Development and biological evaluation of API-ILs based on anti-bacterial and anti-fungal drugs

In recent years Ionic Liquids (ILs) are being applied in life sciences. ILs are being produce with active pharmaceutical drugs (API) as they can reduce polymorphism and drug solubility problems [1] Also ILs are being applied as a drug delivery device in innovative therapies What is appealing in ILs is the ILs building up platform, the counter-ion can be carefully chosen in order to avoid undesirable side effects or to give innovative therapies in which two active ions are paired. This work shows ILs based on ampicillin (an anti-bacterial agent) and ILs based on Amphotericin B. Also we show studies that indicate that ILs based on Ampicillin could reverse resistance in some bacteria. The ILs produced in this work were synthetized by the neutralization method described in Ferraz et. al. [2] Ampicillin anion was combined with the following organic cations 1-ethyl-3-methylimidazolium, [EMIM]; 1-hydroxy-ethyl-3-methylimidazolium, [C2OHMIM]; choline, [cholin]; tetraethylammonium, [TEA]; cetylpyridinium, [C16pyr] and trihexyltetradecylphosphonium, [P6,6,6,14]. Amphotericin B was combined with [C16pyr], [cholin] and 1-metohyethyl-3-methylimidazolium, [C3OMIM]. The ILs-APIs based on ampicillin[2] were tested against sensitive Gram-negative bacteria Escherichia coli ATCC 25922 and Klebsiella pneumonia (clinical isolated), as well as on Gram positive Staphylococcus Aureus ATCC 25923, Staphylococcus epidermidis and Enterococcus faecalis. The arising resistance developed by bacteria to antibiotics is a serious public health threat and needs new and urgent measures. We study the bacterial activity of these compounds against a panel of resistant bacteria (clinical isolated strains): E. coli CTX M9, E. coli TEM CTX M9, E. coli TEM1, E. coli CTX M2, E. coli AmpC Mox2. In this work we demonstrate that is possible to produce ILs from anti-bacterial and anti-fungal compounds. We show here that the new ILs can reverse the bacteria resistance. With the careful choice of the organic cation, it is possible to create important biological and physic-chemical properties. This work also shows that the ion-pair is fundamental in ampicillin mechanism of action.

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Mixed extractant systems for metal recovery

Hoje em dia, a prevenção dos resíduos de metais é uma questão muito importante para um grande número de empresas, pois necessitam optimizar o seu sistema de tratamento de águas residuais a fim de alcançarem os limites legais dos teores em iões metálicos e poderem efectuar a descarga das águas residuais no domínio hídrico público. Devido a esta problemática foram efectuados estudos inovadores relacionados com a remoção de iões metálicos de águas residuais, verificando-se que as tecnologias de membrana oferecem uma série de vantagens para o efeito. Uma dessas tecnologias, referida como Membrana Líquida de Suporte (SLM), é baseada num mecanismo de extracção. A membrana hidrofóbica, impregnada com uma solução extractora, funciona como barreira entre a água residual e uma solução, geralmente ácida. A diferença de pH entre a água residual e a solução actua como força motriz para o transporte de iões metálicos da água residual para a referida solução. Poderá ocorrer um problema de falta de estabilidade, resultante da possível fuga da solução extractora para fora dos poros das membranas. Estudos anteriores mostraram que os ácidos alquilfosfóricos ou ácidos fosfónicos, como os reagentes D2EHPA e CYANEX e hidroxioximas como o LIX 860-I podem ser muito úteis para a extração de iões metálicos como ferro, cobre, níquel, zinco e outros. A clássica extracção líquido-líquido também tem mostrado que a mistura de diferentes extractores pode ter um efeito sinergético. No entanto, não é claro que haja um efeito óptimo da razão de extractor ou que tipo de complexo é formado durante o processo de extracção. O objectivo deste projecto é investigar este comportamento sinergético e as complexas formações por meio de um método espectrofotométrico, o “Job’s method” e “Mole-ratio method”. Estes métodos são utilizados para estimar a estequiometria dos vários complexos entre dois solutos, a partir da variação de absorvância dos complexos quando comparado com a absorvância do soluto. Com este projecto, o Job’s method e mole-ratio method serão aplicados a um sistema de três componentes, para conseguir mais informações sobre a complexação de níquel (II) e a fim de determinar a razão extractor: metal dos complexos formados durante a aplicação de mistura de extractores D2EHPA e LIX 860-I. Segundo Job’s method a elavada absorvância situa-se na região de 0,015-0,040 M de LIX 860-I e uma baixa concentração de D2EHPA. Quando as diferentes experiências são encontradas num conjunto experimental foram avaliadas de acordo com o método de trabalho, o valor máximo do gráfico foi encontrado para uma baixa fração molar do ião metálico e uma maior concentração de D2EHPA. Esta mudança foi encontrado de 0,50 até 0,30, que poderia apontar para a direção da formação de diferentes complexos. Para o Mole-Ratio method, a estequiometria dos complexos metal pode ser determinada a partir do ponto de intersecção das linhas tangente do gráfico da absorbância versus a concentração do ligante. Em todos os casos, o máximo foi obtido em torno de uma concentração total de 0,010 M. Quando D2EHPA foi aplicado sozinho, absorvâncias muito baixos foram obtidas.

Sulfadiazine-potentiometric sensors for flow and batch determinations of sulfadiazine in drugs and biological fluids

New PVC membrane electrodes for the determination of sulfadiazine (SDZ) are presented. The electrodes are fabricated with conventional and tubular configurations with a graphite-based electrical contact, and no internal reference solution. The selective membranes consist of bis(triphenylphosphoranilidene)ammonium·SDZ (electrode A), tetraoctylammonium bromide (electrode B), or iron(II)-phthalocyanine (FePC) (electrode C) electroactive materials dispersed in a PVC matrix of o-nitrophenyl octyl ether (o-NPOE) plasticizer. The sensors A, B, and C displayed linear responses over the concentration ranges 1.0*10-2 – 1.0*10–5, 1.0*10–2 – 7.5*10–6, and 3.2*10–2 – 7.0* 10–6 mol l–1 (detection limits of 1.09, 2.04 and 0.87 mg ml–1) with anionic slopes of –57.3 ± 0.1, –46.7 ± 0.5, and –65.1 ± 0.2 mV decade–1, respectively. No effect from pH was observed within 4.0 – 5.5, 4.8 – 10, and 4.5 – 8, respectively, and good selectivity was found. The sensors were applied to the analysis of pharmaceuticals and biological fluids in steady state and in flow conditions.

New biomimetic sensors for the determination of tetracycline in biological samples: batch and flow mode operations

New potentiometric membrane sensors with cylindrical configuration for tetracycline (TC) are described based on the use of a newly designed molecularly imprinted polymer (MIP) material consisting of 2-vinylpyridine as a functional monomer in a plasticized PVC membrane. The sensor exhibited significantly enhanced response towards TC over the concentration range 1.59 10 5–1.0 10 3 mol L 1 at pH 3–5 with a lower detection limit of 1.29 10 5 mol L 1. The response was near-Nernstian, with average slopes of 63.9 mV decade 1. The effect of lipophilic salts and various foreign common ions were tested and were found to be negligible. The possibility of applying the proposed sensor to TC determination in spiked biological fluid samples was demonstrated.

Square-wave voltametric method for determination of molinate concentration in a biological process using a hanging mercury drop electrode

A square-wave voltammetric (SWV) method using a hanging mercury drop electrode (HMDE) has been developed for determination of the herbicide molinate in a biodegradation process. The method is based on controlled adsorptive accumulation of molinate for 10 s at a potential of -0.8 V versus AgCl/Ag. An anodic peak, due to oxidation of the adsorbed pesticide, was observed in the cyclic voltammogram at ca. -0.320 V versus AgCl/Ag; a very small cathodic peak was also detected. The SWV calibration plot was established to be linear in the range 5.0x10-6 to 9.0x10-6 mol L-1; this corresponded to a detection limit of 3.5x10-8 mol L-1. This electroanalytical method was used to monitor the decrease of molinate concentration in river waters along a biodegradation process using a bacterial mixed culture. The results achieved with this voltammetric method were compared with those obtained by use of a chromatographic method (HPLC–UV) and no significant statistical differences were observed.

Recovery of acid and base from brackish water by bipolar membrane electrodialysis

Nesta dissertação pretendeu-se estudar a viabilidade do uso de eletrodiálise com membranas bipolares (BM) na recuperação de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio a partir de um efluente industrial que contém 1.4 mol/L de cloreto de sódio. Estas membranas mostraram ser uma ferramenta eficiente para a produção de ácidos e bases a partir do respetivo sal. Foi feita uma seleção de diferentes membranas bipolares (Neosepta, Fumatech e PCA) e aniónicas (PC-SA e PC-ACID 60) na tentativa de encontrar a combinação mais adequada para o tratamento do efluente. Dependendo do critério, o melhor arranjo de membranas é o uso de PC-ACID 60 (membrana aniónica), PC-SK (membrana catiónica) e membranas bipolares do tipo Neosepta para maior pureza dos produtos; membranas bipolares Fumatech para maior eficiência de dessalinização e membranas bipolares PCA para um maior grau de dessalinização. Tecnologicamente foi possível obter uma dessalinização de 99.8% em quatro horas de funcionamento em modo batch com recirculação de todas as correntes. Independentemente da combinação usada é recomendável que o processo seja parado quando a densidade de corrente deixa de ser máxima, 781 A/m2. Assim é possível evitar o aumento de impurezas nos produtos, contra difusão, descida instantânea do pH e uma dessalinização pouco eficiente. A nível piloto o principal fornecedor de membranas e unidade de tratamento “stack” é a marca alemã PCA. Sendo assim realizaram-se ensaios de repetibilidade, contra difusão, avaliação económica e upscaling utilizando as membranas bipolares PCA. A nível económico estudou-se o uso de dois tipos de unidades de tratamento; EDQ 380 e EDQ 1600, para diferentes níveis de dessalinização (50, 75 e 80%). Tendo em conta a otimização económica, é recomendável uma dessalinização máxima de 80%, uma vez que a eficiência de processo a este ponto é de 40%. A aplicação do método com a unidade EDQ 1600 para uma dessalinização de 50% é a mais vantajosa economicamente, com custos de 16 €/m3 de efluente tratado ou 0,78 €/kg Cl- removido. O número de unidades necessárias é 4 posicionados em série.

Sarcosine oxidase composite screen-printed electrode for sarcosine determination in biological samples

As the prostate cancer (PCa) progresses, sarcosine levels increase both in tumor cells and urine samples, suggesting that this metabolite measurements can help in the creation of non-invasive diagnostic methods for this disease. In this work, a biosensor device was developed for the quantification of sarcosine via electrochemical detection of H2O2 (at 0.6 V) generated from the catalyzed oxidation of sarcosine. The detection was carried out after the modification of carbon screen printed electrodes (SPEs) by immobilization of sarcosine oxidase (SOX) on the electrode surface. The strategies used herein included the activation of the carbon films by an electrochemical step and the formation of an NHS/EDAC layer to bond the enzyme to the electrode, the use of metallic or semiconductor nanoparticles layer previously or during the enzyme immobilization. In order to improve the sensor stability and selectivity a polymeric layer with extra enzyme content was further added. The proposed methodology for the detection of sarcosine allowed obtaining a limit of detection (LOD) of 16 nM, using a linear concentration range between 10 and 100 nM. The biosensor was successfully applied to the analysis of sarcosine in urine samples.

Sarcosine oxidase composite screen-printed electrode for sarcosine determination in biological samples

XIX Meeting of the Portuguese Electrochemical Society - XVI Iberic Meeting of Electrochemistry

Impacto Ambiental do Processo de Tingimento de uma Indústria de Curtumes e Avaliação do Desempenho da ETAR

Um dos objetivos desta dissertação de mestrado foi avaliar o impacto ambiental do processo de tingimento usado na indústria de curtumes, em termos de volume de efluente produzido e sua carga poluente. Pretendeu-se também encontrar alternativas ao nível do processo de tingimento que levem a uma melhoria na qualidade do efluente produzido. Outro objetivo deste trabalho foi avaliar o funcionamento da ETAR existente na empresa JR Fontes, no que diz respeito aos parâmetros em estudo (carência química de oxigénio - CQO, pH, crómio e teor de sólidos suspensos totais - SST), propondo alterações que permitam respeitar os valores de emissão exigidos na licença de descarga da empresa. Verificou-se que o processo de tingimento aplicado pela empresa JR Fontes é muito poluente, em termos de carga orgânica e matéria em suspensão. Este facto é comprovado pelos resultados obtidos para os três processos estudados: Montana, Galáctico e Navak. Todos os processos apresentam um efluente com pH ácido (aproximado a 3) e valores de CQO superiores a 3550 mg O2/L, sendo o processo Navak aquele que apresenta o valor mais alto para o banho composto, 8362 mg O2/L. Relativamente ao teor de crómio, o banho de recurtume com concentração mais elevada de crómio total é o banho 1 do processo Navak, com 2297 mg/L, sendo que a concentração destes banhos é sempre elevada, igual ou superior a 746 mg/L. No que diz respeito à matéria em suspensão, o processo Navak é novamente o mais poluente, com um valor de 3842 mg SST/L, não sendo obtidos nos outros processos, valores inferiores a 1205 mg SST/L. Na realização de um processo alternativo de tingimento verificou-se que é possível diminuir a carga orgânica do efluente originado. A aplicação de recurtumes sintéticos deu origem a efluentes menos poluentes. O melhor valor obtido para a CQO foi de 1113 mg O2/L, sendo obtidos valores não superiores a 7185 mg O2/L para processos de características semelhantes aos aplicados nesta indústria. Relativamente à ETAR, apesar das restrições ao funcionamento que esta apresenta, no geral pode ser considerada eficiente, embora não consiga atingir o objetivo pretendido de remoção para a CQO, ou seja o valor de 1100 mg O2/L. Nos restantes parâmetros é cumprido o limite de emissão (350 mg SST/L, pH entre 6 e 9 e 2 mg Cr/L para o crómio total): os SST apresentam o valor de 98 mg SST/L, o crómio total de 1,2 mg Cr/L e o pH encontra-se entre 8 e 9. São aqui feitas duas abordagens para solucionar os problemas existentes na ETAR. A primeira considera um ajuste no tratamento e equipamentos existentes, através da reconstrução do tanque de equalização, da substituição do coagulante por sulfato ferroso e da reconstrução do sedimentador, assim como a substituição das tubagens por umas de maior diâmetro, solucionando assim problemas de manutenção de toda a instalação e do incumprimento da legislação. A outra abordagem implica a substituição do sistema de afinação existente, os filtros de areia e carvão ativados, por um sistema de membranas de ultrafiltração ou por dois filtros de carvão ativado. Para tratar um efluente com um valor de CQO de 3000 mg O2/L com o carvão estudado, seriam necessários 132 kg de carvão por coluna, aproveitando-se os equipamentos existentes. No caso das membranas filtrantes, estas são eficazes, reduzindo a CQO em cerca de 70%. Ao contrário do carvão, a aplicação deste sistema implicaria a aquisição de novos equipamentos. Futuramente propõe-se a avaliação dos vários tipos de reagentes usados no tingimento de couro de forma a aplicar no tratamento aqueles que produzam as características desejadas no produto final e a que apresentem um menor resultado de CQO. Propõe-se também o estudo de viabilidade da remoção de crómio dos banhos de recurtume e consequente avaliação da aplicabilidade de um tratamento biológico em substituição ou como complemento do tratamento existente.

Characterization and Biological Activities of Ocellatin Peptides from the Skin Secretion of the Frog Leptodactylus pustulatus

Eight new peptides were isolated from the skin secretion of the frog Leptodactylus pustulatus and their amino acid sequences determined by de novo sequencing and by cDNA cloning. Structural similarities between them and other antimicrobial peptides from the skin secretion of Leptodactylus genus frogs were found. Ocellatins-PT1 to -PT5 (25 amino acid residues) are amidated at the C-terminus, while ocellatins-PT6 to -PT8 (32 amino acid residues) have free carboxylates. Antimicrobial activity, hemolytic tests, and cytotoxicity against a murine fibroblast cell line were investigated. All peptides, except for ocellatin-PT2, have antimicrobial activity against at least one Gram negative strain. Ocellatin-PT8 inhibited the growth of Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, and Salmonella choleraesuis strains with MICs in the 60−240 μM range. No significant effect was observed in human erythrocytes and in a murine fibroblast cell line after exposure to the peptides at MICs. A comparison between sequences obtained by both direct HPLC-MS de novo sequencing and cDNA cloning demonstrates the secretion of mature peptides derived from a pre-pro-peptide structure.