Mutations in SLC1A4, encoding the brain serine transporter, are associated with developmental delay, microcephaly and hypomyelination

BACKGROUND L-serine plays an essential role in neuronal development and function. Although a non-essential amino acid, L-serine must be synthesised within the brain because of its poor permeability by the blood-brain barrier. Within the brain, its synthesis is confined to astrocytes, and its shuttle to neuronal cells is performed by a dedicated neutral amino acid transporter, ASCT1. METHODS AND RESULTS Using exome analysis we identified the recessive mutations, p.E256K, p.L315fs, and p.R457W, in SLC1A4, the gene encoding ASCT1, in patients with developmental delay, microcephaly and hypomyelination; seizure disorder was variably present. When expressed in a heterologous system, the mutations did not affect the protein level at the plasma membrane but abolished or markedly reduced L-serine transport for p.R457W and p.E256K mutations, respectively. Interestingly, p.E256K mutation displayed a lower L-serine and alanine affinity but the same substrate selectivity as wild-type ASCT1. CONCLUSIONS The clinical phenotype of ASCT1 deficiency is reminiscent of defects in L-serine biosynthesis. The data underscore that ASCT1 is essential in brain serine transport. The SLC1A4 p.E256K mutation has a carrier frequency of 0.7% in the Ashkenazi-Jewish population and should be added to the carrier screening panel in this community.

Proceedings of the 22nd Annual Biochemical Engineering Symposium

This is the twenty-second of a series of symposia devoted to talks and posters by students about their biochemical engineering research. The first, third, fifth, ninth, twelfth, sixteenth, and twenti~th were hosted by Kansas State University, the second and fourth by the University of Nebraska- Lincoln, the sixth, seventh, tenth, thirteenth, seventeenth, and twenty-second by Iowa State University, the eighth, fourteenth, and nineteenth by the University of Missouri-Columbia, the eleventh, fifteenth, and twenty-first by Colorado State University, and the eighteenth by the University of Colorado. Next year's symposium will be at the University of Oklahoma. Symposium proceedings are edited and issued by faculty of the host institution. Because final publication usually takes place in refereed journals, articles included here are brief and often cover work in progress. ContentsC. A. Baldwin, J.P. McDonald, and L. E. Erickson, Kansas State University. Effect of Hydrocarbon Phase on Kinetic and Transport Limitations for Bioremediation of Microporous Soil J. C. Wang, S. K. Banerji, and Rakesh Bajpai, University of Missouri-Columbia. Migration of PCP in Soil-Columns in Presence of a Second Organic Phase Cheng-Hsien Hsu and Roger G. Harrison, University of Oklahoma. Bacterial Leaching of Zinc and Copper from Mining Wastes James A. Searles, Paul Todd, and Dhinakar S. Kompala, University of Colorado. Suspension Culture of Chinese Hamster Ovary Cells Utilizing Inclined Sedimentation Ron Beyerinck and Eric H. Dunlop, Colorado State University. The Effect of Feed Zone Turbulence as Measured by Laser Doppler Velocimetry on Baker's Yeast Metabolism in a Chemostat Paul Li-Hong Yeh, GraceY. Sun, Gary A. Weisman, and Rakesh Bajpai, University of Missouri-Columbia. Effect of Medium Constituents upon Membrane Composition of Insect Cells R. Shane Gold, M. M. Meagher, R. Hutkins, and T. Conway, University of Nebraska-Lincoin. Ethanol Tolerance and Carbohydrate Metabolism in Lactobacilli John Sargantanis and M. N. Karim, Colorado State University. Application of Kalman Filter and Adaptive Control in Solid Substrate Fermentation D. Vrana, M. Meagher, and R. Hutkins, University of Nebraska-Lincoln. Product Recovery Optimization in the ABE Fermentation Kalyan R. Tadikonda and Robert H. Davis, University of Colorado. Cell Separations Using Targeted Monoclonal Antibodies Against Surface Proteins Meng H. Heng and Charles E. Glatz, Iowa State University. Charged Fusion for Selective Recovery of B-Galactosidase from Cell Extract Using Hollow Fiber Ion-Exchange Membrane Adsorption Hsiu-Mei Chen, Peter J. Reilly, and Clark Ford, Iowa State University. Site-Directed Mutagenesis to Enhance Thermostability of Glucoamylase from Aspergillus: A Rational Approach P. Tuitemwong, L. E. Erickson, and D. Y. C. Fung, Kansas State University. Applications of Enzymatic Hydrolysis and Fermentation on the Reduction of Flatulent Sugars in the Rapid Hydration Hydrothermal Cooked Soy Milk Sanjeev Redkar and Robert H. Davis, University of Colorado. Crossflow Microfiltration of Yeast Suspensions Linda Henk and James C. Linden, Colorado State University, and Irving C. Anderson, Iowa State University. Evaluation of Sorghum Ensilage as an Ethanol Feedstock Marc Lipovitch and James C. Linden, Colorado State University. Stability and Biomass Feedstock Pretreatability for Simultaneous Saccharification and Fermentation Ali Demirci, Anthony L. Pometto Ill, and Kenneth E. Johnson, Iowa State University. Application of Biofilm Reactors in Lactic Acid Fermentation Michael K. Dowd, Peter I. Reilly, and WalterS. Trahanovsky, Iowa State University. Low Molecular-Weight Organic Composition of Ethanol Stillage from Corn Craig E. Forney, Meng H. Heng, John R. Luther, Mark Q. Niederauer, and Charles E. Glatz, Iowa State University. Enhancement of Protein Separation Using Genetic Engineering J. F. Shimp, J. C. Tracy, E. Lee, L. C. Davis, and L. E. Erickson, Kansas State University. Modeling Contaminant Transport, Biodegradation and Uptake by Plants in the Rhizosphere Xiaoqing Yang, L. E. Erickson, and L. T. Fan, Kansas State University. Modeling of Dispersive-Convective Characteristics in Bioremediation of Contaminated Soil Jan Johansson and Rakesh Bajpai, University of Missouri-Columbia. Fouling of Membranes J. M. Wang, S. K. Banerji, and R. K. Bajpai, University of Missouri-Columbia. Migration of Sodium-Pentachorophenol (Na-PCP) in Unsaturated and Saturated Soil-Columns J. Sweeney and M. Meagher, University of Nebraska-Lincoln. The Purification of Alpha-D-Glucuronidase from Trichoderma reesei

Tecnologías emergentes aplicadas a la conservación de porotos (Phaseolus vulgaris L.)

La conservación de alimentos por tecnología de barreras es una alternativa de procesamiento, en la cual se aplican las técnicas de conservación tradicionales pero de una manera menos intensa, mediante una combinación de obstáculos a fin de mantener las cualidades organolépticas en el producto final. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un método de conservación de porotos con la aplicación de tecnología de bajo costo y de aceptabilidad comparable al método convencional (Método Appert). La metodología que se empleó en la elaboración de conservas de porotos por tecnologías de barrera fue la siguiente: selección, lavado, remojado durante 24 horas, escurrido, cocinado a presión en salmuera al 0,5% durante cinco minutos a 121°C. Posteriormente se envasaron en recipientes esterilizados, se agregó la solución de relleno en ebullición (vinagre 7,50%, ácido láctico 0,30%, ácido ascórbico 0,35%, ácido cítrico 0,35%, sal 1,00% y azúcar 0,50%. No se esterilizó y se dejó enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente. La determinación de la calidad de las conservas elaboradas se realizó a los seis meses de almacenadas realizando una evaluación microbiológica, físicoquímica y sensorial. La conserva obtenida es aceptable, inocua y puede ser preservada a temperatura ambiente.

Consistent increase in dimethyl sulfide (DMS) in response to high CO2 in five shipboard bioassays from contrasting NW European waters

The ubiquitous marine trace gas dimethyl sulfide (DMS) comprises the greatest natural source of sulfur to the atmosphere and is a key player in atmospheric chemistry and climate. We explore the short-term response of DMS production and cycling and that of its algal precursor dimethyl sulfoniopropionate (DMSP) to elevated carbon dioxide (CO2) and ocean acidification (OA) in five 96 h shipboard bioassay experiments. Experiments were performed in June and July 2011, using water collected from contrasting sites in NW European waters (Outer Hebrides, Irish Sea, Bay of Biscay, North Sea). Concentrations of DMS and DMSP, alongside rates of DMSP synthesis and DMS production and consumption, were determined during all experiments for ambient CO2 and three high-CO2 treatments (550, 750, 1000 µatm). In general, the response to OA throughout this region showed little variation, despite encompassing a range of biological and biogeochemical conditions. We observed consistent and marked increases in DMS concentrations relative to ambient controls (110% (28-223%) at 550 µatm, 153% (56-295%) at 750 µatm and 225% (79-413%) at 1000 µatm), and decreases in DMSP concentrations (28% (18-40%) at 550 µatm, 44% (18-64%) at 750 µatm and 52% (24-72%) at 1000 µatm). Significant decreases in DMSP synthesis rate constants (µDMSP /d) and DMSP production rates (nmol/d) were observed in two experiments (7-90% decrease), whilst the response under high CO2 from the remaining experiments was generally indistinguishable from ambient controls. Rates of bacterial DMS gross consumption and production gave weak and inconsistent responses to high CO2. The variables and rates we report increase our understanding of the processes behind the response to OA. This could provide the opportunity to improve upon mesocosm-derived empirical modelling relationships and to move towards a mechanistic approach for predicting future DMS concentrations.

Robust fabrication of electrospun-like polymer mats to direct cell bahaviour

Currently, cell culture systems that include nanoscale topography are widely used in order to provide cells additional cues closer to the in vivo environment, seeking to mimic the natural extracellular matrix. Electrospinning is one of the most common techniques to produce nano fiber mats. However, since many sensitive parameters play an important role in the process, a lack of reproducibility is a major drawback. Here we present a simple and robust methodology to prepare reproducible electrospun-like samples. It consists of a polydimethylsiloxane mold reproducing the fiber pattern to solvent-cast a polymer solution and obtain the final sample. To validate this methodology, poly(L-lactic) acid (PLLA) samples were obtained and, after characterisation, bioactivity and ability to direct cell response were assessed. C2C12 myoblasts developed focal adhesions on the electrospun-like fibers and, when cultured under myogenic differentiation conditions, similar differentiation levels to electrospun PLLA fibers were obtained.

Stimulation of neurite outgrowth using an electrically conducting polymer

Damage to peripheral nerves often cannot be repaired by the juxtaposition of the severed nerve ends. Surgeons have typically used autologous nerve grafts, which have several drawbacks including the need for multiple surgical procedures and loss of function at the donor site. As an alternative, the use of nerve guidance channels to bridge the gap between severed nerve ends is being explored. In this paper, the electrically conductive polymer—oxidized polypyrrole (PP)—has been evaluated for use as a substrate to enhance nerve cell interactions in culture as a first step toward potentially using such polymers to stimulate in vivo nerve regeneration. Image analysis demonstrates that PC-12 cells and primary chicken sciatic nerve explants attached and extended neurites equally well on both PP films and tissue culture polystyrene in the absence of electrical stimulation. In contrast, PC-12 cells interacted poorly with indium tin oxide (ITO), poly(l-lactic acid) (PLA), and poly(lactic acid-co-glycolic acid) surfaces. However, PC-12 cells cultured on PP films and subjected to an electrical stimulus through the film showed a significant increase in neurite lengths compared with ones that were not subjected to electrical stimulation through the film and tissue culture polystyrene controls. The median neurite length for PC-12 cells grown on PP and subjected to an electrical stimulus was 18.14 μm (n = 5643) compared with 9.5 μm (n = 4440) for controls. Furthermore, animal implantation studies reveal that PP invokes little adverse tissue response compared with poly(lactic acid-co-glycolic acid).

Targeted disruption of the murine dihydrolipoamide dehydrogenase gene (Dld) results in perigastrulation lethality

The Dld gene product, known as dihydrolipoamide dehydrogenase or the E3 component, catalyzes the oxidation of dihydrolipoyl moieties of four mitochondrial multienzyme complexes: pyruvate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase, branched-chain α-ketoacid dehydrogenase, and the glycine cleavage system. Deficiency of E3 activity in humans results in various degrees of neurological dysfunction and organic acidosis caused by accumulation of branched-chain amino acids and lactic acid. In this study, we have introduced a null mutation into the murine Dld gene (Dldtm1mjp). The heterozygous animals are shown to have approximately half of wild-type activity levels for E3 and all affected multienzyme complexes but are phenotypically normal. In contrast, the Dld−/− class dies prenatally with apparent developmental delay at 7.5 days postcoitum followed by resorption by 9.5 days postcoitum. The Dld−/− embryos cease to develop at a time shortly after implantation into the uterine wall when most of the embryos have begun to gastrulate. This null phenotype provides in vivo evidence for the requirement of a mitochondrial oxidative pathway during the perigastrulation period. Furthermore, the early prenatal lethal condition of the complete deficiency state may explain the low incidence of detectable cases of E3 deficiency in humans.

Inoculação com leveduras e exposição ao ar modificam o valor nutritivo de silagem de milho para vacas leiteiras

Silagens de milho são mais propensas à deterioração quando expostas ao ar. As leveduras assimiladoras de ácido lático são frequentemente os primeiros microrganismos a iniciar a deterioração aeróbia nas silagens. Alguns estudos reportam que silagem de milho aerobicamente instável está associada à redução no consumo, na produção de leite e depressão no teor de gordura do leite. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência de inoculação de leveduras (Pichia norvegensis) e a exposição ao ar por 48 horas sobre o valor nutritivo das silagens e o desempenho de vacas leiteiras. O milho foi colhido com 34% de MS, tratado sem (Controle) ou com P. norvegensis, na dose 1×105 ufc/g MV (Levedura) e armazenado silos tipo bolsa (40 t/silo). Após 123 dias de armazenamento, os silos foram abertos e a silagem foi fornecida para vacas leiteiras. Diariamente, as silagens foram retiradas e fornecidas imediatamente (Fresca) ou após 48 horas de exposição (Exposta). Vinte vacas Holandesas foram distribuídas em 5 quadrados latinos replicados 4×4, com períodos de 21 dias (15 d para adaptação + 6 d para amostragem). As dietas foram formuladas para conter: 53% silagem de milho, 8% caroço de algodão, 18% farelo de soja, 9,5% polpa cítrica, 9% milho seco moído e 2,5% premix vitamínico e mineral. Os quatro tratamentos foram assim constituídos: silagem controle fresca (CF), silagem controle exposta (CE), silagem inoculada com levedura fresca (LF) e silagem inoculada com levedura exposta (LE). A inoculação com levedura aumentou as perdas de matéria seca (P<0,001) e reduziu o tempo de estabilidade aeróbia (P=0,03) das silagens de milho. No ensaio de desempenho animal, reduziu a produção de leite corrigida para 3,5% de gordura (P=0,03) e a eficiência alimentar (ELL leite/CMS) (P<0,01), porém não alterou o teor de gordura do leite. Quanto aos efeitos da exposição ao ar por 48 horas, estes reduziram a concentração de ácido lático (P<0,001), que consequentemente aumentou o pH (P=0,004) das silagens, além de reduzir outros produtos de fermentação. A exposição também reduziu a produção de leite corrigido para gordura (P=0,02) e a eficiência alimentar (P=0,10). Nenhum tratamento alterou o consumo de MS. Houve tendência para redução da digestibilidade da MS e FDN e do NDT, quando as silagens foram expostas ao ar. A inoculação com leveduras e a exposição ao ar por 48 horas deprimem o desempenho animal através da redução no valor nutritivo das silagens de milho.

Efeito dos ácidos graxos ômega-3, ômega-6 e ômega-9 sobre o risco cardiovascular de indivíduos adultos: estudo clínico de prevenção primária.

INTRODUÇÃO: As doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte no mundo, sendo muitos dos fatores de risco passíveis de prevenção e controle. Embora as DCV sejam complexas em sua etiologia e desenvolvimento, a concentração elevada de LDL-c e baixa de HDL-c constituem os fatores de risco modificáveis mais monitorados na prática clínica, embora não sejam capazes de explicar todos os eventos cardiovasculares. Portanto, investigar como intervenções farmacológicas e nutricionais podem modular parâmetros oxidativos, físicos e estruturais das lipoproteínas pode fornecer estimativa adicional ao risco cardiovascular. Dentre os diversos nutrientes e compostos bioativos relacionados às DCV, os lipídeos representam os mais investigados e descritos na literatura. Nesse contexto, os ácidos graxos insaturados (ômega-3, ômega-6 e ômega-9) têm sido foco de inúmeros estudos. OBJETIVOS: Avaliar o efeito da suplementação com ômega-3, ômega-6 e ômega-9 sobre os parâmetros cardiometabólicos em indivíduos adultos com múltiplos fatores de risco e sem evento cardiovascular prévio. MATERIAL E MÉTODOS: Estudo clínico, randomizado, duplo-cego, baseado em intervenção nutricional (3,0 g/dia de ácidos graxos) sob a fórmula de cápsulas contendo: ômega-3 (37 por cento de EPA e 23 por cento de DHA) ou ômega-6 (65 por cento de ácido linoleico) ou ômega-9 (72 por cento de ácido oleico). A amostra foi composta por indivíduos de ambos os sexos, com idade entre 30 e 74 anos, apresentando pelo menos um dos seguintes fatores de risco: Dislipidemia, Diabetes Mellitus, Obesidade e Hipertensão Arterial Sistêmica. Após aprovação do Comitê de Ética, os indivíduos foram distribuídos nos três grupos de intervenção. No momento basal, os indivíduos foram caracterizados quanto aos aspectos demográficos (sexo, idade e etnia) e clínicos (medicamentos, doenças atuais e antecedentes familiares). Nos momentos basal e após 8 semanas de intervenção, amostras de sangue foram coletadas após 12h de jejum. A partir do plasma foram analisados: perfil lipídico (CT, LDL-c, HDL-c, TG), apolipoproteínas AI e B, ácidos graxos não esterificados, atividade da PON1, LDL(-) e auto-anticorpos, ácidos graxos, glicose, insulina, tamanho e distribuição percentual da LDL (7 subfrações e fenótipo A e não-A) e HDL (10 subfrações). O efeito do tempo, da intervenção e associações entre os ácidos graxos e aspectos qualitativos das lipoproteínas foram testados (SPSS versão 20.0, p <0,05). RESULTADOS: Uma primeira análise dos resultados baseada em um corte transversal demonstrou, por meio da análise de tendência linear ajustada pelo nível de risco cardiovascular, que o maior tercil plasmático de DHA se associou positivamente com HDL-c, HDLGRANDE e tamanho de LDL e negativamente com HDLPEQUENA e TG. Observou-se também que o maior tercil plasmático de ácido linoleico se associou positivamente com HDLGRANDE e tamanho de LDL e negativamente com HDLPEQUENA e TG. Esse perfil de associação não foi observado quando foram avaliados os parâmetros dietéticos. Avaliando uma subamostra que incluiu indivíduos tabagistas suplementados com ômega-6 e ômega-3, observou-se que ômega-3 modificou positivamente o perfil lipídico e as subfrações da HDL. Nos modelos de regressão linear ajustados pela idade, sexo e hipertensão, o DHA plasmático apresentou associações negativas com a HDLPEQUENA. Quando se avaliou exclusivamente o efeito do ômega-3 em indivíduos tabagistas e não tabagistas, observou-se que fumantes, do sexo masculino, acima de 60 anos de idade, apresentando baixo percentual plasmático de EPA e DHA (<8 por cento ), com excesso de peso e gordura corporal elevada, apresentam maior probabilidade de ter um perfil de subfrações de HDL mais aterogênicas. Tendo por base os resultados acima, foi comparado o efeito do ômega-3, ômega-6 e ômega-9 sobre os parâmetros cardiometabólicos. O ômega-3 promoveu redução no TG, aumento do percentual de HDLGRANDE e redução de HDLPEQUENA. O papel cardioprotetor do ômega-3 foi reforçado pelo aumento na incorporação de EPA e DHA, no qual indivíduos com EPA e DHA acima de 8 por cento apresentaram maior probabilidade de ter HDLGRANDE e menor de ter HDLPEQUENA. Em adição, observou-se também que o elevado percentual plasmático de ômega-9 se associou com partículas de LDL menos aterogênicas (fenótipo A). CONCLUSÃO: Ácidos graxos plasmáticos, mas não dietéticos, se correlacionam com parâmetros cardiometabólicos. A suplementação com ômega-3, presente no óleo de peixe, promoveu redução no TG e melhoria nos parâmetros qualitativos da HDL (mais HDLGRANDE e menos HDLPEQUENA). Os benefícios do ômega-3 foram particularmente relevantes nos indivíduos tabagistas e naqueles com menor conteúdo basal de EPA e DHA plasmáticos. Observou-se ainda que o ômega-9 plasmático, presente no azeite de oliva, exerceu impacto positivo no tamanho e subfrações da LDL.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.

Estudo da blenda PBAT/PLA com cargas.

Neste trabalho compósitos foram obtidos a partir da blenda comercial 100% biodegradável Ecovio® C2224 da BASF, uma blenda formada por 55% em massa de um copoliéster biodegradável, o Ecoflex® (poli[(adipato de butileno)-co-(tereftalato de butileno)]) e 45% em massa de PLA poli(ácido láctico). Como carga, utilizaram-se dois tipos de argilas comerciais do grupo das esmectitas, ambas predominantemente montmorilonitas: Cloisite Sódica® e Cloisite 30B®. Também foi utilizado como carga a sílica coloidal comercial Aerosil 200®, com área superficial de 200 m2/g e diâmetro médio de partícula 12nm. Os compósitos estudados, ambos contendo 5% e 10% em massa de cargas, foram preparados em uma extrusora de rosca dupla, acoplada a um reômetro de torque. O estudo foi dividido em três etapas: 1ª) etapa: Obtenção e caracterização dos compósitos de Ecovio®/ argila e Ecovio® / sílica; 2ª) etapa: Avaliação da fotodegradação do Ecovio® puro e dos compósitos obtidos; 3ª) etapa: Avaliação da biodegradabilidade do Ecovio® puro e dos compósitos após exposição em câmara de UV. As propriedades mecânicas dos compósitos antes e depois de serem submetidos à exposição em câmara de UV foram avaliadas por ensaios de resistência à tração e resistência ao impacto Izod. Os resultados obtidos na 1ª etapa deste trabalho indicaram aumento nos valores de módulo de elasticidade de todos os compósitos, em relação à blenda pura. Destacam-se as composições com 5% e 10% em massa de sílica coloidal, que apresentaram aumentos de até 115% nos valores de módulo de elasticidade, sem perdas significativas em resistência à tração, alongamento e resistência ao impacto, quando comparadas à fase matriz. Na 2ª etapa, a partir de 20 dias de exposição, todas as composições (blendas e compósitos) apresentam redução nas propriedades mecânicas em função do aumento do tempo de exposição à radiação UV. Na 3ª etapa, independente do tipo ou teor de carga presente na blenda, todas as composições apresentaram índices de biodegradabilidade, depois de 120 dias, de 40 a 60%, devido à prévia exposição à radiação UV.

Estratégias de microfabricação utilizando toner para produção de dispositivos microfluídicos

Neste trabalho são apresentados processos de microfabricação de estruturas contendo microcanais e sistemas de manipulação hidrodinâmica e eletroosmótica de fluídos. Foram desenvolvidos processos de microfabricação utilizando toner sobre poliéster, toner sobre vidro, toner como resiste, além de métodos alternativos de perfuração de lâminas e selagem de microestruturas em vidro, desenvolvimento de microestruturas para eletroforese capilar e espectrometria de massas com ionização por eletronebulização. A caracterização dos materiais e processos permitiu uma ampla visão das potencialidades e alternativas dos processos de microfabricação, tendo sido demonstrado que os dispositivos produzidos em toner-poliéster são quimicamente resistentes às substâncias tipicamente utilizadas em eletroforese capilar. Neste trabalho, um detector condutométrico sem contato foi implementado em microestruturas de toner-poliéster e a separação eletroforética de alguns metais alcalinos é demonstrada. A microestrutura foi projetada no formato padrão em cruz, tendo o canal de separação 22 mm de comprimento, 12 µm de profundidade e largura típica. A cela condutométrica foi construída sobre o canal de separação utilizando-se fita adesiva de cobre (1 mm de largura) como eletrodos. O sinal aplicado na cela foi de 530 kHz e 10 Vpp . A separação de K+, Na+ e Li+ na concentração de 100 µmol L-1 foi efetuada em torno de 0,8 min, utilizando-se 1 kV como potencial de separação. Foram desenvolvidos microchips para análise por espectrometria de massas com introdução de amostra por eletronebulização, sendo determinado cluster do íon cloreto em concentração de 1 mmol L+. Também solução com 1 mmol/L de glucosamina em água/metanol 1: 1 (v/v), sob corrente de 100 nA gerou sinal estável e livre de descarga corona. Utilizando detecção amperométrica, obteve-se eletroferogramas mostrando a separação de iodeto (10 mmol L-1) e ascorbato (40 mmol L-1) em potencial de separação de 4,0 kV (800 V cm-1 potencial de detecção de 0,9 V (vs. Ag/AgCI), injeção com 1,0 kV/1°s, tampão borato de sódio 10 mmol L+ com CTAH 0,2 mmol L-1, pH 9,2. Obteve-se eficiência de 1,6.104 pratos/m e foi possível obter limites de detecção de 500 nmol L-1 (135 amol) e 1,8 µmol L-1 (486 amol) para iodeto e ascorbato, respectivamente. O processo de fabricação utilizando toner como material estrutural para microchips em vidro foi bem estabelecido, assim como os modos de detecção fotométrico e condutométrico foram demonstrados. Foram obtidos eletroferogramas par detecção condutométrica sem contato de solução 200 µmol L-1 de K+, Na+ e U+, em tampão histidina/ácido lático 30 mmol L-1 9:1 (v/v) água:metanol, injeção eletrocinética de 2,0 kV/5,0 s, potencial de separação de 1 kV, 530 kHz de frequência e tensão de 2,0 Vpp. Também foi implementado um sistema de detecção fotométrico para microchip operando em 660 nm, tendo sido utilizado para a detecção de azul de metileno 1,0 mmol L-1 em tampão de corrida de barato de sódio 20 mmol L-1 (pH 9,2), com o detector posicionado a 40 mm do ponto de injeção e com injeção eletrocinética a 2,0 kV por 12 s com picos bem resolvidos em menos de 1 min.

Combined effects of cellulose nanocrystals and silver nanoparticles on the barrier and migration properties of PLA nano-biocomposites

Poly(lactic acid) (PLA)-based high performance nano-biocomposites were prepared to be used in active food packaging. Pristine (CNC) and surfactant modified cellulose nanocrystals (s-CNC) with silver (Ag) nanoparticles were used as the matrix modifiers. Binary and ternary systems were prepared. Morphological investigations revealed the good distribution of silver nanoparticles in PLA ternary systems. The combination of s-CNC and Ag nanoparticles increased the barrier effect of the produced films while the results of overall migration for the PLA nano-biocomposites revealed that none of the samples exceeded the overall migration limit, since results were well below 60 mg kg−1 of simulant.

Disintegrability under composting conditions of plasticized PLA–PHB blends

The disintegration under composting conditions of films based on poly(lactic acid)–poly(hydroxybutyrate) (PLA–PHB) blends and intended for food packaging was studied. Two different plasticizers, poly(ethylene glycol) (PEG) and acetyl-tri-n-butyl citrate (ATBC), were used to limit the inherent brittleness of both biopolymers. Neat PLA, plasticized PLA and PLA–PHB films were processed by melt-blending and compression molding and they were further treated under composting conditions in a laboratory-scale test at 58 ± 2 °C. Disintegration levels were evaluated by monitoring their weight loss at different times: 0, 7, 14, 21 and 28 days. Morphological changes in all formulations were followed by optical and scanning electron microscopy (SEM). The influence of plasticizers on the disintegration of PLA and PLA–PHB blends was studied by evaluating their thermal and nanomechanical properties by thermogravimetric analysis (TGA) and the nanoindentation technique, respectively. Meanwhile, structural changes were followed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The ability of PHB to act as nucleating agent in PLA–PHB blends slowed down the PLA disintegration, while plasticizers speeded it up. The relationship between the mesolactide to lactide forms of PLA was calculated with a Pyrolysis–Gas Chromatography–Mass Spectrometry device (Py–GC/MS), revealing that the mesolactide form increased during composting.