Development of a biosensor for urea assay based on amidase inhibition, using an ion-selective electrode

A biosensor for urea has been developed based on the observation that urea is a powerful active-site inhibitor of amidase, which catalyzes the hydrolysis of amides such as acetamide to produce ammonia and the corresponding organic acid. Cell-free extract from Pseudomonas aeruginosa was the source of amidase (acylamide hydrolase, EC 3.5.1.4) which was immobilized on a polyethersulfone membrane in the presence of glutaraldehyde; anion-selective electrode for ammonium ions was used for biosensor development. Analysis of variance was used for optimization of the biosensorresponse and showed that 30 mu L of cell-free extract containing 7.47 mg protein mL(-1), 2 mu L of glutaraldehyde (5%, v/v) and 10 mu L of gelatin (15%, w/v) exhibited the highest response. Optimization of other parameters showed that pH 7.2 and 30 min incubation time were optimum for incubation ofmembranes in urea. The biosensor exhibited a linear response in the range of 4.0-10.0 mu M urea, a detection limit of 2.0 mu M for urea, a response timeof 20 s, a sensitivity of 58.245 % per mu M urea and a storage stability of over 4 months. It was successfully used for quantification of urea in samples such as wine and milk; recovery experiments were carried out which revealed an average substrate recovery of 94.9%. The urea analogs hydroxyurea, methylurea and thiourea inhibited amidase activity by about 90%, 10% and 0%, respectively, compared with urea inhibition.

New ionic liquids and salts derived from β-Lactam antibiotics

In recent years ionic liquids (ILs) have been increasing the popularity and the number of applications. Ionic liquids were used mainly as solvent in organic synthesis, but in recent years they are also used in analytical chemistry, separation chemistry and material science. Additional to significant developments in their chemical properties and applications, ionic liquids are now bringing unexpected opportunities at the interface of chemistry with the life sciences. Ionic liquids (ILs) are currently defined as salts that are composed solely of cations and anions which melt below 100ºC. Our goal in this work is to explore the dual activity of the ionic liquids, due to the presence of two different ions, an anion with bacterial activity as β-lactam antibiotics and different kinds of cations. In this work the anions of ILs and salts were derived from three different antibiotics: ampicillin, penicillin and amoxicillin. The cations were derived from substituted ammonium, phosphonium pyridinium and methylimidazolium salts, such as: tetraethyl ammonium, trihexiltetradecilphosphonium, cetylpyridinium, choline (an essential nutrient), 1-ethyl-3-methylimidazolium, and 1-ethanol-3-methyl imidazolium structures. Commercial ammonium and phosponium halogen salts were first transformed into hydroxides on ionic exchange column (Amberlite IRA-400) in methanol. The prepared hydroxides were then neutralized with β-lactam antibiotics. After crystallization we obtained pure ILs and salts containing β-lactam antibiotics. This work presents a novel method for preparation of new salts of antibiotics with low melting point and their chemistry and microbiological characterization.

Preparation and characterization of beta-lactam antibiotic as Ionic liquids and salts

With the increase of bacterial resistance a large number of therapeutic strategies have been used to fight different kind of infections. In recent years ionic liquids (ILs) have been increasing the popularity and the number of applications. First ionic liquids were used mainly as solvent in organic synthesis, but now they are used in analytical chemistry, separation chemistry and material science among others. Additional to significant developments in their chemical properties and applications, ionic liquids are now bringing unexpected opportunities at the interface of chemistry with the life sciences Ionic liquids (ILs) are currently defined as salts that are composed solely of cations and anions which melt below 100ºC. Our goal in this work is to explore the dual activity of the ionic liquids, due to the presence of two different ions, an ion with bacterial activity as a beta-lactam antibiotic and different kinds of cations. In this work the anions of ILs and salts were derived from three different antibiotics: ampicillin, penicillin and amoxicillin. The cations were derived from substituted ammonium, phosphonium pyridinium and methylimidazolium salts, such as: tetraethyl ammonium, trihexiltetradecilphosphonium, cetylpyridinium, choline (an essential nutrient), 1-ethyl-3-methylimidazolium, and 1-ethanol-3-methyl imidazolium structures. Commercial ammonium and phosponium halogen salts were first transformed into hydroxides. on ionic exchange column (Amberlite IRA-400) in methanol. The prepared hydroxides were then neutralized with beta-lactam antibiotics. After crystallization we obtained pure ILs and salts containing beta-lactam antibiotics. This work presents a novel method for preparation of new salts of antibiotics with low melting point and their characterization.

Development and biological evaluation of API-ILs based on anti-bacterial and anti-fungal drugs

In recent years Ionic Liquids (ILs) are being applied in life sciences. ILs are being produce with active pharmaceutical drugs (API) as they can reduce polymorphism and drug solubility problems [1] Also ILs are being applied as a drug delivery device in innovative therapies What is appealing in ILs is the ILs building up platform, the counter-ion can be carefully chosen in order to avoid undesirable side effects or to give innovative therapies in which two active ions are paired. This work shows ILs based on ampicillin (an anti-bacterial agent) and ILs based on Amphotericin B. Also we show studies that indicate that ILs based on Ampicillin could reverse resistance in some bacteria. The ILs produced in this work were synthetized by the neutralization method described in Ferraz et. al. [2] Ampicillin anion was combined with the following organic cations 1-ethyl-3-methylimidazolium, [EMIM]; 1-hydroxy-ethyl-3-methylimidazolium, [C2OHMIM]; choline, [cholin]; tetraethylammonium, [TEA]; cetylpyridinium, [C16pyr] and trihexyltetradecylphosphonium, [P6,6,6,14]. Amphotericin B was combined with [C16pyr], [cholin] and 1-metohyethyl-3-methylimidazolium, [C3OMIM]. The ILs-APIs based on ampicillin[2] were tested against sensitive Gram-negative bacteria Escherichia coli ATCC 25922 and Klebsiella pneumonia (clinical isolated), as well as on Gram positive Staphylococcus Aureus ATCC 25923, Staphylococcus epidermidis and Enterococcus faecalis. The arising resistance developed by bacteria to antibiotics is a serious public health threat and needs new and urgent measures. We study the bacterial activity of these compounds against a panel of resistant bacteria (clinical isolated strains): E. coli CTX M9, E. coli TEM CTX M9, E. coli TEM1, E. coli CTX M2, E. coli AmpC Mox2. In this work we demonstrate that is possible to produce ILs from anti-bacterial and anti-fungal compounds. We show here that the new ILs can reverse the bacteria resistance. With the careful choice of the organic cation, it is possible to create important biological and physic-chemical properties. This work also shows that the ion-pair is fundamental in ampicillin mechanism of action.

Compounds identified on hexane and dichloromethane extracts of Salicornia ramosissima

3rd Portuguese Meeting on Medicinal Chemistry and 1st Portuguese-Spanish-Brazilian Meeting on Medicinal Chemistry, Aveiro, 28-30 Novembro 2012.

Assessment of saccharide fractionation by ultrafiltration and nanofiltration

This paper addresses the investigation of the fractionation of saccharide mixtures and saccharide mixtures with calcium using ultrafiltration (UF) and nanofiltration (NF). A set of cellulose acetate membranes covered a wide range of molecular weight cut-off (MWCO) ranging from 250 to 46,000 Da and the total feed concentration of saccharides mixtures varied from 1550 to 4700 ppm with the ratio of the two saccharides-solutes (glucose to raffinose) being kept constant at the value of 1.8. The evolution pattern of the saccharide concentration ratio in the UF/NF permeate streams displayed a dependence on the membrane MWCO, on the total sugar concentration and on the presence of calcium ions. For the highest total sugar content, the membranes with MWCO from 2000 to 7000 Da showed saccharide fractionation capability that was enhanced in the presence of calcium. The Steric Pore Flow Model was used to predict individual solute permeation behaviours and to assess the deviations to steric hindered transport of the solutes in multi-component saccharide solutions. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural Color and Iridescence in Transparent Sheared Cellulosic Films

Shear transparent cellulose free-standing thin films can develop iridescence similar to that found in petals of the tulip Queen of the Night. The iridescence of the film arises from the modulation of the surface into bands periodically spread perpendicular to the shear direction. Small amounts of nanocrystalline cellulose (NCC) rods in the precursor liquid-crystalline solutions do not disturb the optical properties of the solutions but enhance the mechanical characteristics of the films and affects their iridescence. Smaller bands periodicity, not affected by the NCC rods, slightly deviated from the shear direction is also observed. NCCs are crucial to tune and understand the film's surface features formation. Our findings could lead to new materials for application in soft reflective screens and devices.

Production of hydroxamic acids by immobilized Pseudomonas aeruginosa cells Kinetic analysis in reverse micelles

Intact cells from Pseudomonas aeruginosa strain L10 containing amidase were used as biocatalysts both free and immobilized in a reverse micellar system. The apparent kinetic constants for the transamidation reaction in hydroxamic acids synthesis, were determined using substrates such as aliphatic, amino acid and aromatic amides and esters, in both media. In reverse micelles, K-m values decreased 2-7 fold relatively to the free biocatalyst using as substrates acetamide, acrylamide, propionamide and glycinamide ethyl ester. We have concluded that overall the affinity of the biocatalyst to each substrate increases when reactions are performed in the reversed micellar system as opposed to the buffer system. The immobilized biocatalyst in general, exhibits higher stability and faster rates of reactions at lower substrates concentration relatively to the free form, which is advantageous. Additionally, the immobilization revealed to be suitable for obtaining the highest yields of hydroxamic acids derivatives, in some cases higher than 80%. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Determination of the radiochemical purity of 99mTc-Tetrofosmin: comparision between five methods

GOAL: The manufacturing and distribution of strips of instant thin - layer chromatography with silica gel (ITLC - SG) (reference method) is currently discontinued so there is a need for an alternative method f or the determination of radiochemical purity (RCP) of 99m Tc - tetrofosmin. This study aims to compare five alternative methods proposed by the producer to determine the RCP of 99m Tc - tetrofosmin. METHODS: Nineteen vials of tetrofosmin were radiolabelled with 99m Tc and the percentages of the RCP were determined. Five different methods were compared with the standard RCP testing method (ITLC - SG, 2x20 cm): Whatman 3MM (1x10 cm) with acetone and dichloro - methane (method 1); Whatman 3MM (1x1 0 cm) with ethyl acetate (method 2); aluminum oxide - coated plastic thin - layer chromatography (TLC) plate (1x10 cm) and ethanol (method 3); Whatman 3MM (2x20 cm) with acetone and dichloro - methane (method 4); solid - phase extraction method C18 cartridge (meth od 5). RESULTS: The average values of RCP were 95,30% ± 1,28% (method 1), 93,95 ± 0,61% (method 2), 96,85% ± 0,93% (method 3), 92,94% ± 0,99% (method 4) and 96,25% ± 2,57% (method 5) (n=12 each), and 93,15% ± 1,13% for the standard method (n=19). There we re statistical significant differences in the values obtained for methods 1 (P=0,001), 3 (P=0,000) and 5 (P=0,004), and there were no statistical significant differences in the values obtained for methods 2 (P=0,113) and 4 (P=0,327). CONCLUSION: From the results obtained, methods 2 and 4 showed a higher correlation with the standard method. Unlike method 4, method 2 is less time - consuming than the reference method and can overcome the problems associated with the solvent toxicity. The remaining methods (1, 3 and 5) tended to overestimate RCP value compared to the standard method.

Eficiência de antioxidantes em biodiesel

Mestrado em Engenharia Química.Ramo optimização energética na indústria química

Produção de bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR

Mestrado em Engenharia Química

Controlo de águas do processo e optimização da produção de papel

Na Fábrica de Papel da Ponte Redonda fabricam-se sacos de papel multi-folhas e papel reciclado do tipo Kraft. Tendo em consideração a primeira actividade, é de grande interesse optimizar o processo de fabrico de papel com vista a incorporara a máxima taxa de papel produzido internamente nas diferentes camadas dos sacos de papel. Os papéis de maior interesse são os do tipo Fluting e Liners, tendo sido produzidos em 2010 um total de 4,9 mil toneladas, ou seja 90% de todo o papel fabricado em 2010, correspondendo a a 4 mil toneladas de papéis do tipo Liners e 0,9 mil toneladas para os papéis do tipo Fluting. Nos papéis do tipo Liners incluem-se os papéis do tipo Test-Liner e Kraft-Liner, representando em termos produtivos valores idênticos. No âmbito deste trabalho, em que se pretendeu controlar as águas do processo e optimizar a produção de papel, foram introduzidos uma unidade de flutuação e um sistema que permitisse regular a consistência da suspensão fibrosa à entrada da máquina do papel, e foram ainda estudadas as possibilidades de adição de produtos químicos para melhorar as características da pasta assim como um tratamento microbiológico mais eficaz para todo o processo. Para se avaliar se as medidas implementadas teriam um impacto positivo na qualidade desses dois tipos de papéis, desenvolveu-se o trabalho em duas fases: a primeira envolve a introdução de um sistema de flutuação e de um sistema de controlo de consistência da pasta, assim como a selecção de produtos químicos a adicionar ao processo. A segunda fase consistiu na avaliação do efeito destas medidas nas características do papel fabricado. Para o efeito foram escolhidos dois tipos de papel e de diferentes gramagens, nomeadamente Test-Liner de 80 g/m2 e Fluting de 110 g/m2. Introduziu-se um flutuador com o objectivo de tratar parte das águas do processo de fabrico com vista a serem reutilizadas em determinadas aplicações possíveis para a qualidade da água obtida (lavagens e água do processo), de modo a conseguir-se uma poupança de água, assim como aproveitar-se as lamas resultantes, ricas em fibra de celulose, para utilizá-las como matéria-prima. Foi introduzido um regulador de consistência no processo da Ponte Redonda com o objectivo de alimentar de uma forma constante a consistência da pasta à entrada da máquina do papel proporcionando uma melhor formação da folha, devido à ligação entre fibras, na direcção máquina e direcção transversal. Esse sistema inovador é um Regulador de Consistência que vem proporcionar à máquina do papel uma alimentação em fibra mais constante. O fabrico de papel apenas a partir de fibras de celulose não permitirá obter um papel com as características desejadas para a sua utilização. Para corrigir estas deficiências, são adicionados produtos químicos para atribuir ou melhorar as propriedades dos papéis. Desta forma considerou-se interessante introduzir no processo um agente de retenção numa fase posterior à preparação da pasta e antes da chegada à máquina de papel, de forma a melhorar as características da suspensão fibrosa. Assim foi implementado um sistema cuja eficácia foi avaliada. Concluiu-se que com a sua implementação a máquina de papel apresentou melhores resultados na drenagem e na turbidez da água removida, significando uma água com menor teor de matéria suspensa e dissolvida, devido à melhor agregação das fibras dispersas na suspensão fibrosa, levando a um aumento da drenagem e consequentemente melhor eficiência das prensas e secaria. Foi também elaborado um estudo para introdução de um sistema de tratamento microbiológico em todo o processo de fabrico de papel, devido à existência de microorganismos prejudiciais ao seu fabrico. Concluiu-se que a água clarificada proveniente do flutuador apresentou qualidade aceitável para os objectivos pretendidos. No entanto, considerando a eficiência de 26,5% na remoção de sólidos suspensos será necessário mais algum tempo de utilização da água clarificada, cerca de um ano, para avaliar se esta terá algum efeito prejudicial nos equipamentos. Verificou-se que devido à existência de microrganismos em todo o processo de fabrico de papel será necessário efectuar lavagens aos tinões, tanques e circuitos com alguma regularidade, aproveitando-se as paragens do processo assim como implementar um sistema de tratamento microbiológico mais eficaz. Em resultado das medidas implementadas concluiu-se que os papéis produzidos apresentaram melhorias, tendo-se obtido melhores resultados em todos os ensaios de resistência. No papel do tipo Test-Liner destacam-se os bons resultados nos ensaios de superfície, Cobb60 e rebentamento. No caso do parâmetro do Cobb60, foi um resultado surpreendente visto que por norma este tipo de papéis reciclados não suportam este ensaio. Concluiu-se também que as medidas implementadas proporcionaram uma melhor agregação e ligação entre fibras, e melhor formação da folha na máquina do papel proporcionando aos papéis propriedades físico-mecânicas mais interessantes.

Autoxidação de ácidos gordos na presença de antioxidantes naturais e sintéticos

Nas últimas décadas, devido ao desenvolvimento económico, e a uma necessidade constante de gerir os recursos energéticos, existe uma necessidade de procurar novas fontes de energia, em particular fontes de energia renováveis. O biodiesel surge assim como uma energia alternativa ao combustível fóssil. Este biocombustível tem ganho uma importância significativa na sociedade moderna. Quimicamente o biodiesel é constituído por ésteres metílicos de ácidos gordos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais. O principal problema que este enfrenta é a sua susceptibilidade à oxidação, devido ao seu conteúdo de ácidos gordos insaturados, logo existe uma procura constante de soluções que possam solucionar este problema. É necessária a identificação de técnicas e métodos para retardar a seu envelhecimento ao longo do tempo. O objectivo deste trabalho consiste no estudo da estabilidade do biodiesel ao longo do tempo, quando armazenado a diferentes condições de temperatura, superiores às normalmente suportadas pelo biodiesel durante o armazenamento, de modo a acelerar o processo de degradação. As amostras de biodiesel foram sujeitas a duas temperaturas. Uma amostra de biodiesel não estabilizado foi colocada a uma temperatura entre 40 e 50ºC ao longo de 203 dias, e uma outra amostra foi colocada a uma temperatura entre 95º e 105ºC ao longo de 146 dias. Realizaram-se ensaios semanais de modo registar a evolução do envelhecimento do biodiesel. As análises foram efectuadas por espectrofotometria de ultravioleta e visível (UV-VIS) e por espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR). No UV-VIS foi possível observar que o aumento de temperatura foi responsável pela aceleração da oxidação do biodiesel que resulta num aumento generalizado da absorvância do biodiesel. Através das análises efectuadas no FTIR verificou-se a formação e aumento da banda dos hidroperóxidos (grupo ROOH) localizada entre 3000 e 3600 cm-1 nos espectros, e igualmente um alargamento na banda dos carbonilos (grupo C=O) entre 1500 e 1900 cm-1. Numa fase posterior testaram-se antioxidantes para retardar o envelhecimento do biodiesel. Os ensaios foram efectuados a uma temperatura entre 95º e 105ºC. Os antioxidantes utilizados foram o galhato de propilo (PG), o galhato de etilo (EG) e o ácido gálhico (AG). Recorreu-se a técnicas como o UV-VIS e o FTIR para o registo dos espectros do biodiesel ao longo do tempo. Através destas técnicas foi possível verificar a influência de antioxidantes na estabilidade oxidativa do biodiesel. O PG foi o antioxidante que melhor desempenho mostrou no retardamento da oxidação do biodiesel e a técnica que melhor permitiu analisar a acção dos antioxidantes foi o UVVIS. Os resultados obtidos por FTIR não se mostraram tão conclusivos. Para caracterizar o envelhecimento do biodiesel não estabilizado e estabilizado utilizou-se também a cromatografia gasosa (CG) para quantificar a percentagem de ésteres metílicos presentes nas diferentes amostras no inicio e no fim do processo de oxidação. O biodiesel envelheceu mais rapidamente para temperaturas mais elevadas e comprovou-se que o antioxidante que melhor estabiliza o biodiesel é o PG.

Utilização de co-solventes na produção de biodiesel a partir de óleo residual e etanol por catálise enzimática

A constante e sistemática subida de preço dos combustíveis fósseis e as contínuas preocupações com o meio ambiente determinaram a procura de soluções ambientalmente sustentáveis. O biodiesel surge, então, como uma alternativa para essa problemática, bem como uma solução para resíduos líquidos e gordurosos produzidos pelo ser humano. A produção de biodiesel tem sido alvo de extensa atenção nos últimos anos, pois trata-se de um combustível biodegradável e não poluente. A produção de biodiesel pelo processo de transesterificação usando álcoois de cadeia curta e catalisadores químicos, nomeadamente alcalinos, tem sido aceite industrialmente devido à sua elevada conversão. Recentemente, a transesterificação enzimática tem ganho adeptos. No entanto, o custo da enzima permanece uma barreira para a sua aplicação em grande escala. O presente trabalho visa a produção de biodiesel por transesterificação enzimática a partir de óleo residual de origem vegetal. O álcool usado foi o etanol, em substituição do metanol usado convencionalmente na catálise homogénea, pois a atividade da enzima é inibida pela presença deste último. As maiores dificuldades apresentadas na etanólise residem na separação das fases (Glicerol e Biodiesel) após a reação bem como na menor velocidade de reação. Para ajudar a colmatar esta desvantagem foi estudada a influência de dois cosolventes: o hexano e o hexanol, na proporção de 20% (v/v). Após a escolha do co-solvente que permite obter melhor rendimento (o hexano), foi elaborado um planeamento fatorial no qual se estudou a influência de três variáveis na produção de biodiesel por catálise enzimática com etanol e co-solventes: a razão molar óleo/álcool (1:8, 1:6 e 1:4), a quantidade de co-solvente adicionado (30, 20 e 10%, v/v) e o tempo de reação (48, 36 e 24h). A avaliação do processo foi inicialmente seguida pelo rendimento da reação, a fim de identificar as melhores condições, sendo substituída posteriormente pela quantificação do teor de ésteres por cromatografia em fase gasosa. O biodiesel com teor de ésteres mais elevado foi produzido nas condições correspondentes a uma razão molar óleo:álcool de 1:4, com 5g de Lipozyme TL IM como catalisador, 10% co-solvente (hexano, v/v), à temperatura de 35 ºC durante 24h. O rendimento do biodiesel produzido sob estas condições foi de 73,3%, traduzido em 64,7% de teor de ésteres etílicos. Contudo o rendimento mais elevado que se obteve foi de 99,7%, para uma razão óleo/álcool de 1:8, 30% de co-solvente (hexano, v/v), reação durante 48h a 35 ºC, obtendo-se apenas 46,1% de ésteres. Por fim, a qualidade do biodiesel foi ainda avaliada, de acordo com as especificações da norma EN 14214, através das determinações de densidade, viscosidade, ponto de inflamação, teor de água, corrosão ao cobre, índice de acidez, índice de iodo, teor de sódio (Na+) e potássio (K+), CFPP e poder calorífico. Na Europa, os ésteres etílicos não têm, neste momento, norma que os regule quanto à classificação da qualidade de biodiesel. Contudo, o biodiesel produzido foi analisado de acordo com a norma europeia EN14214, norma esta que regula a qualidade dos ésteres metílicos, sendo possível concluir que nenhum dos parâmetros avaliados se encontra em conformidade com a mesma.

Preparação de materiais de carbono para a adsorção de compostos orgânicos voláteis (COV).

A presente dissertação estudou a produção de carvão ativado a partir de resíduo de wet-blue, proveniente da indústria de curtumes, para a adsorção de compostos orgânicos voláteis, nomeadamente o acetato de etilo. Este estudo teve como principais objetivos: a otimização das condições de preparação de carvões ativados a partir deste tipo de resíduo; a avaliação do seu desempenho na adsorção do acetato de etilo e a correlação das propriedades texturais dos adsorventes com o seu desempenho na adsorção do COV. O método de ativação para a preparação dos carvões ativados foi a ativação química com hidróxido de potássio. Nesta etapa foi estudado o efeito da temperatura de ativação e da razão de impregnação KOH:precursor nas propriedades texturais. Nestes ensaios observou-se uma diminuição do rendimento de carbonizado com o aumento da temperatura de ativação e da razão KOH:precursor. Para a caracterização dos carvões ativados foram determinados os seus parâmetros texturais a partir das isotérmicas de adsorção/dessorção de N2 a 77 K. O carvão ativado com melhores propriedades texturais foi o ativado a 900ºC e com razão de impregnação de 3:1, m ca_900 3:1, com área superficial específica de 1902 m2/g, seguindo-se o carvão preparado a 800 ºC e com a mesma razão de impregnação, m ca_800 3:1, com área superficial específica de 1830 m2/g. Por fim, foi avaliado o desempenho do carvão ativado selecionado, m ca_800 3:1, na remoção de acetato de etilo de uma corrente gasosa. Foram efetuados ensaios de adsorção/ dessorção de acetato de etilo e o modelo de Langmuir foi ajustado aos resultados experimentais obtidos, tendo-se determinado uma capacidade de saturação de 500 mgCOV/ gadsorvente.