Peptide interfacial adsorption is kinetically limited by the thermodynamic stability of self association

We present a study of the adsorption of two peptides at the octane–water interface. The first peptide, Lac21, exists in mixed monomer–tetramer equilibrium in bulk solution with an appreciable monomer concentration. The second peptide, Lac28, exists as a tetramer in solution, with minimal exposed hydrophobic surface. A kinetic limitation to interfacial adsorption exists for Lac28 at moderate to high surface coverage that is not observed for Lac21. We estimate the potential energy barrier for Lac28 adsorption to be 42 kJ/mol and show that this is comparable to the expected free energy barrier for tetramer dissociation. This finding suggests that, at moderate to high surface coverage, adsorption is kinetically limited by the availability of interfacially active monomeric “domains” in the subinterfacial region. We also show how the commonly used empirical equation for protein adsorption dynamics can be used to estimate the potential energy barrier for adsorption. Such an approach is shown to be consistent with a formal description of diffusion–adsorption, provided a large potential energy barrier exists. This work demonstrates that the dynamics of interfacial adsorption depend on protein thermodynamic stability, and hence structure, in a quantifiable way.

Interfacial activation-based molecular bioimprinting of lipolytic enzymes.

Interfacial activation-based molecular (bio)-imprinting (IAMI) has been developed to rationally improve the performance of lipolytic enzymes in nonaqueous environments. The strategy combinedly exploits (i) the known dramatic enhancement of the protein conformational rigidity in a water-restricted milieu and (ii) the reported conformational changes associated with the activation of these enzymes at lipid-water interfaces, which basically involves an increased substrate accessibility to the active site and/or an induction of a more competent catalytic machinery. Six model enzymes have been assayed in several model reactions in nonaqueous media. The results, rationalized in light of the present biochemical and structural knowledge, show that the IAMI approach represents a straightforward, versatile method to generate manageable, activated (kinetically trapped) forms of lipolytic enzymes, providing under optimal conditions nonaqueous rate enhancements of up to two orders of magnitude. It is also shown that imprintability of lipolytic enzymes depends not only on the nature of the enzyme but also on the "quality" of the interface used as the template.

Caracterização vibracional e térmica de compósitos de LLDPES modificados e sílica (OU) Caracterização vibracional e térmica de compósitos de lldpe\'s funcionallzados e sílica de superfície modificada

Compósitos de polímeros de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) possuem baixo desempenho mecânico devido principalmente à sua fraca interação, intermolecular, entre a cadeia polimérica e a carga. Uma maneira de minimizar esse baixo desempenho mecânico se faz com a mudança da estrutura química da poliolefina com a inserção de um grupo polar a sua cadeia, ou seja, faz-se a funcionalização das poliolefinas. O sistema de funcionalização adotado foi o processamento reativo, no qual foi utilizado para este sistema de processamento o misturador de dupla rosca acoplado a um reâmetro de torque. Neste trabalho, os grupos polares inseridos à cadeia dos polímeros de LLDPE\'s de copolímeros 1-buteno e 1-octeno (LLDPE-but e LLDPE-oct) foram o anidrido maléico (AM) e o anidrido tetrahidroftálico (ATF). Para a confecção dos compósitos foram utilizadas as cargas de microesferas de sílica modificada, no qual foi inserido compostos silanados em sua superfície (3-aminopropilsilano - APS - e trimetoxiclorosilano TMCISi) para estudo de interação com as poliolefinas funcionalizadas. Neste trabalho foram realizados ensaios de caracterização térmica, vibracional além de análises de torque do polímero fundido, análises do grau de reticulação e ensaios mecânicos de tração por elongação. Na caracterização térmica foram utilizadas as técnicas: termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Na caracterização vibracional utilizou-se a espectroscopia fotoacústica no infravermelho (PAS-IR) e a espectroscopia de espalhamento Raman. Pela técnica PAS-IR foi possível comprovar a inserção dos anidridos à cadeia das poliolefinas assim como foi possível verificar a interação entre o polímero funcionalizado e a carga. Pelas técnicas térmicas de DSC e TG foi possível verificar mudanças das propriedades do compósito frente aos polímeros originais ou funcionalizados. Os ensaios mecânicos comprovaram que os compósitos de polímeros funcionalizados possuem maior elongação e tensão à ruptura comparada aos compósitos dos LLDPE\'s não funcionalizados

Efeito do cobre como adição interfacial no sistema tribológico pino X disco.

O presente trabalho de mestrado teve como meta realizar um estudo do comportamento do cobre particulado em ensaios tribológicos do tipo pino contra disco. O cobre é atualmente utilizado em até 15% em massa das pastilhas de freios automotivos e tal utilização é responsável pela emissão de até 70% do cobre particulado presente no ar. Devido ao caráter carcinogênico do cobre, se faz necessária sua substituição. Foram realizados ensaios tribológicos pino disco com adição de diferentes meios interfaciais. Foram utilizados pares tribológicos aço/aço, em ensaios a seco de pino contra disco com adição de meio interfacial nanoparticulado de óxido de ferro, grafite e de cobre metálico em diferentes granulometrias (400 m, 20 m e 50 nm). Após os ensaios, amostras das superfícies de pinos e discos para cada uma das adições de cobre, bem como para a condição sem adição de meio interfacial, foram caracterizadas utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura, de forma a entender o comportamento das partículas de cobre e sua contribuição para o coeficiente de atrito. As adições de cobre obtiveram os maiores coeficientes de atrito, e entre elas os coeficientes de atrito foram mais altos durante todos os ensaios para a adição de 50 nm, seguido de 20 m e 400 m. A análise das superfícies tribológicas em MEV mostrou heterogeneidade das superfícies ensaiadas em relação à presença de debris oxidados e camadas compactas. Observou-se a presença de cobre apenas nas superfícies ensaiadas com adição dos cobres de 50 nm e 20 m. A presença de um filme óxido compacto e contínuo foi observada apenas nas superfícies tribológicas ensaiadas sem adição de meio interfacial e com adição de cobre a 400 m.

Regulation of Sticholysin II-Induced Pore Formation by Lipid Bilayer Composition, Phase State, and Interfacial Properties

Sticholysin II (StnII) is a pore-forming toxin that uses sphingomyelin (SM) as the recognition molecule in targeting membranes.After StnII monomers bind to SM, several toxin monomers act in concert to oligomerize into a functional pore. The regulation of StnII binding to SM, and the subsequent pore-formation process, is not fully understood. In this study, we examined how the biophysical properties of bilayers, originating from variations in the SM structure, from the presence of sterol species, or from the presence of increasingly polyunsaturated glycerophospholipids,affected StnII-induced pore formation. StnII-induced pore formation, as determined from calcein permeabilization, was fastest in the pure unsaturated SM bilayers. In 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC)/saturated SM bilayers (4:1 molar ratio), pore formation became slower as the chain length of the saturated SMs increased from 14 up to 24 carbons. In the POPC/palmitoyl-SM (16:0-SM) 4:1 bilayers, SM could not support pore formation by StnII if dimyristoyl-PC was included at 1:1 stoichiometry with 16:0-SM, suggesting that free clusters of SM were required for toxin binding and/or pore formation. Cholesterol and other sterols facilitated StnII-induced pore formation markedly, but the efficiency did not appear to correlate with the sterol structure. Benzyl alcohol was more efficient than sterols in enhancing the pore-formation process, suggesting that the effect on pore formation originated from alcohol-induced alteration of the hydrogen-bonding network in the SM-containing bilayers. Finally, we observed that pore formation by StnII was enhanced in the PC/16:0-SM 4:1 bilayers, in which the PC was increasingly unsaturated. We conclude that the physical state of bilayer lipids greatly affected pore formation by StnII. Phase boundaries were not required for pore formation, although SM in a gel state attenuated pore formation.

Propriedades físico-químicas e mecânicas de membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana para aplicação em engenharia de tecidos

Este trabalho teve como principal objetivo produzir membranas porosas de carboximetilquitosana e hidrogéis de quitosana com propriedades físico-químicas e mecânicas adequadas para aplicações em Engenharia de Tecidos. Para isso, quitosanas com diferentes graus de acetilação (4,0%<GA<40%) e de elevada massa molar média viscosimétrica (Mv>750.000 g.mol-1) foram produzidas através da aplicação de processos consecutivos de desacetilação assistida por irradiação de ultrassom de alta intensidade (DAIUS) à beta-quitina extraída de gládios de lulas Doryteuthis spp. A carboximetilação de quitosana extensivamente desacetilada (Qs-3; GA=4%) foi realizada pela reação com ácido monocloroacético em meio isopropanol/solução aquosa de NaOH, gerando a amostra CMQs-0 (GS≈0,98; Mv≈190.000 g.mol-1). A irradiação de ultrassom de alta intensidade foi empregada para tratar solução aquosa de CMQs-0 durante 1 h e 3 h, resultando nas amostras CMQs-1 (Mv≈94.000 g.mol-1) e CMQs-3 (Mv≈43.000 g.mol-1), respectivamente. Para a produção de membranas reticuladas, genipina foi adicionada em diferentes concentrações (1,0x10-4 mol.L-1, 3,0x10-4 mol.L-1 ou 5,0x10-4 mol.L-1) às soluções aquosas das CMQs, que foram vertidas em placas de Petri e a reação de reticulação procedeu por 24 h. Em seguida, as membranas reticuladas (M-CMQs) foram liofilizadas, neutralizadas, lavadas e liofilizadas novamente, resultando em nove amostras, que foram caracterizadas quanto ao grau médio de reticulação (GR), grau médio de hidratação (GH), morfologia, propriedades mecânicas e quanto à susceptibilidade à degradação por lisozima. O grau médio de reticulação (GR) foi tanto maior quanto maior a concentração de genipina empregada na reação, variando de GR≈3,3% (M-CMQs-01) a GR≈17,8% (M-CMQs-35). As análises de MEV revelaram que as membranas reticuladas M-CMQs são estruturas porosas que apresentam maior densidade de poros aparentes quanto maiores os valores de Mve GR. Entretanto, as membranas preparadas a partir de CMQs de elevada massa molar (Mv>94.000 g.mol-1) e pouco reticuladas (GR<10%), apresentaram propriedades mecânicas superiores em termos de resistência máxima à tração (>170 kPa) e elongação máxima à ruptura (>40%). Por outro lado, as membranas mais susceptíveis à degradação enzimática foram aquelas preparadas a partir de CMQs de baixa massa molar (Mv≈43.000 g.mol-1) e que exibiram baixos graus de reticulação (GR<11%). Hidrogéis estáveis de quitosana sem o uso de qualquer agente de reticulação externo foram produzidos a partir da gelificação de soluções aquosas de quitosana com solução de NaOH ou vapor de NH3. Os hidrogéis produzidos a partir de soluções de quitosana de elevada massa molar média ponderal (Mw≈640.000 g.mol-1) e extensivamente desacetilada (DA≈2,8%) em concentrações poliméricas acima 2,0%, exibiram melhores propriedades mecânicas com o aumento da concentração polimérica, devido à formação de numerosos emaranhamentos físicos das cadeias poliméricas em solução. Os resultados mostram que as propriedades físico-químicas e mecânicas dos hidrogéis de quitosana podem ser controladas variando a concentração do polímero e o processo de gelificação. A avaliação biológica de tais hidrogéis para a regeneração de miocárdio infartado de ratos revelou que os hidrogéis de quitosana preparados a partir de soluções de polímero a 1,5% foram perfeitamente incorporados sobre a superfície do epicárdio do coração e apresentaram degradação parcial acompanhada por infiltração de células mononucleares.

Exploring the interfacial neutral pH region of Pt(111) electrodes

The interfacial properties of Pt(111) single crystal electrodes have been investigated in the pH range 3 < pH < 5 in order to obtain information about the acidity of electrosorbed water. Proper experimental conditions are defined to avoid local pH changes while maintaining the absence of specifically adsorbed anions and preserving the cleanliness of the solution. For this purpose, buffer solutions resulting from mixtures of NaF and HClO4 are used. Total charge curves are obtained at different pHs from the integration of the voltammetric currents in combination with CO charge displacement experiments. Analysis of the composition of the interphase as a function of the pH provides information for the understanding of the notion of interfacial pH.

Towards the understanding of the interfacial pH scale at Pt(1 1 1) electrodes

The determination of the potentials of zero total and free charge, pztc and pzfc respectively, were made in a wide pH range by using the CO displacement method and the same calculation assumptions used previously for Pt(1 1 1) electrodes in contact with non-specifically adsorbing anions. Calculation of the pzfc involves, in occasions, long extrapolations that lead us to the introduction of the concept of potential of zero extrapolated charge (pzec). It was observed that the pztc changes with pH but the pzec is independent of this parameter. It was observed that the pztc > pzec at pH > 3.4 but the opposite is true for pH > 3.4. At the latter pH both pzec and pztc coincide. This defines two different pH regions and means that adsorbed hydrogen has to be corrected in the “acidic” solutions at the pztc while adsorbed OH is the species to be corrected in the “alkaline” range. The comparison of the overall picture suggests that neutral conditions at the interface are attained at significantly acidic solutions than those at the bulk.

Role of the interfacial water structure on electrocatalysis: Oxygen reduction on Pt(1 1 1) in methanesulfonic acid

Most of electrocatalytic reactions occur in an aqueous environment. Understanding the influence of water structure on reaction dynamics is fundamental in electrocatalysis. In this work, the role of liquid water structure on the oxygen reduction at Pt(1 1 1) electrode is analyzed in methanesulfonic (MTSA) and perchloric acids. This is because these different anions can exert a different influence on liquid water structure. Results reveal a lower ORR electrode activity in MTSA than in HClO4 solutions and they are discussed in light of anion's influence on water structural ordering. From them, the existence of an outer-sphere, rate determining, step in the ORR mechanism is suggested.

Preparação e caracterização de micro/nanopartículas de quitosano para libertação de cisplatina

Nos últimos anos, a crescente necessidade de desenvolvimento de novos e inovadores sistemas para a libertação de fármacos, tem levado a comunidade científica à pesquisa de novos materiais, maioritariamente de origem polimérica. O aparecimento destes materiais abre novas possibilidades aos campos de investigação da medicina e farmacologia, uma vez que os polímeros podem ser facilmente modificados (por reticulação física ou química) e processados nas mais diversas formas. Entre os novos materiais estudados encontra-se o quitosano, um polímero de origem natural extraído das carapaças de animais marinhos. O quitosano tem sido exaustivamente investigado devido a um conjunto de características, como biocompatibilidade, biodegradabilidade e ausência de toxicidade. O objectivo do presente trabalho consiste na preparação de microsferas de quitosano pelo método de emulsão água-em-óleo, seguido de reticulação, para utilização como sistemas de libertação de fármacos. Após análise da literatura disponível, verifica-se que existe um hiato de informação sobre o impacto das condições iniciais da preparação de microsferas nas suas características de tamanho e forma, pelo que se considerou importante colmatar a presente falta com este estudo, uma vez que o conhecimento da morfologia das microsferas preparadas é fulcral para estudos de difusão. Em estudos de libertação de fármacos, o quitosano geralmente apresenta elevadas taxas de difusão e biodegradação, juntamente com reduzidas propriedades mecânicas. Na tentativa de melhorar estas propriedades, as microsferas de quitosano são reticuladas quimicamente com genipin, um reticulante de origem natural. Para o estudo do impacto das variáveis de entrada no tamanho e na morfologia das microsferas, variou-se a concentração de quitosano, a concentração de genipin e a velocidade de agitação da emulsão água-em-óleo, pois na informação existente na literatura está patente que estas são as variáveis mais relevantes. Depois de obtidas as microsferas, foram recolhidas imagens com uma camara de alta resolução acoplada a um microscópio óptico, sendo que a dimensão e a morfologia destas foi analisada por análise de imagem, com recurso ao software de imagem ImageJ®. Foram medidos os parâmetros de tamanho, designadamente o diâmetro equivalente, o perímetro e os diâmetros de Feret (máximo e mínimo), e os parâmetros de forma: a circularidade e o factor de forma (AR). Os resultados obtidos mostram que o diâmetro equivalente das microsferas de quitosano reticuladas com genipin (bem como todas as restantes propriedades de tamanho) diminui com a diminuição quer da concentração de polímero quer da concentração de reticulante. O aumento da velocidade de agitação da emulsão também se reflecte numa diminuição da dimensão das microsferas. As variáveis de entrada não aparentam ter qualquer tipo de impacto sobre as características de forma, embora os resultados indiciem que as microsferas mais pequenas, de menor diâmetro equivalente são as que, aparentemente, apresentam maior esfericidade. Estes resultados, de natureza qualitativa, foram consolidados por recurso a Análise de Variância (ANOVA)

Studies of interfacial effects between mercury and steel /

"Work performed under Contract No. AT-(40-1)-1310."

Dynamic interfacial tension of aqueous solutions of PVAAs and its role in liquid-liquid dispersion stabilization

In liquid-liquid dispersion systems, the dynamic change of the interfacial properties between the two immiscible liquids plays an important role in both the emulsification process and emulsion stabilization. In this paper, experimentally measured dynamic interfacial tensions of 1-chlorobutane in the aqueous solutions of various random copolymers of polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol (PVAA) are presented. Theoretical analyses on these results suggest that the adsorption of the polymer molecules is controlled neither by the bulk diffusion process nor the activation energy barrier for the adsorption but the conformation of polymer molecules. Based on the concept of critical concentration of condensation for polymer adsorption, as well as the observation that the rate at which the dynamic interfacial tension changes does not correlate to the PVAA's ability to stabilize a single drop, it is postulated that the main stabilization mechanism for the PVAAs is by steric hindrance, not the Gibbs-Marangoni effect offered by the small molecule surfactants.

Morphological features of interfacial intermetallics and interfacial reaction rate in Al-11Si-2.5Cu-(0.15/0.60)Fe cast alloy/die steel couples

Soldering reactions are commonly observed during high pressure die casting of aluminium alloys, and involve the formation and growth of interfacial intermetallics between the die and the cast alloy. It is generally believed that close to 1% Fe is necessary in the aluminium alloy to reduce soldering. However, the role of iron in the interfacial reaction has not been studied in detail. In this investigation, reaction couples were formed between H13 tool steel substrates and an Al-11Si-2.5Cu melt containing either 0.15 or 0.60% Fe. Examination revealed distinctly different intermetallic layer morphology. The overall growth and chemistry of the reaction layer and the reaction rate measured by the consumption of the substrate were compared for the two alloy melts. It was demonstrated that a higher iron content reduces the rate of interfacial reaction, consistent with an observed thicker compact ( solid) intermetallic layer. Hence, the difference in reaction rate can be explained by a significant reduction in the diffusion flux due to a thicker compact layer. Finally, the mechanism of the growth of a thicker compact layer in the higher iron melt is proposed, based on the phase relations and diffusion both within and near the interfacial reaction zone. (C) 2004 Kluwer Academic Publishers.

Using different structure types of microemulsions for the preparation of poly(alkylcyanoacrylate) nanoparticles by interfacial polymerization

A phase diagram of the pseudoternary system ethyloleate, polyoxyethylene 20 sorbitan mono-oleate/sorbitan monolaurate and water with butanol as a cosurfactant was prepared. Areas containing optically isotropic, low viscosity one-phase systems were identified and systems therein designated as w/o droplet-, bicontinuous- or solution-type microemulsions using conductivity, viscosity, cryo-field emission scanning electron microscopy and self-diffusion NMR. Nanoparticles were prepared by interfacial polymerization of selected w/o droplet, bicontinuous- or solution-type microemulsions with ethyl-2-cyanoacrylate. Morphology of the particles and entrapment of the water-soluble model protein ovalbumin were investigated. Addition of monomer to the different types of microemulsions (w/o droplet, bicontinuous, solution) led to the formation of nanoparticles, which were similar in size (similar to 250 nm), polydispersity index (similar to 0.13), zeta-potential (similar to-17 mV) and morphology. The entrapment of the protein within these particles was up to 95%, depending on the amount of monomer used for polymerization and the type of microemulsion used as a polymerization template. The formation of particles with similar characteristics from templates having different microstructure is surprising, particularly considering that polymerization is expected to occur at the water-oil interface by base-catalysed polymerization. Dynamics within the template (stirring, viscosity) or indeed interfacial phenomena relating to the solid-liquid interface appear to be more important for the determination of nanoparticle morphology and characteristics than the microstructure of the template system. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Interfacial interactions and structure of polyurethane intercalated nanocomposite

Understanding the interfacial interactions between the nanofiller and polymer matrix is important to improve the design and manufacture of polymer nanocomposites. This paper reports a molecular dynamic Study on the interfacial interactions and structure of a clay-based polyurethane intercalated nanocomposite. The results show that the intercalation of surfactant (i.e. dioctadecyldlmethyl ammonium) and polyurethane (PU) into the nanoconfined gallery of clay leads to the multilayer structure for both surfactant and PU, and the absence of phase separation for PU chains. Such structural characteristics are attributed to the result of competitive interactions among the surfactant, PU and the clay surface, including van der Waals, electrostatic and hydrogen bonding.