOLUÇÕES EM NANOTECNOLOGIA LTDA. EM

FLORIANÓPOLIS SANTA CATARINA

KAUANE PAVAN

MARIA BEATRIZ DA ROCHA VELEIRINHO

Florianópolis Novembro/2019

2 Kauane Pavan

INSUMOS NANOTECNOLÓGICOS PARA APLICAÇÃO VETERINÁRIA

Projeto de Estágio Supervisionado (QMC 5515) apresentado ao Departamento de Química da

Universidade Federal de Santa Catarina desenvolvido em NanoScoping em Florianópolis

supervisionado por Maria Beatriz da Rocha Veleirinho.

Florianópolis Novembro/2019

3 SUMÁRIO

1. JUSTIFICATIVA...09

2. APRESENTAÇÃO DO LOCAL DE ESTÁGIO...10

3. REVISÃO DA LITERATURA REFERENTE AO TRABALHO DESENVOLVIDO...11

3.1 Nanotecnologia...11

3.2 Nanopartículas...11

3.2.1 Classificação de Nanopartículas...11

3.2.2 Metodologias de Nanoencapsulamento...13

3.3 Nanotecnologia para Aplicação Veterinária...14

3.4 Nanotecnologia para Nutrição Animal...15

3.5 Tamanho Médio de Partícula...18

4. OBJETIVOS...20

4.1 Objetivo Geral...20

4.2 Objetivos Específicos...20

5. METODOLOGIA DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ESTAGIO SUPERVISIONADO...21

5.1 Materiais e Reagentes...21

5.2 Equipamentos...21

5.3 Organização do Espaço de Trabalho...21

5.4 Controle de Qualidade de Matérias-Primas...21

5.5 Linha de Produção...22

5.6 Controle de Qualidade de Produtos...22

5.6.1 Testes Organolépticos...22

5.6.2 Densidade...22

4

5.6.4 Tamanho Médio de Partícula...23

5.7 Estudo de Estabilidade...23

5.8 Pesquisa e Desenvolvimento de Novos Produtos...23

5.9 Segurança no Trabalho...24

6.DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS NO ESTÁGIO...25

6.1 Controle de Qualidade de Matérias-Primas...25

6.2 Produção...26

6.3 Controle de Qualidade de Produtos...27

6.3.1 Densidade...28

6.3.2 Potencial Hidrogeniônico...29

6.4 Pesquisa e Desenvolvimento de Novos Produtos...30

6.5 Perspectivas...33

7.CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS...34

8. CONTRIBUIÇÃO DO ESTÁGIO À FORMAÇÃO PROFISSIONAL...35

9. REFERÊNCIAS...36

5 LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Tipos de nanosistemas utilizados para melhorar propriedades de compostos ativos...12 Figura 2. Metodologias usuais para a produção de nanoestruturas...13 Figura 3. Representação do ativo lipofílico em meio aquoso (A) e o ativo nanoencapsulado em meio aquoso (B)...15 Figura 4. Exemplos de compostos da classe carotenoides ...16 Figura 5. Exemplo de um gráfico de distribuição de tamanho obtido no equipamento ZetaSizer...18 Figura 6. Modelo de uma ficha de controle de qualidade de matéria-prima...26 Figura 7. Determinação de densidade relativa com a pesagem de um picnômetro com amostra...28 Figura 8. Medição do potencial hidrogeniônico com um pHmetro...30 Figura 9. Representação da diferença da curcumina livre (A) e nanoencapsulada (B) em meio aquoso...32

6 LISTA DE EQUAÇÕES E TABELAS

Equação 1. Equação de Einstein–Stokes para a difusão de partículas esféricas

através de um líquido...18

Equação 2. Representação da definição da densidade relativa...28

Equação 3. Cálculo de densidade absoluta de uma amostra...29

7 LISTA DE ABREVIATURAS

ANVISA - Agência Nacional de Vigilância Sanitária; Bottom-up - De Baixo Para Cima;

CELTA - Centro Empresarial para Laboração de Tecnologias Avançadas; DLS - Espalhamento de Luz Dinâmico

EPIs - Equipamentos De Proteção Individual;

FEESC - Fundação de Ensino e Engenharia de Santa Catarina; H+ _{- Íons Hidrogênio;}

ICH - International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use;

P&D - Pesquisa E Desenvolvimento; pH - Potencial Hidrogeniônico;

POPs - Procedimentos Operacionais Padrão Top-down - De Cima Para Baixo;

8 RESUMO

A nanotecnologia estuda e desenvolve materiais de diversos tipos, como orgânicos e inorgânicos, em uma escala que abrange partículas de 1 a 1000 nm, chamada escala nanométrica. Novas propriedades podem ser observadas em nanopartículas devido a seu tamanho reduzido e sua maior área superficial. Atualmente uma das aplicações mais comuns da nanotecnologia é o nanoencapsulamento, que pode conferir proteção e liberação diferenciada para ativos farmacológicos, nutricionais ou cosméticos. A empresa NanoScoping trabalha com o desenvolvimento de insumos biotecnológicos nanoencapsulados de origem natural para o setor veterinário, com foco na área dermocosmética e nutricional. Neste relatório constam as experiências no estágio curricular obrigatório realizado pela aluna Kauane Pavan na NanoScoping, no período de julho a novembro de 2019. Foram desenvolvidas atividades gerais com o intuito de adquirir conhecimento sobre o funcionamento de vários setores da empresa, como pesquisa e levantamento de mercado, testes de formulações no laboratório e revisão de documentos técnicos. O estágio foi muito importante para agregar experiência e conhecimento de uma nova área de aplicação da química para a aluna, e também serviu como sua apresentação ao mercado de trabalho.

Palavras-chave: Nanotecnologia. Veterinária. Insumos. Nanopartículas.

9 1. JUSTIFICATIVA

A nanotecnologia é uma das áreas de pesquisa que mais crescem atualmente, tanto em nível mundial quanto nacional, pois possibilita o nascimento de novas tecnologias e a melhoria de outras já bem consolidadas. Diversas propriedades químicas e físicas de materiais dependem e variam de acordo com a escala em que se encontram. Na nanoescala observam-se propriedades que não são observadas quando em tamanho micro ou macroscópico. Por exemplo, a tolerância à temperatura, a variedade de cores e alterações da reatividade química. Isso se deve ao tamanho muito reduzido das partículas, o que confere maior área superficial ao material em questão. Essas novas propriedades podem conferir benefícios tecnológicos a matérias-primas. Dessa forma, a nanotecnologia pode ser aplicada em diversas áreas como química, física, eletrônica, biomedicina e engenharia de materiais.

A NanoScoping - Soluções em Nanotecnologia é uma microempresa que desenvolve formulações tecnológicas a base de água e matérias-primas naturais para agregar um viés verde ao produto, que acarreta na menor geração de resíduos químicos tóxicos. A empresa desenvolve insumos com ativos nanoencapsulados e atua no setor veterinário e de agroindústria, com foco em produtos dermocosméticos de uso veterinário e nutrição animal. Além disso, a NanoScoping faz projetos de P&D específicos para outras empresas que solicitem aplicação de nanotecnologia em novos compostos ativos.

No estágio obrigatório atuei em diversos setores, o que permitiu adquirir conhecimento do funcionamento da empresa de forma versátil e ampla. Participei da produção dos insumos dermocosméticos já lançados no mercado, no controle de qualidade de matérias-primas e produtos e estudo de estabilidade. Fiz projetos de pesquisa e testes de bancada sobre novos insumos na área de nutrição animal, revisão de fichas técnicas a partir de pesquisa de literatura e farmacopeias, edição de Procedimentos Operacionais Padrão (POPs), organização do almoxarifado e registro e controle de temperatura e umidade do laboratório e almoxarifado.

10 2. APRESENTAÇÃO DO LOCAL DE ESTÁGIO

A NanoScoping é uma empresa de inovação com enfoque na nanotecnologia, que teve seu início em 2014 como uma startup desenvolvida na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e atualmente está localizada no Centro Empresarial para Laboração de Tecnologias Avançadas (CELTA), no Parque Tecnológico Alfa, em Florianópolis, Santa Catarina1_.

Um dos grandes diferenciais da NanoScoping é a busca por inovação, seguindo o rigor científico, e uma equipe qualificada em sua área de aplicação com mais de 15 anos de experiência em nanotecnologia. Possui parceria com a UFSC através de contrato elaborado via Fundação de Ensino e Engenharia de Santa Catarina (FEESC), que confere acesso a equipamentos e análises que geram melhores informações sobre a tecnologia desenvolvida.

A empresa desenvolve produtos e projetos exclusivamente para os setores veterinários e de agroindústria. Os produtos da empresa são insumos tecnológicos que possuem ativos biodegradáveis e biocompatíveis com propriedades melhoradas devido a seu nanoencapsulamento, vindo a beneficiar os produtos finais dos clientes. O nanoencapsulamento de compostos ativos é um método vantajoso pois pode conferir liberação prolongada, maior estabilidade e eficácia, melhor aderência do ativo ao pelo do animal, proteção contra degradação, aumento de biodisponibilidade e absorção no sistema biológico. Isso se deve ao fato de que o ativo está localizado no interior de uma nanocápsula que diminui o contato do ativo com o meio externo.

Os insumos são naturais, têm veículo aquoso e podem ser adicionados a um produto final, podendo ser um dermocosmético ou produto de higiene animal, com intuito de obter-se um produto mais tecnológico do que um produto comercial tradicional. Dessa forma, a empresa visa criar os melhores produtos que um consumidor pode encontrar em farmácias de manipulação veterinária, com foco na utilização de tecnologia verde para reduzir possíveis danos aos animais que utilizem os produtos e à natureza.

11 3. REVISÃO DA LITERATURA REFERENTE AO TRABALHO DESENVOLVIDO

3.1 Nanotecnologia

Considera-se como nanotecnologia a produção, design e caracterização de estruturas e sistemas que tenham seu tamanho em escala nanométrica. Essa escala abrange sistemas com tamanho de 1 a 1000 nm, porém trabalha-se especialmente com tamanhos até 500 nm. Essa é a faixa em que melhor se observam as propriedades diferenciadas dos materiais, como condutividade elétrica, reatividade química, variações na coloração e resistência à temperatura. A nanotecnologia contribui de forma positiva à sociedade, trazendo o beneficiamento de materiais já utilizados ou até mesmo o desenvolvimento de novos produtos nos mais diferentes setores, como eletrônica, têxtil, farmacêutica, química e biomedicina2,3_.

3.2 Nanopartículas

Um tamanho reduzido e maior área superficial confere às nanopartículas e nanosistemas características diferentes das que a mesma massa do mesmo material apresenta em escalas maiores. Conforme a razão área superficial por massa de um material aumenta, uma maior quantidade de material pode entrar em contato com o meio, podendo afetar a reatividade química por exemplo. Caso o efeito desejado seja a proteção de um composto ativo, pode ser realizado processo de nanoencapsulamento. Neste caso a área superficial de contato do ativo diminui, pois é gerada uma barreira através de uma cápsula ou sistema de emulsão, que evita o contato do ativo com o meio4_.

3.2.1 Classificação de Nanopartículas

As nanopartículas em solução são classificadas como sistemas coloidais e podem ser de diferenciados tipos, como nanopartículas poliméricas, micelas e nanosupensões, sendo que nesta última classificação estão contidos sistemas que podem gerar melhorias em produtos farmacológicos ou nutricionais com o nanoencapsulamento de ativos. Como no caso de nanopartículas lipídicas sólidas, nanocápsulas ou nanoemulsões conforme representação esquemática na Figura 1.

12 Figura 1. Tipos de nanosistemas utilizados para melhorar propriedades de compostos ativos. Adaptado de Zorzi et al. 20184_.

Para determinar qual é a melhor estrutura e metodologia para conseguir o nanoencapsulamento deve-se considerar fatores como solubilidade e polaridade do composto ativo, assim como, se a presença de solventes orgânicos no sistema é favorável ou não. Por exemplo, para um composto ativo como um óleo essencial, nanoemulsões e nanocápsulas podem ter melhor eficiência de nanoencapsulamento, pois são capazes de transportar e proteger o ativo, e podem ser produzidos em temperaturas baixas e sem o uso de solventes orgânicos4_.

No processo de geração de nanocápsulas é feita a incorporação do composto ativo líquido ou sólido dentro de vesículas com diâmetro nanométrico. Tem-se o objetivo de proteger e isolar do meio esse ativo, que pode ser sensível a temperatura, luz ou pH, além de evitar odores e incompatibilidade de ingredientes em um produto. Em nanoemulsões tem-se inicialmente um sistema com fase oleosa e fase aquosa, em seguida a fase oleosa é estabilizada por surfactantes para formar emulsões em meio aquoso, do tipo óleo em água (o/w). No entanto, a formação das nanoemulsões nem sempre é espontânea e pode ser preciso usar dispositivos mecânicos ou o potencial químico dos compostos para conseguir energia suficiente para formar o sistema. Já nas nanopartículas lipídicas sólidas, a fase lipídica

13 também é estabilizada por surfactantes, neste caso o sistema deve passar por homogeneização em temperaturas suficientemente altas para que os lipídios estejam em fase líquida e assim gerar uma fina dispersão de uma emulsão de óleo em água4-6_.

3.2.2 Metodologias de Nanoencapsulamento

Existem diversas metodologias para produzir nanoestruturas, sendo essas abordagens classificadas em duas categorias: Top-down “de cima para baixo” que diz respeito à fabricação de estruturas em nanoescala, feitas à máquina e Bottom-up “de baixo para cima” chamada de “nanotecnologia molecular”, aplica-se a criação de estruturas orgânicas, inorgânicas e, mesmo híbridas, átomo por átomo, molécula por molécula, conforme ilustrado na Figura 2. Na primeira abordagem, a influência é maior do substrato teórico e experimental que vem da microeletrônica, da engenharia e da física. No segundo caso, grande parte da teoria vem do terreno científico da química e biologia, de onde emergem diferentes estratégias para tratar a complexidade, controlar a auto-organização e os efeitos supramoleculares dos materiais7,8_.

Figura 2. Metodologias usuais para a produção de nanoestruturas. Adaptado de Dias 20158_.

No procedimento Top-down, um material em maior escala sofre fracionamento até atingir tamanhos da escala nanométrica. Isso pode ser realizado através de técnicas de litografia, em que ocorre corrosão química de um bloco do material. Já no procedimento Bottom-up é possível gerar uma nanoestrutura ao se depositar

14 lentamente átomos em uma superfície regular, pois esses átomos sofrem organização espontânea, chamada de auto-organização9_.

Nanoemulsões são capazes de encapsular compostos ativos e podem ser produzidos por métodos de baixa ou alta energia. Um exemplo de uso de alta energia é a homogeneização de alta pressão que faz parte da abordagem top-down. Altas pressões são aplicadas ao material líquido que contém diferentes fases fazendo-o passar por orifícios muito pequenos em alta velocidade. Nesse processo o material sofre tensões e forças de cavitação, que formam gotículas cada vez menores e tornam o sistema homogêneo e em nanoescala10,11_.

3.3 Nanotecnologia para Aplicação Veterinária

O uso de nanotecnologia para o setor veterinário é algo inovador, tanto na parte de dermocosméticos quanto na parte nutricional. É possível melhorar características de compostos ativos que já são bem estabelecidos no mercado veterinário, assim como apresentar novos compostos naturais a esse setor.

O nanoencapsulamento de ativos é um método que apresenta diversas vantagens como proteção contra a degradação. Outra vantagem é a possibilidade de inserir compostos hidrofóbicos em nanocápsulas que são veiculadas a um meio aquoso, o que pode melhorar sua biodisponibilidade e até mesmo a absorção no organismo, no caso de compostos alimentícios. Esse fenômeno pode ser visualizado na Figura 3, onde se ilustra a diferença entre um sistema com duas fases (oleosa e aquosa) e um sistema nanoencapsulado em meio aquoso, sendo que houve melhoria sensoriais do produto que em (A) tem aspecto de toque graxo e em (B) tem aspecto de toque aquoso. Isso é vantajoso, já que pode ser inserido em novos produtos de uso veterinários, como xampus, sprays, lenços umedecidos e loções12_.

15 Figura 3. Representação de ativo lipofílico em meio aquoso (A) e o ativo nanoencapsulado em meio aquoso (B). Adaptado de Veleirinho et al. 201812_.

Pode-se também desenvolver produtos com maior tempo de liberação no meio conforme a necessidade do usuário, principalmente quando o uso for para o tratamento de problemas de pele. Isso é possível através da escolha de matérias-primas que possuam interagir e suprir necessidades da pele ou do organismo do animal, sendo necessário menor frequência de aplicação do produto12_.

3.4 Nanotecnologia para Nutrição Animal

Atualmente há uma grande busca por alimentos e produtos que contenham ingredientes ou aditivos mais naturais em suas composições. Estes ingredientes são mais fáceis de serem obtidos, pois provém da natureza, do que um ingrediente artificial que precisa ser produzido em síntese orgânica, por exemplo. Além disso, são considerados mais seguros do que os sintéticos, pois não exigem uma extensiva pesquisa de desenvolvimento e testes para serem aprovados para o uso. No entanto, os compostos naturais apresentam problemas de estabilidade e biodisponibilidade devido a serem óleos e extratos de plantas, que possuem matrizes complexas, compostas por várias espécies químicas. Portanto, a proteção dos ativos naturais através de encapsulamento se torna um bom procedimento a ser adotado quando se trabalha com estas matrizes13_.

16 Os aditivos alimentares mais utilizados são flavorizantes, antioxidantes e colorantes, compostos que podem ser incluídos tanto em alimentos para humanos quanto para animais, de estimação ou de criação. Alguns dos ingredientes naturais mais comuns são carotenóides como β-caroteno, luteína e curcumina, óleos essenciais, tocoferóis e flavonoides14,15_.

Os carotenoides são compostos químicos apolares ou pouco polares e são classificados em dois grupos: xantofilas (como curcumina) e carotenos (como β-caroteno). São pigmentos naturais e amplamente utilizados como corantes alimentícios. Isso se deve ao extensivo número de cadeias de hidrocarbonetos conjugadas por duplas ligações, que causa deslocalização de elétrons ao longo da estrutura e que os caracteriza como grupos cromóforos. As cores desses compostos variam de amarelo a vermelho. Além disso, contém outras propriedades fitoterápicas associadas a suas estruturas químicas, como ação antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, que podem gerar diversos benefícios a saúde do consumidor. Algumas espécies do grupo de carotenoides estão representadas na Figura 415,16_.

Figura 4. Exemplos de compostos da classe carotenoides. Adaptado de Mesquita et al15_.

A curcumina, representada na Figura 4, é um composto polifenólico de coloração alaranjada, sendo um dos curcuminoides encontrado na planta herbácea açafrão-da-terra (Curcuma longa). Pode ser extraída de diversas partes da planta, porém o tipo mais comum é proveniente do extrato de sua raiz. Estudos mostram

17 que a curcumina apresenta potencial terapêutico em várias doenças crônicas inflamatórias, neurodegenerativas, e doenças hepáticas. Este ativo é um pó insolúvel em água e por consequência, tem baixa disponibilidade de absorção no organismo. Porém, foi observado que ao transformar a curcumina livre em um sistema lipossoma, aumenta-se a biodisponibilidade em até 30 vezes. Isso ocorre, pois, os ativos estão dissolvidos no centro de uma cavidade, com possibilidades limitadas de interações moleculares entre o lipídeo circundante e a substância hidrofílica17-20_.

A luteína, representada na Figura 4, é uma xantofila pertencente ao grupo de carotenoides, encontrada em plantas e vegetais. É obtida por extração de flores de Calêndula da espécie Tagetes erecta, sendo uma das plantas com maior teor do composto. Este é insolúvel em água e de coloração amarela. Estudos científicos apontam atividade antioxidante, anti-inflamatória, de neuroproteção e principalmente de manutenção e tratamento da saúde ocular. O estresse oxidativo causado por fotooxidação, contribui para o início e o progresso da Degeneração Macular Relacionada à Idade (DMRI). A luteína absorve a luz azul, a mais fototóxica luz visível à qual a retina é rotineiramente exposta. Assim, acredita-se que a luteína presente na retina possa proteger por dois mecanismos diferentes: bloqueio da luz azul nociva e extinção de espécies reativas de oxigênio. Logo, aumentar a ingestão de luteína aumenta a densidade óptica do pigmento macular e proporciona melhor proteção contra fotooxidação21-24_.

Um grande problema na utilização de carotenoides como aditivo ou suplemento alimentar é sua baixa solubilidade em água, que resulta em baixa absorção no organismo após administração oral, além de sua instabilidade frente a oxidação quando em presença de oxigênio ou de degradação em faixas de pH específicos. O encapsulamento de ingredientes alimentares aumenta a estabilidade do ativo contra a degradação durante o processo digestivo, a solubilidade de óleos e ativos lipofílicos em água, aumenta a absorção no trato gastrointestinal, melhorando assim, a biodisponibilidade e efeito terapêutico. Dessa forma, o uso de suplementos alimentares biotecnológicos é uma promissora estratégia para aumentar a eficácia dos aditivos alimentares para a nutrição animal14,15_.

18 3.5 Tamanho Médio de Partícula

As partículas de um sistema aquoso em escala nanométrica podem ter seu tamanho médio determinado com o equipamento Zetasizer Nano, que usa um processo chamado Espalhamento de Luz Dinâmico (DLS) para realizar suas análises. O DLS mede o movimento browniano das partículas e relaciona isso com a intensidade de luz que foi dispersa por essas mesmas partículas ao serem incididas com uma fonte de luz proveniente de um laser.

Essa correlação está representada na Equação 1 chamada de equação de Stokes-Einstein25_.

Equação 1. Equação de Einstein–Stokes para a difusão de partículas esféricas através de um líquido. Fonte: Malvern Instruments. 200425_.

Sendo que, D é a constante de difusão, kb é a constante de Boltzmann, T é a temperatura absoluta, η é a viscosidade e r é o raio da partícula esférica.

O gráfico obtido em uma análise é demonstrado na Figura 5, na qual é possível visualizar a distribuição de tamanho, em nanoescala, das partículas esféricas contidas na amostra e a amplitude dos picos.

Figura 5. Exemplo de um gráfico de distribuição de tamanho obtido no equipamento ZetaSizer. Fonte: Malvern Instruments. 200425_.

19 Com este tipo de análise, pode-se ter uma noção da qualidade de um nanoencapsulamento, pois o tamanho médio das partículas é determinado e isso aponta se grande parte das partículas está em escala nanométrica. Além disso, a análise informa o Índice de Polidispersão da suspensão coloidal, um indicativo da homogeneidade da distribuição dos tamanhos, sendo que quanto mais próximo de zero esse valor é, mais homogênea a distribuição e, assim, pode-se concluir que grande parte das partículas tem um tamanho similar26_.

20 4.OBJETIVOS

4.1 Objetivo Geral

Tem-se como objetivo principal utilizar os conhecimentos adquiridos na graduação em química tecnológica para um estágio supervisionado realizado em empresa da área. Conhecer o funcionamento de uma empresa no setor laboratorial, com foco na pesquisa e desenvolvimento (P&D) de produtos. Obter experiência de trabalho com a rotina de uma empresa e trabalho em equipe, para então desenvolver capacidades específicas e críticas, necessárias a um profissional de química que deseja se inserir no mercado de trabalho.

4.2 Objetivos específicos

• Controle de Qualidade de matérias-primas e de produtos; • Organização do almoxarifado e do laboratório;

• Limpeza de vidrarias e frascos;

• Edição de fichas técnicas de produtos e POPs;

• Produção da linha de dermocosméticos para setor veterinário; • Envase de produtos;

• Testes de estabilidade;

• Pesquisa de literatura sobre novos compostos ativos;

• Levantamento de produtos já lançados no mercado e análise sobre doseamento de seus ativos;

• Desenvolvimento de novos produtos; • Registro e análise dos testes realizados; • Produção de formulações finais.

21 5. METODOLOGIA DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NO ESTÁGIO SUPERVISIONADO

5.1 Materiais e Reagentes

As matérias-primas utilizadas foram óleos essenciais, óleos vegetais, conservantes, tensoativos, extratos naturais ou essências. Também foram utilizados solventes (água purificada e etanol) e outros reagentes para controle de qualidade. Todos os materiais foram fornecidos por distribuidoras nacionais.

5.2 Equipamentos

Para desenvolver a metodologia proposta foram utilizadas estufas para estudo de estabilidade, sistema de osmose reversa para purificar a água, balanças de alta precisão, agitador magnético com aquecimento, pHmetro de bancada, homogeneizador de alta pressão, pipetas volumétricas, termohigrômetros e equipamento Zetasizer para análise de tamanho médio de partículas.

5.3 Organização do espaço de trabalho

A limpeza do almoxarifado e do laboratório ocorreram periodicamente, enquanto a organização destes mesmos espaços foi realizada sempre antes e depois de sua utilização, seja para um teste de bancada ou uma produção. Os frascos utilizados em produtos foram higienizados previamente e também após o descarte de testes de formulações. Os produtos e matérias-primas armazenados no almoxarifado foram organizados em prateleiras por ordem alfabética, sendo que cada produto específico tem sua etiqueta com o nome, lote e datas de fabricação e vencimento. As matérias-primas foram organizadas por etiquetas contendo nome, número CAS e informações disponibilizadas pelos fornecedores. O espaço de equipamentos de proteção individual (EPIs) está anexa ao almoxarifado e utilizou-se dele sempre antes de entrar no laboratório. As pesquisas de literatura e de produtos do mercado foram feitas em espaço de informática, localizado em outro setor da empresa.

5.4 Controle de Qualidade das matérias-primas

Testes de qualidade (características organolépticas e densidade) dessas matérias-primas foram realizados no laboratório da empresa antes de serem

22 utilizadas em produções ou testes de formulações para determinar se os materiais estavam de acordo com suas especificações e liberados para uso. No primeiro teste foi verificado se os aspectos organolépticos da matéria-prima como: coloração, odor e aparência física, estavam como descritos nas fichas técnicas. No segundo teste, usa-se a densidade relativa para determinar a densidade dos materiais líquidos analisados. Um picnômetro previamente padronizado foi usado nos testes para obter o valor de massa da amostra. Em casos específicos, determinou-se a densidade absoluta através da relação massa sobre volume da amostra.

5.5 Linha de Produção

As produções variaram de acordo com a metodologia já estabelecida de cada produto da empresa. Devido ao termo de confidencialidade que foi estabelecido no início do estágio obrigatório, as metodologias de produção não serão especificadas. Esses produtos têm como foco uma tecnologia verde partindo da água como veículo e materiais biodegradáveis de origem natural para atender as demandas do setor veterinário. Os produtos são armazenados em frascos higienizados previamente e são encaminhados para teste de qualidade.

5.6 Controle de Qualidade de Produtos

Todos os produtos passam por controle de qualidade após a produção, para verificar se as características físico-químicas estão de acordo com o que foi estabelecido em sua ficha técnica. Caso não estejam conforme o esperado, faz-se análise de possíveis correções ou até mesmo descarte do produto. Dessa forma, é possível garantir a qualidade e estabilidade dos produtos aos clientes.

5.6.1 Testes organolépticos

Nesta etapa os produtos passam por análise visual do aspecto físico (como viscosidade), variação na cor e odor característico, que dependem da composição da formulação, para checagem da conformidade desses aspectos com as informações que constam em sua ficha técnica.

5.6.2 Densidade

Os produtos da linha da NanoScoping usualmente têm densidade comum a uma faixa de variação própria dos ingredientes dos produtos, logo, é utilizada a

23 metodologia de determinação de densidade relativa citada no item 5.4 para confirmar se os produtos estão com a densidade esperada.

5.6.3 Potencial Hidrogeniônico (pH)

O potencial hidrogeniônico de um produto é determinado com um aparelho pHmetro. Inicialmente faz-se a calibração do pHmetro com soluções padrões de pH 4,00 e 7,00, com o objetivo de conferir confiabilidade a análise. Após a calibração, é feita diluição do produto a 10% em água em um tubo Falcon, que também serve para a própria análise do material.

5.6.4 Tamanho Médio de Partícula

O tamanho das partículas contidas nos produtos, assim como o índice de polidispersão, foi determinado por espectroscopia de correlação fotônica em um equipamento Zetasizer Nano Series. Esse equipamento permite determinar o raio hidrodinâmico de nanopartículas em suspensão em um solvente como a água e ter conhecimento dos tamanhos médios das populações de nanopartículas.

5.7 Estudo de estabilidade

Os produtos em fase de estudo de estabilidade ficam em estufas com temperaturas mais altas (30 ºC e 40 ºC), para se ter uma previsão do tempo em que os sistemas coloidais produzidos ficam estáveis, sendo que a temperatura de 30 ºC serve como estudo de longo prazo e de 40 ºC como estudo acelerado, conforme instruções que constam no guia oficial ICH (International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use)27_{. Além disso, uma amostra do material permanece em temperatura de} 25°C, considerada temperatura ambiente, para servir como parâmetro de comparação nas análises. Periodicamente faz-se o controle de qualidade dos produtos em estufa, conforme metodologia citada nos itens 5.6.1 e 5.6.3., dessa forma é possível garantir o tempo de validade e estabilidade do produto.

5.8 Pesquisa e desenvolvimento de Novos Produtos

O maior objetivo no estágio foi auxiliar no desenvolvimento de novos produtos com nanotecnologia no setor de agroindústria e nutrição animal, com intuito de conseguir novas formulações a serem lançadas futuramente pela empresa. Usou-se

24 da mesma metodologia de pesquisa para todos os produtos. Foi feito amplo levantamento de literatura nacional e internacional sobre as propriedades, dificuldades de trabalho e vantagens de uso dos ativos desejados. Tendo conhecimento dessas informações houve direcionamento do tipo de aplicação do produto e quais benefícios poderiam gerar por seu uso. Em seguida, procurou-se produtos já lançados no mercado contendo esses ativos e suas quantidades em cada composição.

Levantou-se também, dados sobre a dosagem indicada para cada tipo de animal, de acordo com a aplicação de interesse daquele produto final. Após a pesquisa ser finalizada, diversos testes de formulações foram realizados no laboratório de P&D da empresa. O objetivo final é obter um produto com nanopartículas do ativo na concentração desejada para que possa ser utilizado na alimentação de animais de estimação e de criação. As formulações que apresentaram bons resultados de pH, densidade, tamanho de partícula, e estabilidade coloidal, foram encaminhadas para acompanhamento de estabilidade a longo prazo.

5.9 Segurança no Trabalho

No ambiente de produção houve preocupação com a segurança do usuário e a higiene do local, para evitar acidentes durante a utilização do laboratório e qualquer tipo de contaminação durante a produção. Para isso, fez-se o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs), sendo touca, luva, propés, máscara, e jaleco de algodão. Também foi necessário o uso de cabelos amarrados, calça comprida e sapato fechado. Os produtos de linha da NanoScoping são feitos a partir de matérias-primas de origem natural e a base de água, evitando o uso de reagentes tóxicos, o que confere menores riscos de trabalho a estagiária. Desta forma, os resíduos gerados em menor escala nas produções e nos testes foram descartados na pia do laboratório.

25 6. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS OBTIDOS NO ESTÁGIO

6.1 Controle de Qualidade de Matérias-Primas

As matérias-primas adquiridas pela empresa passaram por controle de qualidade ao chegar no local. Cada matéria-prima tem sua ficha técnica especificada em um registro e lá constam informações como descrição de propriedades organolépticas do material, solubilidade em água ou etanol e densidade relativa. Estas informações foram encontradas em farmacopeias americanas e europeias e também se usou das fichas técnicas fornecidas pelos fabricantes.

Fez-se a determinação de densidade relativa, testes de solubilidade com água e etanol e foram observadas as características organolépticas, como odor, aspecto físico e coloração. A solubilidade da matéria-prima usualmente era descrita com termos de acordo com o grau de solubilidade do material em um solvente, conforme representado na Tabela 1. O propósito do controle de qualidade foi verificar se as informações contidas na ficha técnica do fornecedor estavam de acordo com o que foi determinado em laboratório.

Tabela 1. Termos descritivos de solubilidade e seus significados. Fonte: Anvisa. 201028_.

No termo descritivo da tabela, onde se lê “partes”, refere-se à dissolução de 1 g de um sólido no número de mililitros do solvente estabelecido no número de partes. Após feito o teste de solubilidade conforme os termos descritivos, os resultados foram registrados em fichas modelo conforme a Figura 6 e a matéria-prima foi analisada quanto a sua conformidade com a ficha técnica, para posterior uso em produções de linha.

26 Figura 6. Modelo de uma ficha de controle de qualidade de matéria-prima. Fonte: NanoScoping Soluções em Nanotecnologia Ltda.

6.2 Produção

A estagiária participou de diversas produções como auxiliar da funcionária responsável pelo laboratório e acompanhou todo o processo, desde pesagem das matérias-primas até a formação final do sistema nanoestruturado. Ao longo das produções todas suas dúvidas, sobre o funcionamento dos equipamentos e do processo de produção em si, foram sanadas pela equipe de P&D.

A NanoScoping tem uma linha de produtos dermocosméticos para uso veterinário no mercado que tem como diferencial o uso de nanotecnologia para obter beneficiamento dos insumos que são utilizados pelo cliente industrial para lançar seu produto final. Estes produtos são compostos preferencialmente por ingredientes de origem natural, gerando maior biocompatibilidade. Além disso, o veículo das nanoestruturas formadas é sempre a água, para diminuir a toxicidade na produção e no uso do produto e assim trabalhar com uma química mais verde.

Ter contato com as produções foi essencial para esclarecer o funcionamento de um processo em escala industrial, sendo diferente da pesquisa realizada na universidade em diversos aspectos. Pois foi possível conhecer inúmeras

matérias-27 primas usadas em indústrias do setor cosmético/farmacêutico, com ênfase em suas composições e principais funções em um produto formulado. Além disso, a estagiária teve contato com novos equipamentos de produção, que não havia sido apresentada durante o período de graduação, o que acarretou em maior experiência profissional nesse tipo de setor.

Cada produção se iniciou com os funcionários utilizando as paramentações de segurança. Em seguida foi feita a higienização de bancadas e equipamentos para evitar possíveis contaminações no produto. Após o término da produção, fez-se envase em frascos e bombonas de variados tamanhos, previamente esterilizados e etiquetados com as informações de lote, fabricação e vencimento.

6.3 Controle de Qualidade de Produtos

Os produtos após a produção passam por período de quarentena em que são estocados em local separado no almoxarifado. A quarentena dura até que todos os testes de controle de qualidade sejam realizados e a partir dos resultados, sejam aprovados para venda ou não, para que se possa garantir que um produto só seja vendido quando sua qualidade está em conformidade com as características estabelecidas pela empresa.

Os critérios de conformidade foram definidos a partir de pesquisa de literatura sobre a formulação do produto. Seu odor e coloração dependem das matérias-primas contidas na composição, assim como suas concentrações. O pH do produto dependerá das características de cada composto ativo presente na mistura, porém em pesquisas de bancada a faixa de pH mais constatada foi de pH 4-7, salvo algumas exceções. Sendo um produto líquido e seu solvente da dispersão de nanopartículas a água, a densidade do produto deve estar dentro do intervalo de 0,9-1,2, um valor próximo ao da água pura. O tamanho médio de partícula foi determinado em equipamento Zetasizer da UFSC, proveniente da parceria existente com a empresa. Os compostos ativos contidos no produto devem estar em escala nanométrica para comprovar o processo de nanoencapsulamento realizado na produção.

28 6.3.1 Densidade

A análise de densidade relativa foi realizada pelo método do picnômetro através da razão da massa específica entre duas substâncias, conforme representado pela Equação 2.

Equação 2. Representação da definição da densidade relativa. Adaptado de Imbelloni et al. 200729_. 𝜌1,2 = 𝜌1 𝜌2 = 𝑚1 𝑉 ⁄ 𝑚2 𝑉 ⁄

Sendo que 𝜌1 é a densidade da amostra, 𝜌2 é a densidade da referência e o volume (V) é o mesmo devido ao uso do picnômetro, logo essa variável se cancela na equação acima.

A massa de cada amostra foi determinada através de pesagem no picnômetro e da subtração da massa do picnômetro vazio, como demonstrado na Figura 7. A massa da água é definida da mesma forma. Logo, a densidade relativa é calculada dividindo a massa da amostra pela massa da água.

Figura 7. Determinação de densidade relativa com a pesagem de um picnômetro com amostra. Fonte: Autoria Própria 2019.

29 Nos casos em que se tornou necessário definir a densidade absoluta dos produtos, um volume conhecido do produto foi pesado na balança e usou-se a Equação 3 para calcular a densidade com unidade g mL-1_.

Equação 3. Cálculo de densidade absoluta de uma amostra. Fonte: Autoria Própria 2019.

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝑚 𝑉

Sendo que m representa a massa de uma amostra e V o volume dessa amostra. 6.3.2 Potencial Hidrogeniônico

A metodologia para medição de pH é feita em laboratórios químicos de pesquisa, farmacêuticos, industriais e hospitalares. Utiliza-se um equipamento conhecido como pHmetro que possibilita a determinação do pH de uma amostra quando comparado com os valores de calibração. É composto basicamente por dois eletrodos, um de referência e um indicador. A calibração do equipamento pode ser feita usando dois ou mais pontos, sendo que cada ponto é determinado com soluções tamponadas em faixas de pH diferentes.

O pH de cada amostra foi determinado com um pHmetro de bancada. Inicialmente fez-se calibração do equipamento com duas soluções tampão (4,01 e 7,00). Em seguida, 1 mL da amostra foi transferido para um tubo Falcon e completou-se com água para 10 mL. A análise foi realizada como representado na Figura 8.

30 Figura 8. Medição do potencial hidrogeniônico com um pHmetro. Fonte: Autoria Própria 2019.

Cada amostra teve seu pH definido para conferir se esse valor estava na faixa de pH esperado, ou seja, em conformidade com as características pré-estabelecidas pela empresa para passar no controle de qualidade.

6.4 Pesquisa e desenvolvimento de novos produtos

O objetivo principal das pesquisas era desenvolver novos insumos para a área de nutrição animal que pudessem ser utilizados como suplementos de rações de uso diário para animais de criação ou até mesmo petiscos de uso fitoterápico para animais de estimação.

Estas pesquisas foram muito importantes no quesito de gerar experiência e conhecimento para a estagiária, pois os tópicos de nanotecnologia e aplicações de química na área farmacêutica e de nutrição não são muito abordados no curso de graduação em química. Com as orientações e encaminhamento das sócias-proprietárias da empresa, que tem amplo conhecimento científico em nanotecnologia, foi possível compreender melhor como a pesquisa é feita atualmente em nível mundial, quais são seus objetivos, desafios, metodologias e técnicas de análise, bem como de que forma essas informações são aplicadas em escala industrial.

31 Como os dois compostos ativos já haviam sido adquiridos para serem testados, assim que a pesquisa foi concluída, devidamente registrada e analisada pela equipe de P&D, foram sugeridas formulações com os ativos e diversos sistemas que pudessem realizar seu nanoencapsulamento.

O procedimento de P&D seguido foi o mesmo, primeiramente os testes de bancada foram feitos e observou-se as características finais do produto formado, fez-se o controle de qualidade e também se estudou sua estabilidade por um determinado tempo. Essas observações foram registradas e analisadas com a equipe. Os quesitos avaliados foram a formação ou não dos sistemas desejados, o tamanho médio de partícula, o pH e densidade do produto final, assim como a estabilidade das nanosuspensões após a passagem do tempo, visto que esse tipo de sistema tende a se separar caso não esteja bem estável. Caso o teste não funcionasse, tanto em questão de formação do sistema ou de sua posterior estabilidade, novas sugestões foram acrescentadas as formulações e sequentes testes foram feitos.

Os compostos ativos escolhidos para estudo foram a luteína e a curcumina, que apresentam diversas propriedades benéficas para a saúde, como ação anti-inflamatória e antioxidante. No entanto, esses dois compostos são insolúveis em água, gerando menor biodisponibilidade e consequente absorção no organismo.

Um produto com nanocápsulas desses carotenoides tem maior disponibilidade de entrega no organismo e maior absorção, fazendo com que o usuário tenha que ingerir menor quantidade do suplemento e em menor frequência para obter resultados semelhantes. Um exemplo da diferença entre o composto curcumina livre e nanoencapsulado está representado na Figura 9, sendo que em (A) a curcumina não está dispersa em água, o que impossibilita seu uso nesse tipo de sistema, e em (B) a curcumina nanoencapsulada está totalmente dispersa em água, facilitando seu uso em produtos diferenciados14,30_.

32 Figura 9. Representação da diferença da curcumina livre (A) e nanoencapsulada (B) em meios aquosos. Fonte: Bisht et al. 200730_.

A luteína foi o primeiro ativo a ser pesquisado. Realizou-se 13 testes de formulações, em que se variou concentrações do ativo e os componentes da fase oleosa. Este composto apresentou difícil solubilização nos óleos selecionados, visto que tem aspecto de pó e é mais solúvel em solventes orgânicos apolares, que não são utilizados nos produtos. Após os 13 testes conseguiu-se obter formulações com nanopartículas que apresentaram tamanho médio de partícula e índice de Polidispersão adequados, bem como boa estabilidade do sistema coloidal. Dessa forma, o teste com melhor resultado foi reproduzido em maior escala e foi transferido para estudo de estabilidade.

A curcumina utilizada era um produto em pó e apresentou os mesmos desafios de solubilidade em óleos, visto que também tem maior solubilidade em solventes orgânicos. Foram realizados 20 testes de formulações, com variações de sistemas e concentrações de curcumina, óleos e tensoativos. No final desses 20 testes foi possível obter uma formulação que apresentou melhor estabilidade, valores de tamanho médio de partícula e índice de Polidispersão. O teste que apresentou melhores resultados foi reproduzido em maior escala e encaminhado para o estudo de estabilidade em estufas de diferentes temperaturas.

33 6.5 Perspectivas

Os sistemas nanoestruturados com luteína e curcumina permanecerão em estudo de estabilidade por alguns meses até ter sua estabilidade comprovada para então o produto vir a ser lançado no mercado e divulgado para os clientes do setor veterinário e da agropecuária. Se após passado o tempo necessário, os sistemas vierem a desestabilizar, serão feitos novos testes de formulações com base no que já foi feito, a fim de evitar repetições desnecessárias. Novos compostos ativos serão estudados para a nutrição animal, a fim de se ter uma linha de insumos biotecnológicos que possam atender as mais diversas necessidades desse setor.

34 7. CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS

O estágio realizado na empresa NanoScoping correspondeu às expectativas da estagiária quanto a como deve ser um estágio de conclusão de curso em química tecnológica. Os conhecimentos adquiridos na graduação foram amplamente utilizados no trabalho, e além disso, houve aprendizagem de novos conhecimentos teóricos e práticos sobre nanotecnologia e aplicações farmacêuticas com enfoque na área de físico-química.

O período de estágio foi proveitoso pois houve a apresentação de vários setores da empresa, o que proporcionou diversas experiências profissionais. Tais como: trabalho em equipe, pesquisa e desenvolvimento de novos produtos, testes de bancada, controle de qualidade de matérias-primas e produtos, participação na produção e envase de produtos, organização de laboratório e almoxarifado, estudo de estabilidade e edição de materiais técnicos como fichas de produtos e POPs. A participação em diversos projetos foi satisfatória e dinâmica, pois gerou segurança para atuar e sugerir melhorias, além disso ter noção de que os esforços realizados gerarão novos produtos para a empresa e por consequência benefícios para a sociedade.

Os produtos desenvolvidos através de pesquisa durante o estágio devem ser acompanhados quanto a sua estabilidade e aprimorados a fim de que possam ser lançados no mercado. Deste modo, vir a oferecer melhorias para os produtos da indústria e das farmácias de manipulação veterinária, até chegar aos consumidores desse setor que serão beneficiados pela utilização destes produtos altamente tecnológicos.

35 8. CONTRIBUIÇÃO DO ESTÁGIO À FORMAÇÃO PROFISSIONAL

O estágio realizado na empresa NanoScoping – Soluções em Nanotecnologia possibilitou a apresentação ao mercado de trabalho do setor de química e nanotecnologia, sendo possível conhecer o funcionamento de uma startup de tecnologia com aplicação na área veterinária. Para realizar as atividades do estágio, usei dos mais variados conhecimentos adquiridos na graduação em química, indo desde o embasamento teórico de físico-química, orgânica, analítica e inorgânica, até o senso crítico para solucionar problemas e situações que ocorreram durante o período de trabalho.

Foi possível obter maior conhecimento sobre o mundo de possibilidades da nanotecnologia e também sobre novas aplicações de teorias e processos químicos em outras áreas, como a farmacêutica e veterinária, visto que a empresa trabalha com projetos paralelos que vão desde a linha de produtos própria até a soluções específicas desenvolvidas para clientes. Como a proposta da empresa NanoScoping é gerar a maior gama de experiência possível ao estagiário, diversas atividades foram feitas, como participação em reuniões para discutir o desenvolvimento e escalonamento dos projetos, pesquisa na literatura sobre novos produtos, organização do espaço de trabalho, controle de qualidade de produtos e matérias-primas, produção e envase dos produtos, entre outras atividades rotineiras em uma empresa do setor.

Além disso, o trabalho em equipe proporcionou enriquecimento pessoal e profissional, pois foi notável a importância da colaboração entre os funcionários durante as produções e etapas de pesquisa. Pois, buscou-se que o trabalho fosse feito da melhor forma e houvesse um ambiente saudável para convivência no dia-a-dia. Dessa forma, considero que o período de estágio foi essencial para a conclusão do curso de química tecnológica, no sentido de esclarecer o funcionamento de uma empresa e abrir novas possibilidades e visões para meu futuro profissional.

36 9. REFERÊNCIAS

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39 10. Anexos

Declaração de realização do estágio emitida pelo supervisor do local do estágio atestando o cumprimento das 450h referentes ao estágio supervisionado obrigatório.

DECLARAÇÃO DE ESTÁGIO OBRIGATÓRIO

O LABORATÓRIO NanoScoping – Soluções em Nanotecnologia Ltda. inscrito no CNPJ n. ---, localizado na Rodovia José Carlos Daux, número 600, bairro João Paulo, na cidade de Florianópolis/Santa Catarina, declara que a aluna Kauane Pavan, CPF ---, número de matrícula da UFSC ---, realizou estágio OBRIGATÓRIO referente a disciplina Estágio Supervisionado (QMC 5515) no Laboratório de P&D da NanoScoping entre o período de 15/07/2019 a 20/11/2019, totalizando 450 horas.

A Instituição de Ensino UFSC em que a aluna estuda possui vínculo com esta empresa e a aluna tem seu projeto de estágio de conclusão de curso supervisionado pela química Maria Beatriz da Rocha Veleirinho, CPF---.

Atenciosamente,

_______________ NanoScoping – Soluções em Nanotecnologia Ltda

Emblema da Empresa ou órgão