Antichagásicos potenciais: síntese e modelagem molecular de híbridos de hidrazonas e liberadores de óxido nítrico

A doença de Chagas é uma parasitose extremamente negligenciada, cujo agente etiológico é o protozoário Trypanosoma cruzi. Atualmente, 21 países da América Latina são considerados regiões endêmicas, onde 75-90 milhões de pessoas estão expostas à infecção, 6-7 milhões estão infectadas e mais de 41 mil novos casos surgem por ano. Entretanto, apenas os fármacos nifurtimox e benznidazol estão disponíveis no mercado. Estes, além da baixa eficácia na fase crônica da parasitose, apresentam diversos efeitos adversos, sendo que no Brasil apenas o benznidazol é utilizado. Este fato mostra a importância de se ampliar o número de fármacos disponíveis e propor quimioterapia mais eficaz para o tratamento da doença de Chagas. Como forma de contribuir para essa busca, este trabalho objetiva a síntese de compostos híbridos bioisostéricos N-acilidrazônicos e sulfonilidrazônicos, contendo grupo liberador de óxido nítrico, com potencial de interação com cisteíno-proteases parasitárias, tais como a cruzaína. Nestes derivados, os grupos liberadores de óxido nítrico utilizados foram os grupos furoxano (contendo substituinte metílico e fenílico) e éster nitrato. Propôs-se a variação de anéis aromáticos substituídos e não-substituídos, com o intuito de avaliar a possível relação estrutura-atividade (REA) desses análogos. Até o momento, somente os compostos da série N-acilidrazônica tiveram avaliação biológica realizada. Os valores de IC50 dos compostos na forma amastigota do parasita variaram entre >100 a 2,88 µM, sendo este último valor comparável ao fármaco de referência. A atividade inibitória frente à cruzaína foi de 25,2 µM a 2,2 µM. Já a liberação de óxido nítrico foi avaliada pelo método indireto de detecção de nitrato e os valores variaram entre 52,0 µM e 4.232,0 µM. Estes são bem inferiores ao composto padrão, além de não se identificar correlação direta entre a atividade biológica e a liberação de NO. Na sequência, os dois compostos mais ativos (6 e 14) foram submetidos a estudos de permeabilidade e de citotoxicidade. O composto 6 foi considerado o de maior permeabilidade segundo o Sistema de Classificação Biofarmacêutica (SCB) e todos os compostos apresentaram a taxa de fluxo menor que 2, indicando a ausência de mecanismo de efluxo. Na avaliação do potencial citotóxico desses compostos em células humanas, o derivado 6 apresentou índice de seletividade superior ao do benznidazol. Em estudos de modelagem molecular usando análise exploratória de dados (HCA e PCA), propriedades estéricas/geométricas e eletrônicas foram consideradas as mais relevantes para a atividade biológica. Além disso, estudos de docking mostraram que a posição do grupo nitro no anel aromático é importante para a interação com a cruzaína. Ademais o composto 6 não provocou mudanças significativas no ciclo celular e na fragmentação de DNA em células humanas, mostrando-se como líder promissor para futuros estudos in vivo. Atividade tripanomicida, citotoxicidade, potencial de liberação de NO e estudos de permeabilidade dos 23 derivados sulfonilidrazônicos e ésteres nitrato estão sendo avaliados.

Polimerização em emulsão de estireno em microrreator.

A polimerização em emulsão de estireno em um microrreator Syrris de 250 µL com misturador estático junção \"T\" foi estudada em duas etapas. Primeiro somente a fluidodinâmica deste dispositivo não convencional foi avaliada, depois, foi desenvolvida a reação de polimerização de forma a observar como este fator influencia no sistema. Os experimentos foram realizados procurando se atingir maiores conversões, mas mantendo a estabilidade da emulsão. Foi um trabalho exploratório, portanto se assemelha mais a um processo de evolução (evolutionary process). Foram verificados a partir de qual relação das vazões dos dois fluidos ocorre a formação de gotas, e que com o aumento da vazão da fase contínua, aquosa (Qc), mantendo constante a vazão da fase dispersa (Qd), foi verificado uma diminuição do diâmetro das gotas e um regime de fluxo laminar. Posteriormente, realizou-se a polimerização em emulsão do estireno no microrreator, porém com restrições para altas vazões. Os parâmetros de processo testados foram a proporção Qc e Qd, a temperatura e a concentração do iniciador para então verificar o efeito que a variação destas ocasionam na conversão de monômero, no diâmetro e número de partículas e nas massas moleculares médias. A polimerização foi feita para soma das vazões Qc e Qd da ordem de 100 µ L/min, com 15% de monômero na formulação e com o maior tempo de residência possível de 2,5 minutos. Para maiores concentrações de monômero, acima de 15% foi verificado entupimento do canal do microrreator. A taxa de conversão de monômero aumentou com o aumento da temperatura e com o aumento da concentração do iniciador, mas o maior valor atingido foi de apenas 37% devido ao baixo tempo de residência. Nos casos de maiores taxas de conversão, as massas moleculares obtidas foram as menores conforme o esperado pela teoria. Finalmente, os índices de polidispersão (PDI), obtidos foram da ordem de 2,5 a 3,5.

Desenvolvimento de um elemento combustível instrumentado para o reator de pesquisa IEA-R1

Após o aumento de potência do reator IEA-R1 de 2 MW para 5 MW observou-se um aumento da taxa de corrosão nas placas laterais de alguns elementos combustíveis e algumas dúvidas surgiram com relação ao valor de vazão utilizada nas análises termo-hidráulicas. A fim de esclarecer e medir a distribuição de vazão real pelos elementos combustíveis que compõe o núcleo do reator IEA-R1, um elemento combustível protótipo, sem material nuclear, chamado DMPV-01 (Dispositivo para Medida de Pressão e Vazão), em escala real, foi projetado e construído em alumínio. A vazão no canal entre dois elementos combustíveis é muito difícil de estimar ou ser medida. Esta vazão é muito importante no processo de resfriamento das placas laterais. Este trabalho apresenta a concepção e construção de um elemento combustível instrumentado para medir a temperatura real nestas placas laterais para melhor avaliar as condições de resfriamento do combustível. Quatorze termopares foram instalados neste elemento combustível instrumentado. Quatro termopares em cada canal lateral e quatro no canal central, além de um termopar no bocal de entrada e outro no bocal de saída do elemento. Existem três termopares para medida de temperatura do revestimento e um para a temperatura do fluido em cada canal. Três séries de experimentos, para três configurações distintas, foram realizadas com o elemento combustível instrumentado. Em dois experimentos uma caixa de alumínio foi instalada ao redor do núcleo para reduzir o escoamento transverso entre os elementos combustíveis e medir o impacto na temperatura das placas externas. Dada a tamanha quantidade de informações obtidas e sua utilidade no projeto, melhoria e capacitação na construção, montagem e fabricação de elementos combustíveis instrumentados, este projeto constitui um importante marco no estudo de núcleos de reatores de pesquisa. As soluções propostas podem ser amplamente utilizadas para outros reatores de pesquisa.

Otimização não linear aplicada à operação de sistemas com múltiplos reservatórios para abastecimento de água.

O presente estudo considera a aplicação do modelo SISAGUA de simulação matemática e de otimização para a operação de sistemas de reservatórios integrados em sistemas complexos para o abastecimento de água. O SISAGUA utiliza a programação não linear inteira mista (PNLIM) com os objetivos de evitar ou minimizar racionamentos, equilibrar a distribuição dos armazenamentos em sistemas com múltiplos reservatórios e minimizar os custos de operação. A metodologia de otimização foi aplicada para o sistema produtor de água da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), que enfrenta a crise hídrica diante de um cenário de estiagem em 2013-2015, o pior na série histórica dos últimos 85 anos. Trata-se de uma região com 20,4 milhões de habitantes. O sistema é formado por oito sistemas produtores parcialmente integrados e operados pela Sabesp (Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo). A RMSP é uma região com alta densidade demográfica, localizada na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê e caracterizada pela baixa disponibilidade hídrica per capita. Foi abordada a possibilidade de considerar a evaporação durante as simulações, e a aplicação de uma regra de racionamento contínua nos reservatórios, que transforma a formulação do problema em programação não linear (PNL). A evaporação se mostrou pouco representativa em relação a vazão de atendimento à demanda, com cerca de 1% da vazão. Se por um lado uma vazão desta magnitude pode contribuir em um cenário crítico, por outro essa ordem de grandeza pode ser comparada às incertezas de medições ou previsões de afluências. O teste de sensibilidade das diferentes taxas de racionamento em função do volume armazenado permite analisar o tempo de resposta de cada sistema. A variação do tempo de recuperação, porém, não se mostrou muito significativo.

Nanocompósito de poliestireno reciclado, bentonita sódica e hemi-hidrato de sulfato de cálcio: obtenção e caracterização.

Nesta Tese foram preparados, em solução, filmes híbridos de argila e poliestireno provenientes de copos descartáveis comercializados no mercado brasileiro, com acetato de etila e glicerol. Posteriormente, foi adicionado o Hemi-hidrato de sulfato de cálcio como carga de reforço. Tanto a argila quanto o glicerol, assim como o hemihidrato de sulfato de cálcio, foram utilizados nos percentuais relativos à massa do poliestireno fragmentado correspondendo a 1%,2%, 3%,4%, 5% e 7%. Dos filmes, nos percentuais 3, 4, 5 e 7, exclui-se o percentual de 4% e os demais foram fragmentados e submetidos a extrusão, com resfriamento natural, à seco, produzindo-se grãos com os quais foi avaliado o índice de fluidez e injetados para a moldagem de corpos de prova rígidos. O desempenho dos corpos rígidos, foi comparado com os resultados do HIPS 484, e o GPPS comercializados no mercado brasileiro. Os filmes foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), além dos testes de resistência à tração, fluorescência de raios X, EDS e FTIR. Amostra do filme, ultrafino, obtido a partir da solução com o percentual de 5% foi observada ao microscópio ótico e no microscópio eletrônico de transmissão, assim como amostras de corpos rígidos microtomizadas. Nos corpos rígidos, além das análises instrumentais citadas, foram avaliadas a resistência à flexão, modulo de flexão, resistência à tração, alongamento e resistência ao impacto Izod. O desempenho sob chama foi avaliado em amostras de filme e também do corpo rígido. Resultados do DRX, e da MET foram coerentes com a bibliografia para nanocompósitos argila-polímero e, associado às respostas dos demais ensaios, indicaram um material de boa qualidade morfológica e boas propriedades mecânicas comparadas ao HIPS 484 e ao GPPS. Sob a chama o material produzido apresentou maior resistência à queima avaliado pela quantidade aparente de material residual para um mesmo tempo sob fogo. Constatou-se, também, uma boa dispersão das cargas na matriz polimérica, assim como uma adequada interação entre os elementos orgânicos e inorgânicos do material, a delaminação parcial da argila e quebra da estrutura do hemi-hidrato. Isto resultou em um bom desempenho mecânico e térmico do compósito que pode ser atribuído, tanto a uma forte influência dos íons metálicos presentes nas cargas inorgânicas, quanto às adições presentes na formulação dos copos descartáveis.

Estudo do processo de absorção e dessorção de CO2 na solução aquosa de metildietanolamina e piperazina.

Estudou-se o processo de absorção e dessorção de CO2 em solução aquosa da mistura de metildietanolamina (MDEA) e piperazina (PZ). Os ensaios de absorção foram realizados numa coluna de parede molhada com promotor de película, e, os ensaios de dessorção num sistema de semibatelada, ambos em escala de laboratório. Os testes experimentais de absorção foram realizados a 298 K e pressão atmosférica, com vazão de gás (CO2 e ar atmosférico) de 2,2.10-4 m3 s-1 e as seguintes vazões de líquido: 1,0.10-6; 1,3.10-6 e 1,7.10-6 m3 s-1. O sistema de absorção foi caracterizado através da determinação da área interfacial, a, o coeficiente volumétrico de transferência de massa, kGa, e o coeficiente volumétrico global médio de transferência de massa, KGa. No caso dos ensaios de dessorção, estes foram realizados nas temperaturas de 353, 363 e 368 K, onde empregou-se uma solução carbonatada de 10% PZ-20% MDEA e uma corrente de ar atmosférico nas vazões de 1,1.10-5 m3 s-1 e 2,7.10-5 m3 s-1. Este sistema foi caracterizado através da determinação do coeficiente volumétrico global de transferência de massa, KLa. Os resultados experimentais da área interfacial mostram que este é função da vazão do líquido, sugerindo uma maior área de irrigação como o aumento desta, onde teve-se uma maior área de transferência de massa. O resultado do parâmetro, KGa, indica uma dependência da vazão de líquido, a qual está associada à variação da área interfacial e à dependência do parâmetro KG com o perfil das concentrações da MDEA e PZ ao longo da coluna. A partir da teoria do duplo filme e pelo conhecimento dos parâmetros KGa, a e kGa, estimou-se um parâmetro cinético-difusivo associado à fase líquida, (( ) ) . Os resultados experimentais mostram que esse parâmetro varia pouco com a vazão de líquido, indicando tratar-se de um processo independente da hidrodinâmica do líquido, característico de sistemas com reação rápida. A concentração das aminas e carbamatos, nos ensaios de absorção e dessorção, foi determinada através dos modelos de calibração obtidas pela técnica de espectroscopia no infravermelho. Nos ensaios de absorção, foram observados que a concentração de PZ teve uma variação considerável (4 a 5% massa massa-1), entanto que a de MDEA variou pouco (0,3 a 0,5% massa massa-1), sugerindo que o processo de absorção de CO2 na mistura MDEA-PZ é controlado principalmente pela PZ, e supõe-se que a MDEA tem um papel de receptor de prótons procedentes da reação entre a PZ e o CO2. Nos ensaios de dessorção, observou-se que esse processo é afetado pela temperatura, sendo que, em temperaturas perto da ebulição (372 K), a taxa de dessorção de CO2 é maior do que em temperaturas menores, em certa forma é devido à dependência da velocidade de reação química com a temperatura. Os resultados do parâmetro KLa indicam que este diminui em função da concentração de carbamato de PZ (por exemplo, na temperatura de 368 K, de 7,5.10-4 a 1,0.10-4 s-1), devido a que este componente é decomposto em altas temperaturas gerando o CO2 e as aminas, sugerindo uma diminuição na velocidade de dessorção de CO2. Assim também, os resultados experimentais do parâmetro KLa indicam que este aumenta ligeiramente com a vazão do gás.

A novel hybrid simulation-optimization approach for the optimal design of multicomponent distillation columns

Póster presentado en Escape 22, European Symposium on Computer Aided Process Engineering, University College London, UK, 17-20 June 2012.

Evaluation of the multi-element capabilities of collision/reaction cell inductively coupled plasma - mass spectrometry in wine analysis

This work explores the multi-element capabilities of inductively coupled plasma - mass spectrometry with collision/reaction cell technology (CCT-ICP-MS) for the simultaneous determination of both spectrally interfered and non-interfered nuclides in wine samples using a single set of experimental conditions. The influence of the cell gas type (i.e. He, He+H2 and He+NH3), cell gas flow rate and sample pre-treatment (i.e. water dilution or acid digestion) on the background-equivalent concentration (BEC) of several nuclides covering the mass range from 7 to 238 u has been studied. Results obtained in this work show that, operating the collision/reaction cell with a compromise cell gas flow rate (i.e. 4 mL min−1) improves BEC values for interfered nuclides without a significant effect on the BECs for non-interfered nuclides, with the exception of the light elements Li and Be. Among the different cell gas mixtures tested, the use of He or He+H2 is preferred over He+NH3 because NH3 generates new spectral interferences. No significant influence of the sample pre-treatment methodology (i.e. dilution or digestion) on the multi-element capabilities of CCT-ICP-MS in the context of simultaneous analysis of interfered and non-interfered nuclides was observed. Nonetheless, sample dilution should be kept at minimum to ensure that light nuclides (e.g. Li and Be) could be quantified in wine. Finally, a direct 5-fold aqueous dilution is recommended for the simultaneous trace and ultra-trace determination of spectrally interfered and non-interfered elements in wine by means of CCT-ICP-MS. The use of the CCT is mandatory for interference-free ultra-trace determination of Ti and Cr. Only Be could not be determined when using the CCT due to a deteriorated limit of detection when compared to conventional ICP-MS.

A systematic study on the influence of carbon on the behavior of hard-to-ionize elements in inductively coupled plasma–mass spectrometry

A systematic study on the influence of carbon on the signal of a large number of hard-to-ionize elements (i.e. B, Be, P, S, Zn, As, Se, Pd, Cd, Sb, I, Te, Os, Ir, Pt, Au, and Hg) in inductively coupled plasma–mass spectrometry has been carried out. To this end, carbon matrix effects have been evaluated considering different plasma parameters (i.e. nebulizer gas flow rate, r.f. power and sample uptake rate), sample introduction systems, concentration and type of carbon matrix (i.e. glycerol, citric acid, potassium citrate and ammonium carbonate) and type of mass spectrometer (i.e. quadrupole filter vs. double-focusing sector field mass spectrometer). Experimental results show that P, As, Se, Sb, Te, I, Au and Hg sensitivities are always higher for carbon-containing solutions than those obtained without carbon. The other hard-to-ionize elements (Be, B, S, Zn, Pd, Cd, Os, Ir and Pt) show no matrix effect, signal enhancement or signal suppression depending on the experimental conditions selected. The matrix effects caused by the presence of carbon are explained by changes in the plasma characteristics and the corresponding changes in ion distribution in the plasma (as reflected in the signal behavior plot, i.e. the signal intensity as a function of the nebulizer gas flow rate). However, the matrix effects for P, As, Se, Sb, Te, I, Au and Hg are also related to an increase in analyte ion population caused as a result of charge transfer reactions involving carbon-containing charged species in the plasma. The predominant specie is C+, but other species such as CO+, CO2+, C2+ and ArC+ could also play a role. Theoretical data suggest that B, Be, S, Pd, Cd, Os, Ir and Pt could also be involved in carbon based charge transfer reactions, but no experimental evidence substantiating this view has been found.

Tratamiento de lixiviados de residuos de origen urbano mediante MBR

Se ha utilizado una planta de tratamiento a escala laboratorio consiste en un biorreactor de membrana (MBR). Esta planta está compuesta por un reactor biológico de 25 L de capacidad. Se utilizó una membrana plana de micro filtración marca Kubota de polietileno clorado, tamaño de poro 0,1 μm y área de filtración 0.116 m2. Se utilizaron como condiciones de operación: tiempo de residencia hidráulico 3 días, caudal de permeado 0.35 L/h y LMH 3 L/m2h. Se ha podido comprobar que es posible adaptar una población microbiológica a las particulares características químicas del lixiviado procedente de la planta y tratar estos lixiviados en un reactor biológico de membrana sumergida operando en condiciones habituales de sólidos en suspensión en el reactor entre 8-12 g/L durante un periodo de 6 meses. El proceso utilizado permite reducir la materia orgánica (97% DBO5 y 40% DQO) presente en estas corrientes residuales, agotando prácticamente toda la materia biodegradable. Respecto a los contenidos de nutrientes, el tratamiento MBR ensayado permite reducir de 35-40% el nitrógeno total, 45-50% el nitrógeno amoniacal y un 65-70% el fósforo total. Los sólidos en suspensión se han reducido en el efluente tratado en más de un 99%.

THE TRANSPORT OF HEAT BY FLOWING GROUNDWATER IN A DISCRETE FRACTURE

In typical theoretical or experimental studies of heat migration in discrete fractures, conduction and thermal dispersion are commonly neglected from the fracture heat transport equation, assuming heat conduction into the matrix is predominant. In this study analytical and numerical models are used to investigate the significance of conduction and thermal dispersion in the plane of the fracture for a point and line sources geometries. The analytical models account for advective, conductive and dispersive heat transport in both the longitudinal and transverse directions in the fracture. The heat transport in the fracture is coupled with a matrix equation in which heat is conducted in the direction perpendicular to the fracture. In the numerical model, the governing heat transport processes are the same as the analytical models; however, the matrix conduction is considered in both longitudinal and transverse directions. Firstly, we demonstrate that longitudinal conduction and dispersion are critical processes that affect heat transport in fractured rock environments, especially for small apertures (eg. 100 μm or less), high flow rate conditions (eg. velocity greater than 50 m/day) and early time (eg. less than 10 days). Secondly, transverse thermal dispersion in the fracture plane is also observed to be an important transport process leading to retardation of the migrating heat front particularly at late time (eg. after 40 days of hot water injection). Solutions which neglect dispersion in the transverse direction underestimate the locations of heat fronts at late time. Finally, this study also suggests that the geometry of the heat sources has significant effects on the heat transport in the system. For example, the effects of dispersion in the fracture are observed to decrease when the width of the heat source expands.

(Table 1) Sr-isotope values of representative sediment samples from ODP sites at the Costa Rica margin

Two sealed borehole hydrologic observatories (CORKs) were installed in two active hydrogeochemical systems at the Costa Rica subduction zone to investigate the relationship between tectonics, fluid flow, and fluid composition. The observatories were deployed during Ocean Drilling Program (ODP) Leg 205 at Site 1253, ~ 0.2 km seaward of the trench, in the upper igneous basement, and at Site 1255, ~ 0.5 km landward of the trench, in the décollement. Downhole instrumentation was designed to monitor formation fluid flow rates, composition, pressure, and temperature. The two-year records collected by this interdisciplinary effort constitute the first co-registered hydrological, chemical, and physical dataset from a subduction zone, providing critical information on the average and transient state of the subduction thrust and upper igneous basement. The continuous records at ODP Site 1253 show that the uppermost igneous basement is highly permeable hosting an average fluid flow rate of 0.3 m/yr, and indicate that the fluid sampled in the basement is a mixture between seawater (~ 50%) and a subduction zone fluid originating within the forearc (~ 50%). These results suggest that the uppermost basement serves as an efficient pathway for fluid expelled from the forearc that should be considered in models of subduction zone hydrogeology and deformation. Three transients in fluid flow rates were observed along the décollement at ODP Site 1255, two of which coincided with stepwise increases in formation pressure. These two transients are the result of aseismic slip dislocations that propagated up-dip from the seismogenic zone over the course of ~ 2 weeks terminating before reaching ODP Site 1255 and the trench. The nature and temporal behavior of strain and the associated hydrological response during these slow slip events may be an analog for the response of the seaward part of the subduction prism during or soon after large subduction zone earthquakes.

(Table 1) Deuterium ratios, chloride content and hydrate volume of pore water and hydrate meltwater from ODP Site 164-996

Site 996 is located above the Blake Diapir where numerous indications of vertical fluid migration and the presence of hydrate existed prior to Ocean Drilling Program (ODP) Leg 164. Direct sampling of hydrates and visual observations of hydrate-filled veins that could be traced 30-40 cm along cores suggest a connection between fluid migration and hydrate formation. The composition of pore water squeezed from sediment cores showed large variations due to melting of hydrate during core recovery and influence of saline water from the evaporitic diapir below. Analysis of water released during hydrate decomposition experiments showed that the recovered hydrates contained significant amounts of pore water. Solutions of the transport equations for deuterium (d2H) and chloride (Cl-) were used to determine maximum (d2H) and minimum (Cl-) in situ concentrations of these species. Minimum in situ concentrations of hydrate were estimated by combining these results with Cl- and d2H values measured on hydrate meltwaters and pore waters obtained by squeezing of sediments, by the means of a method based on analysis of distances in the two-dimensional Cl- d2H space. The computed Cl- and d2H distribution indicates that the minimum hydrate amount solutions are representative of the actual hydrate amount. The highest and mean hydrate concentrations estimates from our model are 31% and 10% of the pore space, respectively. These concentrations agree well with visual core observations, supporting the validity of the model assumptions. The minimum in situ Cl- concentrations were used to constrain the rates of upward fluid migration. Simulation of all available data gave a mean flow rate of 0.35 m/k.y. (range: 0.125-0.5 m/k.y.).

Chronic shallow seawater circulation driven by subsurface gas dynamics, at the Southern Hydrate Ridge seep system, Cascadia

Senior thesis written for Oceanography 445

Salivary Gland and Tooth Abnormalities Massively Increase Caries Susceptibility in A Mouse Model of Cleft Lip/Palate

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-04