Deteção eletroquímica da norfloxacina e trimetoprim em amostras de urina utilizando polímero molecularmente impresso modificado e grafeno

A norfloxacina e o trimetoprim são dois antibióticos antibacterianos usados para o tratamento de infeções urinárias, intestinais e respiratórias. A maioria dos fármacos exige uma dosagem que garanta os níveis de segurança e eficácia de atuação. A necessidade de dosear os medicamentos e os seus metabolitos é assim um controlo imperioso e em muitos casos regular no tratamento de um paciente. Neste trabalho desenvolveram-se dois sensores eletroquímicos para a deteção da norfloxacina (NFX) e do trimetoprim (TMP), usando como superfície de suporte o carbono vítreo. A busca de novos materiais que conferiram maior seletividade e sensibilidade aos sistemas de deteção e por outro lado apresentem menores riscos para o paciente quando usados em dispositivos que permitam uma análise point-of-care, é especialmente importante e pode ser uma parte crucial do processo de decisão clínica. Assim, os polímeros molecularmente impresos enquadram-se nesse perfil e o seu uso tem vindo a ser cada vez mais avaliado. A impressão molecular é uma tecnologia capaz de produzir polímeros que incorporam as moléculas do analito e que após remoção por solventes específicos, permitem dotá-los de locais específicos de reconhecimento estereoquímico. A seleção do pirrol como polímero molecularmente impresso (MIP) permitiu construir com sucesso os sensores para doseamento dos antibióticos. A fim de aumentar a sensibilidade do método incorporou-se grafeno na superfície do elétrodo. Este material tem vindo a ser largamente utilizado devido às suas propriedades: estrutura molecular, condutividade elétrica e aumento da superfície são algumas das características que mais despertam o interesse para a sua aplicação neste projeto. Os sensores desenvolvidos foram incorporados em sistemas eletroquímicos. Os métodos voltamétricos aplicados foram a voltametria cíclica, a voltametria de onda quadrada e ainda a impedância. As condições de análise foram otimizadas no que respeita à polimerização do pirrol (concentração do polímero, número de ciclos de eletropolimerização e respetivos potenciais aplicados, tempo de incubação, solvente de remoção do analito), ao pH da solução do fármaco, à gama de concentrações dos antibióticos e aos parâmetros voltamétricos dos métodos de análise. Para cada um dos antibióticos um elétrodo não-impresso foi também preparado, usando o procedimento de polimerização mas sem a presença da molécula do analito, e foi usado como controlo. O sensor desenvolvido para o trimetoprim foi usado no doseamento do fármaco em amostras de urina. As amostras foram analisadas sem qualquer diluição, apenas foram centrifugadas para remoção de proteínas e algum interferente. Os sensores construídos apresentaram comportamento linear na gama de concentrações entre 102 e 107 mol/L. Os resultados mostram boa precisão (desvios padrão inferiores a 11%) e os limites de deteção foram de 8,317 e 1,307 mol/L para a norfloxacina e o trimetoprim, respetivamente. Para validação do método foram ainda efetuados ensaios de recuperação tendo obtido valores superiores a 94%.

Synthesis, characterization and reactivity of new cobalt, palladium and nickel complexes bearing α-diimines and P, O ligands

This work describes the synthesis and characterization of a series of new α-diimine and P,O, β-keto and acetamide phosphines ligands, and their complexation to Ni(II), Co(II),Co(III) and Pd(II) to obtain a series of new compounds aiming to study their structural characteristics and to test their catalytic activity. All the compounds synthesized were characterized by the usual spectroscopic and spectrometric techniques: Elemental Analysis, MALDI-TOF-MS spectrometry, IR, UV-vis, 1H, 13C and 31P NMR spectroscopies. Some of the paramagnetic compounds were also characterized by EPR. For the majority of the compounds it was possible to solve their solid state structure by single crystal X-ray diffraction. Tests for olefin polymerization were performed in order to determine the catalytic activity of the Co(II) complexes. Chapter I presents a brief introduction to homogenous catalysis, highlighting the reactions catalyzed by the type of compounds described in this thesis, namely olefin polymerization and oligomerization and reactions catalyzed by the complexes bearing α-diimines and P,O type ligands. Chapter II is dedicated to the description of the synthesis of new α-diimines cobalt (II) complexes, of general formula [CoX2(α-diimine)], where X = Cl or I and the α-diimines are bis(aryl)acenaphthenequinonediimine) (Ar-BIAN) and 1,4-diaryl-2,3-dimethyl-1,4-diaza-1,3-butadiene (Ar-DAB). Structures solved by single crystal X-ray diffraction were obtained for all the described complexes. For some of the compounds, X-band EPR measurements were performed on polycrystalline samples, showing a high-spin Co(II) (S = 3/2) ion, in a distorted axial environment. EPR single crystal experiments on two of the compounds allowed us to determine the g tensor orientation in the molecular structure. In Chapter III we continue with the synthesis and characterization of more cobalt (II)complexes bearing α-diimines of general formula [CoX2(α-diimine)], with X = Cl or I and α-diimines are bis(aryl)acenaphthenequinonediimine) (Ar-BIAN) and 1,4-diaryl-2,3-dimethyl- 1,4-diaza-1,3-butadiene (Ar-DAB). The structures of three of the new compounds synthesized were determined by single crystal X-ray diffraction. A NMR paramagnetic characterization of all the compounds described is presented. Ethylene polymerization tests were done to determine the catalytic activity of several of the Co(II) complexes described in Chapter II and III and their results are shown. In Chapter IV a new rigid bidentate ligand, bis(1-naphthylimino)acenaphthene, and its complexes with Zn(II) and Pd(II), were synthesized. Both the ligand and its complexes show syn and anti isomers. Structures of the ligand and the anti isomer of the Pd(II) complex were solved by single crystal X-ray diffraction. All the compounds were characterized by elemental analysis, MALDI-TOF-MS spectrometry, and by IR, UV-vis, 1H, 13C, 1H-1H COSY, 1H-13C HSQC, 1H-13C HSQC-TOCSY and 1H-1H NOESY NMR when necessary. DFT studies showed that both conformers of [PdCl2(BIAN)] are isoenergetics and can be obtain experimentally. However, we can predict that the isomerization process is not available in square-planar complex, but is possible for the free ligand. The molecular geometry is very similar in both isomers, and only different orientations for naphthyl groups can be expected. Chapter V describes the synthesis of new P, O type ligands, β-keto phosphine, R2PCH2C(O)Ph, and acetamide phosphine R2PNHC(O)Me, as well as a series of new cobalt(III) complexes namely [(η5-C5H5)CoI2{Ph2PCH2C(O)Ph}], and [(η5- C5H5)CoI2{Ph2PNHC(O)Me}]. Treating these Co(III) compounds with an excess of Et3N, resulted in complexes η2-phosphinoenolate [(η5-C5H5)CoI{Ph2PCH…C(…O)Ph}] and η2- acetamide phosphine [(η5-C5H5)CoI{Ph2PN…C(…O)Me}]. Nickel (II) complexes were also obtained: cis-[Ni(Ph2PN…C(…O)Me)2] and cis-[Ni((i-Pr)2PN…C(…O)Me)2]. Their geometry and isomerism were discussed. Seven structures of the compounds described in this chapter were determined by single crystal X-ray diffraction. The general conclusions of this work can be found in Chapter VI.

Development of biocompatible and “smart” porous structures using CO2-assisted processes

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia Química, especialidade Engenharia da Reacção Química, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Preparação de adsorventes mesoporosos para a adsorção de poluentes em águas

Mestrado Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental

Calix[4]arene-carbazole-containing polymers: synthesis and properties

New highly fluorescent calix[4]arene-containing phenylene-alt-ethynylene-3,6- and 2,7-carbazolylene polymers (CALIX-PPE-CBZs) have been synthesized for the first time and their photophysical properties evaluated. Both polymers were obtained in good isolated yields (70-84%), having M-w ranging from 7660-26,700 g mol(-1). It was found that the diethynyl substitution (3,6- or 2,7-) pattern on the carbazole monomers markedly influences the degree of polymerization. The amorphous yellow polymers are freely soluble in several nonprotic organic solvents and have excellent film forming abilities. TG/DSC analysis evidences similar thermal behaviors for both polymers despite their quite different molecular weight distributions and main-chain connectivities (T-g, in the range 83-95 degrees C and decomposition onsets around 270 degrees C). The different conjugation lengths attained by the two polymers dictates much of their photophysical properties. Thus, whereas the fully conjugated CALIX-PPE-2,7-CBZ has its emission maximum at 430 nm (E-g = 2.84 eV; Phi(F) = 0.62, CHCl3), the 3,6-linked counterpart (CALIX-PPE-3,6-CBZ) fluoresces at 403 nm with a significant lower quantum yield (E-g = 3.06 eV; Phi(F) = 0.31, CHCl3). The optical properties of both polymers are predominantly governed by the intrachain electronic properties of the conjugated backbones owing to the presence of calix[4]arenes along the polymer chain which disfavor significant interchain interactions, either in fluid- or solid-state.

Hierarchical wrinkling on elastometric Janus spheres

Hierarchical wrinkling on elastomeric Janus spheres is permanently imprinted by swelling, for different lengths of time, followed by drying the particles in an appropriate solvent. First-order buckling with a spatial periodicity (lambda(11)) of the order of a few microns and hierarchical structures comprising of 2nd order buckling with a spatial periodicity (lambda(12)) of the order of hundreds of nanometers have been obtained. The 2nd order buckling features result from a Grinfeld surface instability due to the diffusion of the solvent and the presence of sol molecules.

Waste recovery into activated carbon for water purification from heavy metals

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química Pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecn

Sensor electroquímico seletivo para a Norfloxacina

A Norfloxacina (NFX) é um antibiótico antibacteriano indicado para combater bactérias Gram-negativas e amplamente utilizado para o tratamento de infeções no trato respiratório e urinário. Com a necessidade de realizar estudos clínicos e farmacológicos esenvolveram-se métodos de análise rápida e sensitiva para a determinação da Norfloxacina. Neste trabalho foi desenvolvido um novo sensor eletroquímico sensível e seletivo para a deteção da NFX. O sensor foi construído a partir de modificações efetuadas num elétrodo de carbono vítreo. Inicialmente o elétrodo foi modificado com a deposição de uma suspensão de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) de modo a aumentar a sensibilidade de resposta analítica. De seguida um filme polímerico molecularmente impresso (MIP) foi preparado por eletrodeposição, a partir de uma solução contendo pirrol (monómero funcional) e NFX (template). Um elétrodo de controlo não impresso foi também preparado (NIP). Estudouse e caraterizou-se a resposta eletroquímica do sensor para a oxidação da NFX por voltametria de onda quadrada. Foram optimizados diversos parâmetros experimentais, tais como, condições ótimas de polimerização, condições de incubação e condições de extração. O sensor apresenta um comportamento linear entre a intensidade da corrente do pico e o logaritmo da concentração de NFX na gama entre 0,1 e 8μM. Os resultados obtidos apresentam boa precisão, com repetibilidade inferior a 6% e reprodutibilidade inferior a 9%. Foi calculado a partir da curva de calibração um limite de deteção de 0,2 μM O método desenvolvido é seletivo, rápido e de fácil manuseamento. O sensor molecularmente impresso foi aplicado com sucesso na deteção da NFX em amostras de urina real e água.

Liquid crystal mobility and PDLC memory effects

Dissertation presented at Faculdade de Ciências e Tecnologia of Universidade Nova de Lisboa to obtain the Degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Development of thermoresponsive (polysulfone/polyacrylonitrile) - based membranes for bioseparation processes

Mestrado integrado em Engenharia Química e Bioquímica

Development of 2-oxazoline-based hydrogels and porous polyester microparticles in scCO2

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa in partial fulfillment of the requirements for the obtention of the degree of Master of Science in Biotechnology

Desenvolvimento e aplicação de um biossensor para monitorização de creatinina, um biomarcador associado a doenças emergentes

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um material sensor para creatinina por impressão molecular em estrutura polimérica (MIP) e a sua aplicação no desenvolvimento de um dispositivo de natureza potenciométrica para a determinação da molécula alvo em fluidos biológicos. A creatinina é um dos biomarcadores mais utilizados no acompanhamento da doença renal, já que é um bom indicador da taxa de filtração glomerular (TFG). Os materiais biomiméticos desenhados para interação com a creatinina foram obtidos por polimerização radicalar, recorrendo a monómeros de ácido metacríclico ou de vinilpiridina e a um agente de reticulação apropriado. De modo a aferir o efeito da impressão da creatinina na resposta dos materiais MIP à sua presença, foram também preparados e avaliados materiais de controlo, obtidos sem impressão molecular (NIP). O controlo da constituição química destes materiais, incluindo a extração da molécula impressa, foi realizado por Espectroscopia de Raman e de Infravermelho com Transformada de Fourrier. A afinidade de ligação entre estes materiais e a creatinina foi também avaliada com base em estudos cinéticos. Todos os materiais descritos foram integrados em membranas selectivas de elétrodos seletivos de ião, preparadas sem ou com aditivo iónico lipófilo, de carga negativa ou positiva. A avaliação das características gerais de funcionamento destes elétrodos, em meios de composição e pH diferentes, indicaram que as membranas com materiais impressos e aditivo aniónico eram as únicas com utilidade analítica. Os melhores resultados foram obtidos em solução tampão Piperazine-N,N′-bis(2- ethanesulfonic acid), PIPES, de pH 2,8, condição que permitiu obter uma resposta quasi-Nernstiana, a partir de 1,6×10-5 mol L-1. Estes elétrodos demonstraram ainda uma boa selectividade ao apresentaram uma resposta preferencial para a creatinina quando na presença de ureia, carnitina, glucose, ácido ascórbico, albumina, cloreto de cálcio, cloreto de potássio, cloreto de sódio e sulfato de magnésio. Os elétrodos foram ainda aplicados com sucesso na análise de amostras sintéticas de urina, quando os materiais sensores eram baseados em ácido metacrilico, e soro, quando os materiais sensores utilizados eram baseados em vinilpiridina.

Eficiência de antioxidantes na estabilização do Biodiesel

O Biodiesel é uma fonte de energia renovável que actualmente se encontra em expansão. O Biodiesel é constituído por uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos gordos. A existência de ácidos gordos insaturados torna o Biodiesel quimicamente menos estável, podendo ocorrer oxidação, degradação e polimerização do combustível, se este for inadequadamente armazenado ou transportado. O objectivo deste trabalho consistiu em avaliar a eficiência da utilização de antioxidantes fenólicos (ácido protocatecuico, ácido gálico, ácido 3,4 di-hidroxifenilacético, ácido cafeico, ácido hidrocafeico, ácido 3,4,5-tri-hidroxicinâmico, ácido m-coumárico e ácido p-coumárico), na estabilização do Biodiesel. O estudo envolveu a análise da influência do uso de cada um dos antioxidantes na inibição da peroxidação lipídica do ácido linoleico um dos principais ácidos gordos insaturados presentes na matéria-prima utilizada na produção de Biodiesel. A avaliação do efeito de inibição dos antioxidantes na peroxidação do ácido linoleico foi efetuada usando o método do tiocianato de ferro (III). Os resultados obtidos demonstraram, que todos os ácidos fenólicos estudados, apresentam uma elevada capacidade para inibir a peroxidação lipídica do ácido linoleico. As percentagens de inibição da peroxidação do ácido linoleico variaram entre os 72%, observada para o ácido p-coumárico, e os 82 %, verificada para o ácido protocatecuico. A eficiência de inibição da peroxidação por parte dos antioxidantes fenólicos em estudo foi comparada com a obtida utilizando um antioxidante de referência, o trolox. A eficiência de inibição obtida para todos os antioxidantes fenólicos estudados foi muito superior à observada para o trolox. Os resultados obtidos nesta dissertação permitem concluir que a utilização de ácidos fenólicos constitui uma boa alternativa para a estabilização de matrizes lipídicas, particularmente em combustíveis como o Biodiesel.

Novel Prostate Specific Antigen plastic antibody designed withcharged binding sites for an improved protein binding and itsapplication in a biosensor of potentiometric transduction

This work shows that the synthesis of protein plastic antibodies tailored with selected charged monomersaround the binding site enhances protein binding. These charged receptor sites are placed over a neutralpolymeric matrix, thus inducing a suitable orientation the protein reception to its site. This is confirmed bypreparing control materials with neutral monomers and also with non-imprinted template. This concepthas been applied here to Prostate Specific Antigen (PSA), the protein of choice for screening prostate can-cer throughout the population, with serum levels >10 ng/mL pointing out a high probability of associatedcancer.Protein Imprinted Materials with charged binding sites (C/PIM) have been produced by surfaceimprinting over graphene layers to which the protein was first covalently attached. Vinylben-zyl(trimethylammonium chloride) and vinyl benzoate were introduced as charged monomers labellingthe binding site and were allowed to self-organize around the protein. The subsequent polymerizationwas made by radical polymerization of vinylbenzene. Neutral PIM (N/PIM) prepared without orientedcharges and non imprinted materials (NIM) obtained without template were used as controls.These materials were used to develop simple and inexpensive potentiometric sensor for PSA. Theywere included as ionophores in plasticized PVC membranes, and tested over electrodes of solid or liq-uid conductive contacts, made of conductive carbon over a syringe or of inner reference solution overmicropipette tips. The electrodes with charged monomers showed a more stable and sensitive response,with an average slope of -44.2 mV/decade and a detection limit of 5.8 × 10−11mol/L (2 ng/mL). The cor-responding non-imprinted sensors showed lower sensitivity, with average slopes of -24.8 mV/decade.The best sensors were successfully applied to the analysis of serum, with recoveries ranging from 96.9to 106.1% and relative errors of 6.8%.

Graphene-based biomimetic materials targeting urine metabolite as potential cancer biomarker: Application over different conductive materials for potentiometric transduction

This work presents a novel surface Smart Polymer Antibody Material (SPAM) for Carnitine (CRT, a potential biomarker of ovarian cancer), tested for the first time as ionophore in potentiometric electrodes of unconventional configuration. The SPAM material consisted of a 3D polymeric network created by surface imprinting on graphene layers. The polymer was obtained by radical polymerization of (vinylbenzyl) trimethylammonium chloride and 4-styrenesulfonic acid (signaling the binding sites), and vinyl pivalate and ethylene glycol dimethacrylate (surroundings). Non-imprinted material (NIM) was prepared as control, by excluding the template from the procedure. These materials were then used to produce several plasticized PVC membranes, testing the relevance of including the SPAM as ionophore, and the need for a charged lipophilic additive. The membranes were casted over solid conductive supports of graphite or ITO/FTO. The effect of pH upon the potentiometric response was evaluated for different pHs (2-9) with different buffer compositions. Overall, the best performance was achieved for membranes with SPAM ionophore, having a cationic lipophilic additive and tested in HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid) buffer, pH 5.1. Better slopes were achieved when the membrane was casted on conductive glass (-57.4 mV/decade), while the best detection limits were obtained for graphite-based conductive supports (3.6 × 10−5mol/L). Good selectivity was observed against BSA, ascorbic acid, glucose, creatinine and urea, tested for concentrations up to their normal physiologic levels in urine. The application of the devices to the analysis of spiked samples showed recoveries ranging from 91% (± 6.8%) to 118% (± 11.2%). Overall, the combination of the SPAM sensory material with a suitable selective membrane composition and electrode design has lead to a promising tool for point-of-care applications.