Eletrólise da água para produção de gás de síntese

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica Ramo de Processos Químicos

Syngas production by water electrolysis: preliminary tests on methane production

Master Thesis to obtain the Master degree in Chemical Engineering - Branch Chemical Processes

Electrodialytic recovery of phosphorus and organic contaminants removal from sewage sludge

Phosphorus is a macronutrient essential to life which comes from phosphate rock, a non-renewable resource. Sewage sludge from wastewater treatment plants (WWTP) is a secondary resource rich in phosphorus that can be valorized. However, organic compounds are detected in sewage sludge, due to its non-polar and hydrophobic character, being considered an environmental risk. The present dissertation aims to study the efficiency of the electrodialytic process (ED) when applied to sewage sludge aiming phosphorus recovery and organic contaminants removal. Four organic compounds were analyzed: 17α-ethynylestradiol (EE2), bisphenol A (BPA), caffeine (Caf) and oxybenzone (MBPh). The experiments took place in an ED cell with two compartments and an anion exchange membrane, with the sludge in the cathode compartment. The experiments were carried out for three days with spiked sewage sludge (six assays). One control experiment was done without current, three experiments were carried out applying a constant current of 50, 75, and 100 mA and two experiments were carried out applying sequential currents: 50 mA, 75 mA and 100 mA and the opposite (100-75-50 mA). A qualitative and quantitative analysis of microorganisms existing in the samples was also done. At the end, the pH increased in the sewage sludge favoring phosphorus recovery. In terms of phosphorus, the highest recovery was achieved in the experiment run with 100 mA, where 70.3±2.0% of total phosphorus was recovered in the electrolyte. Generally, compounds degradation was favored by the current. Caf and MBPh achieved degradation percentages of 96.2±0.2% and 84.8±1.3%, respectively, in 100 mA assay. EE2 (83.1±1.7%) and BPA (91.8±4.6%) degradations were favored by 50 mA current. A total of 35 taxa from four different groups were identified, totalizing between 81,600-273,000 individuals per gram of initial sludges. After ED, microbial community population decreased between 47-98%. Arcella gibbosa represented 61% of the total observed organisms and revealed to be more tolerant to medium changes.

Metoprolol prevents sodium retention induced by lower body negative pressure in healthy men.

BACKGROUND: Lower body negative pressure (LBNP) has been shown to induce a progressive activation of neurohormonal systems, and a renal tubular and hemodynamic response that mimics the renal adaptation observed in congestive heart failure (CHF). As beta-blockers play an important role in the management of CHF patients, the effects of metoprolol on the renal response were examined in healthy subjects during sustained LBNP. METHODS: Twenty healthy male subjects were randomized in this double blind, placebo versus metoprolol 200 mg once daily, study. After 10 days of treatment, each subject was exposed to 3 levels of LBNP (0, -10, and -20 mbar) for 1 hour, each level of LBNP being separated by 2 days. Neurohormonal profiles, systemic and renal hemodynamics, as well as renal sodium handling were measured before, during, and after LBNP. RESULTS: Blood pressure and heart rate were significantly lower in the metoprolol group throughout the study (P < 0.01). GFR and RPF were similar in both groups at baseline, and no change in renal hemodynamic values was detected at any level of LBNP. However, a reduction in sodium excretion was observed in the placebo group at -20 mbar, whereas no change was detected in the metoprolol group. An increase in plasma renin activity was also observed at -20 mbar in the placebo group that was not observed with metoprolol. CONCLUSION: The beta-blocker metoprolol prevents the sodium retention induced by lower body negative pressure in healthy subjects despite a lower blood pressure. The prevention of sodium retention may be due to a blunting of the neurohormonal response. These effects of metoprolol on the renal response to LBNP may in part explain the beneficial effects of this agent in heart failure patients.

Rapid high-performance liquid chromatographic determination with fluorescence detection of furosemide in human body fluids and its confirmation by gas chromatography-mass spectrometry.

Furosemide (FD: Lasix) is a loop diuretic which strongly increases both urine flow and electrolyte urinary excretion. Healthy volunteers were administered 40 mg orally (dissolved in water) and concentrations of FD were determined in serum and urine for up to 6 h for eight subjects, who absorbed water at a rate of 400 ml/h. Quantification was performed by HPLC with fluorescence detection (excitation at 233 nm, emission at 389 nm) with a limit of detection of 5 ng/ml for a 300-microliters sample. The elution of FD was completed within 4 min using a gradient of acetonitrile concentration rising from 30 to 50% in 0.08 M phosphoric acid. The delay to the peak serum concentration ranged from 60 to 120 min. FD was still easily measurable in the sera from all subjects 6 h after administration. In urine, the excretion rates reached their maximum between 1 and 3 h. The total amount of FD excreted in the urine averaged 11.2 mg (range 7.6-14.0 mg), with a mean urine volume of 3024 ml (range 2620-3596 ml). Moreover, the urine density was lower than 1.010 (recommended as an upper limit in doping analysis to screen diuretics) only for 2 h. An additional volunteer was administered 40 mg of FD and his urine was collected over a longer period. FD was still detectable 48 h after intake. Gas chromatography-mass spectrometry with different types of ionization was used to confirm the occurrence of FD after permethylation of the extract. Negative-ion chemical ionization, with ammonia as reactant gas, was found to be the most sensitive method of detection.

ENaC-mediated alveolar fluid clearance and lung fluid balance depend on the channel-activating protease 1.

Sodium transport via epithelial sodium channels (ENaC) expressed in alveolar epithelial cells (AEC) provides the driving force for removal of fluid from the alveolar space. The membrane-bound channel-activating protease 1 (CAP1/Prss8) activates ENaC in vitro in various expression systems. To study the role of CAP1/Prss8 in alveolar sodium transport and lung fluid balance in vivo, we generated mice lacking CAP1/Prss8 in the alveolar epithelium using conditional Cre-loxP-mediated recombination. Deficiency of CAP1/Prss8 in AEC induced in vitro a 40% decrease in ENaC-mediated sodium currents. Sodium-driven alveolar fluid clearance (AFC) was reduced in CAP1/Prss8-deficient mice, due to a 48% decrease in amiloride-sensitive clearance, and was less sensitive to beta(2)-agonist treatment. Intra-alveolar treatment with neutrophil elastase, a soluble serine protease activating ENaC at the cell surface, fully restored basal AFC and the stimulation by beta(2)-agonists. Finally, acute volume-overload increased alveolar lining fluid volume in CAP1/Prss8-deficient mice. This study reveals that CAP1 plays a crucial role in the regulation of ENaC-mediated alveolar sodium and water transport and in mouse lung fluid balance.

GABA accumulation and the hypersensitive response in isolated mesophyll cells treated with the G protein activator mastoparan

GABA (y-amino butyric acid) is a non-protein amino acid synthesized through the a-decarboxylation of L-glutamate. This reaction is catalyzed by L-glutamate decarboxylase (EC 4.1.1.15), a cytosolic Ca2+/calmodulin-stimulated enzyme. The purpose of this study is to determine whether or not GABA accumulation is associated with the hypersensitive response of isolated Asparagus sprengeri mesophyll cells. The addition of 25 J.lM mastoparan, a G protein activator, to suspensions of isolated asparagus mesophyll cells significantly increased GABA synthesis and cell death. Cell death was assessed using Evan's blue dye and fluorescein diacetate tests for cell viability. In addition, mastoparan stimulated pH-dependent alkalinization of the external medium, and a rapid and large 02 consumption followed by a loss of photosynthetic activity. The rate of 02 consumption and the net decrease in 02 in the dark was enhanced by light. The inactive mastoparan analogue Mas17 was ineffective in stimulating GABA accumulation, medium alkalinization, 02 uptake and cell death. Accumulation of H202 in response tomastoparan was not detected, however, mastoparan caused the cell-dependent degradation of added H202. The pH dependence of mastoparan-stimulated alkalinization suggests cellular electrolyte leakage, while the consumption of 02 corresponds to the oxidative burst in which 02 at the cell surface is reduced to form various active oxygen species. The results are indicative of the "hypersensitive response" of plants to pathogen attack, namely, the death of cells in the locality of pathogen invasion. The data are compatible with a model in which mastoparan triggers G protein activity, subsequent intracellular signal transduction pathway/s, and the hypersensitive response. It is postulated that the physiological elicitation of the hypersensitive response involves G protein signal transduction. The synthesis of GABA during the hypersensitive response has not been documented previously; however the role/s of GABA synthesis in the hypersensitive response, if any, remain unclear.

Influence of temperature and photoperiod upon ionic regulation in rainbow trout Salmo gairdneri

Interactions of photoperiod and temperature upon waterelectrolyte balance were examined in rainbow trout acclimated to six combinations of two photoperiods {18h light: 6h dark, o 6h light: l8h dark) and three temperatures (2, 10 and 18 C). The influence of temperature and photoperiod upon plasma, skeletal muscle, cardiac muscle and liver levels of sodium, potassium, magnesi.um, calcium, chloride, water content, water distribution and cellular ion concentrations was determined by a one way analysis of variance. Significant (p < 0.05 or better) temperature effects at common photoperiods were observed in 70% of the analyses performed, showing no bias toward either photoperiod. Significant photoperiod effects occured in 57% of the analyses performed at common temperatures. The influence of photoperiod was most prevalent at reduced temperatures. Potassium and magnesium appeared to be particularly thermosensitive, while sodium and calcium were the most photosensitive of the electrolytes. The ionic composition of all tissues studied were relatively thermosensitive, with liver apparently being the most sensitive. On the other hand; the ionic composition of skeletal and cardiac muscle appear to be the mos.t photosensitive of the tissues examined. Water content and distribution in skeletal muscle and liver were significantly influenced by temperature in 50% of the analyses performed showing a very strong bias toward UwinterU animals. Photoperiod effects were significant in 56% of the water parameters measured with a strong bias toward the two lower temperatures. Body weight was of significant influence in 16% of the 174 analyses performed. These data are discussed in terms of the effect of temperature upon ionregulatory mechanisms and the possible impact of photoperiod variations on endocrine systems influencing water-electrolyte metabolism.

Ionic regulation in goldfish, Carassius auratus, acclimated to constant and diurnally-cycling temperature conditions

The effects of a diurnal sine-wave temperature cycle (250 +- 5° C) on the wa terI-e etc r o1 yt est a t us 0 f gol df1' Sh , Carassius auratus, was assessed through determination of Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl- and water content in plasma, Red blood cells and muscle tissue. Animals were also acclimated to o 0 0 static temperatures (20 C, 25 c, 30 C) corresponding to the high, low and mid-ooint temperatures of the cycle. All groups were sampled at 03:00, 09:00, 15:00 and 21:00 hr. Hemoglobin content and packed cell volume, as well as electrolyte and 'water levels were determined for each animal and red cell ion concentrations and ion : hemoglobin ratios estimated. Cycled animals were distinct from those at constant temperatures in several respects. Hematological parameters were elevated above those of animals at constant temperature and were, on a diurnal basis, more stable. Red blood cell electrolyte levels varied in an adaptively appropriate fashion to cycle temperatures. This was not the case in the constant temperature groups_ Under the cycling regime, plasma ion levels were more diurnally stable than those of constant temperature fish. Although muscle parameters in cycled fish exhibited more fluctuation than was observed in plasma, these also tended to be relatively more stable than was the caseErythrocytic data are discussed in terms of their effects on hemoglobin-oxygen affinity while plasma and muscle observations were considered from the standpoint of overall water-electrolyte balance. In general, cycled fish appeared to be capable of stabilizing overall body fluid composition, while simultaneously effecting adaptively-appropriate modifications in the erythrocytic ionic microenvironment of hemoglobin. The sometimes marked diurnal variability of water-electrolyte status in animals held at constant temperature as opposed to the conservation of cycled fish suggests that this species is, in some fashion, programmed for regulation in a thermally-fluctuating environment. If this interpretation is valid and a phenomenon of general occurrence, some earlier studies involving constant acclimation of eurythermal species normally occupying habitats which vary in temperature on a daily basis may require reconsideration. at constant temperature.

Thermoaclimatory variations in the microenvironment of hemoglobin in the rainbow trout, Salmo gairdneri and the carp, Cyprinus carpio

Several inorganic substances (e.g., C£ , Mg , Ca , H ) are potent negative modulators of hemoglobin-oxygen affinity. To evaluate the possibility that potentially adaptive changes in the red cell ionic environment of hemoglobin may take place during acclimation of fishes to increased environmental temperature, hematological status (hemoglobin, hematocrit, red cell numbers, mean erythrocytic volume and hemoglobin content), plasma + + 2+ 2+ and packed red cell electrolyte levels (Na , K , Ca , Mg , C£ ) were evaluated in summer and winter populations of the stenothermal rainbow trout, Salmo gairdneri, following acclimation to 2°, 10°, 18°C, and in a spring population of eurythermal carp, Cyprinus carpio, held at 2°, 16° and 30°C. From these data cell ion concentrations and ion:hemoglobin ratios were estimated. In view of the role of red cell carbonic anhydrase in the reductions of blood C02 tensions and the recruitment of Na and C£~ lost by fishes, a preliminary investigation of thermoacclimatory changes in the activity of this system in rainbow trout erythrocytes was conducted. Few changes in hematological status were encountered following acclimation. There was, however, some evidence of weight-specific differential hematological response in carp. This lead to markedly greater increases in hemoglobin, hematocrit and red cell numbers in smaller rather than in larger specimens at higher temperatures; variations which were 2+ well correlated with changes in plasma Ca . Plasma composition in summer trout was not altered by acclimation. In winter trout plasma Na and K increased at higher temperatures. Carp were characterized by increases in plasma calcium, and reductions in sodium and magnesium under these conditions. Several significant seasonal differences in plasma ion levels were observed in the trout. (n) In trout, only erythrocytic K and K :Hb were altered by acclimation, rising at higher temperatures. In carp Na , Na :Hb, C£~ and C£~:Hb in- 2+ 2+ creased with temperature, while Mg and Mg :Hb declined. Changes in overall ionic composition in carp red cells were consistent with increases in H content. In both species significant reciprocal variations in C£~ 2+ - + and Mg were found. In mammalian systems increases in C£ and H reduce hemoglobin-oxygen affinity by interaction with hemoglobin. Reduction in 2+ 2+ Mg maximizes organophosphate modulator availability by decreasing ATP»Mg complex formation. Thus, the changes observed may be of adaptive value in reducing hemoglobin-oxygen affinity, and facilitating oxygen release to cells at higher temperatures. Trout appear to maintain a high chloridelow magnesium state over the entire thermal tolerance zone. Carp, however, achieved this state only at higher temperatures. In both species mean erythrocytic volume was decreased at higher temperatures and this may facilitate branchial oxygen loading. Since mean erythrocytic volume was inversely related to red cell ion content, it is hypothesized that reductions in cell volume are achieved by export of some unidentified solute or solutes. Variations in the carbonic anhydrase activity that could be attributed to the thermoacclimatory process were quite modest. On the other hand, assays performed at the temperature of acclimation showed a large temperature effect where under in vivo conditions of temperature fish acclimated to higher temperatures might be expected to have higher activities. Furthermore, since hematocrit increased with temperature in these fish, while carbonic anhydrase is present only in the erythrocyte, the whole blood levels of this enzyme are expected to increase and further augment the temperature effect. This, in turn, could aid in the reduction of C02 (111) tension and increase the production of H and HC0~~ used in the active uptake of Na and C£ at higher temperatures.

Towards the nanomechanical actuation and controlled assembly of nanomaterials using charge-transfer reactions in electroactive self-assembled monolayers

Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.

Importance du stress oxydant dans le diabète secondaire à la fibrose kystique

Introduction : La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique mortelle qui touche principalement les poumons et l’appareil digestif. Elle est causée par des mutations sur le gène codant la protéine du CFTR, un canal chlore exprimé à la surface des organes à sécrétions exocrines. Les fonctions principales du CFTR sont les suivantes: 1) la régulation de l’homéostasie ionique des sécrétions; 2) le maintien de la fluidité des sécrétions et; 3) le transport du glutathion. Le dysfonctionnement de la protéine du CFTR rend les sécrétions visqueuses et épaisses, avec des phénomènes obstructifs qui sont responsables de l’apparition de fibrose au sein des divers organes. Dans le poumon, l’accumulation du mucus épais rend difficile l’élimination des bactéries inhalées, ces dernières établissent alors des cycles d’infection qui endommagent les tissus pulmonaires à travers des processus inflammatoires. Dans le tube digestif, le mucus épais entrave l’absorption d’une quantité suffisante d’éléments nutritifs incluant les principaux antioxydants. L’infection et l’inflammation des poumons favorisent l’apparition d’un stress oxydant qui détruit davantage le tissu pulmonaire. Le déficit en glutathion, probablement lié au dysfonctionnement de la proteine du CFTR, et la malabsorption des antioxydants favorisent l’augmentation du stress oxydant. Une augmentation du stress oxydant a été démontrée au cours du diabète et les produits dérivés du stress oxydant ont été mis en évidence dans la pathogenèse des complications associées au diabète. Une augmentation du stress oxydant a également été montrée durant la FK, mais sans pour autant expliquer la survenue du diabète secondaire à la FK dont la prévalence augmente sans cesse. Objectifs : Notre étude consiste à évaluer l’impact du stress oxydant dans les anomalies du métabolisme du glucose durant la FK, et à étudier son rôle dans les mécanismes de sécrétion d’insuline induite par le glucose. Pour ce faire, nous avons déterminé l’impact de la peroxydation lipidique sur la tolérance au glucose et la défense antioxydante globale, in vivo, chez des patients FK présentant une altération du métabolisme du glucose. De plus, nous avons évalué le rôle du stress oxydatif sur la synthèse et la sécrétion d’insuline, in vitro, dans les cellules pancréatiques βTC-tet. Résultats : Dans l’étude in vivo, nous avons démontré que l’intolérance au glucose et le diabète étaient associés à une augmentation de la peroxydation lipidique, traduite par la hausse des niveaux sanguins de 4-hydroxynonenal lié aux protéines (HNE-P). La défense antioxydante évaluée par la mesure du glutathion sanguin démontre que les niveaux de glutathion oxydé restent également élevés avec l’intolérance au glucose. Dans l’étude in vitro, nos résultats ont mis en évidence que l’exposition de la cellule βTC-tet au stress oxydant: 1) induit un processus de peroxydation lipidique; 2) augmente la sécrétion basale d’insuline; 3) diminue la réponse de la sécrétion d’insuline induite par le glucose; et 4) n’affecte que légèrement la synthèse de novo de l’insuline. Nous avons aussi démontré que les cellules pancréatiques βTC-tet résistaient au stress oxydant en augmentant leur synthèse en glutathion tandis que la présence d’un antioxydant exogène pouvait restaurer la fonction sécrétoire de ces cellules. Conclusion : Le stress oxydant affecte le fonctionnement de la cellule pancréatique β de plusieurs manières : 1) il inhibe le métabolisme du glucose dont les dérivés sont nécessaires à la sécrétion d’insuline; 2) il active la voie de signalisation impliquant les gènes pro-inflammatoires et; 3) il affecte l’intégrité membranaire en induisant le processus de peroxydation lipidique.

Étude de l’oxydoréduction de monocouches électroactives de ferrocénylalcanethiolates par spectroscopie à résonance des plasmons de surface

L’oxydoréduction de monocouches auto-assemblées (SAMs) de ferrocénylalcanethiolates à la surface d’or (FcRSAu) a été étudiée en temps réel par la spectroscopie de résonance de plasmons de surface couplée avec l’électrochimie (E-SPR). La sensibilité de cette technique permet de déterminer des changements d’épaisseur de couche l’ordre de quelques angström résultant d’un changement de structure de la SAM. Plusieurs études antérieures ont proposé que l’oxydation électrochimique d’une SAM de FcRSAu induit une réorientation moléculaire. L’E-SPR est utilisé pour identifier l’origine de ce changement structurel. D’abord, une calibration du réfractomètre SPR utilisé a été effectuée afin de trouver une équation de conversion du signal SPR obtenu en pixel en angle d’incidence pour que l’on puisse calculer le changement d’épaisseur de monocouche à partir du changement d’angle de résonance avec le modèle de Fresnel. Par la suite, une caractérisation approfondie des SAMs de FcCnSAu (où n = 6, 8, 12, 14) en contact avec du NaClO4 acidifié a été réalisée par électrochimie, éllipsométrie, spectroscopie infrarouge et microscopie à force atomique. Les résultats obtenus montrent que l’augmentation de la longueur des chaînes alkyles donne des SAMs de ferrocènes plus épaisses et moins désordonnées. L’analyse par l’E-SPR de ces SAMs pures montre que le changement d’épaisseur induit par l’électro-oxydation dépend linéairement du nombre de méthylènes sur la chaîne alkyle. En appliquant la déconvolution mathématique aux voltampérogrammes cycliques enregistrés pour les SAM mixtes (FcC12SAu/C11SAu) de différentes compositions, on arrive à la conclusion qu’il y a un redressement des chaînes alkyles dans les domaines des ferrocènes agrégés mais la réorientation des têtes de ferrocène dans les domaines de ferrocènes agrégés ou dispersés ne peut pas être exclue. Enfin, l’effet de l’anion électrolytique sur le changement d’épaisseur de la SAM mesuré par l’E-SPR a été étudié. L’analyse électrochimique montre que la capacité de pairage d’anions avec les ferrocéniums décroit comme suit : PF6- > ClO4- > BF4- > NO3-. Tandis que l’épaisseur de la SAM donnée par le changement d’angle de résonance suit la tendance suivante : NO3- ≥ ClO4- > PF6- ≈ BF4-. Des études plus approfondies seront nécessaire pour clarifier cette tendance observée par E-SPR.

Évaluation de nouveaux électrolytes à base de liquides ioniques protiques en supercapacités asymétriques de type MnO2/carbone

Les supercapacités hybrides se taillent de plus en plus une place dans le secteur des énergies renouvelables. L’oxyde de manganèse possède certaines caractéristiques (faible coût, caractère écologique et une capacitance spécifique supérieure) qui font de ce dernier un matériau très attirant pour l’assemblage de tels dispositifs. Ce mémoire, divisé en trois parties, propose l’utilisation des liquides ioniques protiques comme électrolytes pour l’assemblage de supercapacités hybrides à base d’oxyde de manganèse et carbone. D’abord, le comportement pseudocapacitif des électrodes à base de films minces d’oxyde de manganèse dans les liquides ioniques protiques ainsi que leurs propriétés optiques sont étudiés et évalués. Des valeurs de capacitance spécifique allant jusqu’à 397 F/g ont été trouvées dans cette partie. Ensuite, des mélanges composés par un solvant organique (acétonitrile) et le liquide ionique protique sont présentés comme une manière de contourner la faible conductivité de ce dernier qui limite les valeurs de capacitance spécifique à obtenir. Une amélioration de la capacitance spécifique d’environ 30% est reportée dans ce chapitre. Finalement, l’assemblage d’une supercapacité hybride est présenté comme une stratégie efficace qui permet l’élargissement de la faible fenêtre de potentiel de travail obtenue avec les électrodes à base d’oxyde de manganèse. De cette façon, la faisabilité de tel arrangement est montré ici, obtenant de valeurs de capacitance spécifique (16 F/g) ainsi que de puissance (81 W/kg) et d’énergie spécifique (1,9 Wh/kg) acceptables en utilisant des liquides ioniques protiques comme électrolytes de remplissage.

L’étude des stratégies de séparations préparatrices de protéines par électrophorèse capillaire

La protéomique est un sujet d'intérêt puisque l'étude des fonctions et des structures de protéines est essentiel à la compréhension du fonctionnement d'un organisme donné. Ce projet se situe dans la catégorie des études structurales, ou plus précisément, la séquence primaire en acides aminés pour l’identification d’une protéine. La détermination des protéines commence par l'extraction d'un mélange protéique issu d'un tissu ou d'un fluide biologique pouvant contenir plus de 1000 protéines différentes. Ensuite, des techniques analytiques comme l’électrophorèse en gel polyacrylamide en deux dimensions (2D-SDS-PAGE), qui visent à séparer ce mélange en fonction du point isoélectrique et de la masse molaire des protéines, sont utilisées pour isoler les protéines et pour permettre leur identification par chromatographie liquide and spectrométrie de masse (MS), typiquement. Ce projet s'inspire de ce processus et propose que l'étape de fractionnement de l'extrait protéique avec la 2D-SDS-PAGE soit remplacé ou supporté par de multiples fractionnements en parallèle par électrophorèse capillaire (CE) quasi-multidimensionnelle. Les fractions obtenues, contenant une protéine seule ou un mélange de protéines moins complexe que l’extrait du départ, pourraient ensuite être soumises à des identifications de protéines par cartographie peptidique et cartographie protéique à l’aide des techniques de séparations analytiques et de la MS. Pour obtenir la carte peptidique d'un échantillon, il est nécessaire de procéder à la protéolyse enzymatique ou chimique des protéines purifiées et de séparer les fragments peptidiques issus de cette digestion. Les cartes peptidiques ainsi générées peuvent ensuite être comparées à des échantillons témoins ou les masses exactes des peptides enzymatiques sont soumises à des moteurs de recherche comme MASCOT™, ce qui permet l’identification des protéines en interrogeant les bases de données génomiques. Les avantages exploitables de la CE, par rapport à la 2D-SDS-PAGE, sont sa haute efficacité de séparation, sa rapidité d'analyse et sa facilité d'automatisation. L’un des défis à surmonter est la faible quantité de masse de protéines disponible après analyses en CE, due partiellement à l'adsorption des protéines sur la paroi du capillaire, mais due majoritairement au faible volume d'échantillon en CE. Pour augmenter ce volume, un capillaire de 75 µm était utilisé. Aussi, le volume de la fraction collectée était diminué de 1000 à 100 µL et les fractions étaient accumulées 10 fois; c’est-à-dire que 10 produits de séparations étaient contenu dans chaque fraction. D'un autre côté, l'adsorption de protéines se traduit par la variation de l'aire d'un pic et du temps de migration d'une protéine donnée ce qui influence la reproductibilité de la séparation, un aspect très important puisque 10 séparations cumulatives sont nécessaires pour la collecte de fractions. De nombreuses approches existent pour diminuer ce problème (e.g. les extrêmes de pH de l’électrolyte de fond, les revêtements dynamique ou permanent du capillaire, etc.), mais dans ce mémoire, les études de revêtement portaient sur le bromure de N,N-didodecyl-N,N-dimethylammonium (DDAB), un surfactant qui forme un revêtement semi-permanent sur la paroi du capillaire. La grande majorité du mémoire visait à obtenir une séparation reproductible d'un mélange protéique standard préparé en laboratoire (contenant l’albumine de sérum de bovin, l'anhydrase carbonique, l’α-lactalbumine et la β-lactoglobulin) par CE avec le revêtement DDAB. Les études portées sur le revêtement montraient qu'il était nécessaire de régénérer le revêtement entre chaque injection du mélange de protéines dans les conditions étudiées : la collecte de 5 fractions de 6 min chacune à travers une séparation de 30 min, suivant le processus de régénération du DDAB, et tout ça répété 10 fois. Cependant, l’analyse en CE-UV et en HPLC-MS des fractions collectées ne montraient pas les protéines attendues puisqu'elles semblaient être en-dessous de la limite de détection. De plus, une analyse en MS montrait que le DDAB s’accumule dans les fractions collectées dû à sa désorption de la paroi du capillaire. Pour confirmer que les efforts pour recueillir une quantité de masse de protéine étaient suffisants, la méthode de CE avec détection par fluorescence induite par laser (CE-LIF) était utilisée pour séparer et collecter la protéine, albumine marquée de fluorescéine isothiocyanate (FITC), sans l'utilisation du revêtement DDAB. Ces analyses montraient que l'albumine-FITC était, en fait, présente dans la fraction collecté. La cartographie peptidique a été ensuite réalisée avec succès en employant l’enzyme chymotrypsine pour la digestion et CE-LIF pour obtenir la carte peptidique.