Producción de pólvoras salinas por vía húmeda

Valuable black powder has been produced traditionally by the wheel-mill grinding process. It is a process which evolved since the 12th century until his crowning moment ca. 1850. The current system of manufacturing black powder has barely changed in 150 years. This traditional system has and inherent risk of explosion in several stages which is not avoidable. Laws and restrictions are constantly increasing. So do the transportation costs, whatever are his final use. Nowadays the consumer price could be multiplied by easily more than ten times the original production cost. Traditional factories tend to group, merge and move away from settled areas. Obviously this protects the factories from public opinion in case of an accident thus increases the final cost of the propellant. The wet production could allow plants to scatter and decrease production costs. A wet method of production is proposed and developed in this project. The components are mixed in presence of water and extracted with an organic solvent. This conditions insures there is no risk of explosion. The method uses low and cheap technology. Precise calculations are presented among thermodynamic, legal and economic factors. Although the work is based in traditional (KNO3-C-S) black powder, other oxidizers with present interest like are studied. Furthermore, traditional production systems and quality processes are also discussed. Obtener pólvora negra ha sido posible gracias a la producción por vía seca con el molino de ruedas. Es un procedimiento que ha estado en evolución desde el siglo XII hasta su cénit a mediados del siglo XIX. Las producciones actuales utilizan este sistema que apenas ha variado en 150 años. El proceso clásico implica riesgos inherentes e inevitables de explosión en varias de sus etapas. Cada día la legislación es progresivamente más restrictiva con el transporte de explosivos. Las pólvoras, sean usadas para pirotecnia, cartuchería o materiales energéticos, están sujetas a gravámenes por el transporte. Hoy día el precio al consumidor puede llegar a estar multiplicado hasta más de diez veces el coste de producción. Las producciones tradicionales tienden a agruparse y alejarse de las poblaciones. Esto las protege, en caso de accidente, de la opinión pública aunque a costa de encarecer el producto. La producción húmeda es fácilmente escalable y apenas requiere inversión pudiendo dispersar las producciones y abaratar los costes. En este proyecto se propone un sistema de producción de explosivos salinos por vía húmeda, a través de una incorporación acuosa y una extracción con un disolvente orgánico. Las condiciones de operación aseguran que no hay riesgo ninguno de explosión. El sistema utiliza tecnología muy accesible y económica. Se han incorporado cálculos meticulosos además de discutir aspectos termodinámicos, legislativos y económicos. Aunque el trabajo se centra en la pólvora clásica (KNO3-C-S), se estudian alternativas con mayor interés actual. Así mismo se analizan los métodos de producción tradicionales y los efectos sobre la calidad de la pólvora.

Comparison of x-ray crystal structures of an acyl-enzyme intermediate of subtilisin Carlsberg formed in anhydrous acetonitrile and in water

The x-ray crystal structures of trans-cinnamoyl–subtilisin, an acyl-enzyme covalent intermediate of the serine protease subtilisin Carlsberg, have been determined to 2.2-Å resolution in anhydrous acetonitrile and in water. The cinnamoyl–subtilisin structures are virtually identical in the two solvents. In addition, their enzyme portions are nearly indistinguishable from previously determined structures of the free enzyme in acetonitrile and in water; thus, acylation in either aqueous or nonaqueous solvent causes no appreciable conformational changes. However, the locations of bound solvent molecules in the active site of the acyl- and free enzyme forms in acetonitrile and in water are distinct. Such differences in the active site solvation may contribute to the observed variations in enzymatic activities. On prolonged exposure to organic solvent or removal of interstitial solvent from the crystal lattice, the channels within enzyme crystals are shown to collapse, leading to a drop in the number of active sites accessible to the substrate. The mechanistic and preparative implications of our findings for enzymatic catalysis in organic solvents are discussed.

Análise de flavanóides por cromatografia líquida de alta eficiência e eletroforese capilar - otimização de separação e aplicações tecnológicas

No presente trabalho foram estudadas as separações de 18 flavonóides (9 agliconas e 9 glicosídeos) pelas técnicas de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência em fase reversa (RP-HPLC) e Cromatografia Micelar Eletrocinética em fluxo reverso (RF-Meck). Em ambas as técnicas foram avaliados solventes puros (metanol, acetonitrila e tetrahidrofurano) e suas misturas como formas de promover a variação de seletividade, através da modificação da fase móvel em HPLC, e da natureza do aditivo orgânico em RF-Meck. Nos estudos efetuados em HPLC utilizando-se gradiente, pode-se comprovar a possibilidade da modelagem do fator de retenção em funçã da proporção de solvente utilizados (MeOH, ACN, THF e suas misturas). Pode-se ainda, com base nos dados de retenção e na análise hierárquica de c1usters, diferenciar quatro diferentes grupos de sistemas cromatográficos com diferentes seletividades para flavonóides agliconas, e outros quatro com diferentes seletividades para glicosídeos. Os sistemas cromatográficos mais ortogonais (cada um pertencente a um grupo de seletividade) foram aplicados na separação de uma planta modelo (Azadirachta indica), de onde pode-se escolher a fase móvel mais seletiva para se otimizar a separação dos flavonóides glicosilados presentes nas folhas desta planta. No método final otimizado pode-se identificar e quantificar cinco dos flavonóides majoritários presentes, sendo três glicosídeos de quercetina (rutina, isoquercitrina e quercitrina) e dois glicosídeos de kaempferol (astragalin e nicotiflorin), em amostras de duas diferentes procedências (Piracicaba-SP e Silvânia-GO). Nos estudos envolvendo a separação dos dezoito flavonóides por RFMEKC pode-se comprovar diferenças significativas de seletividade quando se varia a natureza do solvente orgânico utilizado como aditivo, além de se observar tendências na migração em função das propriedades do solvente adicionado e da estrutura molecular do flavonóide. O solvente de menor eficiência para separação dos flavonóides foi o MeOH. Através da análise dos eletroferogramas obtidos através de um planejamento experimental de misturas, e das trocas de pares críticos observadas nos vários eletrólitos utilizados, obteve-se um método de separação com apenas um par crítico em menos de 12 minutos de corrida. O coeficiente de variação obtido para o fator de retenção foi de 1,5% e para área de 3%, considerando-se cinco injeções. O método desenvolvido foi aplicado com sucesso na identificação dos flavonóides majoritários presentes na planta modelo (Neem), obtendo-se o mesmo resultado do estudo anterior. Como forma de avaliar a concentração de flavonóides totais presentes em espécies vegetais é comum a análise de extratos após hidrólise ácida (conversão de todos glicosídeos em agliconas). Desta forma otimizou-se uma metodologia de separação em RP-HPLC de 8 flavonóides agliconas comumente presentes em alimentos e extratos vegetais de uso cosmético. A otimização foi efetuada mediante um planejamento experimental de misturas, para escolha da fase móvel mais seletiva, e de um planejamento fatorial composto central, para otimização das condições de gradiente. O método obtido foi o mais rápido já visto dentro da literatura consultada. A separação em linha de base foi efetuada em menos de 15 minutos, com coeficientes de variação de área entre 0,1 e 1,8%, coeficiente de correlação de 0,9993 a 0,9994 na faixa de 5 a 100 µg/mL, e limites de quantificação estimados na faixa de 0,1 a 0,21µg/mL. O método desenvolvido foi aplicado na otimização das condições de hidrólise de um extrato de Neem. A otimização foi efetuada através de metodologia de superfície de resposta, levando-se em consideração a concentração de ácido adicionada, o tempo de reação, a temperatura, e a concentração de um antioxidante (ácido ascórbico) adicionado. O resultado da otimização foi uma metodologia de hidrólise com tempo de reação igual a 5 minutos, utilizando-se 1,4 mol/L de HCI, 119°C e 500 µg/mL de ácido ascórbico. Através das metodologias de análise e de hidrólise desenvolvidas pode-se constatar a presença e quantificar no extrato de Neem os flavonóides agliconas quercetina, kaempferol e miricetina. Com o objetivo de se avaliar quais os componentes presentes em extratos vegetais são os responsáveis pelo poder antioxidante atribuído a determinadas plantas, foi montado um sistema de avaliação de poder antioxidante \"on-line\" com reação pós-coluna em HPLC (baseado na literatura) utilizando-se como \"radical livre modelo\" o ABTS. A análise da planta modelo (Neem) neste sistema mostrou que os flavonóides glicosilados identificados nas partes anteriores deste trabalho são os responsáveis pelo poder antioxidante atribuído a esta planta. De posse desta informação, e visando a obtenção de extratos para aplicações cosméticas com poder antioxidante, modelou-se a extração dos flavonóide do Neem em função da composição do solvente extrator (água, etanol , propilenoglicol e suas misturas), de acordo com um planejamento simplex centróide ampliado. Além da previsão da concentração dos princípios ativos pode-se ainda prever outras propriedades dos extratos obtidos, tais como, índice de refração e densidade, muitas vezes constituintes de especificações técnicas de acordo com as aplicações a que se destinam (cremes, xampús, etc).

Avaliação de microtécnicas de extração para análise de lamotrigina em plasma de pacientes epilépticos por eletroforese capilar

A lamotrigina (LTG) é um fármaco pertencente à classe das feniltriazinas utilizado no tratamento de crises epilépticas generalizadas e focais e no tratamento adjunto da epilepsia refratária. Devido à alta variabilidade interindividual, às interações medicamentosas e aos efeitos adversos apresentados durante a administração da LTG, a monitorização terapêutica nos pacientes que fazem uso deste fármaco é necessária para ajuste de dose individual e evitar os efeitos adversos. Assim, o objetivo deste trabalho foi a avaliação de duas técnicas de microextração: a microextração em fase líquida com fibras ocas (HF-LPME) e a microextração líquido-líquido dispersiva (DLLME) para análise da lamotrigina em amostras de plasma de pacientes epilépticos. Primeiramente foram definidas as condições eletroforéticas: foi utilizado um capilar de sílica fundida de 75 ?m de diâmetro interno e 50 cm de comprimento efetivo. O eletrólito de corrida (BGE) foi composto por ácido 2-morfolinoetanosulfônico (MES), na concentração de 130 mmol L-1 e pH 5,0. As análises foram realizadas à temperatura de 20°C e tensão de 15 kV. A amostra foi injetada hidrodinamicamente (0,5 psi por 10 s) e a detecção foi feita em 214 nm. Nestas condições a LTG e o padrão interno (PI), lidocaína, puderam ser analisados em menos de 7 minutos. A HF-LPME foi avaliada no modo de 3 fases, usando 500 ?L de plasma e 3,5 mL de solução fosfato de sódio 50 mmol L-1 pH 9,0 como fase doadora. O solvente utilizado para impregnar a fibra foi o 1-octanol. Como fase aceptora foram utilizados 60 ?L de solução de ácido clorídrico pH 4,0. Para avaliação da DLLME, foi necessária uma etapa de pré-tratamento da amostra (500 ?L de plasma) com 1 mL de acetonitrila. Após isto, 1,3 mL do sobrenadante foram adicionados a 4 mL de solução fosfato de sódio 50 mmol L-1 pH 9,0 e 120 ?L de clorofórmio (solvente extrator) foram injetados nesta amostra aquosa e 165 ?L de fase sedimentada foram recuperados. As características de desempenho analítico para ambos os métodos foram avaliadas, sendo obtida linearidade na faixa de concentração plasmática de 1-20 ?g/mL e limite inferior de quantificação (LIQ) de 1 ?g mL-1. Os ensaios de precisão e exatidão apresentaram valores de acordo com os guias oficiais. Além disso, os métodos foram seletivos, não apresentaram efeito residual e as amostras foram estáveis. Os valores de recuperação foram de 54,3 e 23% para HF-LPME e DLLME, respectivamente. Os métodos validados foram aplicados com sucesso em amostras de plasma de pacientes epilépticos em tratamento com a LTG. Além disso, as duas técnicas foram comparadas e a HF-LPME apresentou vantagens em relação à DLLME, mostrando ser uma técnica promissora para análise de matrizes complexas, com reduzido consumo de solvente orgânico e possibilidade de automação.

Nanopartículas lipídicas sólidas e vesículas cataniônicas contendo ftalocianina de cloro alumínio aplicadas nos processos fotodinâmicos

O trabalho apresentado foi realizado em duas etapas independentes e baseou-se no estudo de diferentes sistemas nanométricos para viabilizar a aplicação da ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc) na terapia fotodinâmica (TFD) para o tratamento do câncer de pele do tipo melanoma. O fármaco fotossensibilizante (FS) utilizado apresenta propriedades físico-químicas que lhe permitem exercer sua atividade fotodinâmica com excelência, sem a interferência do cromóforo endógeno melanina existente nas células melanocíticas. Para driblar sua elevada hidrofobicidade, ClAlPc foi encapsulada em sistemas nanométricos para administração em meio fisiológico. Inicialmente nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) foram desenvolvidas por emulsificação direta, após um estudo de elaboração do diagrama de fases. O compritol foi o lipídio sólido escolhido para compor as NLS, com diferentes concentrações de ClAlPc. Todas as formulações desenvolvidas foram devidamente caracterizadas, com tamanho médio entre 100 e 200 nm, baixa polidispersão, potencial zeta adequadamente negativo (~|30| mV), drug loading de ClAlPc entre 76-94% (com pequena redução após 24 meses) e alta eficiência de encapsulação (E.E.). A morfologia arredondada das nanopartículas foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e de força atômica. A estabilidade das NLS foi de 24 meses. A avaliação da cristalinidade do lipídio revelou a integração da ClAlPc à matriz lipídica da NLS, presença de estruturas polimórficas e grau de cristalinidade adequado, sem alterações após 24 meses. Nos estudos de difusão in vitro, observou-se que ftalocianina encapsulada nas NLS acumulam-se preferencialmente na epiderme e derme do que no estrato córneo, sem traços de permeação do ativo. Foi confirmado o caráter biocompatível das NLS sobre fibroblastos NIH-3T3. A ftalocianina encapsulada nas NLS não foi tóxica na linhagem de melanoma B16-F10 na ausência de luz, porém, apresentou excelente efeito fototóxico (0,75 ?g mL-1 de ClAlPc nanoencapsulada e irradiação entre 0,5 e 2,0 J cm-2), com redução da viabilidade celular de 87%. O segundo sistema de veiculação estudado foram as vesículas cataniônicas (VesCat), que se formam espontaneamente em água com o tensoativo TriCat 12. A obtenção das vesículas contendo ClAlPc envolve uma etapa adicional, para remoção de solvente orgânico, que foi aprimorada, reduzindo o tempo de produção em 55%. As VesCat/ClAlPc obtidas mantiveram suas propriedades físico-químicas e morfologia arredondada (confirmada por microscopia eletrônica de varredura), drug loading de 47% e alta E.E. Os resultados comprovaram que a aplicação desses dois sistemas nanométricos é altamente eficiente para aplicação da TFD no tratamento do câncer de pele do tipo melanoma ou outras doenças cutâneas, apresentando características favoráveis para avanços nos estudos de fase clínica e pré-clínica.

Avaliação de elementos potencialmente tóxicos em tintas

Neste trabalho são apresentados os resultados da determinação, por ICP OES, de elementos tóxicos e/ou potencialmente tóxicos (AI, Cr, Ni, Cu, Cd, As, Co e Pb) em tintas de acabamento imobiliário à base de água ou de solvente orgânico. Foram desenvolvidas e comparadas método de digestão de amostras utilizando diferentes misturas ácidas em bombas de decomposição, em fomo de microondas (sistema com radiação focalizada e com cavidade) e método de cinzas. O Método de digestão utilizando fomo de microondas com cavidade permitiu solubilização rápida e eficiente de todos os tipos de tintas testados, em tempo inferior a 35 minutos. As método apresentaram valores aceitáveis para a maioria dos elementos nos testes de adição e recuperação dos analitos. Os resíduos resultantes da digestão foram avaliados por MEV-EDS e não apresentaram os elementos estudados, comprovando a eficiência da metodologia. Mercúrio foi determinado usando um Analisador Direto de Mercúrio (DMA) e apresentou valores entre 43,0 ± 4,5 e 188 ± 9 µg Kg-1, valor considerado baixo quando comparado ao limite de 100 mg Kg-1, estabelecido na norma NRR 10004 para disposição de resíduos sólidos sem instalações especiais. O estudo da migração dos elementos para o ambiente após a exposição da tinta a agentes \"agressores\" , como raios ultravioletas e umidade, foi realizado usando câmara do tipo \"Weather-Ometer\" (envelhecimento acelerado). A avaliação dos resultados foi feita por MEV EDS e ICP OES. As micrografias de MEV mostraram que houve mudança na morfologia do polímero que foi submetido ao intemperismo acelerado. Os resultados obtidos não foram conclusivos quanto à migração dos analitos em função da baixa razão entre as massas degradada e não degradada das amostras. Uma proposta de metodologia para a avaliação por ICP OES das tintas e da disponibilidade de elementos tóxicos e potencialmente tóxicos, baseada na lixiviação de amostras secas em ambiente controlado é apresentada. São mostrados resultados de lixiviação de AI, Cr, Ni, Cu, Cd, As, Co e Pb com vários extratores e tempos diferentes de extração. Os resultados mostram que ocorre a migração de alguns elementos para as soluções estudadas e que, dos extratores avaliados, a chuva ácida apresentou maior potencial de lixiviação.

Catalytic performance of CuO/Ce0.8Zr0.2O2 loaded onto SiC-DPF in NOx-assisted combustion of diesel soot

This work presents a comparative study between the catalytic performance of the 2% CuO/ceria-zirconia powder catalyst and the same catalyst supported on silicon carbide DPF (Diesel Particulate Filter) towards NO oxidation reaction and soot combustion reaction. The ceria-zirconia catalyst was prepared by the co-precipitation method and 2 wt% copper was incorporated by the incipient wetness impregnation method. The catalyst was incorporated onto the ceramic support using a simple and organic solvent-free procedure by a simply dipping the DPF into an aqueous solution of the catalyst. The powder catalyst has been characterized using N2 adsorption at −196 °C, XRD and Raman Spectroscopy; whereas the catalytic coating morphology has been evaluated by SEM and the mechanical stability by an adherence test. Both catalyst configurations were tested for NO oxidation to NO2 and for soot combustion under NOx/O2. The results revealed that incorporation of the very active copper/ceria-zirconia catalyst onto SiC-DPF has been successfully achieved by a simple coating procedure. Furthermore, the catalytic coating has shown suitable mechanical, chemical and thermal stability. A satisfactory catalytic performance of the catalytic-coated filter was reached towards the NO oxidation reaction. Moreover, it was proved that the catalytic coating is stable and the corresponding coated DPF can be reused for several cycles of NO oxidation without a significant decrease in its activity. Finally, it was verified that the loose-contact mode is a good choice to simulate the catalytic performance of this active phase in a real diesel particulate filter.

Novel materials for membrane separation processes

The aim of this work was to synthesise a series of hydrophilic derivatives of cis-1,2-dihydroxy-3,5-cyclohexadiene (cis-DHCD) and copolymerise them with 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), to produce a completely new range of hydrogel materials. It is theorised that hydrogels incorporating such derivatives of cis-DHCD will exhibit good strength and elasticity in addition to good water binding ability. The synthesis of derivatives was attempted by both enzymatic and chemical methods. Enzyme synthesis involved the transesterification of cis-DHCD with a number of trichloro and trifluoroethyl esters using the enzyme lipase porcine pancreas to catalyse the reaction in organic solvent. Cyclohexanol was used in initial studies to assess the viability of enzyme catalysed reactions. Chemical synthesis involved the epoxidation of a number of unsaturated carboxylic acids and the subsequent reaction of these epoxy acids with cis-DHCD in DCC/DMAP catalysed esterifications. The silylation of cis-DHCD using TBDCS and BSA was also studied. The rate of aromatisation of cis-DHCD at room temperature was studied in order to assess its stability and 1H NMR studies were also undertaken to determine the conformations adopted by derivatives of cis-DHCD. The copolymerisation of diepoxybutanoate, diepoxyundecanoate, dibutenoate and silyl protected derivatives of cis-DHCD with HEMA, to produce a new group of hydrogels was investigated. The EWC and mechanical properties of these hydrogels were measured and DSC was used to determine the amount of freezing and non-freezing water in the membranes. The effect on EWC of opening the epoxide rings of the comonomers was also investigated

Dry powder inhalation of macromolecules using novel PEG-co-polyester microparticle carriers

This study investigated optimizing the formulation parameters for encapsulation of a model mucinolytic enzyme, a-chymotrypsin (a-CH), within a novel polymer; poly(ethylene glycol)-co-poly(glycerol adipate-co-?-pentadecalactone), PEG-co-(PGA-co-PDL) which were then applied to the formulation of DNase I. a-CH or DNase I loaded microparticles were prepared via spray drying from double emulsion (w(1)/o/w(2)) utilizing chloroform (CHF) as the organic solvent, l-leucine as a dispersibility enhancer and an internal aqueous phase (w(1)) containing PEG4500 or Pluronic(®) F-68 (PLF68). a-CH released from microparticles was investigated for bioactivity using the azocasein assay and the mucinolytic activity was assessed utilizing the degradation of mucin suspension assay. The chemical structure of PEG-co-(PGA-co-PDL) was characterized by (1)H NMR and FT-IR with both analyses confirming PEG incorporated into the polymer backbone, and any unreacted units removed. Optimum formulation a-CH-CHF/PLF68, 1% produced the highest bioactivity, enzyme encapsulation (20.08±3.91%), loading (22.31±4.34µg/mg), FPF (fine particle fraction) (37.63±0.97%); FPD (fine particle dose) (179.88±9.43µg), MMAD (mass median aerodynamic diameter) (2.95±1.61µm), and the mucinolytic activity was equal to the native non-encapsulated enzyme up to 5h. DNase I-CHF/PLF68, 1% resulted in enzyme encapsulation (17.44±3.11%), loading (19.31±3.27µg/mg) and activity (81.9±2.7%). The results indicate PEG-co-(PGA-co-PDL) can be considered as a potential biodegradable polymer carrier for dry powder inhalation of macromolecules for treatment of local pulmonary diseases.

Synthesis, thermal processing, and thin film morphology of poly(3-hexylthiophene)-poly(styrenesulfonate) block copolymers

A series of novel block copolymers, processable from single organic solvents and subsequently rendered amphiphilic by thermolysis, have been synthesized using Grignard metathesis (GRIM) and reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerizations and azide-alkyne click chemistry. This chemistry is simple and allows the fabrication of well-defined block copolymers with controllable block lengths. The block copolymers, designed for use as interfacial adhesive layers in organic photovoltaics to enhance contact between the photoactive and hole transport layers, comprise printable poly(3-hexylthiophene)-block-poly(neopentyl p-styrenesulfonate), P3HT-b-PNSS. Subsequently, they are converted to P3HT-b-poly(p-styrenesulfonate), P3HT-b-PSS, following deposition and thermal treatment at 150 °C. Grazing incidence small- and wide-angle X-ray scattering (GISAXS/GIWAXS) revealed that thin films of the amphiphilic block copolymers comprise lamellar nanodomains of P3HT crystallites that can be pushed further apart by increasing the PSS block lengths. The approach of using a thermally modifiable block allows deposition of this copolymer from a single organic solvent and subsequent conversion to an amphiphilic layer by nonchemical means, particularly attractive to large scale roll-to-roll industrial printing processes.

Acoustic Manipulation and Alignment of Particles for Applications in Separation, Micro-Templating, and Device Fabrication

This dissertation studies the manipulation of particles using acoustic stimulation for applications in microfluidics and templating of devices. The term particle is used here to denote any solid, liquid or gaseous material that has properties, which are distinct from the fluid in which it is suspended. Manipulation means to take over the movements of the particles and to position them in specified locations. Using devices, microfabricated out of silicon, the behavior of particles under the acoustic stimulation was studied with the main purpose of aligning the particles at either low-pressure zones, known as the nodes or high-pressure zones, known as anti-nodes. By aligning particles at the nodes in a flow system, these particles can be focused at the center or walls of a microchannel in order to ultimately separate them. These separations are of high scientific importance, especially in the biomedical domain, since acoustopheresis provides a unique approach to separate based on density and compressibility, unparalleled by other techniques. The study of controlling and aligning the particles in various geometries and configurations was successfully achieved by controlling the acoustic waves. Apart from their use in flow systems, a stationary suspended-particle device was developed to provide controllable light transmittance based on acoustic stimuli. Using a glass compartment and a carbon-particle suspension in an organic solvent, the device responded to acoustic stimulation by aligning the particles. The alignment of light-absorbing carbon particles afforded an increase in visible light transmittance as high as 84.5%, and it was controlled by adjusting the frequency and amplitude of the acoustic wave. The device also demonstrated alignment memory rendering it energy-efficient. A similar device for suspended-particles in a monomer enabled the development of electrically conductive films. These films were based on networks of conductive particles. Elastomers doped with conductive metal particles were rendered surface conductive at particle loadings as low as 1% by weight using acoustic focusing. The resulting films were flexible and had transparencies exceeding 80% in the visible spectrum (400-800 nm) These films had electrical bulk conductivities exceeding 50 S/cm.

Desenvolvimento biotecnológico de uma emulsão de uso tópico a base de óleo de rã-touro Rana catesbeiana Shaw

The skin is one of the largest organs of the human body and accounts for about 16% of body weight. The body protection against the external environment microorganisms is one of its most important functions, however is necessary that the skin remain intact for this function be exercised, so that when there is an injury on the skin, the process of restructuring needs to be starts, however this restructuration may also be compromised due to some diseases, justifying even more the need for the development of topical products that promote or accelerate the skin healing. Thus the aim of this study was to extract bullfrog oil and to develop a suitable topical emulsion. Two different oil samples were extracted by hot or organic solvent process. Titration techniques and gas chromatography- mass spectrometry were used to characterize the bullfrog oil. The required hydrophile-lipophile balance (HLBr) of bullfrog oil was determined and a pseudo-ternary phase diagram was constructed. The stability of the topical emulsion was evaluated. Then, cellular viability was determined by MTT assay using normal fibroblasts (3T3) and melanoma (B16F10) cells lines. The hot extraction yield was 60.6%. The major polyunsaturated compounds found were Eicosapentaenoic acid (17.6%) and Arachidonic acid (8.4%). HLBr study demonstrated the presence of stable systems with HLB ranging from 12.1 to 13.5 and the pseudo-ternary phase diagram showed mainly emulsion systems (62%). Topical emulsion showed 390 nm, polydispersity 0.05, zeta potential -25 mV and remained stable for ninety days. The bullfrog oil and topical emulsion did not showed citotoxicity in normal fibroblasts cells. However, these systems showed significantly inhibition of melanoma cells growth. In conclusion, the bullfrog oil presented desirable chemical characteristics required to be used for the development of a pharmaceutical and cosmetic products.

Experimental and Theoretical Models to Probe Mechanisms of Biological Charge Flow

Nature is challenged to move charge efficiently over many length scales. From sub-nm to μm distances, electron-transfer proteins orchestrate energy conversion, storage, and release both inside and outside the cell. Uncovering the detailed mechanisms of biological electron-transfer reactions, which are often coupled to bond-breaking and bond-making events, is essential to designing durable, artificial energy conversion systems that mimic the specificity and efficiency of their natural counterparts. Here, we use theoretical modeling of long-distance charge hopping (Chapter 3), synthetic donor-bridge-acceptor molecules (Chapters 4, 5, and 6), and de novo protein design (Chapters 5 and 6) to investigate general principles that govern light-driven and electrochemically driven electron-transfer reactions in biology. We show that fast, μm-distance charge hopping along bacterial nanowires requires closely packed charge carriers with low reorganization energies (Chapter 3); singlet excited-state electronic polarization of supermolecular electron donors can attenuate intersystem crossing yields to lower-energy, oppositely polarized, donor triplet states (Chapter 4); the effective static dielectric constant of a small (~100 residue) de novo designed 4-helical protein bundle can change upon phototriggering an electron transfer event in the protein interior, providing a means to slow the charge-recombination reaction (Chapter 5); and a tightly-packed de novo designed 4-helix protein bundle can drastically alter charge-transfer driving forces of photo-induced amino acid radical formation in the bundle interior, effectively turning off a light-driven oxidation reaction that occurs in organic solvent (Chapter 6). This work leverages unique insights gleaned from proteins designed from scratch that bind synthetic donor-bridge-acceptor molecules that can also be studied in organic solvents, opening new avenues of exploration into the factors critical for protein control of charge flow in biology.

Stable carbon isotopic analyses of n-alkanes and the calculated C4 plant-derived fractions in the dust samples

Atmospheric dust samples collected along a transect off the West African coast have been investigated for their lipid content and compound-specific stable carbon isotope compositions. The saturated hydrocarbon fractions of the organic solvent extracts consist mainly of long-chain n-alkanes derived from epicuticular wax coatings of terrestrial plants. Backward trajectories for each sampling day and location were calculated using a global atmospheric circulation model. The main atmospheric transport took place in the low-level trade-wind layer, except in the southern region, where long-range transport in the mid-troposphere occurred. Changes in the chain length distributions of the n-alkane homologous series are probably related to aridity, rather than temperature or vegetation type. The carbon preference of the leaf-wax n-alkanes shows significant variation, attributed to a variable contribution of fossil fuel- or marine-derived lipids. The effect of this nonwax contribution on the d13C values of the two dominant n-alkanes in the aerosols, n-C29 and n-C31 alkane, is, however, insignificant. Their d13C values were translated into a percentage of C4 vs. C3 plant type contribution, using a two-component mixing equation with isotopic end-member values from the literature. The data indicate that only regions with a predominant C4 type vegetation, i.e. the Sahara, the Sahel, and Gabon, supply C4 plant-derived lipids to dust organic matter. The stable carbon isotopic compositions of leaf-wax lipids in aerosols mainly reflect the modern vegetation type along their transport pathway. Wind abrasion of wax particles from leaf surfaces, enhanced by a sandblasting effect, is most probably the dominant process of terrigenous lipid contribution to aerosols.

Exceptional activity of gallium(III) chloride and chlorogallate(III) ionic liquids for Baeyer–Villiger oxidation

Baeyer–Villiger oxidation of cyclic ketones, using H2O2 as the oxidising agent, was systematically studied using a range of metal chlorides in different solvents, and in neat chlorogallate(III) ionic liquids. The extremely high activity of GaCl3 in promoting oxidation with H2O2, irrespective of solvent, was reported for the first time. The activity of all other metal chlorides was strongly solvent-dependent. In particular, AlCl3 was very active in a protic solvent (ethanol), and tin chlorides, SnCl4 and SnCl2, were active in aprotic solvents (toluene and dioxane). In order to eliminate the need for volatile organic solvent, a Lewis acidic chlorogallate(III) ionic liquid was used in the place of GaCl3, which afforded typically 89–94% yields of lactones in 1–120 min, at ambient conditions. Raman and 71Ga NMR spectroscopic studies suggest that the active species, in both GaCl3 and chlorogallate(III) ionic liquid systems, are chlorohydroxygallate(III) anions, [GaCl3OH]−, which are the products of partial hydrolysis of GaCl3 and chlorogallate(III) anions; therefore, the presence of water is crucial.