Simulação de um processo de pirólise rápida de biomassa

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Evaluation of the enzyme-linked-immuno-electro-diffusion-assay (ELIEDA) for the diagnosis of Schistosoma mansoni infection with low worm burden

An immunoprecipitation technique, ELIEDA (enzyme-linked-immuno-electro-diffusion assay), was evaluated for the diagnosis of Schistosoma mansoni infection with low worm burden. One hundred of serum samples from patients excreting less than 600 eggs per gram of feces (epg), with unrelated diseases and clinically healthy subjects were studied. In patients with egg counts higher than 200 epg, the sensitivities of IgM and IgG ELIEDA were 1.000 and 0.923, respectively, not differing from other Serologic techniques, such as indirect hemaglutination (IHAT), immunofluorescence (IFT) tests and immuno-electrodiffusion assay (IEDA). However in patients with low egg counts (< 100 epg), the IgG ELIEDA provided better results (0.821) than IgM ELIEDA (0.679), showing sensitivity that did not differ from that of IgG IFT (0.929), but lower than that of IgM IFT (0.964). However, its sensivity was higher than that found with IHAT (0.607) and IEDA (0.536). The specificity of IgG ELIEDA was comparable to that of other techniques. The data indicate that IgG ELIEDA might be useful for the diagnosis of slight S. mansoni infections, and the cellulose acetate membrane strips can be stored for further retrospective studies.

Produção de óleos e fillers proteicos a partir da raspa tripa da indústria de curtumes

A indústria de curtumes é fortemente geradora de resíduos sólidos e águas residuais pelo que a necessidade de criar alternativas para a sua valorização e minimização é premente e constante. Este trabalho teve, como principal objectivo, o aproveitamento da raspa tripa, resíduo da indústria de curtumes. Para tal, a raspa tripa foi sujeita a um processo de hidrólise térmica e/ou enzimática para obtenção de gordura e hidrolisado proteico. Na hidrólise da raspa tripa foi estudada a influência de vários factores como a quantidade de enzima e de água, a temperatura e o tempo. Constatou-se que foi para a temperatura de 60ºC, um tempo de quatro horas, uma quantidade de 2% de enzima e 100% de água, relativamente à massa de raspa utilizada, que se obteve o melhor resultado com um rendimento de extracção de 93%. A partir da gordura obtida foram produzidos óleos por sulfatação e sulfitação, designados por óleos sulfatados e sulfitados, respectivamente. O hidrolisado proteico obtido foi concentrado por evaporação para aumentar o seu teor de sólidos totais. Com este foram produzidos gluproteicos e fillers, por acção de glutaraldeído e do efeito sinérgico de outros produtos. Os óleos, o hidrolisado concentrado e seus derivados foram testados no processo de engorduramento e recurtume do couro. A avaliação dos resultados foi realizada por comparação dos resultados dos testes físico-mecânicos das amostras de pele obtidas com valores de referência e por comparação com um ensaio padrão em que se utilizaram produtos de referência do mercado. Os resultados foram muitos satisfatórios visto que foram superiores aos valores de referência e também superiores aos valores obtidos para o padrão salvo raras excepções. Reconheceu-se assim a aplicabilidade destes produtos no processo de recurtume e engorduramento que também corresponderam no que respeita a características importantes do couro como a firmeza de flor e o toque. No decorrer do trabalho constatou-se que as peles tratadas com hidrolisado proteico apresentavam uma cor mais intensa, pelo que se efectuou um estudo de colorimetria através do método CIELAB. Comprovou-se que o hidrolisado proteico e os gluproteicos quando utilizados no processo de recurtume, por substituição do Fortan A40, intensificam a cor da pele. A valorização da raspa tripa resulta numa dupla vantagem para a indústria dos curtumes. Se por um lado diminui o impacto ambiental que esta origina, por outro lado possibilita a produção de produtos que podem ser substitutos de outros produtos químicos que têm que ser adquiridos por esta indústria.

Development of new methodologies in sample treatment for proteomics workflow based on enzymatic probe sonication technology and mass spectrometry

Thesis submitted to the Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, for the degree of Doctor of Philosophy in Biochemistry

Development of paper-based color test-strip for drug detection in aquatic environment: Application to oxytetracycline

The wide use of antibiotics in aquaculture has led to the emergence of resistant microbial species. It should be avoided/minimized by controlling the amount of drug employed in fish farming. For this purpose, the present work proposes test-strip papers aiming at the detection/semi-quantitative determination of organic drugs by visual comparison of color changes, in a similar analytical procedure to that of pH monitoring by universal pH paper. This is done by establishing suitable chemical changes upon cellulose, attributing the paper the ability to react with the organic drug and to produce a color change. Quantitative data is also enabled by taking a picture and applying a suitable mathematical treatment to the color coordinates given by the HSL system used by windows. As proof of concept, this approach was applied to oxytetracycline (OXY), one of the antibiotics frequently used in aquaculture. A bottom-up modification of paper was established, starting by the reaction of the glucose moieties on the paper with 3-triethoxysilylpropylamine (APTES). The so-formed amine layer allowed binding to a metal ion by coordination chemistry, while the metal ion reacted after with the drug to produce a colored compound. The most suitable metals to carry out such modification were selected by bulk studies, and the several stages of the paper modification were optimized to produce an intense color change against the concentration of the drug. The paper strips were applied to the analysis of spiked environmental water, allowing a quantitative determination for OXY concentrations as low as 30 ng/mL. In general, this work provided a simple, method to screen and discriminate tetracycline drugs, in aquaculture, being a promising tool for local, quick and cheap monitoring of drugs.

New modified electrochemical conductive paper support for BSA detection

Chemical sensors and biosensors are widely used to detect various kinds of protein target biomolecules. Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) have raised great interest in this area, because these act as antibody-like recognition materials, with high affinity to the template molecule. Compared to natural antibodies, these are also of lower cost and higher stability. There are different types of supports used to carry MIP materials, mostly of these made of gold, favourably assembled on a Screen Printed Electrode (SPE) strategy. For this work a new kind of support for the sensing layer was developed: conductive paper. This support was made by modifying first cellulose paper with paraffin wax (to make it waterproof), and casting a carbon-ink on it afterwards, to turn it conductive. The SPAM approach previously reported in1 was employed herein to assemble to MIP sensing material on the conductive paper. The selected charged monomers were (vinylbenzyl) trimethlammonium chloride (positive charge) or vinylbenzoic acid (negative charge), used to generate binding positions with single-type charge (positive or negative). The non-specific binding area of the MIP layer was assembled by chronoamperometry-assisted polymerization (at 1 V, for 60, 120 or 180 seconds) of vinylbenzoate, cross-linked with ethylene glycol vinyl ether. The BSA biomolecules lying within the polymeric matrix were removed by Proteinase K action. All preparation stages of the MIP assembly were followed by FTIR, Raman spectroscopy and, electrochemical analysis. In general, the best results were obtained for longer polymerization times and positively charged binding sites (which was consistent with a negatively-charged protein under physiological pH, as BSA). Linear responses against BSA concentration ranged from 0.005 to 100 mg/mL, in PBS buffer standard solutions. The sensor was further calibrated in standard solutions that were prepared in synthetic or real urine, and the analytical response became more sensitive and stable. Compared to the literature, the detection capability of the developed device is better than most of the reported electrodes. Overall, the simplicity, low cost and good analytical performance of the BSA SPE device, prepared with positively charged binding positions, seems a suitable approach for practical application in clinical context. Further studies with real samples are required, as well as gathering with electronic-supporting devices to allow on-site readings.

McCoy cell line as a possible model containing CD4+ receptors for the study of HIV-1 replication

Several studies have recently shown the use of recombinant rabies virus as potential vector-viral vaccine for HIV-1. The sequence homology between gp 120 and rabies virus glycoprotein has been reported. The McCoy cell line has therefore been used to show CD4+ or CD4+ like receptors. Samples of HIV-1 were isolated, when plasma of HIV-1 positive patients was inoculated in the McCoy cell line. The virus infection was then studied during successive virus passages. The proteins released in the extra cellular medium were checked for protein activity, by exposure to SDS Electrophoresis and blotting to nitro-cellulose filter, then reacting with sera of HIV positive and negative patients. Successive passages were performed, and showed viral replication, membrane permeabilization, the syncytium formation, and the cellular lysis (cytopathic effect). Flow cytometry analysis shows clear evidence that CD4+ receptors are present in this cell line, which enhances the likelihood of easy isolation and replication of HIV. The results observed allow the use of this cell line as a possible model for isolating HIV, as well as for carrying out studies of the dynamics of viral infection in several situations, including exposure to drugs in pharmacological studies, and possibly studies and analyses of the immune response in vaccine therapies.

A new biomimetic sensor for detecting carnitine, a potential biomarker in ovarian cancer

1st ASPIC International Congress

Partial characterization of proteolytic activity in Giardia duodenalis purified proteins

This report describes a preliminary characterization of proteolytic activity of proteins isolated from lysate of Giardia trophozoites of an axenic Brazilian strain. Fractions obtained by high-performance liquid chromatography (FPLC) were tested in SDS-polyacrylamide gel for the protein profiles, and the proteases activity was analyzed using gelatin impregnated SDS-PAGE. The proteases characterization was based on inhibition assays employing synthetic inhibitors for cysteine (E-64, IAA), serine (PMSF, TPCK, TLCK, and elastatinal), metalo (EDTA) and aspartic (pepstatin) proteases. Among thirty eluted fractions, polypeptide bands were observed in eight of them, however, proteolytic activity was detected in four ones (F23, F24, F25 and F26). Protein profiles of these fractions showed a banding pattern composed by few bands distributed in the migration region of 45 to < 18 kDa. The zymograms revealed proteolytic activity in all the four fractions assayed, mainly distributed in the migration region of 62 to 35 kDa. Among the profiles, the main pronounced zones of proteolysis were distinguished at 62, 55, 53, 50, 46 and 40 kDa. In inhibition assays, the protease activities were significantly inhibited by cysteine (E-64) and serine proteases (TPCK, TLCK and elastatinal) inhibitors. Gels incubated with other cysteine and serine protease inhibitors, IAA and PMSF, respectively, showed a decrease in the intensity of hydrolysis zones. Indeed, in the assays with the inhibitors EDTA for metalloproteases and pepstatin for aspartic proteases, none inhibition was detected against the substrate. These observations are relevants, especially if we consider that to define the real role of the proteases in host-parasite interaction, the purification of these enzymes for detailed studies may be warranted.

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.

Valorização da Borra de Café: Otimização da Produção de Biodiesel por Catálise Enzimática

O decréscimo das reservas de petróleo e as consequências ambientais resultantes do recurso a combustíveis fósseis nos motores a diesel têm levado à procura de combustíveis alternativos. Esta pesquisa alicerçada nas fontes de energia renovável tornou-se essencial, face à crescente procura de energia e ao limitado fornecimento de combustíveis fósseis . Resíduos de óleo de cozinha, gordura animal, entre outros resíduos de origem biológica, tais como a borra de café, são exemplos de matérias-primas para a produção de biodiesel. A sua valorização tem interesse quer pela perspetiva ambiental, quer pela económica, pois aumenta não só a flexibilidade e diversificação das matérias-primas, mas também contribui para uma estabilidade de custos e alteração nas políticas agrícolas e de uso do solo. É neste contexto que se enquadra o biodiesel e a borra de café, pretendendo-se aqui efetuar o estudo da produção, à escala laboratorial, de biodiesel a partir da borra de café, por transesterificação enzimática, visando a procura das melhores condições reacionais. Iniciando-se com a caracterização da borra de café, foram avaliados antes e após a extração do óleo da borra de café, diversos parâmetros, de entre os quais se destacam: o teor de humidade (16,97% e 6,79%), teor de cinzas (1,91 e 1,57%), teor de azoto (1,71 e 2,30%), teor de proteínas (10,7 e 14,4%), teor de carbono (70,2 e 71,7%), teor de celulose bruta (14,77 e 18,48%), teor de lenhina (31,03% e 30,97%) e poder calorifico superior (19,5 MJ/kg e 19,9 MJ/kg). Sumariamente, constatou-se que os valores da maioria dos parâmetros não difere substancialmente dos valores encontrados na literatura, tendo sido evidenciado o potencial da utilização desta biomassa, como fonte calorifica para queima e geração de energia. Sendo a caracterização do óleo extraído da borra de café um dos objetivos antecedentes à produção do biodiesel, pretendeu-se avaliar os diferentes parâmetros mais significativos. No que diz respeito à caracterização do óleo extraído, distingue-se a sua viscosidade cinemática (38,04 mm2/s), densidade 0,9032 g/cm3, poder calorífico de 37,9 kcal/kg, índice de iodo igual a 63,0 gI2/ 100 g óleo, o teor de água do óleo foi de 0,15 %, o índice de acidez igual a 44,8 mg KOH/g óleo, ponto de inflamação superior a 120 ºC e teor em ácidos gordos de 82,8%. Inicialmente foram efetuados ensaios preliminares, a fim de selecionar a lipase (Lipase RMIM, TL 100L e CALB L) e álcool (metanol ou etanol puros) mais adequados à produção de biodiesel, pelo que o rendimento de 83,5% foi obtido através da transesterificação mediada pela lipase RMIM, utilizando como álcool o etanol. Sendo outro dos objetivos a otimização do processo de transesterificação enzimática, através de um desenho composto central a três variáveis (razão molar etanol: óleo, concentração de enzima e temperatura), recorrendo ao software JMP 8.0, determinou-se como melhores condições, uma razão molar etanol: óleo 5:1, adição de 4,5% (m/m) de enzima e uma temperatura de 45 ºC, que conduziram a um rendimento experimental equivalente a 96,7 % e teor de ésteres 87,6%. Nestas condições, o rendimento teórico foi de 99,98%. Procurou-se ainda estudar o efeito da adição de água ao etanol, isto é, o efeito da variação da concentração do etanol pela adição de água, para teores de etanol de 92%, 85% e 75%. Verificou-se que até 92% decorreu um aumento da transesterificação (97,2%) para um teor de ésteres de (92,2%), pelo que para teores superiores de água adicionada (75% e 85%) ocorreu um decréscimo no teor final em ésteres (77,2% e 89,9%) e no rendimento da reação (84,3% e 91,9%). Isto indica a ocorrência da reação de hidrólise em maior extensão, que leva ao desvio do equilíbrio no sentido contrário à reação de formação dos produtos, isto é, dos ésteres. Finalmente, relativamente aos custos associados ao processo de produção de biodiesel, foram estimados para o conjunto de 27 ensaios realizados neste trabalho, e que corresponderam a 767,4 g de biodiesel produzido, sendo o custo dos reagentes superior ao custo energético, de 156,16 € e 126,02 €, respetivamente. Naturalmente que não esperamos que, a nível industrial os custos sejam desta ordem de grandeza, tanto mais que há economia de escala e que as enzimas utilizadas no processo deveriam ser reutilizadas diversas vezes.

WATER FROM DIFFERENT SOURCES USED FOR THE IRRIGATION OF VEGETABLES TO BE MARKETED: RESEARCH ON Cryptosporidium spp., Giardia spp., AND COLIFORMS IN PARANA, BRAZIL

SUMMARY The aim of this work was to compare, from a parasitological ( Cryptosporidiumspp. and Giardia duodenalis), bacteriological (total and thermotolerants coliforms) and physicochemical perspective, water sources used for drinking and irrigation of vegetables intended to be sold for human consumption. From January 2010 to May 2011, samples of different water sources from vegetable producing properties were collected; 100 liters for parasitological analysis, 200 mL for bacteriological analysis, and five liters for physicochemical analysis. Water samples were filtered under vacuum with a kit containing a cellulose acetate membrane filter, 1.2 µm (Millipore(r), Barueri, SP, Brazil). The material retained on the membrane was mechanically extracted and analyzed by direct immunofluorescence (Merifluor(r)kit). From 20 rural properties investigated, 10 had artesian wells (40 samples), 10 had common wells (40 samples), and one had a mine (four samples), the latter contaminated by Cryptosporidiumspp. In samples from artesian wells, 90 to 130 meters depth, 42.5% were positive for total coliforms and 5.0% were identified to have abnormal coloration. From the samples of common wells, 14 to 37 meters depth, 87.5% were contaminated with total coliforms, 82.5% were positive for thermotolerant coliforms, and 12.5% had color abnormalities. We did not detect the presence of Giardiaspp. or Cryptosporidiumspp. in artesian and common wells. The use of artesian or common wells is an important step in the control of the spreading of zoonoses, particularly Cryptosporidiumspp. and Giardiaspp., as well as artesian wells for coliform control in local production of vegetables to be marketed.

Úlceras de Perna - Boa Resposta ao Tratamento com Matriz de Colagénio, Celulose Regeneradora Oxidada e Prata

A maior compreensão da fisiopatologia das úlceras de perna tem permitido o desenvolvimento de novas modalidades terapêuticas. As matrizes constituídas por colagénio e celulose regenerada oxidada permitem, através da ligação a proteases, menor degradação da matriz, protecção e estabilização de factores de crescimento favorecendo a cicatrização da úlcera. Doente do sexo masculino, 72 anos de idade, com síndrome metabólica e insuficiência veno-arterial periférica, com úlceras, extensas, de longa evolução, refractárias aos inúmeros tratamentos efectuados, curadas com pensos com matriz de colagénio, celulose regenerada oxidada e prata.

Molecular determinants of ligand specificity in carbohydrate-binding modules: an NMR and X-ray crystallography integrated study

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica – Ramo Bioquímica Estrutural

Forward osmosis membranes tailored by hydrogel coatings

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