Síntese de óxidos metálicos binários suportados em carbono amorfo (printex 6L) para a produção eletroquímica de peróxido de hidrogênio (H2O2)

O presente trabalho visa o estudo da eletrossíntese de H2O2 a partir da reação de redução de oxigênio (RRO) utilizando carbono Printex 6L modificado com óxidos binários compostos de nióbio, molibdênio e paládio, síntetizados pelo método dos precursores poliméricos. A análise dos materiais preparados foi feita a partir de experimentos de análise termogravimétrica (do inglês, TGA), fluorescência de raios X (FRX) e também de difração de raios X (DRX). As temperaturas de síntese foram escolhidas a partir dos resultados de TGA e tendo como temperatura máxima de 400 °C. As análises dos espectros de emissão de FRX mostraram a eficiência na incorporação dos materiais na matriz de carbono. Experimentos de DRX mostraram a presença de fases cristalinas de MoO2 e Nb2 O5 e PdO, e em comparação aos resultados da técnica de voltametria cíclica, existem pares redox que podem ser associados as transições dos metais nos estados de oxidação de +4 e +5, para molibdênio e nióbio, respectivamente e do estado +2 para o paládio. Nos experimentos de voltametria de varredura linear pode-se observar a tendência de maior geração de H2O2 pelo material com teor de 1% NbMo quando comparado com o carbono Printex 6L, de modo que foram calculadas as eficiências de geração de H2O2 , obtendo um resultado de 55,5% para o modificador de 1% NbMo comparado com 47,4% para o Printex 6L, e também de número de elétrons envolvidos na reação com um valor de 2,9 para o material de 1% e 3,1 para o carbono Printex. As análises das curvas de Koutechy-Levich confirmam os resultados anteriores. Análises em condições reduzidas na síntese orgânica corroboraram a melhor eficiência do material de 1% para o material com nióbio e molibdênio e revelaram a também a melhora eletrocatalítica do carbono quando incorporado com óxidos mistos de nióbio e paládio, sendo o melhor resultado expresso no material contendo 5% de nióbio e paládio, na proporção molar de 95 para 5% de cada elemento, respectivamente.

Avaliação da contaminação microbiológica de drogas vegetais e potencial descontaminação por plasma

A qualidade, eficácia e segurança no emprego de drogas vegetais dependem, entre outras questões, de sua qualidade sanitária. Sua origem e manuseio, em condições no geral inadequadas, propiciam biocarga elevada e abrangente, o que implica riscos para saúde. O presente trabalho objetivou conhecimento da microbiota das plantas estudadas e o desenvolvimento de estudos de sua descontaminação por plasma, tendo-se analisado os parâmetros físicos que influenciaram este processo. O projeto possibilitou a descontaminação de drogas vegetais com alta carga microbiana. Estudou-se a alcachofra (Cynara scolymus L.), camomila (Chamomilla recutita (L.) Rauschert.), ginco (Ginkgo biloba L.) e guaraná (Paullinia cupana Kunth), adotando parâmetros de processo que alegadamente permitem a integridade dos princípios ativos termossensíveis. Para isso, foi empregado reator disponível no Laboratório de Sistemas Integráveis, pertecente à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, em sistema com acoplamento capacitivo modo RIE (Reactive Ion Etching). Neste sistema, trabalhou-se com oxigênio adicionado de peróxido de hidrogênio. Todos os processos de descontaminação foram desenvolvidos a temperatura ambiente, sob diferentes parâmetros físicos complementares. A eficácia do processo foi investigada, empregando-se contagem de microrganismos heterotróficos, assim como pesquisa de indicadores de patogênicos (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella spp, Escherichia coli). As avaliações microbiológicas, quantitativas e qualitativas, assim como os estudos decorrentes dos dados obtidos, foram desenvolvidos no Laboratório de Controle Biológico da Faculdade de Ciências Farmacêuticas - USP. Os resultados obtidos após a descontaminação por plasma de oxigênio (100%), a potência de 150 W, evidenciaram redução de até 4 ciclos de aeróbicos totais. No processo por plasma peróxido de hidrogênio (20%) e oxigênio (80%), a uma potência de 150 W, observou-se a redução de até 4 ciclos log de aeróbios totais para as drogas vegetais deste estudo. A presença de substâncias químicas complexas da camomila, que contêm óleo volátil, flavonóides, aminoácidos, ácidos graxos, sais minerais, cumarinas, mucilagens e ácidos orgânicos, interferem no processo por plasma provavelmente em decorrência de a mucilagem formar um filme protetor, impedindo a difusão gasosa em ambos os processos por plasma. Assim, não só a camomila mas também o guaraná, com biocargas iniciais respectivamente de 6,6x106 UFC/g e 2,7x106 UFC/g, mantiveram-se com níveis de contaminação da mesma ordem de grandeza, após os desafios com plasma. A contagem bacteriana da alcachofra (fornecedor B), que foi submetida ao processo de descontaminação através do plasma O2 (100%), (potência de 150 W, pressão de 100 mTorr e vazão de 200 sccm), sofreu redução de dez vezes, independentemente do tempo do processo. Possivelmente este resultado, que aparenta inconsistência, decorre da ação apenas superficial do plasma. A descontaminação por processo de plasma de oxigênio e de peróxido de hidrogênio para a alcachofra (fornecedor B) não foi eficaz, devido à predominância de elementos lignificados. As amostras de alcachofra (fornecedor C), com baixa percentagem de vasos de xilema lignificados e fibras lignificadas evidenciaram a maior eficácia do processo por plasma, pois possibilitou grande difusão gasosa sobre as amostras. O estudo permitiu ainda concluir que à aplicabilidade do plasma na descontaminação de drogas vegetais depende da resistência dos microrganismos, mas igualmente das características da planta, sejam aquelas de natureza morfoanatômica, enzimática ou química. Estudos específicos devem ser desenvolvidos para cada situação.

Degradação enzimática de clorofenol em microrreator.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações.

Desenvolvimento de biossensores enzimáticos amperométricos para a determinação de compostos de importância clínica

Este trabalho descreve a preparação e caracterização de eletrodos modificados com azul da Prússia e materiais relacionados e a sua aplicação na construção de biossensores enzimáticos amperométricos para a detecção de oxalato e de glicose. Os materiais utilizados na modificação dos eletrodos foram azul da Prússia e compostos híbridos formados por hexacianoferrato de níquel e polipirrol ou hexacianoferrato de cobre e polipirrol. Os materiais lubridos mostraram-se capazes de mediar na eletroredução de peróxido de hidrogênio, mesmo em eletrólitos contendo Na+, apresentando melhor desempenho analítico quando comparados aos respectivos hexacianoferratos sem a presença do polímero condutor. Estes materiais foram utilizados com êxito na construção de biossensores para oxalato e para glicose, imobilizando as enzimas Oxalato Oxidase e Glicose Oxidase, respectivamente. Também foi estudada a preparação de um biossensor para a detecção de glicose utilizando a técnica de automontagem eletrostática camada por camada. Esta técnica permite otimizar o processo de immobilização da enzima, obtendo excelente desempenho analítico com pouca quantidade de enzima. Finalmente, são apresentadas a síntese, caracterização e aplicação de nanopartículas de azul da Prússia na determinação de peróxido de hidrogênio. Foi possível preparar nanopartículas com um diâmetro médio de 5 nm, as quais foram imobilizadas em eletrodos mediante a técnica de automontagem eletrostática camada por camada, a fim de estudar seu comportamento eletroquímico.

Estudo cinético da lixiviação de metais de placas de circuito impresso obsoletas.

O processo tradicional de recuperação de metais de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE) geralmente envolve processamento pirometalúrgico. Entretanto, o uso desta tecnologia para processar placas de circuito impresso (PCI) obsoletas pode levar à liberação de dioxinas e furanos, devido à decomposição térmica de retardantes de chama e resinas poliméricas presentes no substrato das placas. Portanto, este trabalho propõe uma rota hidrometalúrgica para recuperação de metais. O comportamento dos metais, com destaque para cobre, zinco e níquel, durante a lixiviação ácida, foi estudado em três temperaturas diferentes (35ºC, 65ºC e 75ºC), com e sem adição de um agente oxidante (peróxido de hidrogênio H2O2). A cinética de dissolução ácida desses metais foi estudada baseada na análise química por ICP-OES (Espectrometria de emissão ótica por plasma acoplado indutivamente) e EDX (Espectroscopia de fluorescência de raios-X por energia dispersiva). O balanço de massa e a análise química indicaram que a etapa de lixiviação sem adição de oxidante é pouco eficaz na extração dos metais, sendo responsável pela dissolução de menos do que 6% do total extraído. A 65ºC e H2SO4 1 mol/L, com adição de 5 mL de H2O2 (30%) a cada quinze minutos e densidade de polpa de 1 g / 10 mL, 98,1% do cobre, 99,9% do zinco e 99,0% do níquel foram extraídos após 4 horas. A cinética de dissolução desses metais é controlada pela etapa da reação química, seguindo, dependendo da temperatura, a equação 1 (1 XB)1/3 = k1.t ou a equação ln (1 XB) = k4.t.

Optimizing the performance of catalytic traps for hydrocarbon abatement during the cold-start of a gasoline engine

A key target to reduce current hydrocarbon emissions from vehicular exhaust is to improve their abatement under cold-start conditions. Herein, we demonstrate the potential of factorial analysis to design a highly efficient catalytic trap. The impact of the synthesis conditions on the preparation of copper-loaded ZSM-5 is clearly revealed by XRD, N2 sorption, FTIR, NH3-TPD, SEM and TEM. A high concentration of copper nitrate precursor in the synthesis improves the removal of hydrocarbons, providing both strong adsorption sites for hydrocarbon retention at low temperature and copper oxide nanoparticles for full hydrocarbon catalytic combustion at high temperature. The use of copper acetate precursor leads to a more homogeneous dispersion of copper oxide nanoparticles also providing enough catalytic sites for the total oxidation of hydrocarbons released from the adsorption sites, although lower copper loadings are achieved. Thus, synthesis conditions leading to high copper loadings jointly with highly dispersed copper oxide nanoparticles would result in an exceptional catalytic trap able to reach superior hydrocarbon abatement under highly demanding operational conditions.

Potential of Cu–saponite catalysts for soot combustion

H– and Na–saponite supports have been prepared by several synthesis approaches. 5% Cu/saponite catalysts have been prepared and tested for soot combustion in a NOx + O2 + N2 gas flow and with soot and catalyst mixed in loose contact mode. XRD, FT-IR, N2 adsorption and TEM characterization results revealed that the use of either surfactant or microwaves during the synthesis led to delamination of the saponite support, yielding high surface area and small crystallite size materials. The degree of delamination affected further copper oxide dispersion and soot combustion capacity of the Cu/saponite catalysts. All Cu/saponite catalysts were active for soot combustion, and the NO2-assisted mechanism seemed to prevail. The best activity was achieved with copper oxide supported on a Na–saponite prepared at pH 13 and with surfactant. This best activity was attributed to the efficient copper oxide dispersion on the high surface area delaminated saponite (603 m2 g−1) and to the presence of Na. Copper oxide reduction in H2-TPR experiments occurred at lower temperature for the Na-containing catalysts than for the H-containing counterparts, and all Cu/Na–saponite catalysts were more active for soot combustion than the corresponding Cu/H–saponite catalysts.

Enzyme mediated synthesis of polypyrrole in the presence of chondroitin sulfate and redox mediators of natural origin

Polypyrrole (PPy) was synthesized by enzyme mediated oxidation of pyrrole using naturally occurring compounds as redox mediators. The catalytic mechanism is an enzymatic cascade reaction in which hydrogen peroxide is the oxidizer and soybean peroxidase, in the presence of acetosyringone, syringaldehyde or vanillin, acts as a natural catalysts. The effect of the initial reaction composition on the polymerization yield and electrical conductivity of PPy was analyzed. Morphology of the PPy particles was studied by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy whereas the chemical structure was studied by X-ray photoelectron and Fourier transformed infrared spectroscopic techniques. The redox mediators increased the polymerization yield without a significant modification of the electronic structure of PPy. The highest conductivity of PPy was reached when chondroitin sulfate was used simultaneously as dopant and template during pyrrole polymerization. Electroactive properties of PPy obtained from natural precursors were successfully used in the amperometric quantification of uric acid concentrations. PPy increases the amperometric sensitivity of carbon nanotube screen-printed electrodes toward uric acid detection.

Phase diagram of the three-band half-filled Cu-O two-leg ladder

We determine the phase diagram of the half-filled two-leg ladder both at weak and strong coupling, taking into account the Cu d(x)(2)-y(2) and the O p(x) and p(y) orbitals. At weak coupling, renormalization group flows are interpreted with the use of bosonization. Two different models with and without outer oxygen orbitals are examined. For physical parameters, and in the absence of the outer oxygen orbitals, the D-Mott phase arises; a dimerized phase appears when the outer oxygen atoms are included. We show that the circulating current phase that preserves translational symmetry does not appear at weak coupling. In the opposite strong-coupling atomic limit the model is purely electrostatic and the ground states may be found by simple energy minimization. The phase diagram so obtained is compared to the weak-coupling one.

Investigation of oxidative stress defenses of Neisseria gonorrhoeae by using a human polymorphonuclear leukocyte survival assay

Neisseria gonorrhoeae has well-characterized oxidative stress defense systems that protect against oxidative killing in in vitro assays. In contrast, mutant strains of N. gonorrhoeae lacking oxidative stress defenses are identical to the wild type when tested in an ex vivo survival assay using human polymorphonuclear leukocytes.

Clay-based polymer nanocomposites: Research and commercial development

This paper reviews the recent research and development of clay-based polymer nanocomposites. Clay minerals, due to their unique layered structure, rich intercalation chemistry and availability at low cost, are promising nanoparticle reinforcements for polymers to manufacture low-cost, lightweight and high performance nanocomposites. We introduce briefly the structure, properties and surface modification of clay minerals, followed by the processing and characterization techniques of polymer nanocomposites. The enhanced and novel properties of such nanocomposites are then discussed, including mechanical, thermal, barrier, electrical conductivity, biodegradability among others. In addition, their available commercial and potential applications in automotive, packaging, coating and pigment, electrical materials, and in particular biomedical fields are highlighted. Finally, the challenges for the future are discussed in terms of processing, characterization and the mechanisms governing the behaviour of these advanced materials.

Orbital currents and charge density waves in a generalized Hubbard ladder

We study a generalized Hubbard model on the two-leg ladder at zero temperature, focusing on a parameter region with staggered flux (SF)/d-density wave (DDW) order. To guide our numerical calculations, we first investigate the location of a SF/DDW phase in the phase diagram of the half-filled weakly interacting ladder using a perturbative renormalization group (RG) and bosonization approach. For hole doping 6 away from half-filling, finite-system density-matrix renormalizationgroup (DMRG) calculations are used to study ladders with up to 200 rungs for intermediate-strength interactions. In the doped SF/DDW phase, the staggered rung current and the rung electron density both show periodic spatial oscillations, with characteristic wavelengths 2/delta and 1/delta, respectively, corresponding to ordering wavevectors 2k(F) and 4k(F) for the currents and densities, where 2k(F) = pi(1 - delta). The density minima are located at the anti-phase domain walls of the staggered current. For sufficiently large dopings, SF/DDW order is suppressed. The rung density modulation also exists in neighboring phases where currents decay exponentially. We show that most of the DMRG results can be qualitatively understood from weak-coupling RG/bosonization arguments. However, while these arguments seem to suggest a crossover from non-decaying correlations to power-law decay at a length scale of order 1/delta, the DMRG results are consistent with a true long-range order scenario for the currents and densities. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Anisotropic scattering and anomalous normal-state transport in a high-temperature superconductor

The metallic state of high-temperature copper-oxide superconductors, characterized by unusual and distinct temperature dependences in the transport properties(1-4), is markedly different from that of textbook metals. Despite intense theoretical efforts(5-11), our limited understanding is impaired by our inability to determine experimentally the temperature and momentum dependence of the transport scattering rate. Here, we use a powerful magnetotransport probe to show that the resistivity and the Hall coefficient in highly doped Tl2Ba2CuO6+delta originate from two distinct inelastic scattering channels. One channel is due to conventional electron electron scattering; the other is highly anisotropic, has the same symmetry as the superconducting gap and a magnitude that grows approximately linearly with temperature. The observed form and anisotropy place tight constraints on theories of the metallic state. Moreover, in heavily doped non-superconducting La2-xSrxCuO4, this anisotropic scattering term is absent(12), suggesting an intimate connection between the origin of this scattering and superconductivity itself.

Biomarkers

Introduction – Why do we need ‘biomarkers? Biomarkers of protein oxidation Introduction Major issues/questions Protein carbonyl biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations in use Protein thiol biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Aliphatic amino acid biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Oxidised Tryptophan Biomarkers Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Oxidised tyrosine biomarkers Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Formation of neoepitopes on oxidised proteins Validation of assays for protein oxidation biomarkers Relationship of protein oxidation to disease Modulation of protein oxidation biomarkers by antioxidants Future perspectives Introduction to lipid peroxidation biomarkers Introduction: biochemistry of lipid peroxidation Malondialdehyde Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Conjugated dienes Method of measurement Storage, stability and limitations of use LDL lag phase Method of measurement Storage, stability and limitations of use Hydrocarbon gases Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Lipofuscin Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitation on use Lipid peroxides Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Isoprostanes Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Possible new biomarkers of lipid oxidation Relationship of lipid peroxidation to disease Modulation of lipid peroxidation biomarkers by antioxidants Functional consequences of lipid peroxidation Contribution of dietary intake to lipid peroxidation products Biomarkers of DNA oxidation Introduction Confounding factors Units and terminology Nuclear and mitochondrial DNA damage Lymphocytes as surrogate tissues Measurement of DNA damage with the comet assay Practical details Storage, stability, and limitations of the assay Measurement of DNA base oxidation by HPLC Practical details Storage, stability and limitations of the method Measurement of DNA base oxidation by GC–MS Biochemistry of 8-oxoguanine, adenine and fapy derivatives Methods of measurement Storage, stability and limitations of the method Analysis of guanine oxidation products in urine Method of measurement Limitations and criticisms Immunochemical methods Methods of measurement Storage, stability, and limitations of the assay 32P post-labelling Method of measurement Limitations and criticisms Validation of assays for DNA oxidation Oxo-dGuo in lymphocyte DNA Urinary measurements DNA–aldehyde adducts Biochemistry Method of measurement Products of reactive nitrogen species Endpoints arising from oxidative DNA damage Mutations Chromosome aberrations Micronuclei Site-specific DNA damage Relationship of DNA oxidation to disease Modulation of DNA oxidation biomarkers by antioxidants Direct and indirect effects of oxidative stress: measures of total oxidant/antioxidant levels Visualisation of cellular oxidants Biochemistry: histochemical detection of ROS Method of measurement Limitations, storage and stability Measurement of hydrogen peroxide Biochemistry Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Measurement of the ratio of antioxidant/oxidised antioxidant Biochemistry Method of measurement Storage, stability and limitations on use Total antioxidant capacity Biochemistry Terminology Methods of measurement Storage, stability and limitations on use Validation of assays for direct oxidant and antioxidant biomarkers Relationship of oxidant/antioxidant measurement to disease Modulation of oxidant/antioxidant biomarkers by dietary antioxidants Induction of genes in response to oxidative stress Background Measurement of antioxidant responsive genes and proteins Effects of antioxidant intake on the activity of antioxidant enzymes

Free radical reactions in atherosclerosis; An EPR spectrometry study

The copper catalysed oxidation of homocysteine has been studied by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and spin trapping techniques to determine the nature of free radical species formed under varying experimental conditions. Three radicals; thiyl, alkyl and hydroxyl were detected with hydroxyl being predominant. A reaction mechanism is proposed involving Fenton chemistry. Inclusion of catalase to test for intermediate generation of hydrogen peroxide showed a marked reduction in amount of hydroxyl radical generated. In contrast, the addition of superoxide dismutase showed no significant effect on the level of hydroxyl radical formed. Enhanced radical formation was observed at higher levels of oxygen, an effect which has consequences for differential oxygen levels in arterial and venous systems. Implications are drawn for a higher incidence of atherosclerotic plaque formation in arteries versus veins. © 2006 - IOS Press and the authors. All rights reserved.