Layered Double Hydroxides (LDHs) are considered promising materials to compose pharmaceutical formulations and medical devices mainly by their capacity to act as carriers for anionic bioactive species. LDHs are mostly composed by Mg²⁺ and Zn²⁺ as divalent cations and Al³⁺ (exogenous) as trivalent cation. The substitution of aluminium by an endogenous metal, such as Fe³⁺, is of great interest for the development of even more promising LDHs for acting as biomaterials. However, the Fe³⁺ incorporation into the LDH structure has led to impure materials, also the intercalation of organic anions into these materials has been challenging. In this regard, the present work deals with two main aims: 1) to improve the applicability of Fe³⁺-LDH materials by the comprehension of their structure, composition, and properties; and 2) to develop advanced polymeric medical devices, such as implantable surgical membranes and therapeutic wound dressings, based on pure Fe³⁺-LDH phases. Concerning aim number 1), in the first part of the thesis it was investigated the effect of Fe³⁺ in the formation of LDH phase and the limit of aluminium substitution by iron allowing the isolation of pure LDH phases also capable to intercalate bioactive species. First, two series of Mg₂Fe_yAl_(1-y)(OH)_6-Cl and Zn₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆-Cl LDHs, intercalated with chloride anions, with y equal to 0, 0.25, 0.50, 0.75, or 1 were studied. Then, all pristine LDH-Cl materials were submitted to ion-exchange of Cl- by anions derived from the non-steroidal anti-inflammatory drug naproxen (NAP), a model organic compound. Lastly, LDH materials with nominal layer compositions Mg₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆ and Zn₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆, with y equal to 0, 0.25, 0.5, 0.75, or 1, aiming carriers for bioactive species were also prepared by the coprecipitation (one-pot) method in the presence of abietate anions (ABI), derived from abietic acid, a natural product that presents several biological properties (i.e. bactericidal, fungicidal, anti-inflammatory). Along each series of materials, phase purity was evaluated using several analytical techniques combined with a crystal-chemical and geometrical reasoning that allowed the comparison between the composition of the bulk samples (considering the possible contribution of amorphous phases other than LDH) and the composition of the respective crystalline LDH phases. In general, phase purity was achieved for y values lower or equal to 0.5, which corresponds to half of the Al³⁺ content substituted by Fe³⁺. Compositions considered pure and able to intercalate NAP or ABI organic anions in satisfactory amounts (i.e. the weight of the organic anion representing more than 25 % of the weight of the hybrid organic-inorganic LDH) were selected to compose polymeric devices according to the aim number 2) of this thesis, i.e. Mg₂Fe_0.5Al_0.5(OH)₆ and Zn₂Fe_0.5Al_0.5(OH)₆ layer compositions intercalated with Cl^-, NAP, or ABI anions. Approaches for the modulation of the release rate of the bioactive species intercalated into LDHs were explored and in vitro cytotoxicity assays were performed as a function of the composition of the materials. Polymeric membranes were prepared by different methods: electrospinning or casting. LDHs showed promising as components of the medical devices providing advantages from the mechanical, pharmacological, and biological points of view in comparison to the polymer-drug systems. The results presented in this thesis, which include detailed structural analyses, the synthesis of several Fe³⁺-LDH materials able to intercalated bioactive species, as well as the development of promising polymeric membranes containing Fe³⁺-LDHs, are expected to advance even more the applicability of LDH as biomaterials.

Hidróxidos Duplos Lamelares (HDLs) são considerados materiais promissores para comporem formulações farmacêuticas e dispositivos biomédicos, destacando-se pela possibilidade de atuarem como carregadores de espécies bioativas aniônicas. HDLs são compostos em sua maioria pelos cátions divalentes Mg²⁺ e Zn²⁺ e pelo cátion trivalente Al³⁺ (exógeno). A substituição do cátion Al³⁺ por um metal endógeno, tal como o Fe³⁺, é de grande interesse para o desenvolvimento de HDLs ainda mais adequados para atuação como biomateriais. Contudo, as tentativas de incorporação do Fe³⁺ na estrutura do HDL têm conduzido à formação de materiais impuros, bem com a intercalação de ânions orgânicos nesses materiais tem se mostrado desafiadora. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivos principais: 1) aumentar a aplicabilidade dos Fe³⁺- HDLs através da compreensão da estrutura, da composição, e de propriedades desses materiais e 2) desenvolver dispositivos biomédicos poliméricos avançados baseados em Fe³⁺-HDLs, tais como membranas cirúrgicas implantáveis e curativos dérmicos. Com relação ao objetivo 1), na primeira parte desta tese foi estudado o efeito dos cátions Fe³⁺ na formação dos HDLs e na obtenção de fases puras contendo a maior quantidade possível de cátions Al³⁺ substituídos por Fe³⁺ e capazes de intercalar espécies bioativas. Primeiramente, foram sintetizadas e estudadas duas séries de HDLs de composição nominal Mg₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆-Cl e Zn₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆-Cl, intercalados com ânions cloreto, com valores de y iguais a 0; 0,25; 0,50; 0,75 ou 1. Posteriormente, os HDLs-Cl foram submetidos à reação de troca iônica dos ânions Cl^- por ânions derivados do antiinflamatório não esteroidal naproxeno (NAP), um fármaco modelo. Por fim, HDLs de composição nominal lamelar Mg₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆ e Zn₂Fe_yAl_(1-y)(OH)₆, com y igual a 0; 0,25; 0,5, 0,75 ou 1, visando intercalar espécies bioativas também foram produzidos pelo método da coprecipitação na presença de ânions abietato (ABI), derivados do ácido abiético, um produto natural que apresenta diversas propriedades biológicas (i.e. bactericida, fungicida, anti-inflamatória). A pureza de fase de cada série de materiais foi avaliada por diversas técnicas analíticas combinadas com um raciocínio químico-cristalino e geométrico que permitiu a comparação entre a composição das amostras como um todo (considerando a contribuição de fases amorfas diferentes da HDL) e a composição das respectivas fases cristalinas de HDL. Em geral, pureza de fase foi alcançada para valores de y menores ou igual a 0,5, correspondendo à substituição de metade do conteúdo de Al³⁺ por Fe³⁺. Composições consideradas puras e capazes de intercalar quantidades satisfatórias de ânions NAP ou ABI (i.e. massa do ânion orgânico representando mais de 25 % da massa do HDL híbrido orgânico-inorgânico) foram selecionadas para compor os dispositivos poliméricos segundo o objetivo 2) desta tese, i.e. materiais de composição lamelar Mg₂Fe_0,5Al_0,5(OH)₆ and Zn₂Fe_0,5Al_0,5(OH)₆ intercalados com ânions Cl^-, NAP ou ABI. Foram explorados mecanismos de modulação da taxa de liberação das espécies bioativas, bem como foram realizados testes de citotoxicidade em função da composição dos HDLs. Membranas foram produzidas por diferentes métodos: eletrofiação ou casting. Os LDHs mostraram-se promissores para compor formulações poliméricas biomédicas proporcionando vantagens do ponto de vista mecânico, farmacológico e biológico em comparação aos sistemas formados apenas por polímero-fármaco. Espera-se que os resultados apresentados nesta tese, que incluem profunda análise estrutural, a síntese de diversas composições de Fe³⁺-HDLs capazes de intercalar espécies bioativas aniônicas, bem como o desenvolvimento de membranas poliméricas promissoras baseadas em Fe³⁺-HDLs, avancem ainda mais a aplicabilidade dos HDLs como biomateriais.