Estudo eletroquímico do dano oxidativo promovido por RNS e PAH e o efeito protetor de antioxidantes no ADN

No dia-a-dia, os organismos vivos estão sujeitos a vários tipos de agressões de origem endógena e exógena. A produção endógena exagerada de contaminantes que ocorre nos processos metabólicos dos seres vivos está intimamente associada ao aparecimento e desenvolvimento de várias patologias. Por outro lado, e devido às atividades antropogénicas, muitos contaminantes de origem ambiental e alimentar entram por via exógena no organismo dos seres vivos provocando igualmente danos a nível celular. De modo a protegerem-se dos efeitos pejorativos provocados por estes compostos, os organismos vivos desenvolveram mecanismos complexos de defesa antioxidante. Este trabalho consistiu no estudo eletroquímico do dano oxidativo induzido por contaminantes (PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), H2O2, NO• e HClO) e do efeito protetor, ao dano oxidativo, promovido por antioxidantes no material baseado no ADN recorrendo à utilização de um biossensor de bases púricas, adenina-EPC (elétrodo pasta de carbono) e dA20-EPC, utilizando a voltametria de onda quadrada (VOQ) como técnica de deteção. A aplicação da eletroquímica apresenta várias vantagens para a quantificação da capacidade antioxidante total (CAT) pois, permite a redução da quantidade de reagentes e amostra em análise, elimina a etapa de remoção de cor (a cor é um interferente nos métodos óticos) e não requer equipamentos dispendiosos. Foram seguidas diferentes abordagens para a construção dos biossensores. A primeira consistiu na construção de um adenina-EPC em três etapas: i) condicionamento do EPC, ii) eletrodeposição da adenina no EPC e iii) leitura do sinal eletroquímico. Assim, foram otimizados diversos parâmetros: concentração de adenina (150,0 mg/L), potencial de condicionamento (Ec) (+ 1,80 V), potencial de deposição (Ed) (+ 0,40 V), tempo de condicionamento (tc) (180 s) e tempo de deposição (td) (240 s). Foi aplicado o adenina-EPC no estudo do dano oxidativo provocado por PAH (benzo (g,h,i) perileno) e constatou-se que era necessário transformar o benzo (g,h,i) perileno num radical para se possível observar danos oxidativos induzidos no biossensor. A nova estratégia consistiu na construção de um dA20-EPC, através da adsorção física de uma gota de dA20 na superfície do EPC, com posterior secagem e leitura do sinal eletroquímico. Neste procedimento foi otimizada a concentração de dA20 (100,0 mg/L). O dano oxidativo provocado pelo H2O2, NO• e HClO foi estudado sobre o dA20-EPC e verificou-se que os três contaminantes induziam dano oxidativo no dA20-EPC. Confirmou-se a capacidade do ácido ascórbico (AA) em proteger o dA20-EPC do dano oxidativo induzido por H2O2 e NO•. O biossensor desenvolvido (dA20-EPC) foi aplicado na avaliação da CAT de diferentes amostras reais (café, sumo de laranja e água aromatizada de laranja) usando-se como contaminantes o H2O2 e NO•. Todas as amostras analisadas apresentaram ter capacidade antioxidante. Quando se usou o dA20-EPC na presença de H2O2, verificou-se que as amostras de café apresentam valores mais elevados de CAT (1130-1488 mg AAE/L) do que as amostras de bebidas (110 mg AAE/L em água aromatizada e 775 mg AAE/L em sumo). Os valores de CAT obtidos para amostras de sumo e água aromatizada na presença de NO• indicam que a amostra de sumo possui maior teor de CAT (526 mg AAE/L) conforme era esperado, do que a amostra de água aromatizada (172 mg AAE/L).

Electrochemical characterization of Dps, a DNA-protecting protein

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.

Effects of UV radiation exposure on DNA and DNA repair enzymes

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

A new CuZ active form in the catalytic reduction of N2O by nitrous oxide reductase from Pseudomonas nautica

J Biol Inorg Chem (2010) 15:967–976 DOI 10.1007/s00775-010-0658-6

Mediated catalysis of Paracoccus pantotrophus cytochrome c peroxidase by P. pantotrophus pseudoazurin: kinetics of intermolecular electron transfer

J Biol Inorg Chem (2007) 12:691–698 DOI 10.1007/s00775-007-0219-9

Printed electronics for ubiquitous computing applications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química

Electrochemical and quantum chemical investigations of the insecticide fipronil.

This work describes an electrochemical and quantum chemical investigation of the fipronil insecticide. Cyclic voltammetry (CV) and square wave voltammetry (SWV) experiments were performed over a graphite-polyurethane (GPU) composite electrode. The fipronil molecule presents an one?electron irreversible oxidation reaction. Profiting the SWV signal a square wave stripping voltammetry (SWSV) procedure to determine the fipronil molecule in a 0.10 mol L-1 Britton-Robinson buffer solution, pH 8.0 was developed with accumulation potential and time of 0.50 V and 120 s, respectively. The limits of detection and quantification were 0.80 and 2.67 ?g L-1, respectively. Recovery tests were performed in three natural waters samples with values ranging from 99.67 to 101.37%. Quantum chemical studies showed that the nitrogen atom of the pyrazole group is the most probable oxidation site of the fipronil molecule.

Nanostructuring silicon probes via electrodeposition: characterization of electrode coatings for acute in vivo neural recordings

Understanding how the brain works will require tools capable of measuring neuron elec-trical activity at a network scale. However, considerable progress is still necessary to reliably increase the number of neurons that are recorded and identified simultaneously with existing mi-croelectrode arrays. This project aims to evaluate how different materials can modify the effi-ciency of signal transfer from the neural tissue to the electrode. Therefore, various coating materials (gold, PEDOT, tungsten oxide and carbon nano-tubes) are characterized in terms of their underlying electrochemical processes and recording ef-ficacy. Iridium electrodes (177-706 μm2) are coated using galvanostatic deposition under different charge densities. By performing electrochemical impedance spectroscopy in phosphate buffered saline it is determined that the impedance modulus at 1 kHz depends on the coating material and decreased up to a maximum of two orders of magnitude for PEDOT (from 1 MΩ to 25 kΩ). The electrodes are furthermore characterized by cyclic voltammetry showing that charge storage capacity is im-proved by one order of magnitude reaching a maximum of 84.1 mC/cm2 for the PEDOT: gold nanoparticles composite (38 times the capacity of the pristine). Neural recording of spontaneous activity within the cortex was performed in anesthetized rodents to evaluate electrode coating performance.

Effect of the alkyl chain length of the ionic liquid anion on polymer electrolytes properties

New polymer electrolytes (PEs) based on chitosan and three ionic liquid (IL) families ([C2mim][CnSO3], [C2mim][CnSO4] and [C2mim][diCnPO4]) were synthesized by the solvent casting method. The effect of the length of the alkyl chain of the IL anion on the thermal, morphological and electrochemical properties of the PEs was studied. The solid polymer electrolytes (SPE) membranes were analyzed by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX), polarized optical microscopy (POM), atomic force microscopy (AFM), complex impedance spectroscopy (ionic conductivity) and cyclic voltammetry (CV). The obtained results evidenced an influence of the alkyl chain length of the IL anion on the temperature of degradation, birefringence, surface roughness and ionic conductivity of the membranes. The DSC, XRD and CV results showed independency from the length of the IL-anion-alkyl chain. The PEs displayed an predominantly amorphous morphology, a minimum temperature of degradation of 135 °C, a room temperature (T = 25 °C) ionic conductivity of 7.78 × 10−4 S cm−1 and a wide electrochemical window of ∼ 4.0 V.

Synthesis of five-membered heterocycles by indirect electrochemical approach in "Green" media

Radical cyclization continues to be a central methodology for the preparation of natural products containing heterocyclic rings. Hence, some electrochemical results obtained by cyclic voltammetry and controlled-potential electrolysis in the study of electroreductive intramolecular cyclization of ethyl (2S, 3R)-2-bromo-3-propargyloxy-3-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-beta-D-glucopyranosyloxy) propanoate (1a), 2-bromo-3-allyloxy-3-(2’,3’,4’,6’-tetra-O-acetyl-beta-D-glucopyranosyloxy)propanoate (1b), 2-bromo-[1-(prop-2-yn-1-yloxy)propyl]benzene (1c) and [1-bromo-2-methoxy-2-(prop-2’-yn-1-yloxy)ethyl]benzene (1d) promoted by (1,4,8,11-tetramethyl-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane)nickel(I), [Ni(tmc)]+, electrogenerated at glassy carbon cathodes in ethanol and ethanol:water mixtures containing tetraalkylammonium salts, are presented. During controlled-potential electrolyses of solutions containing [Ni(tmc)]2+ and bromoalkoxylated compounds (1) catalytic reduction of the latter proceeds via one-electron cleavage of the carbon–bromine bond to form a radical intermediate that undergoes cyclization to afford the substituted tetrahydrofurans.

Electrosynthesis of heterocyclic compounds by radical cyclization in environmentally friendly media

We investigated the reductive intramolecular cyclization of bromopropargyl ethers derivatives, catalyzed by electrogenerated (1,4,8,11-tetramethyl-1,4,8,11-tetraaza-cyclotetradecane)nickel(I), [Ni(tmc)]+ as the catalysts in N,N,N-trimethyl-N-(2- hydroxyethyl)ammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide,[N1 1 1 2(OH)][NTf2] and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, [C2mim][NTf2] by cyclic voltammetry and controlled-potential electrolysis. The results show that the reaction leads to the formation of the expected cyclic compounds, which are important intermediates in the synthesis of natural products with possible biological activities.

Polymer electrolytes for electrochromic devices

Polymer electrolytes are currently the focus of much attention as potential electrolytes in electrochemical devices such as batteries, display devices and sensors. Generically, solid polymer electrolytes (SPEs) are mixtures of salts with soft polar polymers. SPEs have many advantages including high energy density, no risk of leakage, no issues related to the presence of solvent, wide electrochemical stability windows, simplified processability and light weight. With the goal of developing a new family of environmentally friendly multifunctional biohybrid materials displaying high ionic conductivity we have produced in the present work, flexible films based on different polymers or hybrids incorporating different salts. The polymer electrolytes studied here have been characterized by means of Differential Scanning Calorimetry, Thermogravimetric Analysis, X-ray diffraction, Polarized Optical Microscopy, complex impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. An evaluation of the performance of the sample with the highest conductivity as electrolyte in all solid-state ECDs was performed.

Laccase-catalyzed synthesis of conducting polyaniline-lignosulfonate composite

Enzymatic polymerization of aniline was first performed in lignosulfonate (LGS) template system. High-redox-potential catalyst laccase, isolated from Aspergillus, was used as a biocatalyst in the synthesis of conducting polyaniline/lignosulfonate (PANI-ES-LGS) complex using atmospheric oxygen as the oxidizing agent. The linear templates (LGS), also serving as the dopants, could facilitate the directional alignment of the monomer and improve the solubility of the conducting polymer. The process of the polymerization was monitored using UV-Vis spectroscopy, by which the conditions for laccase-catalyzed synthesis of PANI-ES-LGS complex were also optimized. The structure characterizations and solubility of the complex were carried out using corresponding characterization techniques respectively. The PANI-ES-LGS suspensions obtained was used as coating for cotton with a conventional padder to explore the applications of the complex. The variable optoelectronic properties of the coated cotton were confirmed by cyclic voltammetry and color strength test. The molecular weight changes of LGS treated by laccase were also studied to discuss the mechanism of laccase catalyzed aniline polymerization in LGS template system.

High-aspect-ratio tridimensional electrode arrays for neural applications

Tese de Doutoramento em Engenharia Biomédica.