Estudo da cinética da tirosinase imobilizada em nanopartícula de sílica com obtenção de revestimento de eumelanina

Melanina é um polímero constituído por uma grande heterogeneidade de monômeros tendo como característica comum a presença de grupos indóis. Por outro lado, a eumelanina produzida pela oxidação enzimática da tirosina é um polímero mais simples constituído principalmente de monômeros 5,6-dihidroxindol (DHI) e de indol-5,6-quinona (IQ). Tirosinase é a enzima chave na produção de melanina, sendo que a sua atividade cinética é medida em função da formação do intermediário dopacroma. Nanopartículas (NPs) de sílica são partículas nanométricas compostas de oxido de silício e são obtidas pelo processo sol-gel desenvolvido por Stöber de hidrólise e condensação de tetraetilortosilicato (TEOS), usando etanol como solvente em meio alcalino. As NPs foram funcionalizadas com 3-Aminopropiltrietoxissilano (ATPES) e depois com glutaraldeído. Este último permitiu a imobilização da tirosinase na superfície da sílica. Caracterizamos as NPs antes e após a reação da enzima, a atividade catalítica da enzima ligada à NP e o mecanismos de formação de melanina na superfície da sílica. As NPs foram caracterizadas por espectrofotometria de absorção e de reflectância, termogravimetria e microscopia eletrônica. A síntese da NP de sílica retornou partículas esféricas com 55nm de diâmetro e a funcionalização da partícula mostrou modificar eficientemente a sua superfície. A imobilização da tirosinase por ligação covalente foi de 99,5% contra 0,5% da adsorção física. A atividade da tirosinase foi caracterizada pela formação de dopacroma. O Km da enzima imobilizada não sofreu alteração em comparação com a tirosinase livre, mas a eficiência catalítica - que considera a eficiência recuperada - foi de apenas 1/3 para a enzima ligada covalentemente, significando que 2/3 das enzimas ligadas não estão ativas. Obtivemos NPs revestidas com melanina a partir de oxidação de tirosina solubilizada em duas preparações: NP com tirosinase ligada covalentemente na superfície e NP funcionalizada com glutaraldeido dispersa em solução de DHI e IQ. O revestimento de melanina foi na forma de um filme fino com espessura ~1,9nm, conferindo perfil de absorção luminosa equivalente ao da própria melanina. Mostramos que o mecanismo de polimerização passa pela oxidação da tirosina pela tirosinase, que gera intermediários oxidados (principalmente DHI e IQ) que vão para solução (mesmo quando a tirosinase está ligada covalentemente na sílica). Estes intermediários ligam-se ao glutaraldeido e a superfície da sílica passa a funcionar como ambiente de polimerização da melanina.

Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise.

Novel silica membrane material for molecular sieve applications

Development of new silica membranes properties, e.g., molecular sieving properties, has been increasingly gaining importance in the last few years. A novel unsupported silica membrane, referred to as hydrophobic metal-doped silica, was developed by cobalt-doping within the organic templated silica matrix. The novel material was prepared by the acid-catalyzed hydrolysis and condensation process of tetraethylorthosilicate (TEOS) and methyltriethoxysilane (MTES), which is the precursor for methyl ligand covalently bounded to the silica matrix. The synthesis and surface properties of the novel unsupported silica membrane as well as the unsupported blank silica and modified silica membranes were revealed by surface and microstructural techniques, such as water contact angle measurement, FTIR, X-ray, Solid-state 29Si MAS NMR, TGA and N2 and CO2 adsorption measurements. The results showed that the thermal stability of the organic templated silica matrix was enhanced by cobalt-doping process. A hydrophobic microporous silica membrane material with high thermal stability up to ∼560 °C in oxidizing atmosphere and a narrow pore size distribution centered at 1.1 nm was obtained. Therefore, a novel precursor material for molecular sieve silica membranes applications has been achieved and developed.

Bioactive sol-gel glasses at the atomic scale:the complementary use of advanced probe and computer modeling methods

Sol-gel-synthesized bioactive glasses may be formed via a hydrolysis condensation reaction, silica being introduced in the form of tetraethyl orthosilicate (TEOS), and calcium is typically added in the form of calcium nitrate. The synthesis reaction proceeds in an aqueous environment; the resultant gel is dried, before stabilization by heat treatment. These materials, being amorphous, are complex at the level of their atomic-scale structure, but their bulk properties may only be properly understood on the basis of that structural insight. Thus, a full understanding of their structure-property relationship may only be achieved through the application of a coherent suite of leading-edge experimental probes, coupled with the cogent use of advanced computer simulation methods. Using as an exemplar a calcia-silica sol-gel glass of the kind developed by Larry Hench, in the memory of whom this paper is dedicated, we illustrate the successful use of high-energy X-ray and neutron scattering (diffraction) methods, magic-angle spinning solid-state NMR, and molecular dynamics simulation as components to a powerful methodology for the study of amorphous materials.

On the hydrothermal stability of MCM-41. Evidence of capillary tension-induced effects

MCM-41's limited hydrothermal stability has been often related to the hydrolysis of Si-O-Si bonds due to the low degree of condensation, its thin walls or a combination of them. In this work, evidence for an additional factor is provided; a physical effect that occurs during the drying of the hydrothermally treated calcined material due to the intense capillary stress exerted in water. Depending on both physical (i.e. mechanical) and chemical (i.e. hydrolysis) resistances, the structure undergoes differently. Three MCM-41 samples with different degree of condensation were investigated. The most remarkable results are found with un-aged TEOS based material, which gets fully disordered and shrunk for all applied hydrothermal temperatures in water. Comparison between water and a low-surface-tension-solvent drying revealed that capillarity is responsible for the loss of ordering (and shrinkage) at moderate hydrothermal temperatures. The material's structure is hexagonal and shrinkage-free under the low-surface-tension-solvent route. At a high hydrothermal temperature, hydrolysis is extensive and responsible for the loss of ordering. The other remarkable finding regards the aged MCM-41 mesostructure that maintains the hexagonal features at all applied temperatures in water, and it is more stable against capillarity at high temperature. The Na-metasilicate based material is mechanically very stable and gets disordered at high temperature due to hydrolysis.

Silica promoted self-assembled mesoporous aluminas. Impact of the silica precursor on the structural, textural and acidic properties

This paper investigates the effect of silica addition on the structural, textural and acidic properties of an evaporation induced self-assembled (EISA) mesoporous alumina. Two silica addition protocols were applied while maintaining the EISA synthesis route. The first route is based on the addition of a Na-free colloidal silica suspension (Ludox®), and the second method consists of the co-hydrolysis of tetraethyl orthosilicate (TEOS) with aluminium tri-sec-butoxide, to favour a more intimate mixing of the Al- and Si-hydrolysed species. The properties of the so derived materials were compared to the SiO2-free counterpart. The SiO2 addition was always beneficial from a structural and textural standpoint. TEOS appears to have a truly promoting effect; the ordering, surface area and pore volume are all improved. For Ludox®, the enhancement comes from the formation of smaller pores by a densification of the structure. The crystallization of γ-alumina depends on the interaction between the Al- and Si-species in the mesophase. Ludox®-based materials achieved crystallization at 750 °C but the intimate mixing in the TEOS-based mesophases shows a suppression of the phase transformation by 50-100 °C, with respect to the SiO2-free counterpart. This reduces the textural features substantially. For all SiO2-modified materials, the enhancement in the surface area is not accompanied by a concomitant improvement of total acidity, and the formation of weak Lewis acid sites was promoted. These effects were ascribed to SiO2 migration to the surface that blocks part of the acidity.

Physical oceanography during SONNE cruise SO248 (BacGeoPac)

The data presented here were collected during the cruise SO248 (Project BacGeoPac) with the RV Sonne from Auckland, New Zealand to Dutch Harbor, Alaska/USA. The cruise lasted from May 1, 2016 to June 3, 2016 and 19 vertical CTD-hauls were conducted. The CTD system used during this cruise was a Sea-Bird Electronics Inc. SBE 911plus probe (SN 09-1266). The CTD was attached to a SBE 32 Carousel Water Sampler (SN 32-1119) containing 24 20-liter Ocean Test Equipment Inc. bottles. The system was equipped with double temperature (SBE 3) and conductivity sensors (SBE 4), a pressure sensor (Digiquartz) an oxygen (Aanderaa Optode 4831F) and, an altimeter (Bentos) and a chlorophyll fluorometer combined with a turbidity sensor (FluoroWetlabECO _AFL FL). The sensors were pre-calibrated by the manufacturers. The data were recorded with the Seasave V 7.23.2 software and processed using the SeaBird SBE Data Processing and the ManageCTD-software. The data were processed in the following way: Data obtained during adaptation of the CTD to ambient water conditions were removed manually. The "wildedit", "loopedit", "despike", "binavg" routines were applied. The data were also visually checked and a double sensor check was conducted. The accuracy of the double sensors derived from 56 data sets were: Temperature T = 0.0007 °C; Conductivity: C = 0,0071 mS/cm; Salinity S = 0.0081 psu. The salinity data (S by unsing pss78) were converted to absolute Salinity (SA) by using the TEOS 10 toolbox. The ship position data were derived from the shipboard GPS-system linked to the CTD data. The time zone is given in UTC. The oxygen CTD data were validated by additional measurements of 98 water samples using the Winkler titration method.

Murtavia voimia: kuvauksia katovuoden 1867 ajoilta

Tämä teos liittyy jatkona ennen ilmestyneeseen teokseen "Puukkojunkkarit", ollen kuitenkin siitä riippumaton, itsenäinen teos.

Kirottua työtä: kuvaus Savon kansan elämästä

Ilmestyi alunperin kahtena vihkona (vihot 2 ja 4) otsikolla Kuopion laulujuhlassa palkitut teokset. Vihkoissa 1, 3 ja 5 teos Kruunun metsissä / Kyösti.

R. D. Laingin antipsykiatrinen kritiikki teoksessa Divided Self

Analysoin tutkimuksessani radikaalin antipsykiatrian hulluuskäsityksiä ja psykiatrian kritiikkiä osana 1960-luvun vastakulttuuria ja kulttuurista murrosta. Alkuperäislähteeni on R. D. Laingin Divided Self: An Existential Study in Sanity and Madness (1960), jossa Laing käsitteli ajatuksiaan skitsofreenikoiden kokemusmaailmasta ja psykiatrisen katseen kohdentumisesta ymmärtämiseen ja empatiaan potilassuhteessa. Hän lähestyi aihettaan eksistentialistis-fenomenologisesta näkökulmasta ja sai leiman hulluuden romantisoijana ehdottaessaan myöhemmin 1960-luvulla, että kaikki psykoottiset matkat saattoivat johtaa yksilön ”uudelleensyntymään”. 1960-luvulla erityisesti psykiatreista ja sosiologeista koostuva joukko toi esiin kriittisiä näkemyksiä mielisairaalapotilaiden oikeuksista ja hoidosta samalla kyseenalaisten sairauksien medikaalisen mielen. He kommentoivat samalla sekä psykiatrian vallan käyttöä, että länsimaisen sivilisaation tilaa. Sodan jälkeisen maailman murros eli teknologian kasvu, kaupungistuminen ja arvojen materiaalistuminen vähensivät mahdollisuutta ihmisten sosiaalisten tarpeiden tyydyttämiseen. Nämä aiheuttivat henkilökohtaisella tasolla arvojen yhteentörmäyksiä, mistä 1960-luvun vastakulttuurit, kuten antipsykiatria, saivat kasvualustaa. Laingin teos avaa yhden näkökulman 1960-luvun ajatteluun ja kulttuuriin, jossa elettiin uudenlaisten elämäntapojen etsimisen aikaa. Laingin esittämät argumentit saivat laboratorion Kingsley Hallin terapeuttisesta yhteisöstä, joka perustettiin The Philadelphia Associationin tuella Lontoon East Endiin vuonna 1965. Tarkastelen yhteisöä paikkautopiana ja vaihtoehtona mielisairaalahoidolle. Laingin teoksen ja Kingsley Hallin kokeilun kautta asetan antipsykiatrian osaksi 1960-luvun vastakulttuuristen liikkeiden kirjoa.

Maailma joka muuttuu elokuvallisessa prosessissa – Ranskalaisen päiväkirjan (1961) dokumentaarisuudesta

Tutkimuksen aiheena on Jean Rouchin ja Edgar Morinin ohjaama elokuva Ranskalainen päiväkirja vuodelta 1961 ja sen dokumentaarisuus. Tutkielma osoittaa, miten cinéma vérité -tyylisuunta on tapa, jolla dokumentaarisuus Ranskalaisessa päiväkirjassa toteutuu. Tutkin, minkälaisia uusia näkökulmia teos pystyy dokumentaarisuudellaan aikakauteensa avaamaan. Tyylisuunta-ajattelun lisäksi tarkastelen dokumentaarisuutta myös metodina ja elokuvallisena keinona. Ranskalaisen päiväkirjan ohella alkuperäislähteenä on dokumenttielokuva Un été + 50 (2011), jossa elokuvan tekijät ja henkilöt kertovat tutkittavan elokuvan taustoista 50 vuotta elokuvan ilmestymisen jälkeen. Ranskalainen päiväkirja sijoittuu 1950- ja 1960-lukujen vaihteeseen, jolloin Ranska oli muuttumassa. Suurvalta-asema oli menetetty, ja uutta hyvinvointivaltiota rakennettiin epäyhtenäisen ja vieraantuneen kansakunnan varaan. Kolonialismin jälkimainingeissa ranskalaisten oli määriteltävä suhteensa muun muassa käynnissä olleeseen Algerian sotaan. Autosta oli tullut kulutuskulttuurin symboli, mutta kehittyvä teknologia alkoi tarjota mahdollisuuksia myös elokuvalle ja sen ilmaisukeinojen laajentamiselle. Tutkielma selvittää, miten uusi elokuvateknologia, elokuvanteon representaatiot ja elokuvan välittämä sisältö kytkeytyvät yhteen ja muodostavat perustan Ranskalaisen päiväkirjan dokumentaarisuudelle. Elokuva antaa mahdollisuuden pohtia, miten teknologia ja eri aikakausien ajatuskehikot ovat toimineet vuorovaikutuksessa keskenään. Tyylisuunta-ajattelu kytkee elokuvan myös aikakauden filosofisiin ja elokuvateoreettisiin virtauksiin. Muutoksen mahdollisuudet, todellisuuden luonne ja paikka askarruttivat niin ikään filosofeja, sosiologeja ja muiden alojen taiteilijoita.

Lasten vetoomus pysyvän rauhan puolesta. Hiroshimalaisten lasten ja nuorten muistelmat atomipommi-iskun jälkeiseltä ajalta ja iskun vaikutus heidän käsityksiinsä tulevaisuudesta vuonna 1951

Tässä pro gradu -tutkielmassa perehdyin siihen, miten hiroshimalaiset lapset ja nuoret kuvasivat muistelmissaan Hiroshiman atomipommi-iskun jälkeistä aikaa, ja miten iskun nähtiin vaikuttaneen heidän käsityksiinsä tulevaisuudesta. Lähestyin aihetta muistitietotutkimuksen metodin kautta. Alkuperäisaineistonani käytin Arata Osadan kokoamaan muistelmateosta Children of the A-Bomb: Testament of the Boys and Girls of Hiroshima, joka pitää sisällään 105 lasten ja nuorten kirjoittamaa muistelmaa atomipommi-iskun jälkeisestä ajasta vuonna 1951. Ajallisesti tutkielmani rajautuu lasten kuvaamaan kuuteen vuoteen atomipommi-iskusta kirjoitushetkeen, sekä muistelmissa kuvattuun tulevaisuuteen. Pääpaino on kuitenkin vuodessa 1951. Teos edustaa japanilaista toisen maailmansodan jälkeistä sodan vastaista kirjallisuutta, jonka motiivina on rauhanaatteen edistäminen. Muistelmateoksesta on nähtävissä, kuinka lapset tulkitsevat iskun jälkeistä nykyisyyttä oman selviytymisensä kautta. Monet nuorimmista lapsista kuvasivat kokemaansa kiitollisuuden tunnetta auttajaa kohtaan, kun taas vanhempien lasten muistelmissa kuvataan enemmän itse avunantoa. Vanhemmat lapset olivat useammin poissa kotoa ja vailla vanhempiensa turvaa, joten he joutuivat tekemään itsenäisempiä päätöksiä. Selviytyminen herätti niin kiitollisuutta, mutta myös ahdistusta ja tarvetta perustella omaa selviytymistään. Muistelmista on myös havaittavissa japanilaisen historiantulkinnan murrosvaihe. Sodan jälkeinen miehityspolitiikka opetti japanilaisia syyttämään imperialistista hallitusta sodasta, ja toisaalta kielsi Yhdysvaltojen ja atomipommien käytön kritisoinnin. Kuitenkin sensuurin loputtua myös Yhdysvaltoja kohtaan alkoi esiintymään kritiikkiä. Lasten muistelmissa onkin nähtävissä vaihtelevia tapoja kommentoida atomipommi-iskun syitä ja seurauksia. Menneisyyden ja nykyisyyden tulkinnan ohella muistelmissa on nähtävissä myös lasten ja nuorten käsityksiä tulevaisuudesta. Tulevaisuuden käsityksiin vaikutti erityisesti kylmän sodan epävakaa konteksti, joka nosti esiin uuden sodan pelon. Lisäksi muistelmissa oli myös nähtävissä normaalin arjen pelkoja, kuten kiusaamista. Toisaalta moni koki päässeensä yli menneisyyden traumasta ja pyrki omalla toiminnallaan vaikuttamaan tulevaisuuteen rauhaa edistävästi.

Peliprojektin aikataulutus

Tässä pro gradu -tutkielmassa aikataulutetaan itsenäisen pelinkehittäjän peliprojekti. Aikataulutus on matematiikan ala, jonka tavoitteena on järjestää projektitehtävät optimaaliseen järjestykseen asetetun tavoitteen mukaan. Käytännössä tavoite voi olla esimerkiksi mimimoida painotetun valmistumisajan summaa. Tutkielma koostuu neljästä pääosiosta: aikataulutuksen teoriasta, aikataulutettavan datataulukon muodostuksesta, laskennallisista esimerkeistä ja aikataulutusohjelman esittelystä. Teoriaosuudessa esitetään peliprojektin aikataulutukseen tarvittavat matemaattiset merkinnät ja lemmat todistuksineen. Tutkielman teoriaosuuden todistukset ovat peräisin Michael Pinedon kirjasta Scheduling - Theory, Algorithms, and Systems vuodelta 2008. Pinedon teos on tutkielman keskeisin kirjallisuuslähde. Tutkielman toisessa pääosiossa esitetään, miten peliprojektista saadaan muodostettua aikataulutettava datataulukko. Datataulukon mallinnuksessa apuna toimi turkulainen pelinkehittäjä Timo Naskali. Yhteistyössä Naskalin kanssa peliprojekti saatiin mallinnettua mahdollisimman tarkasti laskettavissa olevaksi datataulukoksi ilman liiallisia yksinkertaistuksia. Peliprojektin mallintamisen lisäksi tutkielmassa tullaan käymään läpi paljon erilaisia esimerkkitehtäviä, joissa sovelletaan esiteltyä teoriaa. Esimerkit on tehty hyvin selkeiksi kirjaamalla ylös paljon laskujen välivaiheita. Esimerkkitehtävien vaikeustaso kasvaa kappaleen edetessä, sillä monimutkaisempia tilanteita tarkasteltaessa datataulukoihin joudutaan lisäämään uusia parametrejä. Viimeisessä esimerkkitehtävässä käytössä on jo koko mallinnettu datataulukko. Tutkielmaa varten koodattiin myös aikataulutusohjelma, joka mahdollistaa isojen datataulukoiden laskemisen tietokoneen avulla. Aikataulutusohjelmassa on graafinen käyttöliittymä, mutta ohjelma tallentaa tulokset myös tekstitiedostoksi. Tutkielman loppuosassa käsitellään aikataulutuksesta saatavaa hyötyä. Johtopäätöksissä pohditaan myös potentiaalisia jatkomahdollisuuksia tutkielman aiheeseen.