Fe-doped and -mediated graphitic carbon nitride nanosheets for enhanced photocatalytic performance under natural sunlight

Herein, we demonstrate the synthesis of highly efficient Fe-doped graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanosheets via a facile and cost effective method. The synthesized Fe-doped g-C3N4 nanosheets were well characterized by various analytical techniques. The results revealed that the Fe exists mainly in the +3 oxidation state in the Fe-doped g-C3N4 nanosheets. Fe doping of g-C3N4 nanosheets has a great influence on the electronic and optical properties. The diffuse reflectance spectra of Fe-doped g-C3N4 nanosheets exhibit red shift and increased absorption in the visible light range, which is highly beneficial for absorbing the visible light in the solar spectrum. More significantly, the Fe-doped g-C3N4 nanosheets exhibit greatly enhanced photocatalytic activity for the degradation of Rhodamine B under sunlight irradiation. The photocatalytic activity of 2 mol% Fe-doped g-C3N4 nanosheets is almost 7 times higher than that of bulk g-C3N4 and 4.5 times higher than that of pure g-C3N4 nanosheets. A proposed mechanism for the enhanced photocatalytic activity of Fe-doped g-C3N4 nanosheets was investigated by trapping experiments. The synthesized photocatalysts are highly stable even after five successive experimental runs. The enhanced photocatalytic performance of Fe-doped g-C3N4 nanosheets is due to high visible light response, large surface area, high charge separation and charge transfer. Therefore, the Fe-doped g-C3N4 photocatalyst is a promising candidate for energy conversion and environmental remediation.

g-C3N4/NaTaO3 organic–inorganic hybrid nanocomposite:high-performance and recyclable visible light driven photocatalyst

Novel g-C3N4/NaTaO3 hybrid nanocomposites have been prepared by a facile ultrasonic dispersion method. Our results clearly show the formation of interface between NaTaO3 and g-C3N4 and further loading of g-C3N4 did not affect the crystal structure and morphology of NaTaO3. The g-C3N4/NaTaO3 nanocomposites exhibited enhanced photocatalytic performance for the degradation of Rhodamine B under UV–visible and visible light irradiation compared to pure NaTaO3 and Degussa P25. Interestingly, the visible light photocatalytic activity is generated due to the loading of g-C3N4. A mechanism is proposed to discuss the enhanced photocatalytic activity based on trapping experiments of photoinduced radicals and holes. Under visible light irradiation, electron excited from the valance band (VB) to conduction band (CB) of g-C3N4 could directly inject into the CB of NaTaO3, making g-C3N4/NaTaO3 visible light driven photocatalyst. Since the as-prepared hybrid nanocomposites possess high reusability therefore it can be promising photocatalyst for environmental applications.

Hierarchical ZnO “rod like” architecture synthesized via reverse micellar route for improved photocatalytic activity

Hierarchical ZnO “rod like” architecture was successfully synthesized via reverse micellar route and characterized by various techniques. The FESEM studies show controlled decomposition of zinc oxalate into ZnO “rod like” architecture at 500 °C with slow heat rate at 1°/min. Interestingly, improved photocatalytic activity was observed for the degradation of Rhodamine B, due to the self assembly of hexagonal nanoparticles of zinc oxide forming hierarchical ZnO “rod like” architecture which can greatly enhance the light utilization rate due to its special architecture and enlarge the specific surface area, providing more reaction sites and promoting mass transfer. More importantly, the reusability studies of this architecture were most economical.

Synthesis of magnetically separable and recyclable g‑C3N4−Fe3O4 hybrid nanocomposites with enhanced photocatalytic performance under visible-light irradiation

Herein we demonstrate a facile, reproducible, and template-free strategy to prepare g-C3N4–Fe3O4 nanocomposites by an in situ growth mechanism. The results indicate that monodisperse Fe3O4 nanoparticles with diameters as small as 8 nm are uniformly deposited on g-C3N4 sheets, and as a result, aggregation of the Fe3O4 nanoparticles is effectively prevented. The as-prepared g-C3N4–Fe3O4 nanocomposites exhibit significantly enhanced photocatalytic activity for the degradation of rhodamine B under visible-light irradiation. Interestingly, the g-C3N4–Fe3O4 nanocomposites showed good recyclability without loss of apparent photocatalytic activity even after six cycles, and more importantly, g-C3N4–Fe3O4 could be recovered magnetically. The high performance of the g-C3N4–Fe3O4 photocatalysts is due to a synergistic effect including the large surface-exposure area, high visible-light-absorption efficiency, and enhanced charge-separation properties. In addition, the superparamagnetic behavior of the as-prepared g-C3N4–Fe3O4 nanocomposites also makes them promising candidates for applications in the fields of lithium storage capacity and bionanotechnology.

Estudo da participação das espécies fortemente oxidantes produzidas durante a oxidação eletroquímica de corantes usando eletrodo de diamante dopado com boro: função das propriedades eletroquímicas do eletrodo e condições experimentais

The textile industry is one of the most polluting in the world (AHMEDCHEKKAT et al. 2011), generating wastewater with high organic loading. Among the pollutants present in these effluents are dyes, substances with complex structures, toxic and carcinogenic characteristics, besides having a strong staining. Improper disposal of these substances to the environment, without performing a pre-treatment can cause major environmental impacts. The objective this thesis to use a technique of electrochemical oxidation of boron doped diamond anode, BDD, for the treatment of a synthetic dye and a textile real effluent. In addition to studying the behavior of different electrolytes (HClO4, H3PO4, NaCl and Na2SO4) and current densities (15, 60, 90 and 120 mA.cm-2 ), and compare the methods with Rhodamine B (RhB) photolysis, electrolysis and photoelectrocatalytic using H3PO4 and Na2SO4. Electrochemical oxidation studies were performed in different ratio sp3 /sp2 of BDD with solution of RhB. To achieve these objectives, analysis of pH, conductivity, UV-visible, TOC, HPLC and GC-MS were developed. Based on the results with the Rhodamine B, it was observed that in all cases occurred at mineralization, independent of electrolyte and current density, but these parameters affect the speed and efficiency of mineralization. The radiation of light was favorable during the electrolysis of RhB with phosphate and sulfate. Regarding the oxidation in BDD anode with different ratio sp3 /sp2 (165, 176, 206, 220, 262 e 329), with lower carbon-sp3 had a longer favoring the electrochemical conversion of RhB, instead of combustion. The greater the carbon content on the anodes BDD took the biggest favor of direct electrochemical oxidation

Développement d’une lentille cornéenne médicamentée

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser.

Development of nanostructured hydrogel for spatial and temporal controlled release of active compounds

L’utilisation de nanovecteurs pour la livraison contrôlée de principes actifs est un concept commun de nous jours. Les systèmes de livraison actuels présentent encore cependant des limites au niveau du taux de relargage des principes actifs ainsi que de la stabilité des transporteurs. Les systèmes composés à la fois de nanovecteurs (liposomes, microgels et nanogels) et d’hydrogels peuvent cependant permettre de résoudre ces problèmes. Dans cette étude, nous avons développé un système de livraison contrôlé se basant sur l’incorporation d’un nanovecteur dans une matrice hydrogel dans le but de combler les lacunes des systèmes se basant sur un vecteur uniquement. Une telle combinaison pourrait permettre un contrôle accru du relargage par stabilisation réciproque. Plus spécifiquement, nous avons développé un hydrogel structuré intégrant des liposomes, microgels et nanogels séparément chargés en principes actifs modèles potentiellement relargués de manière contrôlé. Ce contrôle a été obtenu par la modification de différents paramètres tels que la température ainsi que la composition et la concentration en nanovecteurs. Nous avons comparé la capacité de chargement et la cinétique de relargage de la sulforhodamine B et de la rhodamine 6G en utilisant des liposomes de DOPC et DPPC à différents ratios, des nanogels de chitosan/acide hyaluronique et des microgels de N-isopropylacrylamide (NIPAM) à différents ratios d’acide méthacrylique, incorporés dans un hydrogel modèle d’acrylamide. Les liposomes présentaient des capacités de chargement modérés avec un relargage prolongé sur plus de dix jours alors que les nanogels présentaient des capacités de chargement plus élevées mais une cinétique de relargage plus rapide avec un épuisement de la cargaison en deux jours. Comparativement, les microgels relarguaient complétement leur contenu en un jour. Malgré une cinétique de relargage plus rapide, les microgels ont démontré la possibilité de contrôler finement le chargement en principe actif. Ce contrôle peut être atteint par la modification des propriétés structurelles ou en changeant le milieu d’incubation, comme l’a montré la corrélation avec les isothermes de Langmuir. Chaque système développé a démontré un potentiel contrôle du taux de relargage, ce qui en fait des candidats pour des investigations futures.

The application of a novel, cell permeable activity-based probe for the detection of cysteine cathepsins.

Cysteine cathepsins, such as cathepsin S (CTSS), are implicated in the pathology of a wide range of diseases and are of potential utility as diagnostic and prognostic biomarkers. In previous work, we demonstrated the potency and efficiency of a biotinylated diazomethylketone (DMK)-based activity-based probe (ABP), biotin-PEG-LVG-DMK, for disclosure of recombinant CTSS and CTSS in cell lysates. However, the limited cell permeability of both the biotin and spacer groups restricted detection of CTSS to cell lysates. The synthesis and characterisation of a cell permeable ABP to report on intracellular CTSS activity is reported. The ABP, Z-PraVG-DMK, a modified peptidyl diazomethylketone, was based on the N-terminus of human cystatin motif (Leu-Val-Gly). The leucine residue was substituted for the alkyne-bearing proparcylglycine to facilitate conjugation of an azide-tagged reporter group using click chemistry, following irreversible inhibition of CTSS. When incubated with viable Human Embryonic Kidney 293 cells, Z-PraVG-DMK permitted disclosure of CTSS activity following cell lysis and rhodamine azide conjugation, by employing standard click chemistry protocols. Furthermore, the fluorescent tag facilitated direct detection of CTSS using in-gel fluorescent scanning, obviating the necessity for downstream biotin-streptavidin conjugation and detection procedures.

Superparamagnetic Liposomes for MRI Monitoring and External Magnetic Field-Induced Selective Targeting of Malignant Brain Tumors

International audience

Células de anêmonas Bunodosoma cangicum expostas ao cobre: citotoxidade, defesa e dano de DNA

Anêmonas-do-mar são pólipos solitários, bentônicos, de pouca mobilidade, que habitam regiões entre-marés. Devido a estas características, são organismos que podem ser atingidos diretamente pela poluição aquática, no entanto, são pouco utilizados como modelo ecotoxicológico. O cobre é um metal essencial, que em altas concentrações pode ser tóxico, sendo bastante comum em ecossistemas marinhos. Um dos mecanismos de toxicidade do cobre envolve a produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), podendo levar as células ao estresse oxidativo, que tem como característica danos celulares, inclusive no DNA. Muitos organismos possuem um mecanismo que bombeia os xenobióticos para fora da célula – multixenobiotic resistance (MXR) – que visa prevenir as células dos danos tóxicos causados pelo contaminante. Com isso, o presente trabalho estudou a capacidade de defesa e dano ao DNA à toxicidade causada pelo cobre em células de anêmonas Bunodosoma cangicum. Para isto, células de anêmonas, mantidas em cultura primária através de explante do disco podal, foram expostas ao cobre a duas concentrações (7,8 µg.L-1 Cu e 15,6 µg.L-1 Cu), além do grupo controle, por 6 e 24 h. Antes e após as exposições as células tiveram sua viabilidade avaliada através do método de exclusão por azul de tripan (0,08%) para analisar a citotoxicidade. Parâmetros como a indução do mecanismo MXR através do método de acúmulo de rodamina-B, espécies reativas de oxigênio e ensaio cometa, também foram avaliados. Os resultados obtidos mostram que o cobre é citotóxico, sendo constatada uma queda na viabilidade e no número de células, principalmente após 24 h de exposição, sendo que na concentração de cobre de 15,6 µg.L-1 , foi possível observar uma diminuição de 40% na viabilidade e uma redução em 36% no número de células (p < 0,05, n = 6). Em relação ao fenótipo MXR, foi observada uma ativação do mecanismo apenas naquelas células expostas ao cobre 7,8 µg.L-1 (53%) no tempo de 24 h (p < 0,05, n = 5). Na análise da geração de ERO foi observado um aumento de 11,5% naquelas células expostas por 6 h na concentração mais alta de cobre 15,6 µg.L-1 . Nas células que foram expostas por 24 h, o aumento de espécies reativas pode ser percebido já na concentração de 7,8 µg.L-1 , elevando-se para cerca de 20% quando exposto a 15,6 µg.L-1 (p < 0,05, n = 4-5). Quanto ao dano de DNA, foram vistas quebras na molécula desde 7,8 µg.L-1 Cu em 6 h, com danos ainda mais salientes naquelas células expostas por 24 h, na concentração de 7,8 µg.L -1 Cu (p < 0,05, n = 3-4), e para 15,6 µg.L-1 Cu a viabilidade celular (número de células) não permitiu a análise. Com base nestes dados, pode-se dizer que o cobre, mesmo em baixas concentrações causa estresse em células de B. cangicum, sendo citotóxico. Este metal causa estresse oxidativo com dano à molécula de DNA mesmo com a ativação do mecanismo de defesa.

Development of nanostructured hydrogel for spatial and temporal controlled release of active compounds

L’utilisation de nanovecteurs pour la livraison contrôlée de principes actifs est un concept commun de nous jours. Les systèmes de livraison actuels présentent encore cependant des limites au niveau du taux de relargage des principes actifs ainsi que de la stabilité des transporteurs. Les systèmes composés à la fois de nanovecteurs (liposomes, microgels et nanogels) et d’hydrogels peuvent cependant permettre de résoudre ces problèmes. Dans cette étude, nous avons développé un système de livraison contrôlé se basant sur l’incorporation d’un nanovecteur dans une matrice hydrogel dans le but de combler les lacunes des systèmes se basant sur un vecteur uniquement. Une telle combinaison pourrait permettre un contrôle accru du relargage par stabilisation réciproque. Plus spécifiquement, nous avons développé un hydrogel structuré intégrant des liposomes, microgels et nanogels séparément chargés en principes actifs modèles potentiellement relargués de manière contrôlé. Ce contrôle a été obtenu par la modification de différents paramètres tels que la température ainsi que la composition et la concentration en nanovecteurs. Nous avons comparé la capacité de chargement et la cinétique de relargage de la sulforhodamine B et de la rhodamine 6G en utilisant des liposomes de DOPC et DPPC à différents ratios, des nanogels de chitosan/acide hyaluronique et des microgels de N-isopropylacrylamide (NIPAM) à différents ratios d’acide méthacrylique, incorporés dans un hydrogel modèle d’acrylamide. Les liposomes présentaient des capacités de chargement modérés avec un relargage prolongé sur plus de dix jours alors que les nanogels présentaient des capacités de chargement plus élevées mais une cinétique de relargage plus rapide avec un épuisement de la cargaison en deux jours. Comparativement, les microgels relarguaient complétement leur contenu en un jour. Malgré une cinétique de relargage plus rapide, les microgels ont démontré la possibilité de contrôler finement le chargement en principe actif. Ce contrôle peut être atteint par la modification des propriétés structurelles ou en changeant le milieu d’incubation, comme l’a montré la corrélation avec les isothermes de Langmuir. Chaque système développé a démontré un potentiel contrôle du taux de relargage, ce qui en fait des candidats pour des investigations futures.

Desenvolvimento de nanosistemas farmacêuticos para terapia gênica

Gene therapy is one of the major challenges of the post-genomic research and it is based on the transfer of genetic material into a cell, tissue or organ in order to cure or improve the patient s clinical status. In general, gene therapy consists in the insertion of functional genes aiming substitute, complement or inhibit defective genes. The achievement of a foreigner DNA expression into a population of cells requires its transfer to the target. Therefore, a key issue is to create systems, vectors, able to transfer and protect the DNA until it reaches the target. The disadvantages related to the use of viral vectors have encouraged efforts to develop emulsions as non-viral vectors. In fact, they are easy to produce, present suitable stability and enable transfection. The aim of this work was to evaluate two different non-viral vectors, cationic liposomes and nanoemulsions, and the possibility of their use in gene therapy. For the two systems, cationic lipids and helper lipids were used. Nanoemulsions were prepared using sonication method and were composed of Captex® 355; Tween® 80; Spam® 80; cationic lipid, Stearylamine (SA) or 1,2-dioleoyl-3-trimethylammoniumpropane (DOTAP) and water (Milli-Q®). These systems were characterized by average droplet size, Polidispersion Index (PI) and Zeta Potential. The stability of the systems; as well as the DNA compaction capacity; their cytotoxicity and the cytotoxicity of the isolated components; and their transfection capacity; were also evaluated. Liposomes were made by hydration film method and were composed of DOTAP; 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), containing or not Rhodaminephosphatidylethanolamine (PE- Rhodamine) and the conjugate Hyaluronic Acid DOPE (HA-DOPE). These systems were also characterized as nanoemulsions. Stability of the systems and the influence of time, size of plasmid and presence or absence of endotoxin in the formation of lipoplexes were also analyzed. Besides, the ophthalmic biodistribution of PE-Rhodamine containing liposomes was studied after intravitreal injection. The obtained results show that these systems are promising non-viral vector for further utilization in gene therapy and that this field seems to be very important in the clinical practice in this century. However, from the possibility to the practice, there is still a long way