Graphene-based nanostructures: Plasmonics in the THz range

The properties of surface plasmon-polaritons (SPPs) in graphene are discussed and several possible ways of coupling electromagnetic radiation in the terahertz (THz) spectral range to this type of surface waves are described: (i) the attenuated total reflection (ATR) method employing a prism, (ii) graphene-based gratings or graphene monolayers with modulated conductivity, (iii) a metal stripe on top of the graphene layer, and (iv) a nanoparticle located above it. Potentially interesting for applications SPP effects, such as switching, modulation and polarization of THz radiation, as well as its enhanced absorption in graphene, are considered. The discussion also concerns the impact of the nonlinear properties of graphene, such as optical bistability.

Enzymatic hydrophobic modification of jute fibers via grafting to reinforce composites

Horseradish peroxidase (HRP)/H2O2 system catalyzes the free-radical polymerization of aromatic compounds such as lignins and gallate esters. In this work, dodecyl gallate (DG) was grafted onto the surfaces of lignin-rich jute fabrics by HRP-mediated oxidative polymerization with an aim to enhance the hydrophobicity of the fibers. The DG-grafted jute fibers and reaction products of their model compounds were characterized by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-TOF MS), attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and differential scanning calorimetry (DSC). The results clearly indicated the grafting of DG to the jute fiber by HRP. Furthermore, the hydrophobicity of jute fabrics was determined by measuring the wetting time and static contact angle. Compared to the control sample, the wetting time and static contact angle of the grated fabrics changed from ~1 s to 1 h and from ~0° to 123.68°, respectively. This clearly proved that the hydrophobicity of jute fabrics improved considerably. Conditions of the HRP-catalyzed DG-grafting reactions were optimized in terms of the DG content of modified jute fabrics. Moreover, the results of breaking strength and elongation of DG-grafted jute/ polypropylene (PP) composites demonstrated improved reinforcement of the composite due to enzymatic hydrophobic modification of jute fibers.

Identification of a novel determinant for membrane association in hepatitis C virus nonstructural protein 4B.

Nonstructural protein 4B (NS4B) plays an essential role in the formation of the hepatitis C virus (HCV) replication complex. It is a relatively poorly characterized integral membrane protein predicted to comprise four transmembrane segments in its central portion. Here, we describe a novel determinant for membrane association represented by amino acids (aa) 40 to 69 in the N-terminal portion of NS4B. This segment was sufficient to target and tightly anchor the green fluorescent protein to cellular membranes, as assessed by fluorescence microscopy as well as membrane extraction and flotation analyses. Circular dichroism and nuclear magnetic resonance structural analyses showed that this segment comprises an amphipathic alpha-helix extending from aa 42 to 66. Attenuated total reflection infrared spectroscopy and glycosylation acceptor site tagging revealed that this amphipathic alpha-helix has the potential to traverse the phospholipid bilayer as a transmembrane segment, likely upon oligomerization. Alanine substitution of the fully conserved aromatic residues on the hydrophobic helix side abrogated membrane association of the segment comprising aa 40 to 69 and disrupted the formation of a functional replication complex. These results provide the first atomic resolution structure of an essential membrane-associated determinant of HCV NS4B.

In-line Monitoring of Precipitation Process using Raman Spectroscopy and ATR-FTIR

Polymorfian jatkuva seuranta saostuksessa on hyödyllistä suunnittelun ja kidetuotteen ominaisuuksien sekä kiteytystä seuraavan jatkoprosessoinnin kannalta. Tässä diplomityössä on tutkittu L-glutamiinihapon kahden (- ja ß) polymorfimuodon liukoisuuden riippuvuutta pH:sta ja lämpötilasta.Tulokseksi saatiin, että kummankin polymorfin liukoisuus kasvoi sekä pH:ta ettälämpötilaa kasvatettaessa. ¿¿muodon liukoisuus oli korkeampi kuin ß-muodon liukoisuus valituilla pH-arvoilla eri lämpötiloissa. Lisäksi seurattiin puolipanostoimisen saostuksen aikana 1-litraisella laboratoriokiteyttimellä muodostuvan kiteisen polymorfiseoksen koostumusta hyödyntäen in-line Raman-spektroskopiaa. Myös liuoksen pH-muutosta seurattiin sekä liuoksen koostumusta ATR FTIR-spektroskopian (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectrometer) avulla. Tutkittavina muuttujina olivat mm. sekoitusintensiteetti, sekoitintyyppi, reaktanttien (natriumglutamaatti ja rikkihappo) konsentraatiot sekä syötetyn rikkihapon syöttökohta kiteyttimessä. Työhön sisältyi 36 koetta ja osa kokeista toistettiin tulosten oikeellisuuden tarkistamiseksi. Inline-mittaustulosten verifioimiseksi kidenäytteet analysoitiin myös käyttämällä konfokaali Raman-mikroskooppia. Kidemorfologiaa tutkittiin SEM-kuvien (Scanning Eletronic Microscope) avulla. Työ osoitti, että Raman-spektroskopia on joustava ja luotettava menetelmä saostusprosessin jatkuvaan seurantaan L-glutamiinihapolla. Alhaiset lähtöainepitoisuudet tuottivat pääasiassa ¿¿muotoa, kun taas alhainen sekoitusteho edisti ß-muodon muodostumista. Syöttökohta vaikutti merkittävästi polymorfiaan. Kun rikkihapon syöttökohta oli epäideaalisesti sekoitetulla vyöhykkeellä, nousi ylikylläisyystaso korkeaksi ja päätuote oli tällöin ß-muotoa. 6-lapainen vinolapaturbiini (nousukulma 45o) ja 6-lapainen levyturbiini eivät merkittävästi poikenneet toisistaan muodostuvien polymorfien osalta.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Towards desired crystalline product properties: In-situ monitoring of batch crystallization

The objective of industrial crystallization is to obtain a crystalline product which has the desired crystal size distribution, mean crystal size, crystal shape, purity, polymorphic and pseudopolymorphic form. Effective control of the product quality requires an understanding of the thermodynamics of the crystallizing system and the effects of operation parameters on the crystalline product properties. Therefore, obtaining reliable in-line information about crystal properties and supersaturation, which is the driving force of crystallization, would be very advantageous. Advanced techniques, such asRaman spectroscopy, attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR FTIR) spectroscopy, and in-line imaging techniques, offer great potential for obtaining reliable information during crystallization, and thus giving a better understanding of the fundamental mechanisms (nucleation and crystal growth) involved. In the present work, the relative stability of anhydrate and dihydrate carbamazepine in mixed solvents containing water and ethanol were investigated. The kinetics of the solvent mediated phase transformation of the anhydrate to hydrate in the mixed solvents was studied using an in-line Raman immersion probe. The effects of the operation parameters in terms of solvent composition, temperature and the use of certain additives on the phase transformation kineticswere explored. Comparison of the off-line measured solute concentration and the solid-phase composition measured by in-line Raman spectroscopy allowedthe identification of the fundamental processes during the phase transformation. The effects of thermodynamic and kinetic factors on the anhydrate/hydrate phase of carbamazepine crystals during cooling crystallization were also investigated. The effect of certain additives on the batch cooling crystallization of potassium dihydrogen phosphate (KDP) wasinvestigated. The crystal growth rate of a certain crystal face was determined from images taken with an in-line video microscope. An in-line image processing method was developed to characterize the size and shape of thecrystals. An ATR FTIR and a laser reflection particle size analyzer were used to study the effects of cooling modes and seeding parameters onthe final crystal size distribution of an organic compound C15. Based on the obtained results, an operation condition was proposed which gives improved product property in terms of increased mean crystal size and narrowersize distribution.

Fingermark initial composition and aging using Fourier transform infrared microscopy (μ-FTIR)

This study investigated fingermark residues using Fourier transform infrared microscopy (μ- FTIR) in order to obtain fundamental information about the marks' initial composition and aging kinetics. This knowledge would be an asset for fundamental research on fingermarks, such as for dating purposes. Attenuated Total Reflection (ATR) and single-point reflection modes were tested on fresh fingermarks. ATR proved to be better suited and this mode was subsequently selected for further aging studies. Eccrine and sebaceous material was found in fresh and aged fingermarks and the spectral regions 1000-1850 cm-1 and 2700-3600 cm-1 were identified as the most informative. The impact of substrates (aluminium and glass slides) and storage conditions (storage in the light and in the dark) on fingermark aging was also studied. Chemometric analyses showed that fingermarks could be grouped according to their age regardless of the substrate when they were stored in an open box kept in an air-conditioned laboratory at around 20°C next to a window. On the contrary, when fingermarks were stored in the dark, only specimens deposited on the same substrate could be grouped by age. Thus, the substrate appeared to influence aging of fingermarks in the dark. Furthermore, PLS regression analyses were conducted in order to study the possibility of modelling fingermark aging for potential fingermark dating applications. The resulting models showed an overall precision of ±3 days and clearly demonstrated their capability to differentiate older fingermarks (20 and 34-days old) from newer ones (1, 3, 7 and 9-days old) regardless of the substrate and lighting conditions. These results are promising from a fingermark dating perspective. Further research is required to fully validate such models and assess their robustness and limitations in uncontrolled casework conditions.

Determination of chemical elements in africanized Apis mellifera (Hymenoptera: Apidae) honey samples from the State of Piauí, Brazil

Honey is a food used since the most remote times, appreciated for its characteristic flavor, considerable nutritional value and medicinal properties; however, little information exists about the presence of chemical elements in it. The objectives of this work were to determine the chemical elements present in 38 honey samples, collected directly from beekeepers from the State of Piauí, Brazil and to verify whether they presented any contamination. The chemical elements were determined by means of Total Reflection X-ray Fluorescence. The means of three replicates were: K (109.671 ± 17.487), Ca (14.471 ± 3.8797), Ti (0.112 ± 0.07), Cr (0.196 ± 0.11), Mn (0.493 ± 0.103), Fe (1.722 ± 0.446), Co (0.038), Ni (0.728 ± 0.706), Cu (0.179 ± 0.0471), Zn (0.967 ± 0.653), Se (not detected), Br (not detected), Rb (0.371 ± 0.097), Sr (0.145 ± 0.45), Ba (11.681), Hg (not detected), and Pb (0.863) µg g-1.

Estudo do teste de Scott via técnicas espectroscópicas: um método alternativo para diferenciar cloridrato de cocaína e seus adulterantes

Cocaine is usually seized mixed with a wide variety of adulterants such as benzocaine, lidocaine, caffeine, and procaine. The forensic identification of cocaine in these street drug mixtures is normally performed using colorimetric testing kits, but these tests may suffer from interferences, producing false-positive results. Here, we describe the use of analytical techniques including attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) and ultraviolet-visible (UV-VIS) spectroscopies to distinguish between cocaine and other adulterants (lidocaine, promethazine, powdered milk and yeast) that yield positive results on the Scott test using the thiocyanate cobalt reagent. A further 13 substances were also analyzed using the Scott test.

2-(4-IODO-2,5-DIMETOXIFENIL)-N-[(2-METOXIFENIL)METIL]ETAMINA OU 25I-NBOME: CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DE UMA DESIGNER DRUG

Drug trafficking and the introduction of new drugs onto the illicit market are one of the main challenges of the forensic community. In this study, the chemical profile of a new designer drug, 2-(4-iodine-2,5-dimethoxyphenyl)-n-[(2-methoxyphenyl)methyl]etamine or 25I-NBOMe was explored using thin layer chromatography (TLC), ultraviolet-visible spectrophotometry (UV-Vis), attenuated total reflection with Fourier transform infrared spectroscopy(ATR-FTIR), gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) and electrospray ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (ESI-FT-ICR MS). First, the TLC technique was effective for identifying spots related to 25C-, 25B- and 25I-NBOMe compounds, all with the same retention factor, Rf ≈ 0.50. No spot was detected for 2,5-dimethoxy-4-bromoamphetamine, 2,5-Dimethoxy-4-chloroamphetamine or lysergic acid diethylamide compounds. ATR-FTIR preserved the physical-chemical properties of the material, whereas GC-MS and ESI-MS showed better analytical selectivity. ESI(+)FT-ICR MS was used to identify the exact mass (m/z428.1706 for the [M + H]+ ion), molecular formula (M = C18H22INO3), degree of unsaturation (DBE = 8) and the chemical structure (from collision induced dissociation, CID, experiments) of the 25I-NBOMe compound. Furthermore, the ATR-FTIR and CID results suggested the presence of isomers, where a second structure is proposed as an isomer of the 25I-NBOMe molecule.

Supersaturation-controlled crystallization

Identification of product requirements and quality, together with the management of production are key issues in chemical engineering. Quality control of crystalline products is part of the quality of many industrially manufactured products like paper, paintings, medicines and fertilizers. In most crystallization cases, quality is described with the size, polymorph, shape and purity of the crystal. The chemical composition, hydrodynamics and driving force, together with the operating temperature are in a key position when the properties of a crystalline product are controlled with the crystallization process. This study concentrates on managing the identified properties of a crystalline product with the control of a driving force. The controlling of the driving force can be based on the change of solubility or the change of concentration. Solubility can be changed with temperature, pressure and an antisolvent. The concentration of crystallizing compound, the solute can be changed with the evaporation of the solvent and with the addition of a reagent. The present study focuses on reagent addition and temperature change as methods of changing the level of the driving force. Three control structures for direct control of supersaturation are built, one for cooling crystallization and two for reactive crystallization. Closed loop feedback control structures are based on the measurement of the solute concentration with attenuated total reflection - Fourier transform infrared spectrometer. The details of the reagent feed are analyzed with experimental studies and with results of computational fluid dynamic simulations of the inert particle pulse in the premixer and inert particle injection to the mixing tank. Nucleation in conditions of controlled reactive crystallization is analyzed with Nielsen’s equation of homogeneous nucleation. The resulting control systems, based on regulation of supersaturation, can be used to produce the desired polymorph of an organic product. The polymorph composition of product crystals is controlled repeatably with the decision of a set value of supersaturation level.

Étude des propriétés de transport dans les hydrogels de curdlan

Les hydrogels de polysaccharide sont des biomatériaux utilisés comme matrices à libération contrôlée de médicaments et comme structures modèles pour l’étude de nombreux systèmes biologiques dont les biofilms bactériens et les mucus. Dans tous les cas, le transport de médicaments ou de nutriments à l’intérieur d’une matrice d’hydrogel joue un rôle de premier plan. Ainsi, l’étude des propriétés de transport dans les hydrogels s’avère un enjeu très important au niveau de plusieurs applications. Dans cet ouvrage, le curdlan, un polysaccharide neutre d’origine bactérienne et formé d’unités répétitives β-D-(1→3) glucose, est utilisé comme hydrogel modèle. Le curdlan a la propriété de former des thermogels de différentes conformations selon la température à laquelle une suspension aqueuse est incubée. La caractérisation in situ de la formation des hydrogels de curdlan thermoréversibles et thermo-irréversibles a tout d’abord été réalisée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) en mode réflexion totale atténuée à température variable. Les résultats ont permis d’optimiser les conditions de gélation, menant ainsi à la formation reproductible des hydrogels. Les caractérisations structurales des hydrogels hydratés, réalisées par imagerie FT-IR, par microscopie électronique à balayage en mode environnemental (eSEM) et par microscopie à force atomique (AFM), ont permis de visualiser les différentes morphologies susceptibles d’influencer la diffusion d’analytes dans les gels. Nos résultats montrent que les deux types d’hydrogels de curdlan ont des architectures distinctes à l’échelle microscopique. La combinaison de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) à gradients pulsés et de l’imagerie RMN a permis d’étudier l’autodiffusion et la diffusion mutuelle sur un même système dans des conditions expérimentales similaires. Nous avons observé que la diffusion des molécules dans les gels est ralentie par rapport à celle mesurée en solution aqueuse. Les mesures d’autodiffusion, effectuées sur une série d’analytes de diverses tailles dans les deux types d’hydrogels de curdlan, montrent que le coefficient d’autodiffusion relatif décroit en fonction de la taille de l’analyte. De plus, nos résultats suggèrent que l’équivalence entre les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle dans les hydrogels de curdlan thermo-irréversibles est principalement due au fait que l’environnement sondé par les analytes durant une expérience d’autodiffusion est représentatif de celui exploré durant une expérience de diffusion mutuelle. Dans de telles conditions, nos résultats montrent que la RMN à gradients pulsés peut s’avérer une approche très avantageuse afin de caractériser des systèmes à libération contrôlée de médicaments. D’autres expériences de diffusion mutuelle, menées sur une macromolécule de dextran, montrent un coefficient de diffusion mutuelle inférieur au coefficient d’autodiffusion sur un même gel de curdlan. L’écart mesuré entre les deux modes de transport est attribué au volume différent de l’environnement sondé durant les deux mesures. Les coefficients d’autodiffusion et de diffusion mutuelle similaires, mesurés dans les deux types de gels de curdlan pour les différents analytes étudiés, suggèrent une influence limitée de l’architecture microscopique de ces gels sur leurs propriétés de transport. Il est conclu que les interactions affectant la diffusion des analytes étudiés dans les hydrogels de curdlan se situent à l’échelle moléculaire.

Étude de l’effet d'agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms sur la diffusion des macromolécules dans les biofilms de Streptococcus mutans : cas de l’EDTA et de l’aspirine

Le but de ce travail de mémoire était d'explorer des moyens pour augmenter la perméabilité des biofilms de Streptococcus mutans aux macromolécules en utilisant des agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms. L’acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA) ainsi que l’acide acétylsalicylique (aspirine) sont les agents perturbateurs choisis. Le changement de perméabilité des biofilms de S. mutans a été déterminé en mesurant les coefficients de diffusion globale du polyéthylène glycol (PEG) et de diffusion locale de dextrans. Les coefficients de diffusion globale ont été mesurés par spectroscopie infrarouge avec un échantillonnage par réflexion totale atténuée (ATR) alors que la spectroscopie par corrélation de fluorescence (SCF) a été utilisée pour la mesure des coefficients de diffusion locale. Les résultats ont démontré que l’incorporation de l’EDTA à une concentration de 7.5 (m/v) % dans la solution de diffusion permet d’améliorer les propriétés de transport du PEG dans les biofilms en augmentant sa pénétrabilité et son coefficient de diffusion globale. Par contre, aucune variation n’a été constatée dans la valeur du coefficient de diffusion locale de dextran fluorescent. Cette différence peut être expliquée, entre autres, par l'échelle des mesures et la nature différente des molécules diffusantes. L’aspirine n’a démontré aucun effet sur le transport du PEG à travers les biofilms de S. mutans. La pénétration accrue du PEG en présence de l’EDTA a été corrélée aux tests de viabilité des cellules bactériennes. En effet, la combinaison de la pénicilline G (PenG) avec l’EDTA 2 (m/v) % a eu comme effet l’augmentation du pouvoir biocide d’un facteur 3. De plus, les images de microscopie à épifluorescence et de microscopie confocale à balayage de laser ont démontré que les bactéries dans le cœur des microcolonies sont plus affectées par la PenG lorsque le milieu contient de l'EDTA. A la lumière des résultats obtenus, il s’avère que l’incorporation d'agents perturbateurs de la structure des biofilms est une option sérieuse à considérer dans l’éradication des biofilms microbiens. Plus d’études devront être effectuées afin d’investiguer l’effet d’autres molécules possédant les propriétés perturbatrices de la structure des biofilms sur la résistance de ces derniers aux agents antimicrobiens.

Spectroscopic imaging of arteries and atherosclerotic plaques

Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic imaging using a focal plane array detector has been used to study atherosclerotic arteries with a spatial resolution of 3-4 mum, i.e., at a level that is comparable with cellular dimensions. Such high spatial resolution is made possible using a micro-attenuated total reflection (ATR) germanium objective with a high refractive index and therefore high numerical aperture. This micro-ATR approach has enabled small structures within the vessel wall to be imaged for the first time by FTIR. Structures observed include the elastic lamellae of the tunica media and a heterogeneous distribution of small clusters of cholesterol esters within an atherosclerotic lesion, which may correspond to foam cells. A macro-ATR imaging method was also applied, which involves the use of a diamond macro-ATR accessory. This study of atherosclerosis is presented as an illustrative example of the wider potential of these A TR imaging approaches for cardiovascular medicine and biomedical applications. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

Influence of the solvent on the self-assembly of a modified amyloid beta peptide fragment. I. Morphological investigation

The solvent-induced transition between self-assembled structures formed by the peptide AAKLVFF is studied via electron microscopy, light scattering, and spectroscopic techniques. The peptide is based on a core fragment of the amyloid beta-peptide, KLVFF, extended by two alanine residues. AAKLVFF exhibits distinct structures of twisted fibrils in water or nanotubes in methanol. For intermediate water/methanol compositions, these structures are disrupted and replaced by wide filamentous tapes that appear to be lateral aggregates of thin protofilaments. The orientation of the beta-strands in the twisted tapes or nanotubes can be deduced from X-ray diffraction on aligned stalks, as well as FT-IR experiments in transmission compared to attenuated total reflection. Strands are aligned perpendicular to the axis of the twisted fibrils or the nanotubes. The results are interpreted in light of recent results on the effect of competitive hydrogen bonding upon self-assembly in soft materials in water/methanol mixtures.