The Host Defence Peptide LL-37 is Susceptible to Proteolytic Degradation by Wound Fluid Isolated from Foot Ulcers of Diabetic Patients

The pleiotropic effects of host defence peptides (HDPs), including the ability to kill microorganisms, enhance re-epithelialisation and increase angiogenesis, indicates a role for these important peptides as potential therapeutic agents in the treatment of chronic, non-healing wounds. However, the maintenance of peptide integrity, through resistance to degradation by the array of proteinases present at the wound site, is a prerequisite for clinical success. In this study we explored the degradation of exogenous LL-37, one such HDP, by wound fluid from diabetic foot ulcers to determine its susceptibility to proteolytic degradation. Our results suggest that LL-37 is unstable in the diabetic foot ulcer microenvironment. Following overnight treatment with wound fluid, LL-37 was completely degraded. Analysis of cleavage sites suggested potential involvement of both host- and bacterial-derived proteinases. The degradation products were shown to retain some antibacterial activity against Pseudomonas aeruginosa but were inactive against Staphylococcus aureus. In conclusion, our data suggest that stabilising selected peptide bonds within the sequence of LL-37 would represent an avenue for future research prior to clinical studies to address its potential as an exogenously-applied therapeutic in diabetic wounds. 

In and out of home care decisions: The influence of confirmation bias in developing decision supportive reasoning

The aims of this study were to identify the themes Social Workers regard as important in supporting decisions to remove children from, or return them to, the care of their parents. To further elicit underlying hypotheses that are discernible in interpretation of evidence. A case study, comprising a two-part vignette with a questionnaire, recorded demographic information, child welfare attitudes and risk assessments, using scales derived from standardised instruments, was completed by 202 Social Workers in Northern Ireland. There were two manipulated variables, mother’s attitude to removal and child’s attitude to reunification2 years later. In this paper we use data derived from respondents’ qualitative comments explaining their reasoning for in and out of home care decisions. Some 60.9% of respondent’s chose the parental care option at part one, with 94% choosing to have the child remain in foster care at part two. The manipulated variables were found to have no significant statistical effect. However, three underlying hypotheses were found to underpin decisions; (a)child rescue, (b) kinship defence and (c) a hedged position on calculation of risk subject to further assessment. Reasoning strategies utilised by social workers to support their decision making suggest that they tend to selectively interpret information either positively or negatively to support pre-existing underlying hypotheses. This finding is in keeping with the literature on ‘confirmation bias.’ The research further draws attention to the need to incorporate open questions in quantitative studies, to help guard against surface reading of data, which often does not ‘speak for itself.’

pLR-HL: a novel amphibian Bowman-Birk-type trypsin inhibitor from the skin secretion of the broad-folded frog, Hylarana latouchii

In this study, we report a novel heptadecapeptide (LIGGCWTKSIPPKPCLV) of the pLR/ranacyclin family, named pLR-HL, whose structure was deduced from its biosynthetic precursor-encoding cDNA cloned from the skin secretion-derived cDNA library of the broad-folded frog, Hylarana latouchii, by employing a "shotgun" cloning technique. It contains a disulphide loop between Cys5 and Cys15 which is consistent with Bowman-Birk-type protease inhibitors. The primary structure of pLR-HL deduced from the cDNA sequence was confirmed by fractionating the skin secretion using reverse phase HPLC and subsequent analysis using MALDI-TOF mass spectrometry and LC/MS/MS fragmentation sequencing. On the basis of the establishment of unequivocal amino acid sequence, a synthetic replicate was synthesised by solid-phase Fmoc chemistry, and it displayed a moderately potent trypsin inhibition with a Ki of 143 nM. The substitution of Lys-8 by Phe (Phe8 -pLR-HL) resulted in abolition of trypsin inhibition but generation of modest inhibition on chymotrypsin with a Ki of 2.141 μM. Additionally, both the disulphide loops of pLR-HL and Phe8 -pLR-HL were synthesised and tested. Both of the catalytic loops retained similar inhibitory potencies towards trypsin or chymotrypsin in comparison with the original intact molecules. Thus, the replacement of reactive site residues could alter the specificity of these protease inhibitors, while the canonical reactive loop alone can independently constitute biologically-active moiety.

Effect of solvent on the hydrogenation of 4-phenyl-2-butanone over Pt based catalysts

The hydrogenation of 4-phenyl-2-butanone over Pt/TiO2 and Pt/SiO2 catalysts has been performed in a range of solvents and it has been observed that the solvent impacted on the selectivity of ketone and aromatic ring hydrogenation as well as the overall TOF of the titania catalyst with no solvent effect on selectivity observed using the silica supported catalyst where ring hydrogenation was favored. For the titania catalyst, alkanes were found to favor ring hydrogenation whereas aromatics and alcohols led to carbonyl hydrogenation. A two-site catalyst model is proposed whereby the aromatic ring hydrogenation occurs over the metal sites while carbonyl hydrogenation is thought to occur predominantly at interfacial sites, with oxygen vacancies in the titania support activating the carbonyl. The effect of the solvent on the hydrogenation reaction over the titania catalyst was related to competition for the active sites between solvent and 4-phenyl-2-butanone.

Preferred reporting items for systematic review and meta-analysis protocols (PRISMA-P) 2015: elaboration and explanation

Protocols of systematic reviews and meta-analyses allow for planning and documentation of review methods, act as a guard against arbitrary decision making during review conduct, enable readers to assess for the presence of selective reporting against completed reviews, and, when made publicly available, reduce duplication of efforts and potentially prompt collaboration. Evidence documenting the existence of selective reporting and excessive duplication of reviews on the same or similar topics is accumulating and many calls have been made in support of the documentation and public availability of review protocols. Several efforts have emerged in recent years to rectify these problems, including development of an international register for prospective reviews (PROSPERO) and launch of the first open access journal dedicated to the exclusive publication of systematic review products, including protocols (BioMed Central's Systematic Reviews). Furthering these efforts and building on the PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analyses) guidelines, an international group of experts has created a guideline to improve the transparency, accuracy, completeness, and frequency of documented systematic review and meta-analysis protocols--PRISMA-P (for protocols) 2015. The PRISMA-P checklist contains 17 items considered to be essential and minimum components of a systematic review or meta-analysis protocol.This PRISMA-P 2015 Explanation and Elaboration paper provides readers with a full understanding of and evidence about the necessity of each item as well as a model example from an existing published protocol. This paper should be read together with the PRISMA-P 2015 statement. Systematic review authors and assessors are strongly encouraged to make use of PRISMA-P when drafting and appraising review protocols.

TAP Reactor Development and Application in the Kinetic Characterization of Catalysts for Heterogeneously Catalyzed Gas Phase Reactions

This manuscript describes the application and further development of the TAP technique in kinetic characterization of heterogeneous catalysis. The major application of TAP systems is to study mechanisms, kinetics and transport phenomena in heterogeneous catalysis, all of which is made possible by the sub-millisecond time resolution. Furthermore, the kinetic information obtained can be used to gain an insight into the mechanism occurring over the catalyst system. This is advantageous as heterogeneous catalysts with an improved efficiency can be developed as a result. TAP kinetic studies are carried out at low pressure (~1x10-7 mbar) and TAP pulses are sufficiently small (1013-1015 molecules) so as to maintain this low pressure. The use of a small number of molecules in comparison to the total number of active sites means the state of the catalyst remains relatively unchanged. The use of the low intensity pulses also makes the pressure gradient negligible and so allows the TAP reactor system to operate in the Knudsen Diffusion regime, where gas-gas reactions are eliminated. Hence only gas-catalyst reactions are investigated and, by the use of moment analysis of observed exit flow, rate constants of elementary steps of the reaction can be obtained.

In this manuscript, two attempts to further the TAP technique are reported. Firstly, the work undertaken at QUB to attempt to control the number of molecules of condensable reagents that can be pulsed during a TAP pulse experiment is disclosed. Secondly, a collaborative project with SAI Ltd Manchester is discussed in a separate chapter, where technical details and validation of a customised time of flight mass spectrometer (ToF MS) for the QUB TAP-1 system are reported. A collaborative project with Cardiff Catalysis Institute focusing on the study of CO oxidation over hopcalite catalysts is also reported. The analysis of the experimental results has provided an insight into the possible mechanism of the oxidation of CO over these catalysts. A correction function has also been derived which accounts for the adsorption of reactant molecules over inert materials that are used for the reactor packing in TAP experiments. This function was then applied to the selective reduction of O2 in a H2 rich ethene feed, so that more accurate TAP moment based analysis could be conducted.

A frontal view gait recognition based on 3D imaging using a time of flight camera

Studies have been carried out to recognize individuals from a frontal view using their gait patterns. In previous work, gait sequences were captured using either single or stereo RGB camera systems or the Kinect 1.0 camera system. In this research, we used a new frontal view gait recognition method using a laser based Time of Flight (ToF) camera. In addition to the new gait data set, other contributions include enhancement of the silhouette segmentation, gait cycle estimation and gait image representations. We propose four new gait image representations namely Gait Depth Energy Image (GDE), Partial GDE (PGDE), Discrete Cosine Transform GDE (DGDE) and Partial DGDE (PDGDE). The experimental results show that all the proposed gait image representations produce better accuracy than the previous methods. In addition, we have also developed Fusion GDEs (FGDEs) which achieve better overall accuracy and outperform the previous methods.

LL-37 Degradation by GCF: A Role for Porphyromonas gingivalis Proteinases?

Background: LL-37, composed of 37 amino acid residues, is an innate host defence peptide of the cathelicidin family. It is expressed by neutrophils, monocytes and epithelial cells and exhibits both anti-bacterial and immunomodulatory properties. LL-37 is however prone to proteolytic degradation by proteinases, thus potentially limiting its inherent host defence properties in the inflammatory milieu. Objectives: The present study was designed to determine whether LL-37 was degraded by components of gingival crevicular fluid (GCF) from healthy subjects or those with periodontitis. In addition, we aimed to deduce whether degradation of the peptide was accelerated in GCF samples which were determined to be positive for the periodontopathic bacterium Porphyromonas gingivalis. Methods: GCF and bacterial plaque samples, pre- and post non-surgical periodontal treatment, were collected from 4 individual sites in patients presenting with advanced periodontitis. In healthy subjects, GCF samples only were collected. Plaque samples were analysed by QPCR for the presence or absence of P. gingivalis. Pooled GCF samples from healthy sites; periodontitis sites which were P. gingivalis negative (Pg-); or periodontitis sites which were P. gingivalis positive (Pg+), were incubated with synthetic LL-37 for 0 – 180 min. The degradation products were then analysed by matrix-assisted laser desorption/ionisation time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). Results: LL-37 was not degraded when incubated with GCF from healthy subjects. In contrast, LL-37 was degraded after 30 min when incubated with Pg- GCF. However degradation of LL-37 was apparent after only 2 min incubation with Pg+ GCF and the parent molecule was almost completely degraded after 30 min. Conclusions: The rapid degradation of LL-37, particularly in Pg+ sites, highlights the limited role which this host defence peptide may play in the presence of biologically active proteinases. It also underscores a potent virulence mechanism of P. gingivalis used to circumvent innate host responses.

Identification and bioactivity evaluation of a novel bradykinin inhibitory peptide from the skin secretion of Chinese large odorous frog, Odorrana livida

A novel peptide was isolated from the skin secretion of Chinese large odorous frog, Odorrana livida, and was named as Rana-BI. The cDNA sequencing was obtained by 'shotgun' cloning. The amino acid sequence of the mature peptide was identified as Gly-Leu-Leu-Ser-Gly-Lys-Ser-Val-Lys-Gly-Ser-Ile-OH by automated Edman degradation, and the molecular weight of the peptide was confirmed to be 1144.68 Da by MALDI-TOF and liquid chromatography/MS. Subsequently, the bioactivity of synthetic peptide was evaluated by smooth muscle assay using isolated rat bladder preparation. It was demonstrated that Rana-BI inhibited the contraction of rat bladder induced by bradykinin. Comparing with other peptides by searching from database, the primary structure of Rana-BI showed high similarity with that of an antimicrobial peptide of Rana family (12/12 residues). These data revealed a novel biological function of this peptide

Glycosylation of Vitamin D Binding Protein Reduced in Juvenile Idiopathic Arthritis Patients At Risk of Disease Extension.

Background/Purpose:Juvenile idiopathic arthritis (JIA) comprises a poorly understood group of chronic, childhood onset, autoimmune diseases with variable clinical outcomes. We investigated whether profiling of the synovial fluid (SF) proteome by a fluorescent dye based, two-dimensional gel (DIGE) approach could distinguish the subset of patients in whom inflammation extends to affect a large number of joints, early in the disease process. The post-translational modifications to candidate protein markers were verified by a novel deglycosylation strategy.Methods:SF samples from 57 patients were obtained around time of initial diagnosis of JIA. At 1 year from inclusion patients were categorized according to ILAR criteria as oligoarticular arthritis (n=26), extended oligoarticular (n=8) and polyarticular disease (n=18). SF samples were labeled with Cy dyes and separated by two-dimensional electrophoresis. Multivariate analyses were used to isolate a panel of proteins which distinguish patient subgroups. Proteins were identified using MALDI-TOF mass spectrometry with vitamin D binding protein (VDBP) expression and siaylation further verified by immunohistochemistry, ELISA test and immunoprecipitation. Candidate biomarkers were compared to conventional inflammation measure C-reactive protein (CRP). Sialic acid residues were enzymatically cleaved from immunopurified SF VDBP, enriched by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) and analysed by mass spectrometry.Results:Hierarchical clustering based on the expression levels of a set of 23 proteins segregated the extended-to-be oligoarticular from the oligoarticular patients. A cleaved isoform of VDBP, spot 873, is present at significantly reduced levels in the SF of oligoarticular patients at risk of disease extension, relative to other subgroups (p<0.05). Conversely total levels of vitamin D binding protein are elevated in plasma and ROC curves indicate an improved diagnostic sensitivity to detect patients at risk of disease extension, over both spot 873 and CRP levels. Sialysed forms of intact immunopurified VDBP were more prevalent in persistent oligoarticular patient synovial fluids.Conclusion:The data indicate that a subset of the synovial fluid proteome may be used to stratify patients to determine risk of disease extension. Reduced conversion of VDBP to a macrophage activation factor may represent a novel pathway contributing to increased risk of disease extension in JIA patients.

Geometric optimization on visibility problems: metaheuristic and exact solutions

Os problemas de visibilidade têm diversas aplicações a situações reais. Entre os mais conhecidos, e exaustivamente estudados, estão os que envolvem os conceitos de vigilância e ocultação em estruturas geométricas (problemas de vigilância e ocultação). Neste trabalho são estudados problemas de visibilidade em estruturas geométricas conhecidas como polígonos, uma vez que estes podem representar, de forma apropriada, muitos dos objectos reais e são de fácil manipulação computacional. O objectivo dos problemas de vigilância é a determinação do número mínimo de posições para a colocação de dispositivos num dado polígono, de modo a que estes dispositivos consigam “ver” a totalidade do polígono. Por outro lado, o objectivo dos problemas de ocultação é a determinação do número máximo de posições num dado polígono, de modo a que quaisquer duas posições não se consigam “ver”. Infelizmente, a maior parte dos problemas de visibilidade em polígonos são NP-difíceis, o que dá origem a duas linhas de investigação: o desenvolvimento de algoritmos que estabelecem soluções aproximadas e a determinação de soluções exactas para classes especiais de polígonos. Atendendo a estas duas linhas de investigação, o trabalho é dividido em duas partes. Na primeira parte são propostos algoritmos aproximados, baseados essencialmente em metaheurísticas e metaheurísticas híbridas, para resolver alguns problemas de visibilidade, tanto em polígonos arbitrários como ortogonais. Os problemas estudados são os seguintes: “Maximum Hidden Vertex Set problem”, “Minimum Vertex Guard Set problem”, “Minimum Vertex Floodlight Set problem” e “Minimum Vertex k-Modem Set problem”. São também desenvolvidos métodos que permitem determinar a razão de aproximação dos algoritmos propostos. Para cada problema são implementados os algoritmos apresentados e é realizado um estudo estatístico para estabelecer qual o algoritmo que obtém as melhores soluções num tempo razoável. Este estudo permite concluir que as metaheurísticas híbridas são, em geral, as melhores estratégias para resolver os problemas de visibilidade estudados. Na segunda parte desta dissertação são abordados os problemas “Minimum Vertex Guard Set”, “Maximum Hidden Set” e “Maximum Hidden Vertex Set”, onde são identificadas e estudadas algumas classes de polígonos para as quais são determinadas soluções exactas e/ou limites combinatórios.

Study of oxidation and non-enzymatic glycosylation posttranslational modifications using a proteomic approach

A glicosilação não-enzimática e o stress oxidativo representam dois processos importantes visto desempenharem um papel importante no que respeita às complicações de vários processos patofisiológicos. No presente, a associação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação de proteínas é reconhecida como sendo um dos principais responsáveis pela acumulação de proteínas não-funcionais que, por sua vez, promove uma contínua sensibilização para um aumento do stress oxidativo ao nível celular. Embora esteja disponível bastante informação no que respeita aos dois processos e suas consequências ao nível estrutural e funcional, permanecem questões por esclarecer acerca do que se desenvolve ao nível molecular. Com o objectivo de contribuir para uma melhor compreensão da relação entre a glicosilação não-enzimática e a oxidação, proteínas modelo (albumina, insulina e histonas H2B e H1) foram submetidas a sistemas in vitro de glicosilação não-enzimática e oxidação em condições controladas e durante um período de tempo específico. A identificação dos locais de glicosilação e oxidação foi realizada através de uma abordagem proteómica, na qual após digestão enzimática se procedeu à análise por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massa tandem (MALDI-TOF/TOF). Esta abordagem permitiu a obtenção de elevadas taxas de cobertura das sequências proteicas, permitindo a identificação dos locais preferenciais de glicosilação e oxidação nas diferentes proteínas estudadas. Como esperado, os resíduos de lisina foram os preferencialmente glicosilados. No que respeita à oxidação, além das modificações envolvendo hidroxilações e adições de oxigénio, foram identificadas deamidações, carbamilações e conversões oxidativas específicas de vários aminoácidos. No geral, os resíduos mais afectados pela oxidação foram os resíduos de cisteína, metionina, triptofano, tirosina, prolina, lisina e fenilalanina. Ao longo do período de tempo estudado, os resultados indicaram que a oxidação teve início em zonas expostas da proteína e/ou localizadas na vizinhança de resíduos de cisteína e metionina, ao invés de exibir um comportamente aleatório, ocorrendo de uma forma nãolinear por sua vez dependente da estabilidade conformacional da proteína. O estudo ao longo do tempo mostrou igualmente que, no caso das proteínas préglicosiladas, a oxidação das mesmas ocorreu de forma mais rápida e acentuada, sugerindo que as alterações estruturais induzidas pela glicosilação promovem um estado pro-oxidativo. No caso das proteínas pré-glicosiladas e oxidadas, foi identificado um maior número de modificações oxidativas assim como de resíduos modificados na vizinhança de resíduos glicosilados. Com esta abordagem é realizada uma importante contribuição na investigação das consequências do dano ‘glico-oxidativo’ em proteínas ao nível molecular através da combinação da espectrometria de massa e da bioinformática.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

Síntese e potenciais aplicações de novas porfirinas β-funcionalizadas

Neste trabalho é descrita a síntese de novos derivados porfirínicos com potencial aplicação em terapia fotodinâmica (PDT) e como quimiossensores para o reconhecimento molecular de catiões metálicos. Os novos compostos foram preparados usando como “template” 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina através de diferentes abordagens sintéticas, tais como, reações de cicloadição 1,3-dipolar ou reações do tipo condensação aldólica. Depois de uma breve introdução sobre porfirinas segue-se no capítulo 2 a descrição dos estudos de formilação de Vilsmeier-Haack dos complexos de Ni(II) e Cu(II) de meso-tetra-arilporfirinas realizados usando irradiação de microondas. Utilizando os complexos de Ni(II) e Cu(II) da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina foram considerados vários solventes, potências de irradiação e tempos de reação; as melhores condições encontradas foram aplicadas a outras mesotetra- arilporfirinas. Os derivados formilados resultantes da reação de formilação de Vilsmeier-Haack com irradiação de micro-ondas foram isolados em bons rendimentos e com significativa redução no tempo de reação, que passou de horas, em condiçoes clássicas de aquecimento, para minutos sob irradiação de micro-ondas. O “scale-up” da reação, nas condições estabelecidas, mostrou ser eficiente não sendo a reação afetada pelo aumento da quantidade de porfirina. O capítulo 3 descreve a reação de ciclo-adição 1,3-dipolar de meso-tetraarilporfirinas com iminas de nitrilo, geradas in situ por desidrobromação de hidrazono-α-bromoglioxilatos de etilo na presença de base. A reação de iminas de nitrilo com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina, na presença de K2CO3 em tolueno a refluxo, permitiu isolar novas pirazoloclorinas em rendimentos moderados. Foram investigadas as propriedades fotofísicas das novas clorinas e os resultados sugerem que duas delas apresentam potencialidades para serem utilizadas em PDT. Este tipo de reações foi estendida ao complexo 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II); este complexo reagiu com as iminas de nitrilo obtendo-se os correspondentes derivados porfirina-pirazolina em rendimentos que variaram entre valores de bom e de excelente. A regioquímica dos derivados porfirina-pirazolina formados foi elucidada por RMN e confirmada por difração de raios-X. O tratamento dos derivados porfirina-pirazolina com DDQ proporciona os correspondentes derivados porfirina-pirazol com rendimentos de moderados a excelentes. Quando os derivados porfirina-pirazolina foram submetidos a condições de hidrólise básica, observou-se não só a hidrólise do grupo éster presente no anel pirazolínico mas também a concomitante oxidação desta unidade heterocíclica, isolando-se assim, num único passo reacional, novos derivados de tipo porfirinapirazol com um grupo carboxílico. A descomplexação dos complexos de Zn(II) foi realizada na presença de TFA, tendo-se isolado quantitativamente os respetivos derivados na forma de bases livres.Foram estudadas algumas das propriedades fotofísicas de todos os compostos obtidos, quer na forma de complexos de Zn(II), quer na forma de base livre. Duma forma geral, todos os compostos preparados mostraram ser bons geradores de oxigénio singleto, o que os torna interessantes para possível utilização como fotossensibilizadores em PDT. No capítulo 4 é descrita a reação de 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina com aril-cetonas e acetato de amónio, na presença de La(OTf)3, o que permitiu isolar novas benzoporfirinas e 2-(2,6-diarilpiridina-4-il)porfirinas. Esta metodologia foi utilizada para preparar, pela primeira vez, uma 2-(2,2':6,2''- terpiridin-4-il)porfirina. As estruturas de duas das 2-(2,6-diarilpiridin-4- il)porfirinas foram confirmadas por difração de raios-X de cristal único. A metodologia descrita permite ainda preparar novos derivados de tipo porfirinacalcona, apenas com pequenos ajustes nas condições reacionais através de uma reação do tipo condensação aldólica. Os derivados do tipo porfirinacalcona foram posteriormente usados para preparar derivados do tipo porfirinapirazol 1,3,5-tri-substituídos em bons rendimentos, através de reação de condensação com fenil-hidrazina. Em cada um dos capítulos é descrito os procedimentos experimentais e a caracterização espectroscópica (RMN, UV-vis e massa) dos novos compostos isolados. Em alguns casos foi necessário o recurso a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, NOESY, HSQC e HMBC. Os compostos preparados neste trabalho foram ainda objecto de estudos de avaliação das respetivas potencialidades para actuarem como quimiossensores para o reconhecimento de catiões metálicos, nomeadamente, Cu(II), Ag(I), Zn(II), Cd(II) e Hg(II). Assim no capítulo 5 é descrita a caracterização fotofísica dos compostos preparados no capítulo 4 e, os estudos destes como potenciais quimiossensores. Os estudos para verificar a potencialidade dos compostos como quimiossensores foram efectuados: i) em solução, através de titulações espectrofotométricas e espectrofluorimétricas, ii) no estado sólido, recorrendo à preparação de filmes de PMMA dopados com os ligandos porfirínicos em estudo e, iii) na fase gasosa, seguindo as titulações dos ligandos com metais por espectrometria de massa (MALDI-TOF-MS). Os compostos estudados mostraram ter capacidade para atuarem como quimiossensores de catiões metálicos capazes de distinguirem entre os iões Zn(II) e Hg(II).

Effect of vehicle characteristics on safety, fuel use and emissions

Nos últimos anos, o número de vítimas de acidentes de tráfego por milhões de habitantes em Portugal tem sido mais elevado do que a média da União Europeia. Ao nível nacional torna-se premente uma melhor compreensão dos dados de acidentes e sobre o efeito do veículo na gravidade do mesmo. O objetivo principal desta investigação consistiu no desenvolvimento de modelos de previsão da gravidade do acidente, para o caso de um único veículo envolvido e para caso de uma colisão, envolvendo dois veículos. Além disso, esta investigação compreendeu o desenvolvimento de uma análise integrada para avaliar o desempenho do veículo em termos de segurança, eficiência energética e emissões de poluentes. Os dados de acidentes foram recolhidos junto da Guarda Nacional Republicana Portuguesa, na área metropolitana do Porto para o período de 2006-2010. Um total de 1,374 acidentes foram recolhidos, 500 acidentes envolvendo um único veículo e 874 colisões. Para a análise da segurança, foram utilizados modelos de regressão logística. Para os acidentes envolvendo um único veículo, o efeito das características do veículo no risco de feridos graves e/ou mortos (variável resposta definida como binária) foi explorado. Para as colisões envolvendo dois veículos foram criadas duas variáveis binárias adicionais: uma para prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos num dos veículos (designado como veículo V1) e outra para prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no outro veículo envolvido (designado como veículo V2). Para ultrapassar o desafio e limitações relativas ao tamanho da amostra e desigualdade entre os casos analisados (apenas 5.1% de acidentes graves), foi desenvolvida uma metodologia com base numa estratégia de reamostragem e foram utilizadas 10 amostras geradas de forma aleatória e estratificada para a validação dos modelos. Durante a fase de modelação, foi analisado o efeito das características do veículo, como o peso, a cilindrada, a distância entre eixos e a idade do veículo. Para a análise do consumo de combustível e das emissões, foi aplicada a metodologia CORINAIR. Posteriormente, os dados das emissões foram modelados de forma a serem ajustados a regressões lineares. Finalmente, foi desenvolvido um indicador de análise integrada (denominado “SEG”) que proporciona um método de classificação para avaliar o desempenho do veículo ao nível da segurança rodoviária, consumos e emissões de poluentes.Face aos resultados obtidos, para os acidentes envolvendo um único veículo, o modelo de previsão do risco de gravidade identificou a idade e a cilindrada do veículo como estatisticamente significativas para a previsão de ocorrência de feridos graves e/ou mortos, ao nível de significância de 5%. A exatidão do modelo foi de 58.0% (desvio padrão (D.P.) 3.1). Para as colisões envolvendo dois veículos, ao prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no veículo V1, a cilindrada do veículo oposto (veículo V2) aumentou o risco para os ocupantes do veículo V1, ao nível de significância de 10%. O modelo para prever o risco de gravidade no veículo V1 revelou um bom desempenho, com uma exatidão de 61.2% (D.P. 2.4). Ao prever a probabilidade de feridos graves e/ou mortos no veículo V2, a cilindrada do veículo V1 aumentou o risco para os ocupantes do veículo V2, ao nível de significância de 5%. O modelo para prever o risco de gravidade no veículo V2 também revelou um desempenho satisfatório, com uma exatidão de 40.5% (D.P. 2.1). Os resultados do indicador integrado SEG revelaram que os veículos mais recentes apresentam uma melhor classificação para os três domínios: segurança, consumo e emissões. Esta investigação demonstra que não existe conflito entre a componente da segurança, a eficiência energética e emissões relativamente ao desempenho dos veículos.