Bacterial cellulose-hydroxyapatite nanocomposites for bone regeneration

The aim of this study was to develop and to evaluate the biological properties of bacterial cellulose-hydroxyapatite (BC-HA) nanocomposite membranes for bone regeneration. Nanocomposites were prepared from bacterial cellulose membranes sequentially incubated in solutions of CaCl2 followed by Na2HPO4. BC-HA membranes were evaluated in noncritical bone defects in rat tibiae at 1, 4, and 16 weeks. Thermogravimetric analyses showed that the amount of the mineral phase was 40-50 of the total weight. Spectroscopy, electronic microscopy/energy dispersive X-ray analyses, and X-ray diffraction showed formation of HA crystals on BC nanofibres. Low crystallinity HA crystals presented Ca/P a molar ratio of 1.5 (calcium-deficient HA), similar to physiological bone. Fourier transformed infrared spectroscopy analysis showed bands assigned to phosphate and carbonate ions. In vivo tests showed no inflammatory reaction after 1 week. After 4 weeks, defects were observed to be completely filled in by new bone tissue. The BC-HA membranes were effective for bone regeneration. © 2011 S. Saska et al.

Estudo das propriedades óticas e fotoluminescentes das nanopartículas do CeO2 modificadas com La pelo método hidrotermal assistido por microondas

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Photoluminescence emission at room temperature in zinc oxide nano-columns

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Tris(trimethylsilyl)silyl stabilized phosphorus and lead clusters

Die Hypersilylgruppe (Me3Si)3Si stellt einen sehr sperrigen, Elektronen liefernden Substituenten dar und kann zur Stabilisierung niedriger Oxidationsstufen sowie ungewöhnlicher Strukturelemente dienen. Durch Reaktionen der base-freien Hypersilanide der Alkalimetalle sowie des Dihypersilylplumbandiyls mit unterschiedlichsten phosphorhaltigen Reagenzien konnten eine Reihe hypersilyl-stabilisierter Phosphor- und Bleicluster-Verbindungen erhalten werden. Kaliumhypersilanid reagiert in Toluol glatt mit weißem Phosphor bei Raumtemperatur in Toluol unter quantitativer Bildung von rotem Kalium-bis(hypersilyl)tetraphosphenid [(Me3Si)3Si]2P4K2 (1), einem Kaliumsalz des Tetraphosphens (Me3Si)3Si-PH-P=P-PH-Si(SiMe3)3. In Benzol oder Toluol steht 1 im Gleichgewicht mit dem dimeren Octaphosphanid [(Me3Si)3Si]4P8K4 (2). Bei längerem Stehen der toluolischen Lösungen zerfällt 1 langsam vermutlich in Folge einer Protolyse zum gelben Pentaphosphanid [(Me3Si)3Si]3P5K2 (4). Aus benzolischer Lösung konnte hingegen ein weiteres Oktaphosphanid, [(Me3Si)3Si]3P8K3 (5), isoliert werden. Führt man die Reaktion Kaliumhypersilanid mit P4 in stärker koordinierenden Lösungsmitteln wie Diethylether durch, so entstehen neben 1 größere Mengen des Triphosphenids [(Me3Si)3Si]2P3K (3); dieses enthält ein Triphosphaallyl-Anion mit partieller P-P-Doppelbindung. Setzt man Lithiumhypersilanid mit weißem Phosphor um, so beobachtet man eine vollständig andere Produktpallette. Als Hauptprodukte lassen Polyphosphane wie beispielsweise [(Me3Si)3Si]2P4 (6) nachweisen, das zu 1 analoge [(Me3Si)3Si]2P4Li2 (7) entsteht nur in vergleichsweise kleinen Mengen. In der Gegenwart von Hexahydro-1,3,5-trimethyl-S-triazin, entsteht aus Lithiumhypersilanid und P4 hingegen im wesentlichen [(Me3Si)3Si]2P3Li (8) neben beträchtlichen Mengen von (Me3Si)4Si. Dessen Bildung erfordert eine Si-Si-Bindungsspaltung im Verlauf der Reaktion. Die Reaktion von Natriumhypersilanid mit P4 verläuft sehr unübersichtlich, das Pentaphosphanid [(Me3Si)3Si]3P5Na2 (9) ist das einzige isolierbare Produkt. Setzt man 1 mit [(Me3Si)2Si]2Sn um, so bilden sich überraschenderweise, je nach verwendetem Solvens [(Me3Si)3Si]3P4SnK (10) oder [(Me3Si)3Si]2[(Me3Si)2N]P4SnK (11). Alle neuen Verbindungen wurden NMR-spektroskopisch charakterisiert, die Phosphenide 1, 7, 8 sowie die Phosphanide 2, 4, 5, 9, 10 darüber hinaus durch Kristallstrukturanalysen. Dihypersilylplumbandiyl und -stannandiyl reagieren bei tiefer Temperatur mit P4, MPH2 (M=Li, K), PMe3, and PH3 zu formalen Lewis-Säure-Base-Addukten. Die Addukte {[(Me3Si)3Si]2PbPH2}M [M = Li (15), K (18)], {{[(Me3Si)3Si]2Pb}2PH2}M [M = Li (19), K (20)], und [(Me3Si)3Si]2EPMe3 [E = Pb (21), Sn (22)] wurden als kristalline Feststoffe erhalten und konnten vollständig charakterisiert werden. Die metastabilen Addukte {[(Me3Si)3Si]2E}4P4 (E = Pb, Sn) und [(Me3Si)3Si]2PbPH3 konnten lediglich NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden. Bei Raumtemperatur entstehen in Folge von Ligandenaustausch-Prozessen die kristallographisch charakterisierten Heterokubane [(Me3Si)3Si]4P4E4 [E = Pb (12), Sn (14)], das Diphosphen (Me3Si)3SiP=PSi(SiMe3)3 (13) sowie der Pb2P2-Heterocyclus [(Me3Si)3SiPbP(H)Si(SiMe3)3]2 (17). Bei tiefer Temperatur wird aus einer sehr langsamen Reaktion von Dihypersilylplumbandiyl und PH3 in sehr kleinen Ausbeuten ein weiteres, völlig unerwartetes Produkt gebildet: der Bleicluster [(Me3Si)3Si]6Pb12 (23). Er weist ein verzerrt ikosaedrisches, zentrosymmetrisches Pb12-Gerüst auf. Nach jetzigen Erkenntnissen läuft seine Bildung über das nicht fassbare Hydridoplumbandiyl HPbSi(SiMe3)3, das intermediär durch Substituentenaustausch zwischen Pb[Si(SiMe3)3]2 and PH3 entsteht. Der Ersatz des Phosphans durch andere Hydridquellen wie (Ph3PCuH)6, (iBu)2AlH, and Me3NAlH3 führt ebenfalls zur Bildung von Bleiclustern, allerdings ist jetzt der Cluster [(Me3Si)3Si]6Pb10 (24) das Hauptprodukt. Beide Cluster, 23 und 24, gehorchen den Wade-Regeln.

Kohlenhydrat-Auxiliare in der asymmetrischen Synthese chiraler Stickstoffheterocyclen und Alkaloide

In dieser Arbeit wurden durch Verwendung eines stereodifferenzierenden Kohlenhydrat-Auxiliars chirale Stickstoffheterocyclen und enantiomerenreine Piperidin-Alkaloide synthetisiert. Alkaloide mit einer Piperidin-Grundstruktur sind in der Natur weit verbreitet und weisen vielfältige biologische Aktivitäten auf. Zusammen mit synthetischen Derivaten sind sie daher von großem Interesse für die Wirkstoffforschung. Mit dem aus D-Arabinose zugänglichen 2,3,4-Tri-O-pivaloyl-D-arabinosylamin wurden mit hoher Stereoselektivität N-Glycosyl-dehydropiperidinone aufgebaut, die vielfältig modifizierbare Ausgangsverbindungen zur Synthese unterschiedlich substituierter Stickstoffheterocyclen darstellen. In einer Vielzahl vor allem metallorganischer Reaktionen waren regio- und stereoselektive Derivatisierungen an allen Positionen der N-glycosidisch gebundenen Dehydropiperidinone möglich. Durchgeführt wurden z. B. die Addition aktivierter Cuprate, elektrophile Substitutionen, Reduktionen, Iod-Magnesium-Austausch sowie palladium- und kupferkatalysierte Kupplungen. Die Kombination dieser Methoden führte zu mehrfach substituierten Piperidinen. In einer Ringschlussmetathese wurde zudem ein Zugang zu bicyclischen Heterocyclen geschaffen. Das Kohlenhydrat-Auxiliar steuert den stereochemischen Verlauf der Bildung der Dehydropiperidinone und der daran durchgeführten Funktionalisierungen. Die Konfigurationen der neu gebildeten Stereozentren wurden mittels Röntgenstrukturanalysen und NMR-Spektroskopie sowie durch die Überführung der Piperidin-Derivate in Alkaloide mit bekanntem Drehwert ermittelt. Die Stickstoffheterocyclen können nach Entfernen der Enamin-Doppelbindung durch milde Acidolyse vom Kohlenhydrat-Auxiliar abgespalten werden, wodurch man die enantiomerenreinen Alkaloide erhält.

Strukturelle, enzymkinetische und thermodynamische Untersuchungen am KLH, dem Hämocyanin der Schlüssellochschnecke Megathura crenulata

Hämocyanine sind große, kupferhaltige Sauerstoff-Transportproteine, die bei zahlreichen Schnecken extrazellulär in der Hämolymphe vorkommen. Das Keyhole Limpet-Hämocyanin (KLH) der Schlüssellochschnecke Megathura crenulata dient aufgrund seiner immunstimu-latorischen Eigenschaften seit vielen Jahren als Modellprotein in der Immunologie. In der Klinik wird es als Hapten- und Vakzincarrier sowie als Medikament gegen oberflächliche Harnblasenkarnzinome eingesetzt. Die Quartärstruktur des KLH besteht aus einem Hohl-zylinder mit einer Molekülmasse von 8 MDa und einem Durchmesser von 35 nm. Dieses sogenannte Didekamer setzt sich aus 20 Untereinheiten mit jeweils 400 kDa zusammen. Jede Untereinheit lässt sich weiter in acht funktionelle Einheiten a bis h (engl. Functional Units = FU) mit ~ 50 kDa unterteilen. Die FUs a bis f bilden die Wandregion des Moleküls, während der Kragen aus den FUs g und h geformt wird. Die Struktur der Wandregion sowie der FU-g konnte bisher bereits durch Röntgenstrukturanalysen aufgeklärt werden. Bezüglich der Struktur der FU-h, die sich durch eine spezielle C-terminale Verlängerung von ~ 100 Amino-säuren auszeichnet, sind allerdings noch keine Informationen verfügbar. Um die Architektur des Kragens zu verstehen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zunächst Strategien entwickelt, diese spezielle FU in großer Menge und Reinheit zu isolieren. Anschließend konnten Bedingungen gefunden werden, die zur Ausbildung 0,2 mm großer, hexagonaler Kristalle führten. Diese ergaben am Synchrotron eine Auflösung von 4 Å. Durch Auswertung der Röntgenstrukturdaten konnte für die C-terminale Zusatzdomäne der FU-h eine Cupredoxin-ähnliche Typ I-Kupferfaltung ermittelt werden. Der Nachweis eines zusätzlichen Kupfer-atoms innerhalb dieser Domäne bedarf allerdings einer höheren Auflösung der Kristall-struktur. Hämocyanine lassen sich aufgrund ihrer evolutionären Verwandtschaft zu Phenol-oxidasen mit Hilfe verschiedener in vitro-Aktivatoren zur Catecholoxidase und teilweise auch zur Tyrosinase aktivieren. Beim KLH konnte in dieser Arbeit eine eindeutige Diphenolase- und sogar eine schwache Monophenolase-Aktivität der FUs-a und -f nach SDS-Aktivierung nachgewiesen werden. Zudem konnte eine geringfügige intrinsische Diphenolase-Aktivität dieser FUs belegt werden. Die enzymatischen Reaktionen waren sowohl von der gewählten Puffersubstanz, als auch der Anwesenheit bivalenter Kationen abhängig. Tris wirkt vermutlich als allosterischer Effektor und steigerte den Substrat-Umsatz, während Mg2+-Ionen zu einer starken Inhibition der katalytischen Aktivität führten. Die Klärung einer möglichen physiologischen Funktion der Phenoloxidase-Aktivität des KLH sowie potenziellen in vivo-Aktivatoren steht noch aus. Studien zur thermischen Stabilität des KLH resultierten in einer irreversiblen Denaturierung des Proteins. Die Schmelzpunkte deuteten auf eine hohe Tempe-raturstabilität des KLH, vor allem in Anwesenheit bivalenter Kationen. Eine Hämocyanin-typische Abhängigkeit der Hitzeresistenz vom Oligomerisierungsgrad ließ sich nicht feststellen, da sowohl bei der FU-h als auch den KLH-Didekameren eine vergleichbar hohe thermische Stabilität, bei einer nach wie vor vorhandenen Oxygenierung beobachtet wurde.

Distamycin-NA: A DNA Analog with an Aromatic Heterocyclic Polyamide Backbone. Part 1. Synthesis and structural analysis of monomers and dimers containing the nucleobase uracil

The synthesis of the monomeric building block 13 and its constitutional isomer 12 of a new type of DNA analog, distamycin-NA, is presented (Schemes 1 and 2). This building block consists of a uracil base attached to a thiophene core unit via a biaryl-like axis. Next to the biaryl-like axis on the thiophene chromophore, a carboxy and an amino substituent are located allowing for oligomerization via peptide coupling. The proof of constitution and the conformational preferences about the biaryl-like axis were established by means of X-ray analyses of the corresponding nitro derivatives 10 and 11. Thus, the uracil bases are propeller-twisted relative to the thiophene core, and bidentate H-bonds occur between two uracil bases in the crystals. The two amino-acid building blocks 12 and 13 were coupled to give the dimers 15 and 16 using dicyclohexylcarbodiimide (DCC) in THF/LiCl and DMF, respectively. While the dimer 15 showed no atropisomerism on the NMR time scale at room temperature, its isomer 16 occurred as distinct diastereoisomers due to the hindered rotation around its biaryl-like axis. Variable-temperature 1H-NMR experiments allowed to determine a rotational barrier of 19 ± 1 kcal/mol in 16. The experimental data were complemented by AM1 calculations.

Description and chemical composition of manganese nodules collected in the Pacific Ocean

Chemical and X-ray analyses were performed on the fifteen manganese nodules collected from the Pacific Ocean floor. The results were discussed compared with the previous data on the manganese nodules. Minerals were found to be todorokite, delta-MnO2 and other silicates, montmorillonite, illite, phillipsite and alpha-Si02. Average composition shows that copper is concentrated on the deep sea nodules more than the shallow ones, and that the todorokite rich nodules contain more copper and nickel than the delta-MnO2 rich ones. The analyses of fresh water iron-manganese precipitates by bacterial activity suggest that biological process is one of the important factors on the genesis of the sedimentary iron-manganese deposits, in¬cluding the manganese nodule.

Mineralogy of ODP Site 105-645

Cores from the upper 70 meters below seafloor (mbsf) (upper Pleistocene) at Ocean Drilling Program (ODP) Site 645 in Baffin Bay show dramatic meter-scale changes in color and mineralogy. Below this interval, mineralogical changes are more gradual to the top of the Miocene at about 550 mbsf. The Pliocene-Pleistocene section can be divided into five facies: Facies 1 - massive, poorly sorted, gravel-bearing muds; Facies 2 - gray silty clays and silty muds; Facies 3 - laminated detricarbonate silty muds; Facies 4 - silty sand and sandy silt; and Facies 5 - poorly sorted muddy sands and silty muds. Facies 4 and 5 are restricted to the Pliocene section below depths of about 275 mbsf. The mineralogical/color cycles in the upper 70 mbsf are the result of alternations between Facies 2 and three lithotypes of Facies 1: lithotype A - tan-colored, carbonate-rich, gravel-bearing mud; lithotype B - weak, red-colored, gravel-bearing mud rich in sedimentary rock fragments; and lithotype C - gray, gravel-bearing mud. A fourth lithotype, D, is restricted to depths of 168-275 mbsf and is dark gray, carbonate-poor, gravel-bearing mud. We believe that all lithotypes of Facies 1 and the sand and gravel fractions of Facies 2 and 3 were deposited by ice rafting. Depositional processes for Facies 4 and 5 probably include ice rafting and bottom- and turbidity-current transport. Data from petrographic analyses of light and heavy sand-sized grains and X-ray analyses of silt- and clay-size fractions suggest that tan-colored sediments (lithotype A of Facies 1; Facies 3) were derived mainly from Paleozoic carbonates of Ellesmere, Devon, and northern Baffin islands. Weak red sediments (lithotype B) contain significant red sedimentary clasts, reworked quartzarenite grains and clasts, and rounded colorless garnets, all derived from Proterozoic sequences of the Borden and Thule basins, and from minor Mesozoic red beds. Other sediments in the upper 335 mbsf at Site 645 contain detritus from a heterogeneous mixture of sources, including Precambrian shield terranes around Baffin Bay. Sediments from 335 to 550 mbsf (Facies 5) are rich in friable sedimentary clasts and detrital micas and contain glauconite and, in a few samples, reworked diatoms. These components suggest derivation from poorly consolidated Mesozoic-Tertiary sediments in coastal outcrops and beneath the modern shelves of northeastern Baffin Island and western Greenland. For the upper Pleistocene section (about 0-100 mbsf), marked mineralogical cyclicity is attributed to fluctuating glacial margins, calving rates, and iceberg melting rates, particularly around the northern end of Baffin Bay. Tan-colored, carbonate-rich units were derived at times of maximum advance of glaciers on Ellesmere and Devon islands, during relatively warm intervals induced by incursion of warm Atlantic surface water into the bay. At the beginning of these warmer episodes, most icebergs were contributed by glaciers near sea level around the Arctic channels, which resulted in deposition of weak red, ice-rafted units rich in Proterozoic sedimentary clasts.

Iron(III) and iron(II) complexes of 1-thia-4,7-diazacyclononane ([9]aneN(2)S) and 1,4-dithia-7-azacyclononane ([9]aneNS(2)). X-Ray structural analyses, magnetic susceptibility, Mossbauer, EPR and electronic spectroscopy

The complexes [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2), [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) and [Fe([9]aneNS(2))(2)][ClO4](2) ([9]aneN(2)S = 1-thia-4. 7-diazacyclononane and [9]aneNS(2) = 1,4-dithia-7-azacyclononane) have been prepared and the latter two characterised by X-ray crystallography. The Mossbauer spectra (isomer shift/mm s(-1), quadrupole splitting/mm s(-1), 4.2 K) for [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2) (0.52, 0.57), [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) (0.25, 2.72) and [Fe([9]aneNS(2))(2)][ClO4](2) (0.43, 0.28) are typical for iron(II) and iron(III) complexes. Variable-temperature susceptibility measurements for [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2) (2-300 K) revealed temperature-dependent behaviour in both the solid state [2.95 mu(B) (300 K)-0.5 mu(B) (4.2 K)] and solution (Delta H degrees 20-22 kJ mol(-1), Delta S degrees 53-60 J mol(-1) K-1). For [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) in the solid state [2.3 mu(B) (300 K)-1.9 mu(B) (4.2 K)] the magnetic data were fit to a simple model (H = -lambda L . S + mu L-z) to give the spin-orbit coupling constant (lambda) of -260 +/- 10 cm(-1). The solid-state X-band EPR spectrum of [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) revealed axial symmetry (g(perpendicular to) = 2.607, g(parallel to) = 1.599). Resolution of g(perpendicular to) into two components at Q-band frequencies indicated a rhombic distortion. The low-temperature single-crystal absorption spectra of [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2) and [Fe([9]aneNS(2))(2)][ClO4](2) exhibited additional bands which resembled pseudotetragonal low-symmetry splitting of the parent octahedral (1)A(1g) --> T-1(2g) and (1)A(1g) ---> T-1(1g) transitions. However, the magnitude of these splittings was too large, requiring 10Dq for the thioether donors to be significantly larger than for the amine donors. Instead, these bands were tentatively assigned to weak, low-energy S --> Fe-II charge-transfer transitions. Above 200 K, thermal occupation of the high-spin T-5(2g) ground state resulted in observation of the T-5(2g) --> E-5(g) transition in the crystal spectrum of [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2). From a temperature-dependence study, the separation of the low-spin (1)A(1g) and high-spin T-5(2g) ground states was approximately 1700 cm(-1). The spectrum of the iron(III) complex [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) is consistent with a low-spin d(5) configuration.

Structural and reactivity analyses of 2-benzylamino-1,4-naphthoquinone by X-ray characterization, electrochemical measurements, and dft single-molecule calculations

This study represents an integrated approach towards understanding the electronic and structural aspects of 2-benzylamino-1,4-naphthalenedione, a representative 2-amino-napfthoquinone. To this end, theoretical calculations performed at the B3PW91/6-31+G(d) level of density functional theory, electrochemical and X-ray structural investigation were employed. Two intramolecular H-bonds and other two intermolecular H-bonds were observed, including non-classical interactions. Cyclic voltammogram (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) show two pairs of peaks, being each one a monoelectronic process.

Quantitative Phase Analyses Through The Rietveld Method with X-Ray Powder Diffraction Data of Heat-Treated Carbamazepine Form III

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)