Host-Tailored Sensors for Carnitine Potentiometric Measurements based on Surface Molecular Imprinting

Graduate Student Symposium on Molecular Imprinting 2013, na Queen’s University, Belfast, United Kingdom, 15 a 17 de Agosto de 2013

Elétrodo de pasta de carbono molecularmente impresso para deteção voltamétrica de Furazolidona

A furazolidona é uma substância ativa do medicamento Giarlam que contém um espetro anti-bacteriano relativamente amplo e que é frequentemente usado para tratar certas doenças bacterianas e protozoárias no homem. A maioria dos fármacos exige uma dosagem que garanta os níveis de segurança e eficácia de atuação. A necessidade de dosear os medicamentos e os seus metabólitos exige o desenvolvimento constante de métodos analíticos eficientes. Neste trabalho desenvolveu-se um novo sensor eletroquímico para a deteção da furazolidona, baseado num elétrodo de pasta de carbono modificado com um polímero molecularmente impresso. A procura de novos materiais que permitam uma melhor seletividade e sensibilidade aos sistemas de deteção é especialmente importante no desenvolvimento de métodos analíticos. Os polímeros molecularmente impressos enquadram-se nesse perfil e o seu uso tem vindo a ser cada vez mais frequente como ferramenta importante em química analítica. Assim, sintetizou-se um polímero com cavidades seletivas para a Furazolidona. Este polímero foi, misturado com grafite e perafina de modo a produzir uma pasta de carbono. Uma seringa de plástico foi usada como suporte da pasta de carbono. O comportamento eletroquímico do sensor foi avaliado e diversas condições de utilização foram estudadas e otimizadas. O sensor apresenta um comportamento linear entre a intensidade do pico e a concentração numa gama de concentrações entre 1 e 100 μM, um limite de deteção de 1 μM e uma precisão (repetibilidade) inferior a 7%. A aplicabilidade do sensor fabricado em amostras complexas foi avaliada pela deteção do fármaco em amostras de urina.

Molecularly imprinted sensor for voltammetric detection of norfloxacin

In this work, a norfloxacin selective modified glassy carbon electrode (GCE) based on a molecularly imprinted polymer (MIP) as electrochemical sensor was developed. A suspension of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) was deposited on the electrode surface. Subsequently, a molecularly imprinted film was prepared by electropolymerization, via cyclic voltammetry of pyrrole (PPy) in the presence of norfloxacin (NFX) as the template molecule. A control electrode (NIP) was also prepared. Scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry in a ferrocyanide solution were performed for morphological and electrochemical characterisation, respectively. Several experimental parameters were studied and optimised. For quantification purposes the MIP/MWCNT/GCE was immersed in NFX solutions for 10 min, and the detection was performed in voltammetric cell by square wave voltammetry. The proposed sensor presented a linear behaviour, between peak current intensity and logarithmic concentration of NFX between 1 × 10−7 and 8 × 10−6 M. The obtained results presented good precision, with a repeatability of 4.3% and reproducibility of 9% and the detection limit was 4.6 × 10−8 M (S/N = 3). The developed sensor displayed good selectivity and operational lifetime, is simple to fabricate and easy to operate and was successfully applied to the analysis of NFX in urine samples.

Febrifugine derivative antimalarial activity: quantum mechanical predictors

Plasmodium falciparum resistant strain development has encouraged the search for new antimalarial drugs. Febrifugine is a natural substance with high activity against P. falciparum presenting strong emetic property and liver toxicity, which prevent it from being used as a clinical drug. The search for analogues that could have a better clinical performance is a current topic. We aim to investigate the theoretical electronic structure by means of febrifugine derivative family semi-empirical molecular orbital calculations, seeking the electronic indexes that could help the design of new efficient derivatives. The theoretical results show there is a clustering in well-defined ranges of several electronic indexes of the most selective molecules. The model proposed for achieving high selectivity was tested with success.

Neurotoxic activity and ultrastructural changes in muscles caused by the brown widow spider Latrodectus geometricus venom

Brown widow spider (Latrodectus geometricus) venom (BrWSV) produces few local lesions and intense systemic reactions such as cramps, harsh muscle pains, nausea, vomiting and hypertension. Approximately 16 protein bands under reducing conditions and ~ 14 bands under non-reducing conditions on a 12.5% sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis were observed. Neurotoxic clinical manifestations were confirmed in vivo, while proteolytic activity was demonstrated on gelatine film. Severe ultrastructural damages in mice skeletal muscles were observed at 3, 6, 12 and 24 h postinjection with at total of 45 µg of venom protein. Infiltration of eosinophils and ruptures of the cellular membranes were observed in the muscles along with swelling of the nuclear cover and interruption of the collagen periodicity. Altered mitochondrias and autophage vacuoles, nuclear indentation and mitochondria without cristae, slight increment of intermyofibrillar and subsarcolemic spaces and myelinic figures formation were also observed. In the capillary, endothelial membrane unfolding into the lumen was noticed; along with myelinic figures compatible with a toxic myopathy. Swollen sarcotubular systems with lysis of membrane, intense mitochondria autophagia and areas without pinocytic vesicles were observed. Swollen mitochondria surrounded by necrotic areas, myofibrillar disorganization and big vacuolas of the sarcotubular system, degenerated mitochondrium with formation of myelinic figure was seen. Glycogenosomes with small particulate, muscle type glycogen was noticed. Autophagic vacuole (autophagolysosomes) and necrotic areas were also noticed. These damages may be due to interactive effects of the multifactorial action of venom components. However, Latrodectus geometricus venom molecules may also be utilized as neuro therapeutic tools, as they affect neuronal activities with high affinity and selectivity. To our knowledge, the present study is the first ultrastructural report in the literature of muscle injuries and neurological and proteolytic activities caused by BrWSV.

Remediação Ambiental

A agricultura é uma das atividades mais antigas realizadas pelo Homem, sendo de grande importância para a obtenção tanto de bens alimentares como de bens para outros fins. No entanto desde o início constatou-se que as culturas eram afetadas por pragas e doenças que levavam à perda das colheitas. Este motivo deu origem à necessidade de nesses termos surgiu a aplicação de substâncias com o objetivo de proteger as colheitas. Os pesticidas são substâncias naturais ou sintéticas, aplicadas com o objetivo de proteger as plantas eliminando pragas e doenças. Para além da potencial toxicidade destas substâncias, em alguns casos a sua degradação no meio ambiente por microrganismos, hidrólise, radiação solar, etc. dá origem a produtos de degradação tanto ou mais tóxicos que os próprios pesticidas. A utilização deste tipo de substâncias acarreta problemas, visto a sua aplicação ser feita de forma a compensar perdas que ocorrem por meio de degradação, lixiviação, entre outros processos. Este tipo de aplicação leva a que haja contaminação do meio ambiente por parte dos pesticidas, pondo em risco tanto a saúde humana como os restantes seres vivos. A utilização de ciclodextrinas no encapsulamento destes compostos tem como objetivo aumentar a estabilidade do composto e promover a sua libertação de forma controlada. No presente trabalho pretende-se efetuar um estudo comparativo sobre a fotodegradação do herbicida terbutilazina e do fungicida pirimetanil livres e quando encapsulados com 2- hidroxipropil-β- ciclodextrina. De forma a quantificar os pesticidas ao longo do estudo foi utilizado o método analítico de HPLC de fase reversa. Os resultados permitiram constatar que a terbutilazina é fotoquimicamente estável, nas condições aplicadas, visto que ao fim de 75 dias de as soluções de pesticida livre em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial e as soluções de pesticida encapsulado em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial. Neste caso particular não foi possível, no intervalo de tempo considerado, avaliar a influência do encapsulamento no processo de fotodegradação da terbutilazina. Dada a baixa fotodegradação observada optou-se pela adição de peróxido de hidrogénio às soluções de controlo e 35 mM de HP-β-CD e acetona às soluções de 0 mM e 17,5 mM de HP-β-CD, para tentar promover a degradação do pesticida. Através dos resultados obtidos constatou-se que particularmente para as soluções onde foi adicionada acetona houve um aumento da velocidade de degradação no entanto esta ainda ocorria de forma lenta e muito semelhante quer para o pesticida livre quer para o encapsulado. Relativamente ao estudo da fotodegradação do pirimetanil verificou-se que ao fim de 4 dias de irradiação as soluções de pesticida livre apresentavam já alguma degradação do pesticida e tendo o período de irradiação uma duração de 53 dias foi possível para este pesticida determinar os parâmetros cinéticos em algumas das soluções. Quanto as soluções de água desionizada e água do rio com pirimetanil livre ambas apresentaram degradação do pesticida verificando-se uma cinética de reação de 1ª ordem com constantes de 0,0018 dias-1 e de 0,0060 dias-1 respetivamente. Para a solução de água desionizada com pirimetanil encapsulado não foi detetada degradação do pesticida, já para a solução com pirimetanil encapsulado em água do rio verificou-se a existência de degradação que correspondeu a uma cinética de degradação de 1ª ordem com uma constante de 0,0013 dias-1. Através dos resultados obtidos pode-se concluir que o encapsulamento do pirimetanil com 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina é vantajoso visto diminuir a quantidade de pesticida utilizado e aumentar a eficácia do controlo das pragas.

EVALUATION OF ANTIMICROBIAL AND CYTOTOXIC ACTIVITIES OF PLANT EXTRACTS FROM SOUTHERN MINAS GERAIS CERRADO

The antimicrobial activity of plant hidroethanolic extracts on bacteria Gram positive, Gram negative, yeasts, Mycobacterium tuberculosis H37 and Mycobacterium bovis was evaluated by using the technique of Agar diffusion and microdilution in broth. Among the extracts evaluated by Agar diffusion, the extract of Bidens pilosa leaf presented the most expressive average of haloes of growth inhibition to the microorganisms, followed by the extract of B. pilosa flower, of Eugenia pyriformis' leaf and seed, of Plinia cauliflora leaf which statistically presented the same average of haloes inhibitory formation on bacteria Gram positive, Gram negative and yeasts. The extracts of Heliconia rostrata did not present activity. Mycobacterium tuberculosis H37 and Mycobacterium bovis(BCG) appeared resistant to all the extracts. The susceptibility profile of Candida albicans and Saccharomyces cerevisiae fungi were compared to one another and to the Gram positive Bacillus subtilis, Enterococcus faecalis and the Gram negative Salmonella typhimurium bacteria (p > 0.05). The evaluation of cytotoxicity was carried out on C6-36 larvae cells of the Aedes albopictus mosquito. The extracts of stem and flower of Heliconia rostrata, leaf and stem of Plinia cauliflora, seed of Anonna crassiflora and stem, flower and root of B. pilosa did not present toxicity in the analyzed concentrations. The highest rates of selectivity appeared in the extracts of stem of A. crassiflora and flower of B. pilosa to Staphylococcus aureus, presenting potential for future studies about a new drug development.

CHEMICAL CHARACTERIZATION AND EVALUATION OF ANTIBACTERIAL, ANTIFUNGAL, ANTIMYCOBACTERIAL, AND CYTOTOXIC ACTIVITIES OF Talinum paniculatum

SUMMARY In this study, the bioactivity of Talinum paniculatum was evaluated, a plant widely used in folk medicine. The extract from the T. paniculatum leaves (LE) was obtained by percolation with ethanol-water and then subjecting it to liquid-liquid partitions, yielding hexane (HX), ethyl acetate (EtOAc), butanol (BuOH), and aqueous (Aq) fractions. Screening for antimicrobial activity of the LE and its fractions was evaluated in vitro through broth microdilution method, against thirteen pathogenic and non-pathogenic microorganisms, and the antimycobacterial activity was performed through agar diffusion assay. The cytotoxic concentrations (CC90) for LE, HX, and EtOAc were obtained on BHK-21 cells by using MTT reduction assay. The LE showed activity against Serratia marcescens and Staphylococcus aureus, with Minimum Inhibitory Concentration (MIC) values of 250 and 500 µg/mL, respectively. Furthermore, HX demonstrated outstanding activity against Micrococcus luteus and Candida albicans with a MIC of 31.2 µg/mL in both cases. The MIC for EtOAc also was 31.2 µg/mL against Escherichia coli. Conversely, BuOH and Aq were inactive against all tested microorganisms and LE proved inactive against Mycobacterium tuberculosisand Mycobacterium bovisas well. Campesterol, stigmasterol, and sitosterol were the proposed structures as main compounds present in the EF and HX/EtOAc fractions, evidenced by mass spectrometry. Therefore, LE, HX, and EtOAc from T. paniculatumshowed potential as possible sources of antimicrobial compounds, mainly HX, for presenting low toxicity on BHK-21 cells with excellent Selectivity Index (SI = CC90/MIC) of 17.72 against C. albicans.

Development of integrated separation processes with green solvents

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Forward osmosis membranes tailored by hydrogel coatings

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

The role of electron transfer in DNA building blocks: evaluation of strand breaks and their implications

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física

Development of an affinity pair “Tag-Receptor” for recombinant protein expression and purification

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Studies on the wine spoilage yeast Brettanomyces bruxellensis: 4-ethylphenol production and improved detection

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Fast screening for diagnostic of heart ischemic episodes

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Automated quantitative analysis of MCC-IMS spectra

Ion Mobility Spectrometry coupled with Multi Capillary Columns (MCC -IMS) is a fast analytical technique working at atmospheric pressure with high sensitivity and selectivity making it suitable for the analysis of complex biological matrices. MCC-IMS analysis generates its information through a 3D spectrum with peaks, corresponding to each of the substances detected, providing quantitative and qualitative information. Sometimes peaks of different substances overlap, making the quantification of substances present in the biological matrices a difficult process. In the present work we use peaks of isoprene and acetone as a model for this problem. These two volatile organic compounds (VOCs) that when detected by MCC-IMS produce two overlapping peaks. In this work it’s proposed an algorithm to identify and quantify these two peaks. This algorithm uses image processing techniques to treat the spectra and to detect the position of the peaks, and then fits the data to a custom model in order to separate the peaks. Once the peaks are separated it calculates the contribution of each peak to the data.