(Table T1) Density, porosity, void ratio, diffusivity and permeability of ODP Site 185-1149 sediments

The subduction of oceanic plates regulates crustal growth, influences arc volcanism, and refertilizes the mantle. Continental growth occurs by subduction of crustal material (seawater components, marine sediments, and basaltic crust). The geochemical and physical evolution of the Earth's crust depends, in large part, on the fate of subducted material at convergent margins (Armstrong, 1968, doi:10.1029/RG006i002p00175; Karig and Kay, 1981, 10.1098/rsta.1981.0108). The crustal material on the downgoing plate is recycled to various levels in the subduction zone. The recycling process that takes place in the "Subduction Factory" is difficult to observe directly but is clearly illuminated using chemical tracers. Von Huene and Scholl (1991, doi:10.1029/91RG00969) and Plank and Langmuir (1993, doi:10.1038/362739a0) preliminarily calculated a large flux of subducted materials. By mass balancing the chemical tracers and measuring the fractionations that occur between them, the Subduction Factory work and the effect on the Earth's evolution can be estimated. In order to elucidate this mass balance, Ocean Drilling Program Leg 185 drilled two deepwater shales into the oceanic crust situated in the Mariana-Izu Trenches and recovered core samples of incoming oceanic crust. The calculations of mass circulation in the subduction zone, however, did not take into account the mass transfer properties within subducted oceanic crust, although the dewatering fluid and diffused ions may play an important role in various activities such as seismogeneity, serpentine diapiring, and arc volcanism. Thus, this paper focuses on the quantitative measurements of the physical and mass transfer properties of subducted oceanic crust.

Activated lignin‒chitosan extruded blends for efficient adsorption of methylene blue

This work investigates the production of activated lignin-chitosan extruded (ALiCE) pellets with controlled particle size distribution (almost spherical: dp ~500‒1000µm) for efficient methylene blue adsorption. The novel preparation method employed in this study successfully produced activated lignin-chitosan pellets. Structural and morphological characterizations were performed using BET, FTIR and SEM-EDX analyses. The influence of contact time, solution pH, ionic strength, initial adsorbate concentration and desorption studies was investigated. The experimental data fitted well with the Langmuir isotherm (R2 = 0.997), yielding a maximum adsorption capacity of 36.25mg/g. The kinetic data indicated that methylene blue (MB) adsorption onto ALiCE can be represented by the pseudo second-order-model with intraparticle processes initially controlling the process of MB adsorption. Overall, these results indicate that the novel ALiCE offers great potential for removing cationic organic pollutants from rivers and streams.

Chitosan scaffold as an alternative adsorbent for the removal of hazardous food dyes from aqueous solutions

Hypothesis: The dye adsorption with chitosan is considered an eco-friendly alternative technology in relation to the existing water treatment technologies. However, the application of chitosan for dyes removal is limited, due to its low surface area and porosity. Then we prepared a chitosan scaffold with a megaporous structure as an alternative adsorbent to remove food dyes from solutions. Experiments: The chitosan scaffold was characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and structural characteristics. The potential of chitosan scaffold to remove five food dyes from solutions was investigated by equilibrium isotherms and thermodynamic study. The scaffold–dyes interactions were elucidated, and desorption studies were carried out. Findings: The chitosan scaffold presented pore sizes from 50 to 200 lm, porosity of 92.2 ± 1.2% and specific surface area of 1135 ± 2 m2 g 1. The two-step Langmuir model was suitable to represent the equilibrium data. The adsorption was spontaneous, favorable, exothermic and enthalpy-controlled process. Electrostatic interactions occurred between chitosan scaffold and dyes. Desorption was possible with NaOH solution (0.10 mol L 1). The chitosan megaporous scaffold showed good structural characteristics and high adsorption capacities (788–3316 mg g 1).

Investigation of adsorption of dyes onto modified titanium dioxide

Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles with different sizes and crystalloid structures produced by the thermal method and doped with silver iodide (AgI), nitrogen (N), sulphur (S) and carbon (C) were applied as adsorbents. The adsorption of Methyl Violet (MV), Methylene Blue (MB), Methyl Orange (MO) and Orange II on the surface of these particles was studied. The photocatalytic activity of some particles for the destruction of MV and Orange II was evaluated under sunlight and visible light. The equilibrium adsorption data were fitted to the Langmuir, Freundlich, Langmuir-Freundlich and Temkin isotherms. The equilibrium data show that TiO2 particles with larger sizes and doped with AgI, N, S and C have the highest adsorption capacity for the dyes. The kinetic data followed the pseudo-first order and pseudo-second order models, while desorption data fitted the zero order, first order and second order models. The highest adsorption rate constant was observed for the TiO2 with the highest anatase phase percentage. Factors such as anatase crystalloid structure, particle size and doping with AgI affect the photocatalytic activity significantly. Increasing the rutile phase percentage also decreases the tendency to desorption for N-TiO2 and S-TiO2. Adsorption was not found to be important in the photocatalytic decomposition of MV in an investigation with differently sized AgI-TiO2 nanoparticles. Nevertheless C-TiO2 was found to have higher adsorption activity onto Orange II, as the adsorption role of carbon approached synchronicity with the oxidation role.

Purificação, modelagem e simulação da adsorção de bioprodutos por troca iônica em coluna de leito expandido

A produção de proteínas através de microrganismos tornou-se uma técnica muito importante na obtenção de compostos de interesse da indústria farmacêutica e alimentícia. Extratos brutos nos quais as proteínas são obtidas são geralmente complexos, contendo sólidos e células em suspensão. Usualmente, para uso industrial destes compostos, é necessário obtê-los puros, para garantir a sua atuação sem interferência. Um método que vem recebendo destaque especialmente nos últimos 10 anos é o uso da cromatografia de troca iônica em leito expandido, que combina em uma única etapa os passos de clarificação, concentração e purificação da molécula alvo, reduzindo assim o tempo de operação e também os custos com equipamentos para realização de cada etapa em separado. Combinado a este fato, a última década também é marcada por trabalhos que tratam da modelagem matemática do processo de adsorção de proteínas em resinas. Está técnica, além de fornecer informações importantes sobre o processo de adsorção, também é de grande valia na otimização da etapa de adsorção, uma vez que permite que simulações sejam feitas, sem a necessidade de gasto de tempo e material com experimentos em bancada, especialmente se é desejado uma ampliação de escala. Dessa forma, o objetivo desta tese foi realizar a modelagem e simulação do processo de adsorção de bioprodutos em um caldo bruto na presença de células, usando inulinase e C-ficocianina como objeto de estudo e purificar C-ficocianina utilizando resina de troca iônica em leito expandido. A presente tese foi então dividida em quatro artigos. O primeiro artigo teve como objeto de estudo a enzima inulinase, e a otimização da etapa de adsorção desta enzima em resina de troca iônica Streamline SP, em leito expandido, foi feita através da modelagem matemática e simulação das curvas de ruptura em três diferentes graus de expansão (GE). As máximas eficiências foram observadas quando utilizadas maiores concentrações de inulinase (120 a 170 U/mL), e altura de leito entre 20 e 30 cm. O grau de expansão de 3,0 vezes foi considerado o melhor, uma vez que a produtividade foi consideravelmente superior. O segundo artigo apresenta o estudo das condições de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica, onde foi verificado o efeito do pH e temperatura na adsorção e após construída a isoterma de adsorção. A isoterma de adsorção da C-ficocianina em resina Streamline Q XL feita em pH 7,5 e a 25°C (ambiente), apresentou um bom ajuste ao modelo de Langmuir (R=0,98) e os valores qm (capacidade máxima de adsorção) e Kd (constante de equilíbrio) estimados pela equação linearizada da isoterma, foram de 26,7 mg/mL e 0,067mg/mL. O terceiro artigo aborda a modelagem do processo de adsorção de extrato não clarificado de C-ficocianina em resina de troca iônica Streamline Q XL em coluna de leito expandido. Três curvas de ruptura foram feitas em diferentes graus de expansão (2,0, 2,5 e 3,0). A condição de adsorção de extrato bruto não clarificado de C-ficocianina que se mostrou mais vantajosa, por apresentar maior capacidade de adsorção, é quando se alimenta o extrato até atingir 10% de saturação da resina, em grau de expansão 2,0, com uma altura inicial de leito de 30 cm. O último artigo originado nesta tese foi sobre a purificação de C-ficocianina através da cromatografia de troca iônica em leito expandido. Uma vez que a adsorção já havia sido estudada no artigo 2, o artigo 4 enfoca na otimização das condições de eluição, visando obter um produto com máxima pureza e recuperação. A pureza é dada pela razão entre a absorbância a 620 nm pela absorbância a 280 nm, e dizse que quando C-ficocianina apresenta pureza superior a 0,7 ela pode ser usada em como corante em alimentos. A avaliação das curvas de contorno indicou que a faixa de trabalho deve ser em pH ao redor de 6,5 e volumes de eluição próximos a 150 mL. Tais condições combinadas a uma etapa de pré-eluição com 0,1M de NaCl, permitiu obter C-ficocianina com pureza de 2,9, concentração 3 mg/mL, e recuperação ao redor de 70%.

Remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário utilizando quitosana modificada com cianoguanidina como adsorvente

Os estudos de adsorção de corantes alimentícios de soluções aquosas geralmente estão voltados para a remoção de um corante específico, porém, as misturas binárias são mais realistas para simular efluentes industriais. A adsorção de corantes com quitosana é considerada uma tecnologia alternativa eco amigável, e quando a estrutura da quitosana é modificada quimicamente, resulta em um adsorvente mais adequado. A reticulação da quitosana com cianoguanidina apresenta vantagens, como melhoria na estabilidade em soluções ácidas e diminuição do custo do adsorvente. Nesta pesquisa, o objetivo do trabalho foi modificar a quitosana com cianoguanidina para remoção de corantes alimentícios em sistema aquoso binário. A fim de verificar o comportamento dos adsorventes na operação de adsorção, foram preparadas amostras de quitosana com diferentes graus de desacetilação (75%, 85% e 95%), e após, foram realizadas modificações destas amostras com cianoguanidina. Os adsorventes foram caracterizados e aplicados para a adsorção de azul indigotina e amarelo tatrazina em sistema aquoso binário e em sistema simples. O efeito do pH e do grau de desacetilação foram verificados para a remoção dos corantes por quitosana com e sem modificação em sistema simples e binário. Curvas de equilíbrio foram obtidas em diferentes temperaturas e o modelo estendido de Langmuir foi ajustado aos dados experimentais. O comportamento cinético foi avaliado através dos modelos pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e Avrami. Os parâmetros termodinâmicos foram determinados e estudos de dessorção do adsorvente foram realizados. O pH mais adequado foi 3, e o melhor grau de desacetilação foi 95% para ambos os sistemas aquosos e adsorbatos. As capacidades de adsorção da quitosana sem e com modificação não apresentaram diferença significativa. O modelo de Langmuir estendido apresentou ajuste adequado às curvas de equilíbrio e as máximas capacidades de adsorção foram 595,3 e 680,0 mg g-1, obtidas à 25ºC, para o os corantes azul indigotina e amarelo tatrazina, respectivamente. O modelo de Avrami foi o que melhor se ajustou aos dados cinéticos de adsorção. A dessorção do adsorvente foi possível por dois ciclos, mantendo sua capacidade de adsorção em 209,7 mg g-1 no primeiro ciclo e 200,2 mg g-1 no segundo ciclo. A quitosana modificada com cianoguanidina apresentou-se como um adsorvente promissor para a remoção de corantes alimentícios em sistema binário.

Plasma diagnostics and ITO film deposition by RF-assisted closed-field dual magnetron system

Deposition of indium tin oxide (ITO) among various transparent conductive materials on flexible organic substrates has been intensively investigated among academics and industrials for a whole new array of imaginative optoelectronic products. One critical challenge coming with the organic materials is their poor thermal endurances, considering that the process currently used to produce industry-standard ITO usually involves relatively high substrate temperature in excess of 200°C and post-annealing. A lower processing temperature is thus demanded, among other desires of high deposition rate, large substrate area, good uniformity, and high quality of the deposited materials. For this purpose, we developed an RF-assisted closed-field dual magnetron sputtering system. The “prototype” system consists of a 3-inch unbalanced dual magnetron operated at a closed-field configuration. An RF coil was fabricated and placed between the two magnetron cathodes to initiate a secondary plasma. The concept is to increase the ionization faction with the RF enhancement and utilize the ion energy instead of thermal energy to facilitate the ITO film growth. The closed-field unbalanced magnetrons create a plasma in the intervening region rather than confine it near the target, thus achieving a large-area processing capability. An RF-compensated Langmuir probe was used to characterize and compare the plasmas in mirrored balanced and closed-field unbalanced magnetron configurations. The spatial distributions of the electron density ne and electron temperature Te were measured. The density profiles reflect the shapes of the plasma. Rather than intensively concentrated to the targets/cathodes in the balanced magnetrons, the plasma is more dispersive in the closed-field mode with a twice higher electron density in the substrate region. The RF assistance significantly enhances ne by one or two orders of magnitude higher. The effect of various other parameters, such as pressure, on the plasma was also studied. The ionization fractions of the sputtered atoms were measured using a gridded energy analyzer (GEA) combined with a quartz crystal microbalance (QCM). The presence of the RF plasma effectively increases the ITO ionization fraction to around 80% in both the balanced and closed-field unbalanced configurations. The ionization fraction also varies with pressure, maximizing at 5-10 mTorr. The study of the ionization not only facilitates understanding the plasma behaviors in the RF-assisted magnetron sputtering, but also provides a criterion for optimizing the film deposition process. ITO films were deposited on both glass and plastic (PET) substrates in the 3-inch RF-assisted closed-field magnetrons. The electrical resistivity and optical transmission transparency of the ITO films were measured. Appropriate RF assistance was shown to dramatically reduce the electrical resistivity. An ITO film with a resistivity of 1.2×10-3 Ω-cm and a visible light transmittance of 91% was obtained with a 225 W RF enhancement, while the substrate temperature was monitored as below 110°C. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was employed to confirm the ITO film stoichiometry. The surface morphology of the ITO films and its effect on the film properties were studied using atomic force microscopy (AFM). The prototype of RF-assisted closed-field magnetron was further extended to a larger rectangular shaped dual magnetron in a flat panel display manufacturing system. Similar improvement of the ITO film conductivities by the auxiliary RF was observed on the large-area PET substrates. Meanwhile, significant deposition rates of 25-42 nm/min were achieved.

Microfluidic platforms for the characterization of in meso membrane protein crystallization

Membrane proteins, which reside in the membranes of cells, play a critical role in many important biological processes including cellular signaling, immune response, and material and energy transduction. Because of their key role in maintaining the environment within cells and facilitating intercellular interactions, understanding the function of these proteins is of tremendous medical and biochemical significance. Indeed, the malfunction of membrane proteins has been linked to numerous diseases including diabetes, cirrhosis of the liver, cystic fibrosis, cancer, Alzheimer's disease, hypertension, epilepsy, cataracts, tubulopathy, leukodystrophy, Leigh syndrome, anemia, sensorineural deafness, and hypertrophic cardiomyopathy.1-3 However, the structure of many of these proteins and the changes in their structure that lead to disease-related malfunctions are not well understood. Additionally, at least 60% of the pharmaceuticals currently available are thought to target membrane proteins, despite the fact that their exact mode of operation is not known.4-6 Developing a detailed understanding of the function of a protein is achieved by coupling biochemical experiments with knowledge of the structure of the protein. Currently the most common method for obtaining three-dimensional structure information is X-ray crystallography. However, no a priori methods are currently available to predict crystallization conditions for a given protein.7-14 This limitation is currently overcome by screening a large number of possible combinations of precipitants, buffer, salt, and pH conditions to identify conditions that are conducive to crystal nucleation and growth.7,9,11,15-24 Unfortunately, these screening efforts are often limited by difficulties associated with quantity and purity of available protein samples. While the two most significant bottlenecks for protein structure determination in general are the (i) obtaining sufficient quantities of high quality protein samples and (ii) growing high quality protein crystals that are suitable for X-ray structure determination,7,20,21,23,25-47 membrane proteins present additional challenges. For crystallization it is necessary to extract the membrane proteins from the cellular membrane. However, this process often leads to denaturation. In fact, membrane proteins have proven to be so difficult to crystallize that of the more than 66,000 structures deposited in the Protein Data Bank,48 less than 1% are for membrane proteins, with even fewer present at high resolution (< 2Å)4,6,49 and only a handful are human membrane proteins.49 A variety of strategies including detergent solubilization50-53 and the use of artificial membrane-like environments have been developed to circumvent this challenge.43,53-55 In recent years, the use of a lipidic mesophase as a medium for crystallizing membrane proteins has been demonstrated to increase success for a wide range of membrane proteins, including human receptor proteins.54,56-62 This in meso method for membrane protein crystallization, however, is still by no means routine due to challenges related to sample preparation at sub-microliter volumes and to crystal harvesting and X-ray data collection. This dissertation presents various aspects of the development of a microfluidic platform to enable high throughput in meso membrane protein crystallization at a level beyond the capabilities of current technologies. Microfluidic platforms for protein crystallization and other lab-on-a-chip applications have been well demonstrated.9,63-66 These integrated chips provide fine control over transport phenomena and the ability to perform high throughput analyses via highly integrated fluid networks. However, the development of microfluidic platforms for in meso protein crystallization required the development of strategies to cope with extremely viscous and non-Newtonian fluids. A theoretical treatment of highly viscous fluids in microfluidic devices is presented in Chapter 3, followed by the application of these strategies for the development of a microfluidic mixer capable of preparing a mesophase sample for in meso crystallization at a scale of less than 20 nL in Chapter 4. This approach was validated with the successful on chip in meso crystallization of the membrane protein bacteriorhodopsin. In summary, this is the first report of a microfluidic platform capable of performing in meso crystallization on-chip, representing a 1000x reduction in the scale at which mesophase trials can be prepared. Once protein crystals have formed, they are typically harvested from the droplet they were grown in and mounted for crystallographic analysis. Despite the high throughput automation present in nearly all other aspects of protein structure determination, the harvesting and mounting of crystals is still largely a manual process. Furthermore, during mounting the fragile protein crystals can potentially be damaged, both from physical and environmental shock. To circumvent these challenges an X-ray transparent microfluidic device architecture was developed to couple the benefits of scale, integration, and precise fluid control with the ability to perform in situ X-ray analysis (Chapter 5). This approach was validated successfully by crystallization and subsequent on-chip analysis of the soluble proteins lysozyme, thaumatin, and ribonuclease A and will be extended to microfluidic platforms for in meso membrane protein crystallization. The ability to perform in situ X-ray analysis was shown to provide extremely high quality diffraction data, in part as a result of not being affected by damage due to physical handling of the crystals. As part of the work described in this thesis, a variety of data collection strategies for in situ data analysis were also tested, including merging of small slices of data from a large number of crystals grown on a single chip, to allow for diffraction analysis at biologically relevant temperatures. While such strategies have been applied previously,57,59,61,67 they are potentially challenging when applied via traditional methods due to the need to grow and then mount a large number of crystals with minimal crystal-to-crystal variability. The integrated nature of microfluidic platforms easily enables the generation of a large number of reproducible crystallization trials. This, coupled with in situ analysis capabilities has the potential of being able to acquire high resolution structural data of proteins at biologically relevant conditions for which only small crystals, or crystals which are adversely affected by standard cryocooling techniques, could be obtained (Chapters 5 and 6). While the main focus of protein crystallography is to obtain three-dimensional protein structures, the results of typical experiments provide only a static picture of the protein. The use of polychromatic or Laue X-ray diffraction methods enables the collection of time resolved structural information. These experiments are very sensitive to crystal quality, however, and often suffer from severe radiation damage due to the intense polychromatic X-ray beams. Here, as before, the ability to perform in situ X-ray analysis on many small protein crystals within a microfluidic crystallization platform has the potential to overcome these challenges. An automated method for collecting a "single-shot" of data from a large number of crystals was developed in collaboration with the BioCARS team at the Advanced Photon Source at Argonne National Laboratory (Chapter 6). The work described in this thesis shows that, even more so than for traditional structure determination efforts, the ability to grow and analyze a large number of high quality crystals is critical to enable time resolved structural studies of novel proteins. In addition to enabling X-ray crystallography experiments, the development of X-ray transparent microfluidic platforms also has tremendous potential to answer other scientific questions, such as unraveling the mechanism of in meso crystallization. For instance, the lipidic mesophases utilized during in meso membrane protein crystallization can be characterized by small angle X-ray diffraction analysis. Coupling in situ analysis with microfluidic platforms capable of preparing these difficult mesophase samples at very small volumes has tremendous potential to enable the high throughput analysis of these systems on a scale that is not reasonably achievable using conventional sample preparation strategies (Chapter 7). In collaboration with the LS-CAT team at the Advanced Photon Source, an experimental station for small angle X-ray analysis coupled with the high quality visualization capabilities needed to target specific microfluidic samples on a highly integrated chip is under development. Characterizing the phase behavior of these mesophase systems and the effects of various additives present in crystallization trials is key for developing an understanding of how in meso crystallization occurs. A long term goal of these studies is to enable the rational design of in meso crystallization experiments so as to avoid or limit the need for high throughput screening efforts. In summary, this thesis describes the development of microfluidic platforms for protein crystallization with in situ analysis capabilities. Coupling the ability to perform in situ analysis with the small scale, fine control, and the high throughput nature of microfluidic platforms has tremendous potential to enable a new generation of crystallographic studies and facilitate the structure determination of important biological targets. The development of platforms for in meso membrane protein crystallization is particularly significant because they enable the preparation of highly viscous mixtures at a previously unachievable scale. Work in these areas is ongoing and has tremendous potential to improve not only current the methods of protein crystallization and crystallography, but also to enhance our knowledge of the structure and function of proteins which could have a significant scientific and medical impact on society as a whole. The microfluidic technology described in this thesis has the potential to significantly advance our understanding of the structure and function of membrane proteins, thereby aiding the elucidation of human biology, the development of pharmaceuticals with fewer side effects for a wide range of diseases. References (1) Quick, M.; Javitch, J. A. P Natl Acad Sci USA 2007, 104, 3603. (2) Trubetskoy, V. S.; Burke, T. J. Am Lab 2005, 37, 19. (3) Pecina, P.; Houstkova, H.; Hansikova, H.; Zeman, J.; Houstek, J. Physiol Res 2004, 53, S213. (4) Arinaminpathy, Y.; Khurana, E.; Engelman, D. M.; Gerstein, M. B. Drug Discovery Today 2009, 14, 1130. (5) Overington, J. P.; Al-Lazikani, B.; Hopkins, A. L. Nat Rev Drug Discov 2006, 5, 993. (6) Dauter, Z.; Lamzin, V. S.; Wilson, K. S. Current Opinion in Structural Biology 1997, 7, 681. (7) Hansen, C.; Quake, S. R. Current Opinion in Structural Biology 2003, 13, 538. (8) Govada, L.; Carpenter, L.; da Fonseca, P. C. A.; Helliwell, J. 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Remoção de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em águas utilizando subprodutos da indústria da cortiça

Os Hidrocarbonetos Aromáticos Policíclicos (HAPs) são contaminantes persistentes em meio aquoso. Estes compostos são conhecidos pelas suas propriedades carcinogénicas, mutagénicas e genotóxicas. O principal objetivo deste trabalho consistiu na avaliação das potencialidades de subprodutos da indústria corticeira, como adsorventes alternativos para a remoção de cinco HAPs em meio aquoso: benzo(a)pireno, benzo(ghi)perileno, benzo(b)fluoranteno, benzo(k)fluoranteno e indeno(1,2,3-cd)pireno. A metodologia analítica para quantificar os HAPs envolveu a preparação das amostras, através da técnica de extração em fase sólida (SPE), e a quantificação dos compostos analisados por cromatografia líquida com detetor de fluorescência (LC-FLD). O método foi otimizado e validado, obtendo-se limites de quantificação de 0,004 μg/L para todos os HAPs. Os estudos incidiram na utilização de uma amostra de cortiça, pó de aglomerado de cortiça expandida (PACE), obtida por aglutinação de cortiça em condições hidrotérmicas, a qual nos estudos preliminares revelou desempenho semelhante aos carvões ativados. Com exceção do benzo(ghi)perileno, os resultados mostram que o processo de adsorção dos HAPs na amostra PACE segue uma cinética de pseudo-segunda ordem e as isotérmicas ajustam-se ao modelo de Langmuir.

Banana peel: an effective biosorbent for aflatoxins

This work reports the application of banana peel as a novel bioadsorbent for in vitro removal of five mycotoxins (aflatoxins (AFB1, AFB2, AFG1, AFG2) and ochratoxin A). The effect of operational parameters including initial pH, adsorbent dose, contact time and temperature were studied in batch adsorption experiments. Scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and point of zero charge (pHpzc) analysis were used to characterise the adsorbent material. Aflatoxins’ adsorption equilibrium was achieved in 15 min, with highest adsorption at alkaline pH (6–8), while ochratoxin has not shown any significant adsorption due to surface charge repulsion. The experimental equilibrium data were tested by Langmuir, Freundlich and Hill isotherms. The Langmuir isotherm was found to be the best fitted model for aflatoxins, and the maximum monolayer coverage (Q0) was determined to be 8.4, 9.5, 0.4 and 1.1 ng mg−1 for AFB1, AFB2, AFG1 and AFG2 respectively. Thermodynamic parameters including changes in free energy (ΔG), enthalpy (ΔH) and entropy (ΔS) were determined for the four aflatoxins. Free energy change and enthalpy change demonstrated that the adsorption process was exothermic and spontaneous. Adsorption and desorption study at different pH further demonstrated that the sorption of toxins was strong enough to sustain pH changes that would be experienced in the gastrointestinal tract. This study suggests that biosorption of aflatoxins by dried banana peel may be an effective low-cost decontamination method for incorporation in animal feed diets. © 2016 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group.

Avaliação do potencial da macrófita Pistia stratiotes na exposição de íon cromo (VI): biossorção e tolerância

The environmental pollution caused by industries has increased the concentration of pollutants in the environment, especially in water. Among the most diverse contaminants, there is the metals, who may or may not to be heavy/toxic, causing effluent of difficult treatment when in low concentrations. The search for alternative measures of wastewater effluent treatment has led to studies using phytoremediation technique through the various matrices (plant, fungi, bacteria) as means of polishing treatment to remove contaminants by means of biosorption/bioaccumulation. In order to use the phytoremediation technique for removing metals of the environmental, it have been performed bioassay with the macrophyte Pistia stratiotes. The bioassays were realized with healthy plants of P. stratiotes acclimatized in a greenhouse, at room temperature and lighting conditions during 28 days of cultivate. The cultivations were performed in glass vessels containing 1 L of the hydroponic solution with chromium (VI) in the potassium dichromate form with concentration range 0.10 to 4.90 mg L-1. The experiments were performed by Outlining Central Composite Rotational (OCCR), where the kinetics of bioaccumulation and chlorophyll a fluorescence were monitored in plants of P. stratiotes during cultivation. The collections of the samples and cultive solution were performed according to the OCCR. The chromium levels were measured in samples of P. stratiotes and the remaining solutions by the methodology of atomic absorption spectrometry by flame. The tolerance of P. stratiotes in relation to exposure to chromium (VI) was analyzed by parameters of physiological activity by means of chlorophyll a fluorescence, using the portable fluorometer PAM (Pulse Amplitude Modulation). The development of P. stratiots and their biomass were related to the time factor, while bioaccumulation capacities were strongly influenced by factors of time and chromium concentration (VI). The chlorophyll fluorescence parameters were affected by chromium and the exposure time at the bioassays. It was obtained an higher metal removal from the root in relation to the sheet, reaching a high rate of metal removal in solution. The experimental data removal kinetics were represented by kinetic models Irreversibly Langmuir, Reversible Langmuir, Pseudo-first Order and Pseudo-second Order, and the best fit for the culture solution was the Reversible Langmuir model with R² 0.993 and for the plant the best model was Pseudo-second order with R² 0.760.

Lipid-Based Liquid Crystals As Carriers for Antimicrobial Peptides: Phase Behavior and Antimicrobial Effect

International audience

Understanding the adsorption of salmon calcitonin, antimicrobial peptide AP114 and polymyxin B onto lipid nanocapsules

International audience

Purificação de C-ficocianina e sua incorporação em nanofibras

C-ficocianina (C-FC) é uma ficobiliproteína, de cor natural azul, com diversas aplicações na indústria alimentícia, farmacêutica e biomédica, dependendo do seu grau específico de pureza, que pode variar de 0,7 a 4,0, com respectivo aumento de seu valor comercial. Essa pureza é alcançada através de diversas técnicas de purificação, que podem ser aplicadas em diferentes sequências. Um destes processos de purificação de proteínas baseia-se na cromatografia de troca iônica, que utiliza trocadores que adsorvem as proteínas como resultado de interações iônicas entre a superfície da proteína e o trocador. Resinas e colunas de leito expandido podem ser utilizadas para aumentar a produtividade dessa técnica. É fundamental conhecer o perfil do processo de adsorção, para melhor aplicá-lo como ferramenta para o design e otimização de parâmetros operacionais. Outra tecnologia para o tratamento de biomoléculas é a ultrafiltração. Esta técnica é aplicável em larga escala, apresenta baixa complexidade de aplicação e pode ser realizada em condições brandas, minimizando o dano para o produto. Para aumentar a estabilidade da C-FC, e facilitar a sua aplicação, podem ser avaliadas técnicas recentes, não exploradas para este fim, como as nanofibras obtidas através do processo de electrospinning. Estas fibras possuem uma área superficial específica extremamente elevada devido a seu pequeno diâmetro. O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros de adsorção e diferentes técnicas para purificação de C-ficocianina de Spirulina platensis e obter nanofibras poliméricas incorporadas de C-ficocianina. O trabalho foi dividido em quatro artigos. No primeiro artigo, foram avaliados os parâmetros e as isotermas de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica para leito expandido Streamline® DEAE. Verificou-se que o maior coeficiente de partição foi obtido em pH 7,5, nas temperaturas de 15 e 25 °C. As isotermas de adsorção da Cficocianina foram bem representadas pelos modelos de Langmuir, de Freundlich e de Langmuir-Freundlich, sendo os valores estimados para Qm e Kd obtidos pela isoterma de Langmuir foram, respectivamente, 33,92 mg.mL-1 e 0,123 mg.mL-1, respectivamente. No segundo artigo foi avaliada a purificação de C-FC até grau alimentar, utilizando ultrafiltração (UF). Com a membrana de 50 kDa, identificou-se que somente a temperatura e a aplicação de diferentes ciclos de diafiltração (DF) causaram influência significativa sobre a purificação e recuperação da C-ficocianina. Foram então aplicados o aumento gradativo da quantidade de ciclos, e a diafiltração previamente à ultrafiltração (DF/UF), onde obteve-se um extrato de Cficocianina com pureza de 0,95. No terceiro artigo foram propostos processos de purificação, envolvendo a utilização das diferentes técnicas para obtenção de C-FC com diferentes purezas. Determinou-se que a partir de cromatografia de troca iônica em leito fixo seguido de DF/UF, obtém-se C-FC para uso em cosméticos e a partir de precipitação com sulfato de amônio, e DF/UF obtém-se C-FC para uso em biomarcadores. Com uma sequência de precipitação com sulfato de amônio, DF/UF e cromatografia de troca iônica em leito fixo chega-se a C-FC de grau analítico. No último artigo, C-FC foi incorporada a nanofibras de óxido de polietileno (PEO) através de processo de electrospinning. Foram determinadas a condutividade da solução de C-FC/PEO, a estrutura e comportamento termogravimétrico das nanofibras formadas. Soluções de polímeros com concentração de 6 e 8% proporcionaram a formação de nanofibras com diâmetro médio inferior a 800 nm, homogêneas, sem a presença de gotas. A análise termogravimétrica identificou aumento na resistência térmica da C-FC incorporada nas fibras.

Avaliação da hidrólise alcalina da quitina e elaboração de filmes de quitosana para aplicação na adsorção do corante têxtil reativo preto 5

Nesta pesquisa, diferentes amostras de quitosana foram produzidas por diferentes condições de hidrólise alcalina da quitina. A partir das amostras de quitosana foram produzidos filmes,sendo estes aplicados na adsorção do corante têxtil reativo preto 5 e os resultados foram comparados com os dos seus respectivos pós. Os valores das massas molares da quitosana aumentaram em função do aumento do diâmetro da quitina e diminuíram com o aumento da relação de solução NaOH:quitina, da concentração de NaOH e tempo de reação, e ficaram na faixa de 100 a 200 kDa. Um comportamento inverso foi observado para o grau de desacetilação da quitosana, e seus valores variaram de 65 a 95%. Quanto aos filmes biopoliméricos elaborados, os que apresentaram melhores valores quanto as suas propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água foram os filmes produzidos com quitosana de mais elevada massa molar e menor grau de desacetilação. A fim de avaliar o comportamento dos filmes em processos de adsorção, estes foram aplicados na remoção do corante reativo preto 5 (RB5) em diferentes condições de pH (4, 6 e 8). Após, foram escolhidos quatro filmes de quitosana (FQ), com diferentes graus de desacetilação e massas molares, que foram comparados com as quitosanas na forma de pó (PQ) no estudo de adsorção. Este foi realizado sob diversas condições experimentais (pH, temperatura e taxa de agitação) através das isotermas de equilíbrio, da termodinâmica e da cinética. Análises de interação e ciclos de adsorção-dessorção também foram realizados. Verificou-se que PQ e FQ com grau de desacetilação de 95% e massa molar de 100 kDa foram os adsorvente mais adequados, apresentando mais de 99% de remoção do corante RB5 em pH 4,0. Para ambos, PQ e FQ, o modelo de Langmuir foi o mais adequado para representar os dados de equilíbrio. As capacidades máximas de adsorção foram 654,3 e 589,5 mg g-1 para PQ e FQ, respectivamente, obtidos a 298 K. O processo de adsorção foi espontâneo, favorável e exotérmico. A adsorção de RB5 para PQ e FQ seguiu o modelo cinético de Elovich,e ocorreram interações eletrostáticas do PQ-RB5 e do FQ-RB5. Os filmes de quitosana foram reutilizados três vezes, enquanto que a quitosana em pó não pode ser reutilizada.