803 resultados para Transformation kinetics
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Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn
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Aerosolpartikel beeinflussen das Klima durch Streuung und Absorption von Strahlung sowie als Nukleations-Kerne für Wolkentröpfchen und Eiskristalle. Darüber hinaus haben Aerosole einen starken Einfluss auf die Luftverschmutzung und die öffentliche Gesundheit. Gas-Partikel-Wechselwirkunge sind wichtige Prozesse, weil sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen wie Toxizität, Reaktivität, Hygroskopizität und optische Eigenschaften beeinflussen. Durch einen Mangel an experimentellen Daten und universellen Modellformalismen sind jedoch die Mechanismen und die Kinetik der Gasaufnahme und der chemischen Transformation organischer Aerosolpartikel unzureichend erfasst. Sowohl die chemische Transformation als auch die negativen gesundheitlichen Auswirkungen von toxischen und allergenen Aerosolpartikeln, wie Ruß, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Proteine, sind bislang nicht gut verstanden.rn Kinetische Fluss-Modelle für Aerosoloberflächen- und Partikelbulk-Chemie wurden auf Basis des Pöschl-Rudich-Ammann-Formalismus für Gas-Partikel-Wechselwirkungen entwickelt. Zunächst wurde das kinetische Doppelschicht-Oberflächenmodell K2-SURF entwickelt, welches den Abbau von PAK auf Aerosolpartikeln in Gegenwart von Ozon, Stickstoffdioxid, Wasserdampf, Hydroxyl- und Nitrat-Radikalen beschreibt. Kompetitive Adsorption und chemische Transformation der Oberfläche führen zu einer stark nicht-linearen Abhängigkeit der Ozon-Aufnahme bezüglich Gaszusammensetzung. Unter atmosphärischen Bedingungen reicht die chemische Lebensdauer von PAK von wenigen Minuten auf Ruß, über mehrere Stunden auf organischen und anorganischen Feststoffen bis hin zu Tagen auf flüssigen Partikeln. rn Anschließend wurde das kinetische Mehrschichtenmodell KM-SUB entwickelt um die chemische Transformation organischer Aerosolpartikel zu beschreiben. KM-SUB ist in der Lage, Transportprozesse und chemische Reaktionen an der Oberfläche und im Bulk von Aerosol-partikeln explizit aufzulösen. Es erforder im Gegensatz zu früheren Modellen keine vereinfachenden Annahmen über stationäre Zustände und radiale Durchmischung. In Kombination mit Literaturdaten und neuen experimentellen Ergebnissen wurde KM-SUB eingesetzt, um die Effekte von Grenzflächen- und Bulk-Transportprozessen auf die Ozonolyse und Nitrierung von Protein-Makromolekülen, Ölsäure, und verwandten organischen Ver¬bin-dungen aufzuklären. Die in dieser Studie entwickelten kinetischen Modelle sollen als Basis für die Entwicklung eines detaillierten Mechanismus für Aerosolchemie dienen sowie für das Herleiten von vereinfachten, jedoch realistischen Parametrisierungen für großskalige globale Atmosphären- und Klima-Modelle. rn Die in dieser Studie durchgeführten Experimente und Modellrechnungen liefern Beweise für die Bildung langlebiger reaktiver Sauerstoff-Intermediate (ROI) in der heterogenen Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln. Die chemische Lebensdauer dieser Zwischenformen beträgt mehr als 100 s, deutlich länger als die Oberflächen-Verweilzeit von molekularem O3 (~10-9 s). Die ROIs erklären scheinbare Diskrepanzen zwischen früheren quantenmechanischen Berechnungen und kinetischen Experimenten. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Transformation sowie in den negativen Gesundheitseffekten von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten, wie Ruß, PAK und Proteine. ROIs sind vermutlich auch an der Zersetzung von Ozon auf mineralischem Staub und an der Bildung sowie am Wachstum von sekundären organischen Aerosolen beteiligt. Darüber hinaus bilden ROIs eine Verbindung zwischen atmosphärischen und biosphärischen Mehrphasenprozessen (chemische und biologische Alterung).rn Organische Verbindungen können als amorpher Feststoff oder in einem halbfesten Zustand vorliegen, der die Geschwindigkeit von heterogenen Reaktionenen und Mehrphasenprozessen in Aerosolen beeinflusst. Strömungsrohr-Experimente zeigen, dass die Ozonaufnahme und die oxidative Alterung von amorphen Proteinen durch Bulk-Diffusion kinetisch limitiert sind. Die reaktive Gasaufnahme zeigt eine deutliche Zunahme mit zunehmender Luftfeuchte, was durch eine Verringerung der Viskosität zu erklären ist, bedingt durch einen Phasenübergang der amorphen organischen Matrix von einem glasartigen zu einem halbfesten Zustand (feuchtigkeitsinduzierter Phasenübergang). Die chemische Lebensdauer reaktiver Verbindungen in organischen Partikeln kann von Sekunden bis zu Tagen ansteigen, da die Diffusionsrate in der halbfesten Phase bei niedriger Temperatur oder geringer Luftfeuchte um Größenordnungen absinken kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen wie halbfeste Phasen die Auswirkung organischeer Aerosole auf Luftqualität, Gesundheit und Klima beeinflussen können. rn
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Die Bioverkapselung ist eine faszinierende Methode, um biologische Materialien einschließlich Zellen in Siliziumdioxid, Metalloxiden oder hybriden Sol-Gel-Polymeren zu immobilisieren. Bisher wurde nur die Sol-Gel-Vorläufertechnologie genutzt, um Bakterien- oder Hefezellen in Siliziumdioxid zu immobilisieren. Hierfür wurden verschiedene Reagenzien als wässrige Vorläufer getestet, um poly(Silicate) auf Biomolekülen (Bhatia et al., 2000) oder Zellen (Liu und Chen 1999; Coradin und Livage, 2007) zu bilden. Einer der erfolgreichsten bisherigen Methoden verwendet eine Mischung aus Silicaten und kolloidalem Silica. Diese initialen Vorläufer werden durch die Zugabe von Salzsäure neutralisiert, was die Gelbildung fortschreiten lässt und die Verkapselung von Bakterien in einem Silica-Netzwerk zur Folge hat (Nassif et al., 2003). Mit der Entdeckung von Silicatein, einem Enzym, das aus Demospongien isoliert wurde und die Bildung von poly(Silicat) katalysiert, wurde es möglich, poly(Silicat) unter physiologischen Bedingungen zu synthetisieren. Silicatein wurde rekombinant in E. coli hergestellt und ist in der Lage, bei Raumtemperatur, neutralem pH-Wert und in wässrigen Puffersystemen aus Siliziumalkoxiden poly(Silicat) zu bilden (Krasko et al., 2000; Müller et al., 2007b; Zhou et al., 1999). In vivo katalysiert Silicatein die Synthese der Silicathülle der Schwamm-Spiculae (Skelettelemente; Müller et al., 2005b; Müller et al., 2007a; Müller et al., 2007b; Schröder et al., 2007a). Dieses Biosilica wurde in Form von Silica-Nanospheren mit Durchmessern zwischen 100 nm und 250 nm organisiert vorgefunden (Pisera 2003; Tahir et al., 2005). Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Escherichia coli erfolgreich mit dem Silicatein-Gen transformiert werden kann. Das Level der Proteinexpression kann in Anwesenheit von Isopropyl-β-D-thiogalaktopyranosid (IPTG) effizient erhöht werden, indem man die Bakterienzellen gleichzeitig mit Kieselsäure inkubiert. Dieser Effekt konnte sowohl auf Ebene der Synthese des rekombinanten Proteins durch Western Blot als auch durch Immunfluoreszenzmikroskopie nachgewiesen werden. Das heterolog produzierte Silicatein besitzt enzymatische Aktivität und kann die Polymerisation von Kieselsäure katalysieren. Dies konnte sowohl durch Färbung mit Rhodamin123, als auch durch Reaktion der nicht polymerisierten, freien Kieselsäure mit dem ß-Silicomolybdato-Farbsystem (Silicomolybdänblau) nachgewiesen werden. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass nur die silicateinexprimierenden Bakterien während des Wachstums in Anwesenheit von Kieselsäure eine viskose Hülle um Zelle herum bilden. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass Silicatein-α aus Suberites domuncula nach Transformation in E. coli an die Zelloberfläche dieser Zellen transportiert wurde und dort seine enzymatische Funktion beibehielt. Die Silicathülle wurde mittels Raster-Elektronenmikroskopie (REM) analysiert. Die Bakterien, die Silicatein exprimierten und poly(Silicat) an ihrer Oberfläche synthetisierten, zeigten die gleichen Wachstumsraten wie die Bakterien, die das Gen nicht enthielten. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass die silicateinvermittelte Verkapselung von Bakterien mit poly(Silicat) die Bandbreite der Anwendung von Bakterien für die Produktion von rekombinanten Proteinen verbessern, erweitern und optimieren könnte.
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An enantioselective CE method was used to identify the ability of CYP450 enzymes and their stereoselectivity in catalyzing the transformation of propafenone (PPF) to 5-hydroxy-propafenone (5OH-PPF) and N-despropyl-propafenone (NOR-PPF). Using in vitro incubations with single CYP450 enzymes (SUPERSOMES), 5OH-PPF is shown to be selectively produced by CYP2D6 and N-dealkylation is demonstrated to be mediated by CYP2D6, CYP3A4, CYP1A2, and CYP1A1. For the elucidation of kinetic aspects of the metabolism with CYP2D6 and CYP3A4, incubations with individual PPF enantiomers and racemic PPF were investigated. With the exception of the dealkylation in presence of R-PPF only, which can be described by the Michaelis-Menten model, all CYP2D6-induced reactions were found to follow autoactivation kinetics. For CYP3A4, all NOR-PPF enantiomer formation rates as function of PPF enantiomer concentration were determined to follow substrate inhibition kinetics. The formation of NOR-PPF by the different enzymes is stereoselective and is reduced significantly when racemic PPF is incubated. Clearance values obtained for CYP3A4 dealkylation are stereoselective whereas those of CYP2D6 hydroxylation are not. This paper reports the first investigation of the PPF hydroxylation and dealkylation kinetics by the CYP2D6 enzyme and represents the first report in which enantioselective CE data provide the complete in vitro kinetics of metabolic steps of a drug.
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Identification of cytokine-inducible genes is imperative for determining the mechanisms of cytokine action. A cytokine-inducible gene, mrg1 [melanocyte-specific gene (msg1) related gene], was identified through mRNA differential display of interleukin (IL) 9-stimulated and unstimulated mouse helper T cells. In addition to IL-9, mrg1 can be induced by other cytokines and biological stimuli, including IL-1α, -2, -4, -6, and -11, granulocyte/macrophage colony-stimulating factor, interferon γ, platelet-derived growth factor, insulin, serum, and lipopolysaccharide in diverse cell types. The induction of mrg1 by these stimuli appears to be transient, with induction kinetics similar to other primary response genes, implicating its role in diverse biological processes. Deletion or point mutations of either the Box1 motif (binds Janus kinase 1) or the signal transducer and activator of transcription 3 binding site-containing region within the intracellular domain of the IL-9 receptor ligand binding subunit abolished or greatly reduced mrg1 induction by IL-9, suggesting that the Janus kinase/signal transducer and activator of transcription signaling pathway is required for mrg1 induction, at least in response to IL-9. Transfection of mrg1 cDNA into TS1, an IL-9-dependent mouse T cell line, converted these cells to IL-9-independent growth through a nonautocrine mechanism. Overexpression of mrg1 in Rat1 cells resulted in loss of cell contact inhibition, anchorage-independent growth in soft agar, and tumor formation in nude mice, demonstrating that mrg1 is a transforming gene. MRG1 is a transcriptional activator and may represent a founding member of an additional family of transcription factors.
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Pteris vittata, the first reported arsenic hyperaccumulating plant, is potentially used in phytoremediation of arsenic, as it can accumulate up to 2.3% of arsenic in its fronds. In this study, the mechanisms of arsenic tolerance, uptake and transformation were studied in the plant. Arsenic species were analyzed by HPLC-AFS. Results showed that arsenic was mainly accumulated in leaflets, and inorganic arsenate and arsenite were only species in P. vittata. Arsenite was the predominant species in leaflets, whereas arsenate was the predominant species in roots. Arsenic induced the synthesis of thiol containing compounds in P. vittata. As-induced thiol was purified by a novel method: covalent chromatography following preparative HPLC. The purified thiol was characterized as a phytochelatin with two units (PC2). ^ In P. vittata, enhanced tolerance likely results from unusual intracellular detoxification mechanisms. Although PC-dependent sequestration of arsenic into vacuoles is essential for nonhyperaccumulators, this sequestration is not the major arsenic tolerance mechanisms in this arsenic hyperaccumulator. PC-independent sequestration of arsenic is likely the major arsenic tolerance mechanism. PC-dependent arsenic detoxification is probably a supplement to this major mechanism. ^ Interactions between arsenic and phosphate were studied. Under hydroponic condition, arsenic supply decreased the concentrations of phosphate in roots. In soil, arsenic increased the concentrations of phosphate in roots. Arsenic concentrations in rachises and leaflets were not affected by arsenic supply in either hydroponic or soil system. Phosphate decreased arsenic accumulation in roots, rachises and leaflets in the hydroponic system. ^ The uptake kinetics of arsenate, arsenite, monomethyl arsinic acid (MMA), dimethyl arsonic acid, and phosphate were studied in P. vittata. Phosphate uptake systems in Pteris vittata cannot distinguish phosphate and As(V), resulting in As hyperaccumulation. Arsenic hyperaccumulation in this plant is an inevitable consequence during phosphate acquisition. Arsenate, arsenite and MMA are transported via the phosphate uptake systems. The co-transport of arsenite/phosphate and MMA/phosphate is reported for the first time in plants. These unique phenomena are useful for understanding arsenic hyperaccumulation and the evolution of this capacity in P. vittata. ^
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Iron oxides and arsenic are prevalent in the environment. With the increase interest in the use of iron oxide nanoparticles (IONPs) for contaminant remediation and the high toxicity of arsenic, it is crucial that we evaluate the interactions between IONPs and arsenic. The goal was to understand the environmental behavior of IONPs in regards to their particle size, aggregation and stability, and to determine how this behavior influences IONPs-arsenic interactions. ^ A variety of dispersion techniques were investigated to disperse bare commercial IONPs. Vortex was able to disperse commercial hematite nanoparticles into unstable dispersions with particles in the micrometer size range while probe ultrasonication dispersed the particles into stable dispersions of nanometer size ranges for a prolonged period of time. Using probe ultrasonication and vortex to prepare IONPs suspensions of different particle sizes, the adsorption of arsenite and arsenate to bare hematite nanoparticles and hematite aggregates were investigated. To understand the difference in the adsorptive behavior, adsorption kinetics and isotherm parameters were determined. Both arsenite and arsenate were capable of adsorbing to hematite nanoparticles and hematite aggregates but the rate and capacity of adsorption is dependent upon the hematite particle size, the stability of the dispersion and the type of sorbed arsenic species. Once arsenic was adsorbed onto the hematite surface, both iron and arsenic can undergo redox transformation both microbially and photochemically and these processes can be intertwined. Arsenic speciation studies in the presence of hematite particles were performed and the effect of light on the redox process was preliminary quantified. The redox behavior of arsenite and arsenate were different depending on the hematite particle size, the stability of the suspension and the presence of environmental factors such as microbes and light. The results from this study are important and have significant environmental implications as arsenic mobility and bioavailability can be affected by its adsorption to hematite particles and by its surface mediated redox transformation. Moreover, this study furthers our understanding on how the particle size influences the interactions between IONPs and arsenic thereby clarifying the role of IONPs in the biogeochemical cycling of arsenic.^
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The rapid development of nanotechnology and wider applications of engineered nanomaterials (ENMs) in the last few decades have generated concerns regarding their environmental and health risks. After release into the environment, ENMs undergo aggregation, transformation, and, for metal-based nanomaterials, dissolution processes, which together determine their fate, bioavailability and toxicity to living organisms in the ecosystems. The rates of these processes are dependent on nanomaterial characteristics as well as complex environmental factors, including natural organic matter (NOM). As a ubiquitous component of aquatic systems, NOM plays a key role in the aggregation, dissolution and transformation of metal-based nanomaterials and colloids in aquatic environments.
The goal of this dissertation work is to investigate how NOM fractions with different chemical and molecular properties affect the dissolution kinetics of metal oxide ENMs, such as zinc oxide (ZnO) and copper oxide (CuO) nanoparticles (NPs), and consequently their bioavailability to aquatic vertebrate, with Gulf killifish (Fundulus grandis) embryos as model organisms.
ZnO NPs are known to dissolve at relatively fast rates, and the rate of dissolution is influenced by water chemistry, including the presence of Zn-chelating ligands. A challenge, however, remains in quantifying the dissolution of ZnO NPs, particularly for time scales that are short enough to determine rates. This dissertation assessed the application of anodic stripping voltammetry (ASV) with a hanging mercury drop electrode to directly measure the concentration of dissolved Zn in ZnO NP suspensions, without separation of the ZnO NPs from the aqueous phase. Dissolved zinc concentration measured by ASV ([Zn]ASV) was compared with that measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after ultracentrifugation ([Zn]ICP-MS), for four types of ZnO NPs with different coatings and primary particle diameters. For small ZnO NPs (4-5 nm), [Zn]ASV was 20% higher than [Zn]ICP-MS, suggesting that these small NPs contributed to the voltammetric measurement. For larger ZnO NPs (approximately 20 nm), [Zn]ASV was (79±19)% of [Zn]ICP-MS, despite the high concentrations of ZnO NPs in suspension, suggesting that ASV can be used to accurately measure the dissolution kinetics of ZnO NPs of this primary particle size.
Using the ASV technique to directly measure dissolved zinc concentration, we examined the effects of 16 different NOM isolates on the dissolution kinetics of ZnO NPs in buffered potassium chloride solution. The observed dissolution rate constants (kobs) and dissolved zinc concentrations at equilibrium increased linearly with NOM concentration (from 0 to 40 mg-C L-1) for Suwannee River humic acid (SRHA), Suwannee River fulvic acid and Pony Lake fulvic acid. When dissolution rates were compared for the 16 NOM isolates, kobs was positively correlated with certain properties of NOM, including specific ultraviolet absorbance (SUVA), aromatic and carbonyl carbon contents, and molecular weight. Dissolution rate constants were negatively correlated to hydrogen/carbon ratio and aliphatic carbon content. The observed correlations indicate that aromatic carbon content is a key factor in determining the rate of NOM-promoted dissolution of ZnO NPs. NOM isolates with higher SUVA were also more effective at enhancing the colloidal stability of the NPs; however, the NOM-promoted dissolution was likely due to enhanced interactions between surface metal ions and NOM rather than smaller aggregate size.
Based on the above results, we designed experiments to quantitatively link the dissolution kinetics and bioavailability of CuO NPs to Gulf killifish embryos under the influence of NOM. The CuO NPs dissolved to varying degrees and at different rates in diluted 5‰ artificial seawater buffered to different pH (6.3-7.5), with or without selected NOM isolates at various concentrations (0.1-10 mg-C L-1). NOM isolates with higher SUVA and aromatic carbon content (such as SRHA) were more effective at promoting the dissolution of CuO NPs, as with ZnO NPs, especially at higher NOM concentrations. On the other hand, the presence of NOM decreased the bioavailability of dissolved Cu ions, with the uptake rate constant negatively correlated to dissolved organic carbon concentration ([DOC]) multiplied by SUVA, a combined parameter indicative of aromatic carbon concentration in the media. When the embryos were exposed to CuO NP suspension, changes in their Cu content were due to the uptake of both dissolved Cu ions and nanoparticulate CuO. The uptake rate constant of nanoparticulate CuO was also negatively correlated to [DOC]×SUVA, in a fashion roughly proportional to changes in dissolved Cu uptake rate constant. Thus, the ratio of uptake rate constants from dissolved Cu and nanoparticulate CuO (ranging from 12 to 22, on average 17±4) were insensitive to NOM type or concentration. Instead, the relative contributions of these two Cu forms were largely determined by the percentage of CuO NP that was dissolved.
Overall, this dissertation elucidated the important role that dissolved NOM plays in affecting the environmental fate and bioavailability of soluble metal-based nanomaterials. This dissertation work identified aromatic carbon content and its indicator SUVA as key NOM properties that influence the dissolution, aggregation and biouptake kinetics of metal oxide NPs and highlighted dissolution rate as a useful functional assay for assessing the relative contributions of dissolved and nanoparticulate forms to metal bioavailability. Findings of this dissertation work will be helpful for predicting the environmental risks of engineered nanomaterials.
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Iron oxides and arsenic are prevalent in the environment. With the increase interest in the use of iron oxide nanoparticles (IONPs) for contaminant remediation and the high toxicity of arsenic, it is crucial that we evaluate the interactions between IONPs and arsenic. The goal was to understand the environmental behavior of IONPs in regards to their particle size, aggregation and stability, and to determine how this behavior influences IONPs-arsenic interactions. A variety of dispersion techniques were investigated to disperse bare commercial IONPs. Vortex was able to disperse commercial hematite nanoparticles into unstable dispersions with particles in the micrometer size range while probe ultrasonication dispersed the particles into stable dispersions of nanometer size ranges for a prolonged period of time. Using probe ultrasonication and vortex to prepare IONPs suspensions of different particle sizes, the adsorption of arsenite and arsenate to bare hematite nanoparticles and hematite aggregates were investigated. To understand the difference in the adsorptive behavior, adsorption kinetics and isotherm parameters were determined. Both arsenite and arsenate were capable of adsorbing to hematite nanoparticles and hematite aggregates but the rate and capacity of adsorption is dependent upon the hematite particle size, the stability of the dispersion and the type of sorbed arsenic species. Once arsenic was adsorbed onto the hematite surface, both iron and arsenic can undergo redox transformation both microbially and photochemically and these processes can be intertwined. Arsenic speciation studies in the presence of hematite particles were performed and the effect of light on the redox process was preliminary quantified. The redox behavior of arsenite and arsenate were different depending on the hematite particle size, the stability of the suspension and the presence of environmental factors such as microbes and light. The results from this study are important and have significant environmental implications as arsenic mobility and bioavailability can be affected by its adsorption to hematite particles and by its surface mediated redox transformation. Moreover, this study furthers our understanding on how the particle size influences the interactions between IONPs and arsenic thereby clarifying the role of IONPs in the biogeochemical cycling of arsenic.
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Primary intraosseous carcinoma of the jaws (PIOSCC) might arise from odontogenic epithelium, more commonly from a previous odontogenic cyst. The aim of this case is to illustrate that the clinician should consider that an apparent benign dentigerous cyst can suffer malignant transformation and that all material removed from a patient must be evaluated histologically. A 44-year-old man presented in a routine periapical X-ray an impacted lower left third molar with radiolucency over its crown. Ten years later, the patient complained of pain in the same region and the tooth was extracted. After one month, the patient still complained of pain and suffered a fracture of the mandible. A biopsy was performed and carcinoma was diagnosed. The patient was treated surgically with adjuvant radio- and chemotherapy and after 8 years, he is well without signs of recurrences. This report describes a central mandibular carcinoma probably developed from a previous dentigerous cyst.
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High pressure homogenization (HPH) is a non-thermal method, which has been employed to change the activity and stability of biotechnologically relevant enzymes. This work investigated how HPH affects the structural and functional characteristics of a glucose oxidase (GO) from Aspergillus niger. The enzyme was homogenized at 75 and 150 MPa and the effects were evaluated with respect to the enzyme activity, stability, kinetic parameters and molecular structure. The enzyme showed a pH-dependent response to the HPH treatment, with reduction or maintenance of activity at pH 4.5-6.0 and a remarkable activity increase (30-300%) at pH 6.5 in all tested temperatures (15, 50 and 75°C). The enzyme thermal tolerance was reduced due to HPH treatment and the storage for 24 h at high temperatures (50 and 75°C) also caused a reduction of activity. Interestingly, at lower temperatures (15°C) the activity levels were slightly higher than that observed for native enzyme or at least maintained. These effects of HPH treatment on function and stability of GO were further investigated by spectroscopic methods. Both fluorescence and circular dichroism revealed conformational changes in the molecular structure of the enzyme that might be associated with the distinct functional and stability behavior of GO.
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This study evaluated the corrosion kinetics and surface topography of Ti-6Al-4V alloy exposed to mouthwash solutions (0.12% chlorhexidine digluconate, 0.053% cetylpyridinium chloride and 3% hydrogen peroxide) compared to artificial saliva (pH6.5) (control). Twenty Ti-6Al-4V alloy disks were used and divided into 4 groups (n=5). For the electrochemical assay, standard tests as open circuit potential and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were applied at baseline, 7 and 14days after immersion in the solutions. Scanning electron microscopy, atomic force microscopy and profilometry (average roughness - Ra) were used for surface characterization. Total weight loss of disks was calculated. Data were analyzed by ANOVA and Bonferroni's test (α=0.05). Hydrogen peroxide generated the lowest polarization resistance (Rp) values for all periods (P<0.05). For the capacitance (Cdl), similar results were observed among groups at baseline (P=0.098). For the 7 and 14-day periods, hydrogen peroxide promoted the highest Cdl values (P<0.0001). Hydrogen peroxide promoted expressive superficial changes and greater Ra values than the others (P<0.0001). It could be concluded that solutions containing cetylpyridinium chloride and chlorhexidine digluconate might be the mouthwashes of choice during the post-operatory period of dental implants. However, hydrogen peroxide is counter-indicated in these situations. Further studies evaluating the dynamics of these solutions (tribocorrosion) and immersing the disks in daily cycles (two or three times a day) to mimic a clinical situation closest to the application of mouthwashes in the oral cavity are warranted to prove our results.
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To assess total testosterone and prostatic-specific antigen (PSA) kinetics among diverse chemical castrations, advanced-stage prostate cancer patients were randomized into three groups of 20: Group 1, Leuprolide 3.75 mg; Group 2, Leuprolide 7.5 mg; and Group 3, Goserelin 3.6 mg. All groups were treated with monthly application of the respective drugs. The patients' levels of serum total testosterone and PSA were evaluated at two time periods: before the treatment and 3 months after the treatment. Spearman's rank correlation coefficient was utilized to verify the hypothesis of linear correlation between total testosterone and PSA levels. At the beginning the patients' age, stage, grade, PSA, and total testosterone were similar within the three groups, with median age 72, 70, and 70 years in Groups 1, 2, and 3, respectively. Three months after the treatment, patients who received Leuprolide 7.5 mg presented significantly lower median total testosterone levels compared with Goserelin 3.6 mg and Leuprolide 3.75 mg (9.5 ng/dL vs. 20.0 ng/dL vs. 30.0 ng/dL, respectively; p = .0072), while those who received Goserelin 3.6 mg presented significantly lower PSA levels compared with Leuprolide 7.5 mg and Leuprolide 3.75 mg (0.67 vs. 1.86 vs. 2.57, respectively; p = .0067). There was no linear correlation between total testosterone and PSA levels. Overall, regarding castration levels of total testosterone, 28.77% of patients did not obtain levels ≤50 ng/dL and 47.80% did not obtain levels ≤20 ng/dL. There was no correlation between total testosterone and PSA kinetics and no equivalence among different pharmacological castrations.
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The enzyme purine nucleoside phosphorylase from Schistosoma mansoni (SmPNP) is an attractive molecular target for the development of novel drugs against schistosomiasis, a neglected tropical disease that affects about 200 million people worldwide. In the present work, enzyme kinetic studies were carried out in order to determine the potency and mechanism of inhibition of a series of SmPNP inhibitors. In addition to the biochemical investigations, crystallographic and molecular modeling studies revealed important molecular features for binding affinity towards the target enzyme, leading to the development of structure-activity relationships (SAR).
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The photocatalytic degradation of phenol in aqueous suspensions of TiO2 under different salt concentrations in an annular reactor has been investigated. In all cases, complete removal of phenol and mineralization degrees above 90% were achieved. The reactor operational parameters were optimized and its hydrodynamics characterized in order to couple mass balance equations with kinetic ones. The photodegradation of the organics followed a Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson lumped kinetics. From GC/MS analyses, several intermediates formed during oxidation have been identified. The main ones were catechol, hydroquinone, and 3-phenyl-2-propenal, in this order. The formation of negligible concentrations of 4-chlorophenol was observed only in high salinity medium. Acute toxicity was determined by using Artemia sp. as the test organism, which indicated that intermediate products were all less toxic than phenol and a significant abatement of the overall toxicity was accomplished, regardless of the salt concentration.