Estudos cinéticos em reacções de hidrólise enzimática de proteínas acelerada por ultrasons

No decorrer do trabalho experimental que originou esta dissertação efectuaram-se vários estudos com o intuito de estudar cineticamente a reacção de hidrólise enzimática de proteínas acelerada por ultrasons. Utilizaram-se quatro proteínas diferentes: albumina sérica bovina (BSA), anidrase carbónica, ovalbumina e α-lactoalbumina que foram digeridas com tripsina. No sentido de monitorizar em tempo real a reacção de hidrólise recorreu-se a espectrofotometria ultravioleta-visivel, utilizando tecnologia NanoDrop® ND-1000, com base nas características físico-químicas das cadeias polipeptídicas, bem como à incorporação de um corante extrínseco através do ensaio de Bradford. Efectuaram-se igualmente estudos de espectrofotometria de fluorescência, também através da tecnologia NanoDrop® ND-3300, por incorporação de um fluoróforo extrínseco, SYPRO® Orange, à estrutura proteica. Para além dos ensaios espectrofotométricos, recorreu-se a uma nova metodologia de quantificação proteica através da marcação isotópica com oxigénio 18O acoplada a jusante com espectrometria de massa MALDI-TOF-MS. Com base nos resultados obtidos, concluiu-se que através do protocolo testado de digestão enzimática de proteínas acelerada por ultrasons não foi possível monitorizar em tempo real a reacção, quer por espectrofotometria de UV-Vis, quer por espectrofotometria de fluorescência através do fluoróforo SYPRO® Orange. No que diz respeito à marcação isotópica por 18O também não foi possível efectuar qualquer estudo cinético, uma vez que esta metodologia apenas permite a quantificação relativa das amostras proteicas.

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.

Desenvolvimento de um papel de filtro de baixo custo para tratamento de água

É sabido que devido à escassez de água potável, nomeadamente em países sub-desenvolvidos, morrem milhares de pessoas por ano, com a procura de fontes de água alternativas, que por sua vez se encontram contaminadas com microrganismos patogénicos; a este facto também se salienta a possibilidade de ocorrência de catástrofes naturais, tornando-se necessário o desenvolvimento de sistemas de desinfecção prácticos, de baixo custo e eficientes. O trabalho experimental desenvolvido focou-se nestas realidades, tendo por objectivo principal o desenvolvimento de um papel bactericida, em particular, um papel de baixo custo como é o caso do papel de filtro de café, para aplicação em desinfecção de água. Este papel foi funcionalizado com nanopartículas sintetizadas de prata, óxido de zinco e com ambas, assim como com nanopartículas comerciais, cuja caracterização foi feita por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM, Scanning Electron Microscopy), Energia Dispersiva de Raios-X (EDS, Energy-dispersive X-ray Spectroscopy), Espectroscopia de Ultravioleta-Visível (UV-VIS Uv-Visible Spectroscopy), Difracção de Raios-X (DRX, X-Rays Diffraction), Análise Termogravimétrica (TA, Thermal Analysis), e Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC, Differencial Scanning Calorimetry) e a actividade anti-bacteriana dos papéis foi avaliada através de Testes de Sensibilidade aos Antibióticos, pelo Método de Kirby-Bauer, contra as bactérias S.a.ATCC25923 e E.coli ATCC25922. No decorrer das sínteses variaram-se alguns parâmetros consoante o tipo de nanopartícula, para as np´s de prata variou-se essencialmente a metodologia de síntese e o tipo de redutor, para as np´s de óxido de zinco, dado ser um composto fotossensível, submeteu-se o papel á luz ultravioleta, o que, por outro lado também esterelizava o papel, e para ter uma comparação, esterelizou-se também o papel pela autoclave, constatando-se, pelas técnicas de caracterização, nomeadamente DRX, que os papeis não continham nanopartículas de óxido de zinco mas sim de acetato de zinco. Surpreendentemente, nos papéis autoclavados já se detectou a presença de óxido de zinco. Com os papéis que evidenciararam maior actividade anti-bacteriana realizaram-se filtrações de membrana com amostras de água contaminada e a determinação da concentração de metal no filtrado foi realizada pela técnica de Espectroscopia de Absorção Atómica de Chama (Flame Atomic Absorption Spectroscopy) conseguindo-se uma taxa de redução bacteriana de practicamente 100% para E.coli NCTC 9001 e E.f NCTC775 com os papéis contendo acetato de zinco numa concentração de 50 mM e np´sAg e acetato de zinco, numa concentração de 10 mM. De forma a validar o trabalho desenvolvido a parte final consistiu em testar os filtros com melhores propriedades em águas contaminadas, tendo esse trabalho sido feito no Laboratório de Água de Consumo dos Serviços Municipalizados de Água e Saneamento de Almada.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

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.

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.

Synthesis and characterization of novel 4H-pyran-4-ylidene indole-based heterocyclic systems for several optical applications

The development of organic materials displaying high two-photon absorption (TPA) has attracted much attention in recent years due to a variety of potential applications in photonics and optoelectronics, such as three-dimensional optical data storage, fluorescence imaging, two-photon microscopy, optical limiting, microfabrication, photodynamic therapy, upconverted lasing, etc. The most frequently employed structural motifs for TPA materials are donor–pi bridge–acceptor (D–pi–A) dipoles, donor–pi bridge–donor (D–pi–D) and acceptor–pi bridge-acceptor (A–pi–A) quadrupoles, octupoles, etc. In this work we present the synthesis and photophysical characterization of quadrupolar heterocyclic systems with potential applications in materials and biological sciences as TPA chromophores. Indole is a versatile building block for the synthesis of heterocyclic systems for several optoelectronic applications (chemosensors, nonlinear optical, OLEDs) due to its photophysical properties and donor electron ability and 4H-pyran-4-ylidene fragment is frequently used for the synthesis of red light-emitting materials. On the other hand, 2-(2,6-dimethyl-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile (1) and 1,3-diethyl-dihydro-5-(2,6-dimethyl-4H-pyran-4-ylidene)-2-thiobarbituric (2) units are usually used as strong acceptor moieties for the preparation of π-conjugated systems of the push-pull type. These building blocks were prepared by Knoevenagel condensation of the corresponding ketone precursor with malononitrile or 1,3-diethyl-dihydro-2-thiobarbituric acid. The new quadrupolar 4H-pyran-4-ylidene fluorophores (3) derived from indole were prepared through condensation of 5-methyl-1H-indole-3-carbaldehyde with the acceptor precursors 1 and 2, in the presence of a catalytical amount of piperidine. The new compounds were characterized by the usual spectroscopic techniques (UV-vis., FT-IR and multinuclear NMR - 1H, 13C).

Estudo da influência de nanotubos de carbono funcionalizados nas propriedades de revestimentos de poliuretano

Dissertação de mestrado em Propriedades e Tecnologias de Polímeros

Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)/NAY zeolite hybrid membranes as a drug release platform applied to ibuprofen release

Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)/NaY zeolite composite membranes were prepared by solvent casting and evaluated as a suitable drug release platform through the evaluation of loading and release of ibuprofen. The membranes were characterized at the morphological, structural and mechanical levels. The 1H-NMR spectra indicate that only the membranes with 16 and 32 % of NaY were useful for IBU encapsulation and the drug release was followed by UV-Vis spectroscopy. The release profile is independent of the zeolite content and can be described by the Korsmeyer-Peppas model. The membrane with 32 % zeolite content releases more than double IBU amount when compared with the membrane with 16 % showing that zeolite content allows tailoring membrane drug release content for specific applications. The drug release platform developed in this work is suitable for other drugs and applications.

Photoactivation of butyric acid from 6-aminobenzocoumarin cages

A new benzocoumarin bearing an amino group is proposed as a photocleavable protecting group for carboxylic acids. The novel heterocycle, 6-amino-4-chloromethyl-2-oxo-2H-naphtho[1,2-b]pyran was used in the preparation of ester conjugates of butyric acid, and of the corresponding mono- and di-methylated or ethylated derivatives. The photolability of the ester conjugates was studied by irradiation at selected wavelengths in methanol/HEPES buffer (80:20) solutions, and the release of butyric acid was followed with HPLC/UV and 1H NMR monitoring. Release of the carboxylic acid was faster for the monoalkylated derivatives (approximately within 20 min), at the longer wavelengths of irradiation (350 and 419 nm). The photophysics of the heterocyclic conjugates was also evaluated by both steady state and time-resolved methods.

Controlled aggregation of gold nanoparticles in a di-ureasilmatrix. Optical and micro indentation investigation

Nanocomposite materials with an organic-inorganic urea-silicate (di-ureasil) based matrix containing gold nanoparticles (NPs) were synthesized and characterized by optical (UV/Vis) spectroscopy and indentation measurement. The urea silicate gels were obtained by reaction between silicon alkoxyde modified by isocyanate group and polyethylene glycol oligomer with amine terminal groups in presence of catalyst. The latter ensures the successful incorporation of citrate-stabilized gold NPs in the matrix. It is shown that using a convenient destabilizing agent (AgNO3) and governing the preparative conditions, the aggregation degree of gold NPs can be controlled. The developed synthesis procedure significantly simplifies the preparative procedure of gold/urea silicate nanocomposites, compared to the procedure using gold NPs, preliminary covered with silica shells. Mechanical properties of the prepared sample were characterised using depth sensing indentation methods (DSI) and an idea about the type of aggregation structures was suggested.

Pró-fármacos fotoativáveis do péptido AAPV: síntese e avaliação da libertação controlada por luz

Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada (área de especialização em Biomedicina)