Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/25647
Title: Design and application of ionic liquid-based thermo-responsive systems to purify therapeutic proteins
Other Titles: Design e aplicação de sistemas termo-sensíveis baseados em líquidos iónicos para a purificação de proteínas terapêuticas
Author: Vicente, Filipa Alexandra André
Advisor: Ventura, Sónia Patrícia Marques
Coutinho, João Pereira
Keywords: Surfactants
Surface active ionic liquids
Aqueous micellar two-phase systems
Purification
Bromelain
R-phycoerythrin
Immunnoglobulin Y
Immunoglobulin G
Microfluidic devices
Defense Date: 11-Feb-2019
Abstract: Surfactants are one of the chemicals most used worldwide with a market worth around $40 billion by 2021, due to their wide range of applications, from detergent and cleaning products to personal care formulations. Among these applications, they have also shown outstanding performances in extraction and purification processes, among other, by being applied in the preparation of aqueous micellar two-phase systems (AMTPS). AMTPS hold a large potential for the purification of biomolecules but are yet poorly studied and characterized, with few phase diagrams reported for these systems, what limits their use in extraction processes. Thus, this work aims at the study and characterization of AMTPS by measuring the phase diagrams of AMTPS of several nonionic surfactants and study the effect of surface active ionic liquids (SAILs) upon their cloud points. Two distinct effects upon the micelles size and the cloud points were identified according to the SAILs hydrophobicity and their critical packing parameter (CPP). In this sense, the more hydrophilic SAILs, displaying a lower CPP, lead to a compaction of the micelles and an increase of the cloud points; whereas the more hydrophobic SAILs possess a higher CPP, forming larger micelles and reducing the cloud points. Afterwards, these AMTPS were applied towards the purification of several high-added value proteins with therapeutic activity, for instance the purification of bromelain from the pineapple stem, R-phycoerythrin from red macroalgae, immunoglobulin Y from egg yolk and immunoglobulin G from human plasma. In all cases, the mixed AMTPS with SAILs have proven to be the best approach due to the enhanced extractive performance when compared to the system without SAIL. Furthermore, AMTPS were developed within the channels of a microfluidic device for the first time and applied for the R-phycoerythrin extraction as proof of concept. The scale reduction was not only able to considerably decrease the extraction time but also boosts the extractive performance when compared to batch scale.
Os surfactantes são um dos químicos mais usados mundialmente, dada a sua larga gama de aplicações, desde detergentes e produtos de limpeza a formulações de cuidados pessoais; apresentando um mercado a render cerca de 40 biliões de dólares até 2021. Em particular, os surfactantes demonstraram uma performance extraordinária em processos de extração e purificação, nomeadamente na formação de sistemas micelares de duas fases aquosas (SMDFA). Os SMDFA apresentam um elevado potencial na purificação de biomoléculas, todavia são ainda pouco estudados e caracterizados. Consequentemente, existem poucos diagramas reportados na literatura, o que limita o seu uso em processos de purificação. Assim, este trabalho tem o intuito de estudar e caracterizar SMDFA através da determinação de diagramas de fase de surfactantes não iónicos e avaliar o efeito de líquidos iónicos tensioativos nas temperaturas críticas dos sistemas. Dois efeitos de líquidos iónicos tensioativos foram identificados no tamanho das micelas e temperaturas críticas do sistema de acordo com a sua hidrofobicidade e parâmetro de empacotamento crítico. Deste modo, líquidos iónicos tensioativos mais hidrofílicos e com menor parâmetro de empacotamento crítico induzem a compactação das micelas e elevam as temperaturas críticas do sistema, enquanto líquidos iónicos tensioativos mais hidrofóbicos e com maior parâmetro de empacotamento crítico formam micelas de maior dimensão e reduzem as temperaturas críticas do sistema. Posteriormente, os SMDFA foram aplicados na purificação de diversas proteínas de alto valor acrescentado e com atividade terapêutica, nomeadamente na purificação da bromelina do ápice do ananás, da R-ficoeritrina de macroalgas vermelhas, da imunoglobulina Y da gema do ovo e da imunoglobulina G do plasma humano. Em todas as purificações, os SMDFA mistos mostraram ser a melhor opção pela sua melhorada performance extrativa quando comparada com a do sistema sem líquido iónico tensioativo. Ademais, desenvolveu-se pela primeira vez um SMDFA dentro dos canais de um dispositivo microfluídico, o qual foi aplicado à extração da R-ficoeritrina como prova de conceito. A redução de escala permitiu não só reduzir o tempo de extração como aumentar a performance extrativa quando comparado com o sistema em escala laboratorial.
URI: http://hdl.handle.net/10773/25647
Appears in Collections:UA - Teses de doutoramento
DQ - Teses de doutoramento

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