Arenedicarboximide Building Blocks for Fluorescent Photoinduced Electron Transfer pH Sensors Applicable with Different Media and Communication Wavelengths

N-(aminoalkyl)-4-chloronaphthalene-
1,8-dicarboximides 1, N-
(aminoalkyl)-4-acetamidonaphthalene-
1,8-dicarboximides 3 and N,N'-bis(aminoalkyl)-
perylene-3,4:9,10-tetracarboxydiimides
4 show good fluorescent off ±
on switching in aqueous alcoholic solution
with protons as required for fluorescent
PET sensor design. The excitation
wavelengths lie in the ultraviolet
(lmaxˆ345 and 351 nm) for 1 and 3 and
in the blue-green (lmaxˆ528, 492 and
461 nm) for 4; the emission wavelengths
lie in the violet (lmaxˆ408 nm) for 1, in
the blue (lmaxˆ474 nm) for 3 and in the
yellow-orange (lmaxˆ543 and 583 nm)
for 4. Compound 4b shows substantial
fluorescence enhancement with protons
when immobilized in a poly(vinylchloride)
matrix, provided that 2-nitrophenyloctyl
ether plasticizer and potassium
tetrakis(4-chlorophenyl)borate additive
are present to prevent dye crystallization
and to facilitate proton diffusion
into the membrane, respectively.

High-affinity NO3 --H+ cotransport in the fungus Neurospora:Induction and control by pH and membrane voltate

High-affinity nitrate transport was examined in intact hyphae of Neurospora crassa using electrophysiological recordings to characterize the response of the plasma membrane to NO₃ ^- challenge and to quantify transport activity. The NO₃ ^--associated membrane current was determined using a three electrode voltage clamp to bring membrane voltage under experimental control and to compensate for current dissipation along the longitudinal cell axis. Nitrate transport was evident in hyphae transferred to NO₃ ^--free, N-limited medium for 15 hr, and in hyphae grown in the absence of a nitrogen source after a single 2-min exposure to 100 μM NO₃ ^-. In the latter, induction showed a latency of 40-80 min and rose in scalar fashion with full transport activity mensurable approx. 100 min after first exposure to NO₃ ^-; it was marked by the appearance of a pronounced sensitivity of membrane voltage to extracellular NO₃ ^- additions which, after induction, resulted in reversible membrane depolarizations of (+)54-85 mV in the presence of 50 μM NO₃ ^-; and it was suppressed when NH₄ ⁺, was present during the first, inductive exposure to NO₃ ^-. Voltage clamp measurements carried out immediately before and following NO₃ ^- additions showed that the NO₃ ^--evoked depolarizations were the consequence of an inward-directed current that appeared in parallel with the depolarizations across the entire range of accessible voltages -400 to +100 mV). Measurements of NO₃ ^- uptake using NO₃ ^--selective macroelectrodes indicated a charge stoichiometry for NO₃ ^- transport of 1(+):1(NO₃ ^-) with common K(m) and J(max) values around 25 μM and 75 pmol NO₃ ^- cm^-2sec^-1, respectively, and combined measurements of pH(o) and [NO₃ ^-](o) showed a net uptake of approx. 1 H⁺ with each NO₃ ^- anion. Analysis of the NO₃ ^- current demonstrated a pronounced voltage sensitivity within the normal physiological range between -300 and -100 mV as well as interactions between the kinetic parameters of membrane voltage, pH(o) and [NO₃ ^-](o). Increasing the bathing pH from 5.5 to 8.0 reduced the current and the associated membrane depolarizations 2- to 4-fold. At a constant pH(o) of 6.1, driving the membrane voltage from -350 to -150 mV resulted in an approx. 3-fold reduction in the maximum current and a 5-fold rise in the apparent affinity for NO₃ ^-. By contrast, the same depolarization effected an approx. 20% fall in the K(m) for transport as a function in [H⁺](o). These, and additional results are consistent with a charge-coupling stoichiometry of 2(H⁺) per NO anion transported across the membrane, and implicate a carrier cycle in which NO binding is kinetically adjacent to the rate-limiting step of membrane charge transit. The data concur with previous studies demonstrating a pronounced voltage-dependence to high-affinity NO₃ ^- transport system in Arabidopsis, and underline the importance of voltage as a kinetic factor controlling NO₃ ^- transport; finally, they distinguish metabolite repression of NO₃ ^- transport induction from its sensitivity to metabolic blockade and competition with the uptake of other substrates that draw on membrane voltage as a kinetic substrate.

The effect of soil pH on rhizosphere carbon flow of Lolium perenne

Perennial rye-grass plants were grown at 15°C in microcosms containing soil sampled from field plots that had been maintained at constant pH for the last 30 years. Six soil pH values were tested in the experiment, with pH ranging from 4.3-6.5. After 3 weeks growth in the microcosms, plant shoots were exposed to a pulse of ¹⁴C-CO₂. The fate of this label was determined by monitoring ¹⁴C-CO₂ respired by the plant roots/soil and by the shoots. The ¹⁴C remaining in plant roots and shoots was determined when the plants were harvested 7 days after receiving the pulse label. The amount of ¹⁴C (expressed as a percentage of the total ¹⁴C fixed by the plant) lost from the plant roots increased from 12.3 to 30.6% with increasing soil pH from 4.3 to 6. Although a greater percentage of the fixed ¹⁴C was respired by the root/soil as soil pH increased, plant biomass was greater with increasing soil pH. Possible reasons for observed changes in the pattern of ¹⁴C distribution are discussed and, it is suggested that changes in the soil microbial biomass and in plant nitrogen nutrition may, in particular be key factors which led to increased loss of carbon from plant roots with increasing soil pH. © 1990 Kluwer Academic Publishers.

FLAG-idarubicin and allogeneic stem cell transplantation for Ph-positive ALL beyond first remission

We describe a single centre experience of eight consecutive patients with relapsed or refractory Ph+ ALL treated with the FLAG/idarubicin regimen followed by BMT or PBSCT. Following FLAG/idarubicin, one achieved a partial response and seven CR. All patients subsequently received allogeneic transplants: one sibling BMT, three matched unrelated (MUD) BMT and four sibling PBSCT. Two patients received second transplants with PBSC from their original BM donors following FLA/Ida with no further conditioning. Three patients are alive in CR 9, 24 and 32 months after transplant. Seven of eight patients had a cytogenetic response following FLAG/Ida induction and one of seven became bcr-abl negative. All eight patients had a complete cytogenetic response following transplant. Four of five assessable patients became p190 bcr-abl negative after transplant; three of these subsequently relapsed. Both patients with the p210 bcr-abl transcript remained bcr-abl positive in CR after transplant. FLAG/Ida was well tolerated and appears to be effective in inducing remission in relapsed Ph+ ALL. The use of FDR-containing chemotherapy without further conditioning prior to PBSCT deserves further study in heavily pre-treated patients and, in patients with relapsed ALL following BMT, may be a safer option than DLI (donor lymphocyte infusion) by avoiding the associated risk of aplasia.

Sensitized terbium(iii) macrocyclic-phthalimide complexes as luminescent pH switches

Four new macrocyclic-phthalimide ligands were synthesised via the coupling of N-(3-bromopropyl)phthalimide either to cyclen (1,4,7,10- tetraazacyclododecane) itself or its carboxylate-functionalized analogues, and photophysical studies were carried out on their corresponding Tb(iii) complexes in aqueous media as a function of pH. Luminescence intensities of Tb·L^1a-Tb·L^3a were in 'switched off' mode under acidic conditions (pH < 4), and were activated on progression to basic conditions as the phthalimido functions therein were hydrolysed to their corresponding phthalamates Tb·L^1b-Tb·L^3b. Emission of phthalamate-based macrocyclic Tb(iii) complexes Tb·L ^1b-Tb·L^3b was in 'switched on' mode between pH 4 and 11, exhibiting high quantum yields (Φ) and long lifetimes (τ) of the order of milliseconds at pH ∼ 6. Tb(iii) emissions were found to decline with increasing number of chromophores. The values of Φ and τ were 46% and 2.4 ms respectively for Tb·L^1b at pH ∼ 6 when activated. This is the best pH-dependent sensor based on a Tb(iii) complex reported to date, benefiting from the macrocyclic architecture of the ligand. © 2013 The Royal Society of Chemistry.

Effect of high pressure processing in combination with Weissella viridescens as a protective culture against Listeria monocytogenes in ready-to-eat salads of different pH

This study explored the effect of HPP (400 MPa/1 min) and a Weissella viridescens protective culture, alone or in conjunction, against Listeria monocytogenes in ready-to-eat (RTE) salads with different pH values (4.32 and 5.59) during storage at 4 and 12 °C. HPP was able to reduce the counts of the pathogen after treatment achieving approximately a 4.0 and 1.5 log CFU/g reduction in the low and higher pH RTE salad, respectively. However, L. monocytogenes was able to recover and grow during subsequent storage. W. viridescens grew in both RTE salads at both storage temperatures, with HPP resulting in only a small immediate reduction of W. viridescens ranging from 0.50 to 1.2 log CFU/g depending on the pH of the RTE salad. For the lower pH RTE salad, the protective culture was able to gradually reduce the L. monocytogenes counts during storage whereas for the higher pH RTE salad in some cases it delayed growth significantly or exerted a bacteriostatic effect. exerted a bacteriostatic effect. The results revealed that the increased storage temperature led to an increase in the inactivation/inhibition of L. monocytogenes in the presence of W. viridescens. The combination of HPP and W. viridescens is a promising strategy to control L. monocytogenes and can increase safety even when a break in the chill chain occurs.

An optimized reverse-phase high performance liquid chromatographic method for evaluating percutaneous absorption of glucosamine hydrochloride

A relatively simple, selective, precise and accurate high performance liquid chromatography (HPLC) method based on a reaction of phenylisothiocyanate (PITC) with glucosamine (GL) in alkaline media was developed and validated to determine glucosamine hydrochloride permeating through human skin in vitro. It is usually problematic to develop an accurate assay for chemicals traversing skin because the excellent barrier properties of the tissue ensure that only low amounts of the material pass through the membrane and skin components may leach out of the tissue to interfere with the analysis. In addition, in the case of glucosamine hydrochloride, chemical instability adds further complexity to assay development. The assay, utilising the PITC-GL reaction was refined by optimizing the reaction temperature, reaction time and PITC concentration. The reaction produces a phenylthiocarbamyl-glucosamine (PTC-GL) adduct which was separated on a reverse-phase (RP) column packed with 5 microm ODS (C18) Hypersil particles using a diode array detector (DAD) at 245 nm. The mobile phase was methanol-water-glacial acetic acid (10:89.96:0.04 v/v/v, pH 3.5) delivered to the column at 1 ml min-1 and the column temperature was maintained at 30 degrees C. Galactosamine hydrochloride (Gal-HCl) was used as an internal standard. Using a saturated aqueous solution of glucosamine hydrochloride, in vitro permeation studies were performed at 32+/-1 degrees C over 48 h using human epidermal membranes prepared by a heat separation method and mounted in Franz-type diffusion cells with a diffusional area 2.15+/-0.1 cm2. The optimum derivatisation reaction conditions for reaction temperature, reaction time and PITC concentration were found to be 80 degrees C, 30 min and 1% v/v, respectively. PTC-Gal and GL adducts eluted at 8.9 and 9.7 min, respectively. The detector response was found to be linear in the concentration range 0-1000 microg ml-1. The assay was robust with intra- and inter-day precisions (described as a percentage of relative standard deviation, %R.S.D.) <12. Intra- and inter-day accuracy (as a percentage of the relative error, %RE) was <or=-5.60 and <or=-8.00, respectively. Using this assay, it was found that GL-HCl permeates through human skin with a flux 1.497+/-0.42 microg cm-2 h-1, a permeability coefficient of 5.66+/-1.6x10(-6) cm h-1 and with a lag time of 10.9+/-4.6 h.

Preparation of new materials by heterogeneous modification of cellulose

O presente trabalho teve como principal objectivo estudar a modificação química heterogénea controlada de fibras de celulose com diferentes reagentes de modo a alterar as suas propriedades de superfície, em especial em termos da criação de um carácter hidrofóbico e lipofóbico, preservando, sempre que possível, as suas propriedades mecânicas e, consequentemente, abrindo novas perspectivas de aplicação. O desenvolvimento do trabalho envolveu três abordagens principais, envolvendo, em cada caso, o estudo de diferentes condições reaccionais. Na primeira abordagem foram utilizados como reagentes de modificação compostos perfluorados, nomeadamente o anidrido trifluoroacético (TFAA), o cloreto de 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoílo (PFBz) e o cloreto de 3,3,3- trifluoropropanoílo (TFP), para promover a acilação heterogénea da superfície das fibras. A segunda estratégia usada consistiu na preparação de híbridos de celulose do tipo orgânico-inorgânico classe-II, através da modificação das fibras de celulose com o (3-isocianatopropil)trietoxissilano (ICPTEOS), um reagente organossilano bifuncional. A ligação às fibras de celulose foi efectuada através das funções isocianato e, posteriormente, os grupos etoxissilano foram sujeitos a tratamentos de hidrólise ácida, como tal ou na presença de outros siloxanos, nomeadamente o tetraetoxissilano (TEOS) e o 1H,1H,2H,2Hperfluorodeciltrietoxissilano (PFDTEOS). Finalmente, a última abordagem foi baseada na modificação das fibras com triclorometilssilano (TCMS), através de uma reacção gás-sólido, que dispensou assim o uso de solventes orgânicos. A ocorrência de modificação química foi em cada caso confirmada por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR), Análise Elementar (EA) e determinação de ângulos de contacto. Adicionalmente, e dependendo de cada caso específico, diversas outras técnicas foram empregues na caracterização aprofundada dos materiais preparados, nomeadamente Ressonância Magnética Nuclear CPMAS no Estado Sólido (RMN), Espectroscopia de Difracção de Raios-X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Espectrometria de Massa de Iões Secundários com Análise de Tempo de Vôo (ToF-SIMS), Espectroscopia Fotoelectrónica de Raios-X (XPS) e Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Relativamente à acilação das fibras de celulose com reagentes perfluorados, o sucesso da reacção foi comprovado por FTIR-ATR, EA, XPS e ToF-SIMS. Neste contexto, obtiveram-se fibras modificadas possuindo graus de substituição (DS) compreendidos entre 0.006 e 0.39. Verificou-se por XRD que, em geral, mesmo para os valores de DS mais elevados, a cristalinidade das fibras não foi afectada, indicando que a modificação foi limitada às camadas mais superficiais das mesmas ou a regiões amorfas das suas camadas mais internas. Adicionalmente, observou-se por ToF-SIMS que a distribuição dos grupos perfluorados à superfície das fibras foi, de facto, bastante heterogénea. Todos os derivados de celulose perfluorados apresentaram elevada hidrofobicidade e lipofobicidade, tendo-se atingido ângulos de contacto com água e diiodometano de 126º e 104º, respectivamente. Um aspecto interessante relativo a estes materiais é que a elevada omnifobicidade foi observada mesmo para valores de DS muito reduzidos, não se mostrando significativamente afectada pelo aumento dos mesmos. Em consonância, verificou-se por XPS que a cobertura da superfície das fibras de celulose com grupos perfluorados aumentou apenas ligeiramente com o aumento do DS, apontando para a esterificação de camadas mais internas das fibras, associada, neste caso, predominantemente aos seus domínios amorfos. No que diz respeito à estabilidade hidrolítica destes derivados, obtiveram-se dois tipos distintos de comportamento. Por um lado, as fibras de celulose trifluoroacetiladas são facilmente hidrolisáveis em meio neutro, e, por outro, as fibras pentafluorobenzoiladas e trifluoropropanoiladas mostram-se bastante resistentes face a condições de hidrólise em meio neutro e ácido (pH 4), podendo, contudo, ser facilmente hidrolisadas em meio alcalino (pH 9 e 12, para derivados do PFBz e do TFP, respectivamente). Na segunda abordagem verificou-se a ocorrência de reacção por FTIR-ATR e EA. Em geral, a modificação química com ICPTEOS ocorre predominantemente nas zonas mais superficiais das fibras de celulose ou em regiões amorfas. Contudo, em condições reaccionais mais severas (maior quantidade de reagente e tempo de reacção), esta atingiu também regiões cristalinas, afectando, consequentemente, a estrutura cristalina das fibras, como verificado por XRD. Por RMN de 29Si observou-se que após reacção com o ICPTEOS já existiam indícios de alguma hidrólise dos grupos etoxissilano, e que a sua subsequente condensação parcial tinha levado à formação de uma película inorgânica em redor das fibras (verificado por SEM), constituída maioritariamente por estruturas lineares, com uma contribuição mais modesta de estruturas “diméricas” e outras mais ramificadas. Consequentemente, este revestimento inorgânico transformou as fibras de celulose em materiais híbridos com elevada hidrofobicidade (ângulos de contacto com água entre 103-129º). A hidrólise ácida dos restantes grupos etoxissilano, como tal ou na presença de TEOS, originou híbridos de celulose com elevada hidrofilicidade, sendo impossível medirem-se os ângulos de contacto com água dos produtos finais, devido à presença maioritária de grupos silanol (Si-OH) e ligações Si-O-Si à superfície, os quais contribuíram para o consequente aumento de energia de superfície. No entanto, quando a hidrólise foi realizada na presença de PFDTEOS, obtiveram-se materiais híbridos com elevada hidrofobicidade e lipofobicidade (ângulos de contacto com água e diiodometano de 140º e 134º, respectivamente), devido à combinação da presença de grupos perfluorados e micro- e nano-rugosidades na superfície das fibras de celulose, conforme confirmado por SEM. Finalmente, a última abordagem permitiu preparar materiais derivados de celulose altamente hidrofóbicos e lipofóbicos (ângulos de contacto com água e diiodometano de 136º e 109º, respectivamente) por um processo simples, envolvendo tempos de tratamento tão curtos como 0.5 min. Este comportamento omnifóbico foi gerado pelo efeito sinergético entre a diminuição de energia de superfície das fibras, devido à presença de grupos metilo dos resíduos de TCMS ligados a estas, e a condensação dos resíduos de TCMS na forma de micro- e nano-partículas inorgânicas, que levou à criação de um revestimento rugoso à superfície das fibras, conforme observado por RMN de 29Si e SEM, respectivamente. A pré-humidificação das fibras de celulose demonstrou desempenhar um importante papel de “acelerador” dos processos de hidrólise e condensação das moléculas de TCMS. Nestas condições, o tempo de tratamento foi um dos parâmetros mais relevantes, pois para tempos de tratamento muito curtos (0.5 min) os materiais resultantes não apresentaram quaisquer diferenças a nível de propriedades físico-químicas em relação ao substrato de partida (a humidade em excesso consumiu todo o TCMS antes que este conseguisse reagir com os grupos hidroxilo das fibras de celulose), possuindo, por exemplo, valores de ângulos de contacto com água idênticos. Para tempos de tratamento mais longos, como 30 min, os materiais finais apresentaram a maior quantidade de componentes inorgânicos, tal como verificado por EA e TGA. Assim, o controlo da humidade das fibras é imperativo para se poder moldar as propriedades finais dos produtos. Esta última abordagem é particularmente promissora uma vez que tem como base um sistema simples e “verde” que pode ser facilmente implementado. Em conclusão, este trabalho permitiu demonstrar que a modificação química heterogénea controlada das fibras de celulose representa uma iniciativa promissora para a preparação de novos materiais obtidos a partir de recursos renováveis, com propriedades interessantes e passíveis de ser potencialmente aplicados em diferentes áreas. Para além do mais, as estratégias de modificação estudadas podem também ser precursoras de novos estudos que possam vir a ser desenvolvidos dentro do mesmo âmbito.

Diamond microelectrodes for corrosion studies

Este trabalho teve como objetivos a produção, caracterização e aplicação de microelétrodos (MEs) de diamante como sensores amperométricos e potenciométricos em sistemas de corrosão nos quais a agressividade do meio e a presença de produtos de corrosão, constituem obstáculos que podem diminuir o desempenho, ou inviabilizar a utilização, de outros tipos de sensores. Os microeléctrodos são baseados em filmes finos de diamante dopado com boro (BDD – Boron Doped Diamond) depositados sobre fios de tungsténio afiados, através do método de deposição química a partir da fase vapor, assistida por filamento quente (HFCVD – Hot Filament Chemical Vapor Deposition). A otimização das diversas etapas de fabricação dos MEs deu origem ao desenvolvimento de um novo sistema de afiamento eletroquímico para obtenção destes fios e a várias opções para a obtenção dos filmes de diamante condutor e seu isolamento com resinas para exposição apenas da ponta cilíndrica. A qualidade cristalina dos filmes de diamante foi avaliada por espectroscopia de Raman. Esta informação foi complementada com uma caracterização microestrutural dos filmes de diamante por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), em que se fez a identificação da tipologia dos cristais como pertencendo às gamas de diamante nanocristalino ou microcristalino. Os filmes de BDD foram utilizados na sua forma não modificada, com terminações em hidrogénio e também com modificação da superfície através de tratamentos de plasma RF de CF4 e O2 indutores de terminações C-F no primeiro caso e de grupos C=O, C-O-C e C-OH no segundo, tal como determinado por XPS. A caracterização eletroquímica dos MEs não modificados revelou uma resposta voltamétrica com elevada razão sinal/ruído e baixa corrente capacitiva, numa gama de polarização quasi-ideal com extensão de 3 V a 4 V, dependente dos parâmetros de crescimento e pós-tratamentos de superfície. Estudou-se a reversibilidade de algumas reações heterogéneas com os pares redox Fe(CN)6 3-/4- e FcOH0/+ e verificou-se que a constante cinética, k0, é mais elevada em elétrodos com terminações em hidrogénio, nos quais não se procedeu a qualquer modificação da superfície. Estes MEs não modificados foram também testados na deteção de Zn2+ onde se observou, por voltametria cíclica, que a detecção da redução deste ião é linear numa escala log-log na gama de 10-5-10-2 M em 5 mM NaCl. Realizaram-se também estudos em sistemas de corrosão modelares, em que os microeléctrodos foram usados como sensores amperométricos para mapear a distribuição de oxigénio e Zn2+ sobre um par galvânico Zn-Fe, com recurso a um sistema SVET (Scanning Vibrating Electrode Technique). Foi possível detetar, com resolução lateral de 100 μm, um decréscimo da concentração de O2 junto a ambos os metais e produção de catiões de zinco no ânodo. Contudo verificou-se uma significativa deposição de zinco metálico na superfície dos ME utilizados. Os MEs com superfície modificada por plasma de CF4 foram testados como sensores de oxigénio dissolvido. A calibração dos microeléctrodos foi efetuada simultaneamente por voltametria cíclica e medição óptica através de um sensor de oxigénio comercial. Determinou-se uma sensibilidade de ~0.1422 nA/μM, com um limite de deteção de 0.63 μM. Os MEs modificados com CF4 foram também testados como sensores amperométricos com os quais se observou sensibilidade ao oxigénio dissolvido em solução, tendo sido igualmente utilizados durante a corrosão galvânica de pares Zn-Fe. Em alguns casos foi conseguida sensibilidade ao ião Zn2+ sem que o efeito da contaminação superficial com zinco metálico se fizesse sentir. Os microeléctrodos tratados em plasma de CF4 permitem uma boa deteção da distribuição de oxigénio, exibindo uma resposta mais rápida que os não tratados além de maior estabilidade de medição e durabilidade. Nos MEs em que a superfície foi modificada com plasma de O2 foi possível detetar, por cronopotenciometria a corrente nula, uma sensibilidade ao pH de ~51 mV/pH numa gama de pH 2 a pH 12. Este comportamento foi associado à contribuição determinante de grupos C-O e C=O, observados por XPS com uma razão O/C de 0,16. Estes MEs foram igualmente testados durante a corrosão galvânica do par Zn-Fe onde foi possível mapear a distribuição de pH associada ao desenvolvimento de regiões alcalinas causadas pela redução do oxigénio, acima da região catódica, e de regiões ácidas decorrentes da dissolução anódica do ânodo de zinco. Com o par galvânico imerso em 50 mM NaCl registou-se uma variação de pH aproximadamente entre 4,8 acima do ânodo de zinco a 9,3 sobre o cátodo de ferro. A utilização pioneira destes MEs como sensores de pH é uma alternativa promissora aos elétrodos baseados em membranas seletivas.