Funcionalização de nanofibras de carbono em fase gasosa

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Physico-chemical characterization of chars produced in the co-pyrolysis of wastes and possible routes of valorisation

Thesis submitted for the Degree in Master of Energy and Bioenergy

Caracterização de produtos petrolíferos por técnicas espectroscópicas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Avaliações in vitro da utilização da gelatina como material de suporte à regeneração de tecidos

Neste trabalho foram produzidas matrizes de nanofibras de gelatina de porco e de gelatina de peixe através da técnica de electrofiação. Estas matrizes têm uma estrutura morfológica e química interessantes para o desenvolvimento de scaffolds no âmbito da Engenharia de Tecidos mas a sua instabilidade em água compromete essa aplicação. Assim, as matrizes foram reticuladas recorrendo a dois processos diferentes: um físico (tratamento desidrotérmico - DHT) e outro químico (exposição a vapor de glutaraldeído - GTA). Os resultados obtidos permitiram verificar que a gelatina de porco reticulou mais facilmente que a gelatina de peixe, provavelmente devido a uma maior presença de grupos funcionais capazes de reagir com os processos de reticulação. Foram analisados possíveis efeitos citotóxicos das matrizes reticuladas em culturas de células Vero. Os extratos das matrizes não revelaram ser tóxicos mas o tratamento com GTA comprometeu a adesão das células às matrizes indicando acarretar um certo risco de toxicidade. O uso da glicina revelou-se eficaz na redução dessa toxicidade. Para além das matrizes de fibras sem orientação preferencial (depositadas num coletor plano), foram depositadas fibras paralelamente alinhadas recorrendo a um coletor cilíndrico rotatório. Marcações fluorescentes de células semeadas nos dois tipos de fibras revelaram que o citoesqueleto das células semeadas nas fibras alinhadas se organiza na direção do alinhamento.

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 piloto de novas tipologias de fibras sintéticas

O presente trabalho, desenvolvido nas instalações da FISIPE, teve como objectivo a caracterização de fibra oxidada (FOX),actualmente em desenvolvimento, com vista ao controlo de processo e de qualidade, e centrou-se em quatro parâmetros: i. Densidade; ii. Índice de Aromaticidade; iii. Índice de Oxigénio Limitante; iv. Grupos funcionais. No estudo da densidade realizou-se: a. Consolidação do método actualmente usado na empresa, observando-se uma redução da incerteza para metade (±0,005 gcm-3). b. Análise de diferentes amostras de FOX que apresentaram valores entre 1,348-1,387 gcm-3, que atendendo à incerteza do método, se encontram dentro dos valores de referência (1,35-1,39 gcm-3). c. Previsão de densidades ao longo da etapa de estabilização oxidativa. Confirmou-se ser apenas possível pela expressão apresentada numa das fontes consultada. Para o Índice de Aromaticidade (AI) efectuou-se: a. Estudo de quatro métodos de integração de curvas de DSC para determinação do calor de combustão que permite determinar o AI. Verificou-se que o mais indicado seria o uso da temperatura de on-set como limite inferior à linha de base de integração. b. Análise de diferentes amostras de FOX, observando-se valores de AI entre os 66% e 81%. Na determinação do Índice de Oxigénio Limitante, parâmetro exclusivo de qualidade, analisaram-se amostras de cabo pela adaptação da norma ASTM D 2863-06a. Obtiveram-se valores acima dos 40%O2 para a fibra oxidada. Para a verificação dos grupos funcionais realizou-se: a. Análise de FTIR, confirmando-se o desaparecimento de grupos nitrilo em função do tempo de oxidação, e a formação de bandas conjugadas e sobrepostas, indicando a presença de estruturas ciclizadas e aromatizadas. b. Proposta de um mecanismo reaccional para a reacção de oxidação de uma determinada fibra precursora. Com o intuito de minimizar o tempo de caracterização das FOX, procurou-se ainda encontrar uma correlação entre a densidade e o Índice de Aromaticidade, tanto ao longo da etapa de oxidação, como da fibra oxidada final. Conclui-se que não é possível estabelecer uma relação matemática para as amostras analisadas.

Fracionamento químico da matéria orgânica e características de ácidos húmicos de solos com horizonte a antrópico da amazônia (Terra Preta)

Os solos da Amazônia que possuem horizonte A antrópico (Au) apresentam elevada fertilidade natural geralmente atribuída ao teor elevado de matéria orgânica e à sua elevada reatividade. Neste estudo foram quantificadas as substâncias húmicas e caracterizados os ácidos húmicos (AH) extraídos da camada 0-20 cm de solos com horizonte Au do estado do Amazonas (Terra Preta de Índio) sob floresta e cultivo agrícola. Também foram investigadas amostras de solos adjacentes sem o horizonte antrópico. A caracterização dos AH foi realizada através de análise termogravimétrica, análise da composição elementar e quantificação dos grupos funcionais (total, carboxílica e fenólica). Os horizontes A de solos antropogênicos apresentaram maior teor de carbono total, comparados aos de solos adjacentes. Entre as frações húmicas, a mais abundante foi a humina. A fração de ácidos húmicos (AH) foi a dominante das frações alcalino-solúveis nos solos estudados. Os AH dos solos antropogênicos tanto sob floresta como sob cultivo agrícola apresentaram maior grau de humificação quando comparados aos AH dos solos sem o horizonte Au. O cultivo agrícola também teve efeito na estabilidade e reatividade dos AH nos solos antropogênicos.

Adsorção de cromo (VI) por carvão ativado granular de soluções diluídas utilizando um sistema batelada sob pH controlado

Na Amazônia o cromo é empregado principalmente na indústria de couro e de madeira, sendo responsável por vários problemas de saúde porque é tóxico para os seres vivos. A remoção de cromo de efluentes industriais é feita por meio de diversos processos como a adsorção. Este trabalho mostra os resultados da adsorção de Cr(VI) por carvão ativado granular comercial (CAG) como adsorvente de soluções diluídas empregando um sistema de adsorção batelada com controle de pH. Os grupos funcionais da superfície do CAG foram determinados pelo método de Boehm. Além disso, o efeito do pH na adsorção de Cr(VI), o equilíbrio e a cinética de adsorção foram estudados nas condições experimentais (pH = 6, MA = 6g, tempo de adsorção 90min.). Na superfície do CAG, os grupos carboxílicos foram determinados em maior concentração (MAS=0,43 mmol/gCAG), estes, presentes em concentrações elevadas aumentam a adsorção do metal, principalmente em valores de pH ácidos. A capacidade de adsorção é dependente do pH da solução, devido a sua influência nas propriedades de superfície do CAG e nas diferentes formas iônicas das soluções de Cr(VI). Os dados de equilíbrio da adsorção foram ajustados satisfatoriamente pela isoterma de Langmuir (R²=0,988), tipo favorável. A partir da cinética de adsorção a 5mg/L e 20mg/L, os resultados obtidos foram compatíveis com o valor limite preconizado na legislação nacional (Res. nº 357/05). Portanto, para o sistema experimental utilizando CAG foi eficiente na remoção de Cr(VI) a partir de correntes líquidas contendo baixas concentrações do metal.

Solos urbanos formados pelo acúmulo de resíduos em Manaus, Amazonas, Brasil

Este estudo apresenta dados sobre a mineralogia e a química de dois solos urbanos em Manaus (Horto Minicipal e Novo Israel) formados a partir da disposição e degradação de resíduo urbano em condições tropicais úmidas. Foi determinada a concentração de Pb, Cu, Ni, Zn, Mn, Fe, Cd e Cr, investigado o grau de contaminação desses elementos no solo e o potencial deles comprometerem a qualidade da água subterrânea. Foi medido o fracionamento geoquímico por lixiviação sequencial dos elementos, além de determinado o pH, teor de matéria orgânica e caracterizados os grupos funcionais dos ácidos húmicos e fúlvicos. Comparativamente esses solos urbanos refletem a composição mineralógica dos solos naturais da região embora a caulinita tenha menor grau de ordenamento cristalino. Contudo, o pH e o conteúdo de matéria orgânica são bem mais elevados. Em termos absolutos ambos os solos têm aproximadamente a mesma sequência de concentração dos elementos: no Horto Municipal Fe>Zn>Mn>Cu>Pb>Cr>Ni>Cd e em Novo Israel Fe>Zn>Cu>Mn>Pb>Cr>Ni>Cd. As maiores acumulações foram nas frações hidróxido de Fe amorfo e óxi-hidróxidos de Fe seguidas da matéria orgânica. Comparativamente, essas frações tiveram maior enriquecimento no Horto Municipal, provavelmente em consequência dos efeitos de envelhecimento dos resíduos, enquanto as mais biodisponíveis e a residual se acumularam mais em Novo Israel. Esse acúmulo nas fases mais móveis em Novo Israel é a causa da contaminação da água subterrânea e indica que o mesmo deve ocorrer no Horto Municipal.

Obtenção e caracterização de carvão ativado de caroço de buriti (Mauritia flexuosa L. f.) para a avaliação do processo de adsorção de cobre (II)

Na região amazônica, algumas indústrias despejam cobre nos corpos receptores que, em elevadas concentrações, é tóxico para os seres vivos. A remoção de cobre de efluentes industriais é realizada por diversos processos como a adsorção. Neste trabalho mostrou-se o resultado da adsorção de cobre (II) em carvão ativado de caroço de buriti carbonizado a 400 °C e ativado a 900 °C. O carvão ativado foi caracterizado em termos de área específica, tamanho dos poros, densidades aparente e real, porosidade, microscopia eletrônica de varredura, conteúdo de cinzas, pH, umidade, carbono fixo e grupos funcionais de superfície. O estudo de equilíbrio de adsorção avaliou a influência do diâmetro das partículas do carvão, do tempo de contato adsorvente/adsorbato, do pH e da concentração inicial da solução de cobre (II) sobre a remoção de cobre (II). Com base nos resultados, concluiu-se que há uma maior eficiência de remoção de cobre (II) para diâmetro < 0,595 mm, tempo de contato de 300 minutos, pH 4,0 e concentrações iniciais de cobre (II) de 50 e 80 mg L-1. O modelo matemático de Langmuir foi o que melhor se ajustou aos dados de equilíbrio de adsorção. A partir do tempo de contato de 15 minutos todas as concentrações de equilíbrio ficaram abaixo do máximo permitido de 1,0 mg L-1 previsto pela legislação vigente para lançamento de efluentes em corpos receptores.

Development of hyaluronic acid, dextrin and extracellular matrix hydrogels for cell expansion

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Saprotrophic fungi Hypholoma fasciculare effect on the fungal community associated to Castanea sativa

Dissertação de mestrado em Biologia Molecular, Biotecnologia e Bioempreendedorismo em Plantas

Diversidade de insetos antófilos em áreas com reflorestamento de eucalipto, município de Triunfo, Rio Grande do Sul, Brasil

O efeito da fragmentação de habitats tem sido avaliado medindo-se a riqueza e diversidade de determinados grupos funcionais, especialmente insetos visitantes florais. Esses organismos possibilitam conectividade funcional entre plantações e áreas protegidas e a restauração de ambientes alterados. Este estudo objetivou analisar a diversidade de insetos antófilos ao longo de transectos estabelecidos entre mata ciliar e reflorestamento de eucaliptos e exclusivamente entre talhões de eucaliptos, no sul do Brasil. Os insetos coligidos pertencem às ordens Hymenoptera, Lepidoptera, Diptera, Coleoptera e Hemiptera. Comparativamente a outros estudos, a abundância de insetos foi baixa. Vinte e oito espécies foram encontradas em ambos ambientes, enquanto 138 foram exclusivas em um ambiente (61 em mata ciliar/eucaliptos e 77 em eucaliptos/eucaliptos). Os insetos visitaram flores de 31 espécies vegetais, representantes de 20 famílias. Nos dois ambientes foram encontradas poucas espécies dominantes e um grande número representadas por um único indivíduo. A alta diversidade foi similar nos dois ambientes de estudo (H' = 4,084 e H' = 4,018). Entre os insetos, as abelhas mostraram a maior diversidade nos ambientes mata ciliar/eucaliptos (H' = 3,211) e eucaliptos/eucaliptos (H' = 2,8). Considerando-se a similaridade na estrutura da comunidade entre os ambientes, a fauna de insetos antófilos difere quanto à composição de espécies e número de indivíduos das espécies amostradas.

Fauna de aranhas (Arachnida, Araneae) em diferentes estágios do cultivo do arroz irrigado em Cachoeirinha, RS, Brasil

Com a intenção de conhecer a diversidade da araneofauna relacionada à cultura do arroz, foi realizado um inventário deste agroecossistema ainda pouco estudado em sua biodiversidade. Foram realizadas 17 amostragens na Estação Experimental do Arroz (EEA), do Instituto Rio Grandense do Arroz (IRGA), Cachoeirinha, RS (50º58'21"W; 29º55'30"S) entre outubro de 2004 e junho de 2005, em três períodos: antes do arroz ser semeado, durante o desenvolvimento do arroz e após a colheita. As coletas foram efetuadas no período matinal utilizando rede-de-varredura (35 cm de diâmetro), 50 golpes em cada um dos quatro transectos por amostragem. Coletou-se um total de 918 aranhas distribuídas em 14 famílias, com predomínio de Araneidae, Anyphaenidae, Oxyopidae e Tetragnathidae. Entre os indivíduos adultos, foram determinadas 38 morfoespécies, as mais abundantes Alpaida veniliae (Keyserling, 1865), Tetragnatha nitens (Audouin, 1826), Ashtabula sp.1 e Tetragnatha aff. jaculator, as quatro juntas com mais de 45% dos espécimes adultos coletados. Dos estimadores de riqueza de espécies utilizados, o que mais se aproximou da riqueza observada foi Chao 1; segundo este, 87,4% das espécies potencialmente presentes foram amostradas. Os resultados demonstraram que tanto abundância como riqueza tiveram a tendência ao crescimento, acompanhando o desenvolvimento da lavoura de arroz. Uma constante colonização no hábitat foi constatada dado o alto número de aranhas jovens encontradas em todos os períodos. Não foram encontradas diferenças significativas para a correlação entre dados abióticos (temperatura e pluviosidade) com a abundância e a riqueza, exceto pluviosidade vs. riqueza. Entre os grupos funcionais, houve o predomínio das caçadoras emboscadoras, seguido das construtoras de teias orbiculares. A análise de similaridade (ANOSIM) encontrou diferenças significativas entre a fauna dos três períodos avaliados. Assim, a perturbação na forma como o arroz é semeado e colhido altera a estrutura ambiental brutalmente, conduzindo a uma mudança na diversidade de aranhas em termos de riqueza e composição de espécies. Os resultados sugerem a importância de estudos da biodiversidade nos agroecossistemas.

Distribuição espacial das guildas tróficas e estruturação da comunidade de Ephemeroptera (Insecta) em córregos do Cerrado de Mato Grosso, Brasil

Analisamos a estrutura dos grupos funcionais alimentares de Ephemeroptera em cinco tipos de substratos (folhiço em corredeira, folhiço em remanso, madeira, pedras e raízes) de trechos de primeira a quinta ordens da bacia do rio Pindaíba, estado do Mato Grosso, Brasil. Verificamos, ainda, a preferência de táxons por substratos específicos através da especificidade e frequência dos organismos, e se a abordagem funcional reflete as variações dentro da comunidade. Nossos resultados agregam informações a respeito da classificação funcional dos efemerópteros e mostram que os raspadores foram os mais abundantes e os coletores-apanhadores comportam uma maior riqueza de táxons. Os córregos de terceira ordem foram os mais ricos e abundantes enquanto que as distribuições dos grupos funcionais alimentares corroboram as predições do Conceito do Continuum fluvial. Além disso, as comunidades estudadas foram muito mais estruturadas taxonomicamente do que funcionalmente. Esse fato atesta a importância da biologia dos organismos para a seleção dos substratos. A preferência de alguns gêneros por substrato específico corrobora esta importância.