Incorporation of either molybdenum or tungsten into formate dehydrogenase from Desulfovibrio alaskensis NCIMB 13491; EPR assignment of the proximal iron-sulfur cluster to the pterin cofactor in formate dehydrogenases from sulfate-reducing bacteria

J Biol Inorg Chem (2004) 9: 145–151 DOI 10.1007/s00775-003-0506-z

Tyrosinase-based phenol remediation

Dissertation for the obtention of the Master Degree in Biotechnology

Application of ionic liquids and enzymes for the removal of proteinaceous layers from polychrome of works of art and evaluation of the cleaning effectiveness

Dissertação Apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Ciências da Conservação, especialização em Pintura

A closer look at brazilwood and its lake pigments

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Mestrado em Conservação e Restauro, especialização em Ciências da Conservação

Síntese de sais de benzopirílio e aplicação como sensores fluorescentes e grupos protectores fotocliváveis

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Bioorgânica, especialidade em Química Fina.

Preparação e caracterização de filmes poliméricos inteligentes incorporando grafenos para aplicações biomédicas

O objectivo deste trabalho foi combinar o comportamento magnético de micropartículas de óxido de grafeno (GO) modificado com Fe3O4 (GO - 0%, 0.05%, 0.1% e 0.2%) com as propriedades do polímero álcool polivinílico (PVA), nomeadamente a sua elasticidade, de forma a obter-se materiais poliméricos com capacidade de reversão das suas características estruturais, topográficas e consequentemente controlar as suas características de transporte por ajuste de campo magnético. Preparou-se e caracterizou-se filmes/membranas poliméricas de PVA com GO na presença e ausência de campo magnético. Caracterizou-se a morfologia destas membranas, através de microscopia óptica e de varrimento electrónico; o efeito na superfície de membranas por incorporação de GO através de ângulos de contacto, a avaliação da estabilidade estrutural e química através de estudos de inchamento e degradação, adsorção de proteínas e o impacto da presença de GO e o seu comportamento magnético na permeabilidade a gases. As membranas apresentaram boa afinidade com o GO, e um bom alinhamento das micropartículas quando expostas a campo. A estabilidade estrutural foi avaliada durante um período de imersão de 28 dias, usando uma solução de PBS a 0.01M, a pH 6.9 e a 37ºC. A análise dos espectros de UV-Vis obtidos para solução de imersão ao longo do tempo não revelaram degradação das membranas. O efeito na rugosidade da superfície das membranas por incorporação de GOs obteve-se através de ensaios de ângulos de contacto de glicerol. Verificou-se um aumento destes com o aumento de %GO; uma diminuição dos ângulos quando as membranas humidificadas foram expostas a um campo magnético de intensidade 0.0832T; e um aumento destes nas membranas expostas a humidade e temperatura controlada, a 50% e 17ºC. Foi observado o efeito do conteúdo magnético existente nas membranas alinhadas e não-alinhadas, com diferentes %GO, no desempenho da adsorção de BSA, submetidas a campo. Verificou-se um aumento de adsorção na membrana com menor %GO, devido provavelmente ao aumento da sua rugosidade; e a diminuição de adsorção com o aumento de intensidade de campo. Nos ensaios de permeabilidade, observou-se que a membrana de PVA (0% GO) é mais permeável ao CO2 do que ao O2. As membranas com GOs (0.05% e 0.1%) apresentam uma maior permeabilidade ao O2 do que ao CO2, devendo-se isto a uma provável alteração topográfica das membranas por incorporação das micropartículas já referidas.

Espectroscopia in situ no estudo cinético da adsorção de produtos farmacêuticos poluentes em carvões activados

A utilização dos carvões activados na remoção compostos poluentes dos efluentes urbanos tem demonstrado ser um processo cada vez mais económico e eficaz, sendo por isso muito utilizado no sector de tratamento e purificação de águas de abastecimento. O principal objectivo desta dissertação foi aplicar espectroscopia UV-Vis in situ no processo de adsorção em fase líquida de PPCP’s, nomeadamente cafeína e paracetamol. Nesta nova abordagem de medição e procedimento experimental, tiveram de se ter em conta vários factores e estudar o seu efeito durante o processo de adsorção. Um destes factores é a presença do carvão durante a medição da absorvância em espectroscopia. Deste modo, foram realizadas medições ao longo do tempo em soluções de carvão activado para determinar qual a sua interferência na medição e os motivos de tal comportamento. Verificou-se também que a forma, a quantidade e a agitação do carvão também influenciam os resultados de espectroscopia. Aplicando este novo método de medição, foi necessário adaptar a lei de Lambert-Beer para calcular os valores de concentração das espécies em solução, eliminando o erro na medição, provocado pela presença do carvão. Deste modo, o método de decomposição espectral foi aplicado e verificou-se que apenas as concentrações de carvão calculadas não correspondem aos valores reais em solução, apenas a sua variação demostra a evolução da interferência do adsorvente na medição dos valores de absorvância. No estudo cinético de adsorção dos solutos foi usado um carvão comercial tanto em pó como em formato granular. Durante o processo de adsorção em carvão granular verificou-se que a velocidade de adsorção foi menor, provavelmente devido à maior dificuldade de acesso aos poros, provocada pela complexidade da estrutura. Contudo, registou-se sempre uma remoção completa do soluto neste carvão, uma vez que a quantidade mínima possível nestes ensaios de carvão NOG é de 2,5mg, sendo uma quantidade relativamente superior à necessária para remover o soluto completamente da solução. Num pequeno estudo de adsorção de cafeína em carvões de diferentes origens confirmou-se que a eficiência de remoção do soluto é proporcional ao volume total de poros e deduz-se que a sua velocidade de adsorção está relacionada com a presença de mesoporosidade. Comparando a eficiência de remoção e a velocidade de adsorção dos dois solutos pelo mesmo carvão, observou-se que a adsorção da cafeína é mais rápida. Apesar dos valores de solubilidade e de volume molecular não justificarem de imediato este resultado, a cafeína tem maior afinidade com o carvão comercial, sugerindo a existência de propriedades químicas e texturais do carvão que levam a estes resultados. Por último, efectuou-se um estudo de adsorção de misturas para verificar a hipótese de adsorção competitiva entre os solutos. Após a realização dos ensaios verificou-se que não existe competição significativa entre a cafeína e o paracetamol.

Polímeros electrocrómicos confinados em sistemas mesoporosos

Esta dissertação teve como principal objectivo a síntese de materiais híbridos constituídos por polímeros electrocrómicos incorporados em sílicas mesoporosas e nanotubos de carbono. Esses materiais foram utilizados na construção de dispositivos electrocrómicos que foram caracterizados por voltametria cíclica e espectroelectroquímica. Foram sintetizados os polímeros poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno (P1), poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno-co-(3,4-dimetoxi)-tiofeno (P2), poli (3,4-(etilenodioxi)-tiofeno (P3) e o polímero Poli (3-metil)-tiofeno (P4) de maneira a serem utilizados como modelo. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN e/ou Infravermelho e análise elementar. Posteriormente foram impressos em eléctrodos de PET-ITO ou vidro-FTO, caracterizados e construídos dispositivos electrocrómicos de acordo com o know-how da empresa Ynvisible®. Os materiais híbridos foram sintetizados utilizando o método ship-in-a-bottle. O material híbrido H3 (PEDOT@MCM-41) foi obtido de maneira análoga ao polímero P3 (PEDOT) utilizando 10 equivalentes de catalisador após optimização. Este material híbrido foi depositado em eléctrodos de vidro-FTO, construídos dispositivos electrocrómicos e caracterizados de maneira a comparar com o polímeros previamente sintetizados. Comparando o desempenho do polímero com o seu respectivo híbrido é possível observar um aumento de eficiência de coloração do material híbrido relativamente ao dispositivo com o polímero livre. Os dispositivos do material H3, na experiência de durabilidade, mantiveram-se funcionais durante 10000 ciclos comparativamente a 2000 ciclos dos dispositivos com PEDOT. Na experiência de SEM do material híbrido H3 foi possível observar uma grande quantidade de polímero formada no exterior do material mesoporoso MCM-41. De maneira a minimizar essa quantidade de polímero foram delineadas algumas estratégias de síntese, uma delas pelo método de sublimação. Esta estratégia originou um material híbrido onde o polímero se situava maioritariamente nos poros da sílica MCM-41, mas não apresenta actividade electrocrómica. Ainda nesta dissertação, e com o objectivo de serem misturados com nanotubos de carbono foi sintetizado o polímero funcionalizado com pireno: poli ((3,4-etilenodioxi)-tiofeno-pireno-co-3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno), utilizando uma proporção de 1:10 (P6.1) e na proporção 1:6 (P6.2) do monómero EDOT-Pireno em relação ao monómero (3,4-(2-etilhexiolxi)-tiofeno. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN, UV-Vis e voltametria cíclica.

Gold nanoparticles for plasmid delivery

Gene therapy presents an ideal strategy for the treatment of genetic as well as acquired diseases, such as cancer and typically involves the insertion of a functioning gene into cells to correct a cellular dysfunction or to provide a new cellular function. Gene delivery vectors are based in two models: viral and non-viral. Viral vectors have high transfection efficiency but their major barrier is immunogenicity. Since the non-viral vectors have no immunogenicity, these have been widely studied. Gold nanoparticles have been proposed as optimal delivery systems of genetic material, due their small size, high surface-to-volume ratio and the ability to be functionalized with multiple molecules. In the present work, an AuNP-based formulation was developed to deliver a plasmid in a colorectal cancer cell line, containing as reporter gene the gene encoding to EGFP. The delivery system resulted from the functionalization of 14 nm AuNP with a PEG layer (4300114 PEG chains/AuNP), which increases stability and biocompatibility of AuNPs; quaternary ammonium groups which provide positive charges that allow electrostatic binding of plasmid, which is considered the therapeutic agent to be transported into cells. The system developed was characterized by UV-vis spectroscopy, DLS, TEM and by electrophoretic mobility, yielding a formulation with 113.5 nm.Transfection efficiency of the formulation developed was evaluated through PCR and through EGFP expression by fluorescence microscopy and fluorescence spectroscopy. The internalization was observed 3h post transfection; however a low level of EGFP expression was achieved. After 24h of incubation, EGFP expression increases just 3 times compared to non-transfected cells. The commercial system (Lipofectamine) expressed EGFP 5 times more than the system developed AuNP@PEG@R4N+@pEGFP. This difference could be related to lower translocation to the nucleus.

Estudo de uma coleção de vidros arqueológicos dos séculos XVII e XVIII do Mosteiro de Santa Maria da Vitória

Durante uma intervenção arqueológica numa conduta do Mosteiro de Santa Maria da Vitória na Batalha, foram encontrados diversos objetos de vidro e cerâmica dos quais foram escolhidos setenta e oito fragmentos de vidro datados dos séculos XVII- XVIII, com o objetivo de serem estudados e caracterizados na sua composição e a possível união dos fragmentos para a determinação das formas dos objetos, o que não se mostrou possível. Para a caracterização recorreu-se às técnicas de espetrometria de microfluorescência de raios X dispersiva de energias (μ-EDXRF) e espetroscopia de absorção UV‐Vis. A maioria dos vidros são silicatados sodo‐cálcicos, à exceção de dezasseis que são alcalinos mistos e um plúmbico. Identificaram-se dois cromóforos responsáveis pela cor azul, cobalto (encontrado apenas num objeto) e o conjunto cobre/ferro nos vidros azul-turquesa. Da coleção faz ainda parte um objeto com decoração vermelha opaca obtida com um pigmento de cobre. Os vidros com coloração natural (amarelo e verde) devem as suas tonalidades à presença de ferro. Realizou‐se a comparação das composições obtidas, formas e decorações com as coleções do Mosteiro de São João de Tarouca, com dois casos particulares do Mosteiro de Santa Clara-a-Velha, com um caso da Real Fábrica de Vidros Cristalinos de Coina e Real Fábrica da Marinha Grande e ainda com as composições publicadas de vidros venezianos e façon-de‐Venise. Esta comparação permitiu realçar semelhanças e diferenças a nível de composição e formal, entre as diferentes coleções.

Carbon dots: nanopartículas de carbono fluorescentes para marcação e visualização de células

A imagiologia por fluorescência é uma técnica extremamente útil em investigação biomédica. Actualmente existe uma vasta gama de fluoróforos disponíveis para marcação por fluorescência. Contudo estes marcadores possuem limitações que condicionam a sua aplicação em sistemas biológicos. As nanopartículas de carbono fluorescentes (CNPs) constituem uma recente classe de marcadores fluorescentes com elevada biocompatibilidade. O objectivo deste trabalho consistiu em produzir de CNPs através de métodos simples, a sua caracterização e aplicação como marcadores celulares para visualização de células em microscopia de fluorescência. Inicialmente foram produzidas nanopartículas (NPs) seguindo métodos mencionados na literatura. Seguidamente foram produzidas CNPs a partir de PAA, por via hidrotérmica, e a partir da carbonização de grãos de cortiça para as quais foi feito um estudo do efeito da variável temperatura de carbonização. Das amostras produzidas, nove foram devidamente estudadas. A espectroscopia de absorção no UV-Vis revelou perfis de absorção característicos para este tipo de NPs. A emissão de fluorescência das CNPs caracterizadada por espectroscopia de fluorescência evidenciou comportamentos emissivos típicos destas NPs tais como dependência do máximo de emissão com o comprimento de onda de excitação. A intensidade da fluorescência das CNPs sintetizadas por via hidrotérmica é, em geral, maior com rendimentos quânticos de fluorescência a variar entre 4 e 11%. Os rendimentos quânticos das CNPs produzidas por carbonização variam entre 2 e 5%. As imagens de microscopia electrónica demonstram que as CNPs possuíam formas esféricas. Os tamanhos determinados por SEM, TEM e DLS revelaram que as dimensões das NPs caem entre os 2 e 150nm. Por DRX constatou-se que as CNPs possuem uma estrutura atómica desorganizada. A análise FTIR mostrou que as amostras de CNPs produzidas a partir de macromoléculas pelo método hidrotérmico possuíam uma grande quantidade de precursor não degradado. Para as restantes CNPs foi verificada a presença de grupos funcionais polares que lhes conferem solubilidade em meio aquoso. Com 1H-RMN verificou-se uma diminuição de grupos alifáticos e aumento de grupos aromáticos nas CNPs de cortiça carbonizada, com o aumento da temperatura de carbonização. O potencial ζ da amostra obtida com maior temperatura de carbonização foi -25,7mV. Nos estudos in vitro realizados apenas as NPs produzidas a partir de ácido cítrico e etilenodiamina por via hidrotérmica marcaram eficazmente as linhas celulares de osteoblastos e de fibroblastos. A eficiência da marcação aparenta ser dependente do tempo de incubação com CNPs.

Biomimetic mineralization: encapsulation in calcium carbonate shells

Calcium carbonate biomineralization is a self-assembly process that has been studied to be applied in the biomedical field to encapsulate biomolecules. Advantages of engineering mineral capsules include improved drug loading efficiencies and protection against external environment. However, common production methods result in heterogeneous capsules and subject biomolecules to heat and vibration which cause irreversible damage. To overcome these issues, a microfluidic device was designed, manufactured and tested in terms of selectivity for water and oil to produce a W/O/W emulsion. During the development of this work there was one critical challenge: the selective functionalization in closed microfluidic channels. Wet chemical oxidation of PDMS with 1M NaOH, confirmed by FTIR, followed by adsorption of polyelectrolytes - PDADMAC/PSS - confirmed by UV-Vis and AFM results, render the surface of PDMS hydrophilic. UV-Vis spectroscopy also confirmed that this modification did not affect PDMS optical properties, making possible to monitor fluids and droplets. More important, with this approach PDMS remains hydrophilic over time. However, due to equipment constrains selectivity in microchannels was not achieved. Therefore, emulsion studies took place with conventional methods. Several systems were tried, with promising results achieved with CaCO3 in-situ precipitation, without the use of polymers or magnesium. This mineral stabilizes oil droplets in water, but not in air due to incomplete capsule formation.

Sol-gel entrapped biosystems: enzyme(s) and whole cells

In this work two different procedures to utilize the sol-gel technology were applied to immobilize/encapsulate enzymes and living cells. CO2 has reached levels in the atmosphere that make it a pollutant. New methods to utilize this gas to obtain products of added value can be very important, both from an environmentally point of view and from an economic standpoint. The first goal of this work was to study the first reaction of a sequential, three-step, enzymatic process that carries out the conversion of CO2 to methanol. Of the three oxidoreductases involved, our focus was on formate dehydrogenase (FateDH) that converts CO2 to formate. This reaction requires the presence of the cofactor β-nicotinamide adenine dinucleotide in reduced form (NADH). The cofactor is expensive and unstable. Our experiments were directed towards generating NADH from its oxidized form (NAD+), using glutamate dehydrogenase (GDH). The formation of NADH from NAD+ in aqueous medium was studied with both free and sol-gel entrapped GDH. This reaction was then followed by the conversion of CO2 to formate, catalysed by free or sol-gel entrapped FateDH. The quantification of NADH/NAD+ was made using UV/Vis spectroscopy. Our results showed that it was possible to couple the GDH-catalyzed generation of the cofactor NADH with the FateDH-catalyzed conversion of CO2, as confirmed by the detection of formate in the medium, using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The immobilization of living cells can be advantageous from the standpoint of ease of recovery, reutilization and physical separation from the medium. Also dead cells may not always exhibit enzymatic activities found with living cells. In this work cell encapsulation was performed using Escherichia coli bacteria. To reduce toxicity for living organisms, the sol-gel method was different than for enzymes, and involved the use of aqueous-based precursors. Initial encapsulation experiments and viability tests were carried out with E. coli K12. Our results showed that sol-gel entrapment of the cells was achieved, and that cell viability could be increased with additives, namely betaine that led to greater viability improvement and was selected for further studies. For an approach to “in-cell” Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments, the expression of the protein ctCBM11 was performed in E. coli BL21. It was possible to obtain an NMR signal from the entrapped cells, a considerable proportion of which remained alive after the NMR experiments. However, it was not possible to obtain a distinctive NMR signal from the target protein to distinguish it from the other proteins in the cell.

Propriedades antioxidantes e compostos bioactivos em vinhos portugueses monocasta

Tem sido atribuída ao vinho a designação de alimento antioxidante, devido ao seu alto teor em compostos polifenólicos, pelo que o seu consumo moderado pode apresentar efeitos benéficos para a saúde do consumidor. Neste trabalho foram estudados 228 vinhos portugueses monocastas (190 tintos, 30 brancos e 8 rosés), produzidos em 8 regiões do país, (Alentejo, Algarve, Península de Setúbal, Lisboa, Tejo, Verdes, Dão e Trás-os-Montes e Alto Douro) a partir de 12 castas tintas (Alfrocheiro, Alicante Bouschet, Aragonez-Tinta Roriz, Cabernet Sauvignon, Castelão, Merlot, Petit Verdot, Syrah, Tinta Miúda, Touriga Nacional, Trincadeira e Vinhão) e 6 castas brancas (Antão Vaz, Arinto, Chardonnay, Fernão Pires, Malvasia Fina e Verdelho). Estes vinhos foram avaliados quanto à sua composição fenólica por HPLC-DAD, propriedades antioxidantes (reacção de Folin-Ciocalteu, poder de redução férrica, FRAP e capacidade de sequestração do radical DPPH) e foram caracterizados por UV-VIS. Observaram-se correlações fortes entre as actividades antioxidantes dos vinhos e as suas características cromáticas, nomeadamente as suas absorvâncias a 420, 520 e 620 nm, mas também com as absorvâncias a 280 nm, 320 nm ou 360 nm que correspondem a compostos fenólicos não corados. As castas Alicante Bouschet e Petit Verdot destacaram-se quanto às suas propriedades antioxidantes, enquanto as regiões da Península de Setúbal e do Dão revelaram ter características que favorecem a actividade antioxidante dos vinhos nelas produzidos, por comparação com vinhos das mesmas castas produzidos noutras regiões. A análise de HPLC permitiu detectar 52 compostos fenólicos (17 ácidos hidroxibenzóicos ou derivados, 8 flavanóis ou procianidinas, 12 ácidos hidroxicinâmicos e 7 flavonóis) presentes na maior parte dos vinhos tintos analisados. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam a complexidade de factores que determinam as propriedades biológicas e composição fenólica dos vinhos tintos, rosés ou brancos, e que incluem casta, parâmetros edafo-climáticos e características do processo de vinificação.

Phenanthroimidazoles as fluorimetric and colourimetric chemosensors in aqueous solution

2,4,5-Triaryl-imidazoles are versatile compounds with application in medicine, due to their biological activity, and materials sciences, for their interesting optical properties. These properties can be tuned by careful selection of substituents at positions 2, 4 and 5: replacement of the aryl group by an heterocyclic group results in larger π-conjugated systems with improved optical properties for application in nonlinear optics, OLEDs, DNA intercalators, and chemosensors. Moreover, it is expected that introducing more conjugation and rigidity into the resulting system will further improve its properties. The development of chromo/fluorescent probes that are capable of detecting ions with high sensitivity and selectivity in aqueous media is currently a topic of strong interest and the design of heteroditopic receptors that contain two or more different binding sites for the simultaneous complexation of cationic and anionic guests is a emerging field of supramolecular chemistry. In this communication, we report the synthesis of new phenanthroimidazoles substituted at position 2 with arylthienyl or arylfuryl moieties possessing substituents of different electronic character, in order to tune the chromo/fluoro response in the presence of relevant anions and metal cations. Their photophysical properties and chemosensory ability were studied in acetonitrile and mixtures of acetonitrile and water, and selective detection of cyanide was achieved in aqueous mixtures for some of the derivatives.