Denitrification Enzymes-Based Biosensors: the Case of Haloarchaeal Enzymes

In the last two decades, the increase in the use of artificial fertilizers and the disposal of industrial wastes have been the main factors responsible for the progressive increase in nitrate and nitrite levels in groundwater and soil. A variety of analytical strategies have been developed for nitrate and nitrite detection but electrochemical biosensors, which are simple, cheap, easily miniaturized and suitability for real-time detection, are proved to be a powerful tool. Various types of biosensors based on the use of whole cells or on the immobilization of denitrification enzymes have been developed, but their use is limited in environmental analysis under extreme conditions such as brines, acidic or basic wastewaters, salted soils, etc. Extremophilic denitrifying microorganism are good candidates for the development of new nitrate and nitrite biosensors and, in particular, haloarchaeal based biosensors would have advantages over bacterial based biosensors since the microorganisms and the purified denitrifying enzymes tolerate a wide range of temperature and salinity. This work summarizes new highlights on the potential uses of denitrifying haloarchaeal enzymes to make enzyme-based biosensors.

Synthesis, Modification, and Application of Siloxane Materials for Environmental Sensing

As human populations and resource consumption increase, it is increasingly important to monitor the quality of our environment. While laboratory instruments offer useful information, portable, easy to use sensors would allow environmental analysis to occur on-site, at lower cost, and with minimal operator training. We explore the synthesis, modification, and applications of modified polysiloxane in environmental sensing. Multiple methods of producing modified siloxanes were investigated. Oligomers were formed by using functionalized monomers, producing siloxane materials containing silicon hydride, methyl, and phenyl side chains. Silicon hydride-functionalized oligomers were further modified by hydrosilylation to incorporate methyl ester and naphthyl side chains. Modifications to the siloxane materials were also carried out using post-curing treatments. Methyl ester-functionalized siloxane was incorporated into the surface of a cured poly(dimethylsiloxane) film by siloxane equilibration. The materials containing methyl esters were hydrolyzed to reveal carboxylic acids, which could later be used for covalent protein immobilization. Finally, the siloxane surfaces were modified to incorporate antibodies by covalent, affinity, and adsorption-based attachment. These modifications were characterized by a variety of methods, including contact angle, attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, dye labels, and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy. The modified siloxane materials were employed in a variety of sensing schemes. Volatile organic compounds were detected using methyl, phenyl, and naphthyl-functionalized materials on a Fabry-Perot interferometer and a refractometer. The Fabry-Perot interferometer was found to detect the analytes upon siloxane extraction by deformation of the Bragg reflectors. The refractometer was used to determine that naphthyl-functionalized siloxanes had elevated refractive indices, rendering these materials more sensitive to some analytes. Antibody-modified siloxanes were used to detect biological analytes through a solid phase microextraction-mediated enzyme linked immunosorbent assay (SPME ELISA). The SPME ELISA was found to have higher analyte sensitivity compared to a conventional ELISA system. The detection scheme was used to detect Escherichia coli at 8500 CFU/mL. These results demonstrate the variety of methods that can be used to modify siloxanes and the wide range of applications of modified siloxanes has been demonstrated through chemical and biological sensing schemes.

(Bio)funcionalização de superfícies nanoestruturadas para eletrocatálise e desenvolvimento de biossensores eletroquímicos e óticos

Tese de doutoramento, Química (Química Física), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Tierärztliche Operationslehre,

Mode of access: Internet.

Evaluation of chemical restraint methods for potential use in wild, free roaming horses : final report /

Prepared for the Bureau of Land Management, under Contract YA-512-CT8-116, Washington State University, Pullman.

Le manuel opératorie pour l'espèce bovine,

Mode of access: Internet.

Tierärztliche Operationslehre.

Mode of access: Internet.

Chemically-Addressable Protein Entrapment in Silica Sol-Gels

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Comparison of stress induced by manual restraint and immobilisation in the estuarine crocodile, Crocodylus porosus

This study compared the stress induced in captive estuarine crocodiles, Crocodylus porosus, by two different handling methods: manual restraint (noosing with ropes) and immobilization by electro-stunning. To stun, a short charge (approx. 6 s) at 110 V was delivered to the back of the necks of C. porosus using a custom-built device, which immobilized the animals for 5-10 min. Immobilized and restrained animals were measured and sexed, and the condition of the skin assessed. Blood samples were taken from some animals immediately after restraint or immobilization. Other animals were returned to their pens to recover for periods of 30 min, 1, 4, 12, 24 or 48 hours after which they were stunned and blood samples taken. Individual animals (mean body length 1.96 m, N=99) were bled only once. Haematocrit and haemoglobin concentrations were measured and plasma samples were analysed for corticosterone, glucose and lactate levels. Following restraint, there were significant increases in haematocrit, haemoglobin, glucose, lactate and corticosterone concentrations in C. porosus. For restrained animals, recovery to baseline levels occurred after approximately 8 hours. The stress response of stunned animals was significantly reduced compared to manually captured and restrained crocodiles. Both groups showed a significant increase in haematocrit, haemoglobin concentration and lactate levels, however the magnitude of change was significantly reduced, and recovery was faster in stunned animals. No increase in either glucose or corticosterone levels occurred with immobilisation. The results imply that immobilization by electro-stunning is much less stressful. (C) 2003 Wiley-Liss, Inc.

Simultaneous fixation using glutaraldehyde and osmium tetroxide or potassium ferricyanide-reduced osmium for the preservation of monogenean flatworms: An assessment for Merizocotyle icopae

Simultaneous fixation was investigated for a marine organism: the monogenean flatworm ectoparasite Merizocotyle icopae. Four protocols for primary fixation were compared: 3% glutaraldehyde alone in OAM cacodylate buffer for a minimum of 2 hours; 1% glutaraldehyde in combination with 1% osmium tetroxide, both in 0.1M cacodylate buffer, until tissues darkened (5-20 minutes); 1% glutaraldehyde in OAM cacodylate buffer in combination with 0.5% potassium ferricyanide-reduced osmium until tissues darkened (5-20 minutes); 1% glutaraldehyde in combination with 1% osmium tetroxide, both in 0.1M cacodylate buffer, for 30 minutes. The study confirms that the standard method for transmission electron microscopic fixation (first listed protocol) routinely applied to platyhelminths is optimal for ultrastructural preservation, but some simultaneous fixation methods (second and third listed protocols) are acceptable when rapid immobilization is needed. Scanning electron microscopic preparations may be improved using simultaneous primary fixation. (C) 2004 Wilcy-Liss, Inc.

Incorporating nerve-gliding techniques in the conservative treatment of cubital Tunnel syndrome

Objective: To discuss the diagnosis and treatment of a patient with cubital tunnel syndrome and to illustrate novel treatment modalities for the ulnar nerve and its surrounding structures and target tissues. The rationale for the addition of nerve-gliding techniques will be highlighted. Clinical Features: Two months after onset, a 17-year-old female nursing student who had a traumatic onset of cubital tunnel syndrome still experienced pain around the elbow and paresthesia in the ulnar nerve distribution. Electrodiagnostic tests were negative. Segmental cervicothoracic motion dysfunctions were present which were regarded as contributing factors hindering natural recovery. Intervention and Outcomes: After 6 sessions consisting of nerve-gliding techniques and segmental joint manipulation and a home exercise program consisting of nerve gliding and light free-weight exercises, a substantial improvement was recorded on both the impairment and functional level (pain scales, clinical tests, and Northwick Park Questionnaire). Symptoms did not recur within a 10-month follow-up period, and pain and disability had completely resolved. Conclusions: Movement-based management may be beneficial in the conservative management of cubital tunnel syndrome. As this intervention is in contrast with the traditional recommendation of immobilization, comparing the effects of both interventions in a systematic way is an essential next step to determine the optimal treatment of patients with cubital tunnel syndrome.

The influence of coating materials on some properties of alginate beads and survivability of microencapsulated probiotic bacteria

The probiotics, Lactobacillus acidophilus 547, Bifidobacterium bifidum ATCC 1994, and Lactobacillus casei 01, were encapsulated into uncoated calcium alginate beads and the same beads were coated with three types of material, chitosan, sodium alginate, and poly-L-lysine in combination with alginate. The thickness of the alginate beads increased with the addition of coating materials. No differences were detectable in the bead strength by texture analysis or in the thickness of the beads with different types of coating materials by transmission electron microscopy. The survivability of three probiotics in uncoated beads, coated beads, and as free cells (unencapsulated) was conducted in 0.6% bile salt solution and simulated gastric juice (pH 1.55) followed by incubation in simulated intestinal juice with and without 0.6% bile salt. Chitosan-coated alginate beads provided the best protection for L. acidophilus and L. casei in all treatments. However, B. bifidum did not survive the acidic conditions of gastric juice even when encapsulated in coated heads. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of metal chlorides on the sintering and densification of hydroxyapatite adsorbent

This work is part of a series of studies dealing with the evaluation of the effects of major elements of solid waste, especially metallic oxides, nitrates, sulfates, and chlorides, on the sintering and the densification of calcium hydroxyapatite (Ca-HAP) adsorbent. The effects of chloride salts of potassium (KCl) and zinc (ZnCl2) on sintering and densification of Ca-HAP were studied using surface area reduction and shrinkage measurements. The addition of KCl (2% w/w) activated the sintering process by bringing a swift reduction in surface area and lowering the densification temperature. However, a low final densification was achieved. Increasing the amount of this additive to 10% w/w further lowered the final densification and lowered the densification temperature of hydroxyapatite by 150 degrees C. On the other hand, the addition of 2 wt % of ZnCl2 deactivated the sintering process by slowing down the densification process and raising the densification temperature. However, the reduction of surface area was comparable to that of Ca-HAP. The densification rate contained two or more rate maxima indicating the additives (salts) bring multiple speeds in the densification process.