Two potential clinical applications of the alkaline single-cell gel electrophoresis assay .1. Human bladder washings and transitional cell carcinoma of the bladder .2. Human sperm and male infertility

Part 1: The alkaline single-cell gel electrophoresis (comet) assay was used to analyse the integrity and DNA content of exfoliated cells extracted from bladder washing specimens from 9 transitional cell carcinoma patients and 15 control patients. DNA damage, as expressed by % tail DNA and tail moment values, was observed to occur in cells from both control and bladder cancer samples. The extent of the damage was, however, found to be significantly greater in the cancer group than in the control group. Comet optical density values were also recorded for each cell analysed in the comet assay and although differences observed between tumour grades were not found to be statistically significant, the mean comet optical density value was observed to be greater in the cancer group than in the control population studied, These preliminary results suggest that the comet assay may have potential as a diagnostic tool and as a prognostic indicator in transitional cell carcinoma, Part 2: Baseline DNA damage in sperm cells from 13 normozoospermic fertile males, 17 normozoospermic infertile males and 11 asthenozoospermic infertile males were compared using a modified alkaline comet assay technique. No significant difference in the level of baseline DNA damage was observed between the 3 categories of sperm studied; however the untreated sperm cells were observed to display approximately 20% tail DNA. This is notably higher than the background DNA damage observed in somatic cells where the % tail DNA is normally less than 5%. Sperm from the 3 groups of men studied were also compared for sensitivity to DNA breakage, using the modified alkaline comet assay, following X-ray irradiations (5, 10 and 30 Gy) and hydrogen peroxide treatments (40, 100 and 200 mu M). Significant levels of X-ray-induced damage were found relative to untreated control sperm in the two infertile groups following 30 Gy irradiation. Significant damage in hydrogen peroxide-treated sperm was observed in sperm from fertile samples, at 200 mu M and in infertile samples at 100- and 200-mu M doses relative to controls. These results therefore indicate that fertile sperm samples are more resistant to X-ray- and hydrogen peroxide-induced DNA breakage than infertile samples. Further studies involving greater numbers of individuals are currently in progress to confirm these findings.

A Recyclable Acidic Ionic Liquid Gel Catalyst for Dehydration: Comparison with an Analogous SILP Catalyst.

An acid-functionalized ionic liquid was entrapped within a silica gel to yield a recyclable liquid phase catalyst for the dehydration of rac-1-phenyl ethanol. Hot filtration tests showed that the activity was within the gel. Comparison with an analogous SILP system revealed fundamental differences in the properties and behavior of the materials.

Selection and characterisation of geological materials for use as geopolymer precursors

Geopolymer binders are generally formed by reacting powdered aluminosilicate precursors with alkali silicate activators. Most research to date has concentrated on using either pulverised fuel ash or high purity dehydroxylated kaolin (metakaolin) in association with ground granulated blast furnace slag as the main precursor material. However, recently, attention has turned to alternative calcined clays that are abundant throughout the globe and have lower kaolinite contents than commercially available metakaolins. Due to the lack of clear and simple screening protocols enabling assessment of such geological resources for use as precursors in geopolymer systems, the present paper presents results from experimental work that was carried out to develop a functional binder using materials containing kaolinite taken from the Interbasaltic Formation of Northern Ireland. The influence of mineralogy has been examined, and a screening process, using three Interbasaltic materials as examples, that will assist in the rapid selection of suitable geopolymeric precursors from such materials is outlined.

Solventless synthesis of acyl phosphonamidates, precursors to masked bisphosphonates

A series of acyl phosphonamidates, the synthetic precursors to bisphosphonates, have been readily prepared from phosphoramidite type reagents and a range of acid chlorides. These reactions were performed using solventless conditions, where purification was easily achieved using column chromatography with yields ranging from 71-90%. Furthermore, we have demonstrated that these acyl phosphonamidates could be used for the preparation of unsymmetrical bisphosphonates, which do date are scarcely reported in the literature.

Novel titania sol-gel derived film for luminescence-based oxygen sensing.

A novel method for the preparation of titania sol–gel derived oxygen sensors based on the ruthenium(II) dye, [Ru(bpy)3]2+, is described. A titania sol–gel paste film was cast onto microscope slides, and the dye ion-paired to the deprotonated, hydroxylated groups on the film's surface from an aqueous solution of the dye at pH 11. The resulting sensor film is extremely oxygen sensitive, with a PO2 (S = 1/2) value (i.e. the partial pressure of oxygen required in order to reduce the original, oxygen free, luminescence intensity by 50%) of 0.011 atm. The sensor undergoes 95% response to oxygen in 4 s, and shows 95% recovery of its luminescence in argon within 7 s.

Low luminosity TypeII supernovae-II. Pointing towards moderate mass precursors

We present new data for five underluminous Type II-plateau supernovae (SNe IIP), namely SN 1999gn, SN 2002gd, SN 2003Z, SN 2004eg and SN 2006ov. This new sample of lowluminosity SNe IIP (LL SNe IIP) is analysed together with similar objects studied in the past. All of them show a flat light-curve plateau lasting about 100 d, an underluminous late-time exponential tail, intrinsic colours that are unusually red, and spectra showing prominent and narrow P Cygni lines. A velocity of the ejected material below 10³ km s^-1 is inferred from measurements at the end of the plateau. The 56Ni masses ejected in the explosion are very small (≤10^-2 M⊙). We investigate the correlations among ⁵⁶Ni mass, expansion velocity of the ejecta and absolute magnitude in the middle of the plateau, confirming the main findings of Hamuy, according to which events showing brighter plateau and larger expansion velocities are expected to produce more 56Ni. We propose that these faint objects represent the LL tail of a continuous distribution in parameters space of SNe IIP. The physical properties of the progenitors at the explosion are estimated through the hydrodynamical modelling of the observables for two representative events of this class, namely SN 2005cs and SN 2008in. We find that the majority of LL SNe IIP, and quite possibly all, originate in the core collapse of intermediate-mass stars, in the mass range 10-15 M⊙. 

Lanthanide luminescent logic gate mimics in soft matter: [H(+)] and [F(-)] dual-input device in a polymer gel with potential for selective component release

The non-covalent incorporation of responsive luminescent lanthanide, Ln(iii), complexes with orthogonal outputs from Eu(iii) and Tb(iii) in a gel matrix allows for in situ logic operation with colorimetric outputs. Herein, we report an exemplar system with two inputs ([H(+)] and [F(-)]) within a p(HEMA-co-MMA) polymer organogel acting as a dual-responsive device and identify future potential for such systems.

Ionic liquid gel materials: applications in green and sustainable chemistry

Ionic liquid gel materials offer a way to further utilise ionic liquids in technological applications. Combining the controlled and directed assembly of gels, with the diverse applications of ionic liquids, enables the design of a heady combination of functional tailored materials, leading to the development of task specific / functional ionic liquid gels. This review introduces gels and gel classification, focusing on ionic liquid gels and their potential roles in a more sustainable future. Ionic liquid gels provide the ability to build functionality at every level, the solid component, the ionic liquid, and any incorporated active functional agents. This allows materials to be custom designed for a vast assortment of applications. This diverse class of materials has the potential to yield functional materials for green and sustainable chemistry, energy, electronics, medicine, food, cosmetics, and more. The discussion of the development of ionic liquid gel materials for applications in green and sustainable chemistry centres on uses of ionic liquid gels in catalysis and energy.

Ectopic bone formation in rapidly fabricated acellular injectable dense collagen-Bioglass hybrid scaffolds via gel aspiration-ejection

Gel aspiration-ejection (GAE) has recently been introduced as an effective technique for the rapid production of injectable dense collagen (IDC) gel scaffolds with tunable collagen fibrillar densities (CFDs) and microstructures. Herein, a GAE system was applied for the advanced production and delivery of IDC and IDC-Bioglass® (IDC-BG) hybrid gel scaffolds for potential bone tissue engineering applications. The efficacy of GAE in generating mineralizable IDC-BG gels (from an initial 75-25 collagen-BG ratio) produced through needle gauge numbers 8G (3.4 mm diameter and 6 wt% CFD) and 14G (1.6 mm diameter and 14 wt% CFD) was investigated. Second harmonic generation (SHG) imaging of as-made gels revealed an increase in collagen fibril alignment with needle gauge number. In vitro mineralization of IDC-BG gels was confirmed where carbonated hydroxyapatite was detected as early as day 1 in simulated body fluid, which progressively increased up to day 14. In vivo mineralization of, and host response to, acellular IDC and IDC-BG gel scaffolds were further investigated following subcutaneous injection in adult rats. Mineralization, neovascularization and cell infiltration into the scaffolds was enhanced by the addition of BG and at day 21 post injection, there was evidence of remodelling of granulation tissue into woven bone-like tissue in IDC-BG. SHG imaging of explanted scaffolds indicated collagen fibril remodelling through cell infiltration and mineralization over time. In sum, the results suggest that IDC-BG hybrid gels have osteoinductive properties and potentially offer a novel therapeutic approach for procedures requiring the injectable delivery of a malleable and dynamic bone graft that mineralizes under physiological conditions

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Novel furan polymer materials based on the reversible Diels-Alder reaction

A futura e inevitável escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos seus preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento impressionante de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de fornecedores de energia, mas também de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, em particular da biomassa vegetal. Entre estes, os polímeros derivados de monómeros furânicos constituem uma classe única de materiais cujas estruturas podem, em princípio, simular virtualmente os seus homólogos actualmente derivados de recursos fósseis. O anel furânico é uma estrutura heterocíclica com um carácter diénico pronunciado, o que torna-o um dieno particularmente apropriado para a reacção de Diels-Alder (DA) com dienófilos como a maleimida. Um dos aspectos mais relevantes da reacção de DA é a sua reversibilidade em função da temperatura, a qual permite que os aductos sejam facilmente revertidos nos seus precursores por aumento da temperatura (reacção de retro-DA). No caso específico da combinação furano-maleimida, a formação do aducto predomina até cerca de 60ºC, enquanto a reacção inversa é dominante acima de 100ºC. A combinação desta característica da reacção de DA com a química de compostos furânicos pode abrir um novo caminho para a preparação de materiais macromoleculares funcionais com base em fontes renováveis e com aplicações promissoras como auto-reparação e reciclabilidade. O principal objectivo desta Tese, é a síntese e caracterização de novos materiais poliméricos termo-reversíveis, aplicando a reacção de DA a monómeros complementares com estruturas dos tipos furânico (o dieno, designado por A) e de maleimida (o dienófilo, designado por B). A primeira etapa neste trabalho envolveu a síntese, purificação e caracterização de novos monómeros furânicos e de maleimida do tipo AA, A3, BB, B3, AB, AB2, cada um com diferentes grupos separadores das funções reactivas. Posteriormente, estes monómeros foram polimerizados e despolimerizados por ciclos de DA/retro-DA utilizando diferentes combinações. A formação e dissociação de todos os aductos de DA foram seguidas por ambas espectroscopias de UV e RMN de 1H. O primeiro sistema de DA estudado foi uma combinação modelo entre reagentes mono-funcionais (-A+-B), nomeadamente o acetato furfurílico (FA) e a N-metilmaleimida (MM), ambos comercialmente disponíveis. O objectivo desta abordagem foi estudar a cinética e o equilíbrio da formação/dissociação dos aductos de DA e obter indicações sobre as condições mais adequadas a serem usadas na preparação dos correspondentes novos materiais macromoleculares. Além disso, pretendia-se verificar a presença ou ausência de reacções secundárias que poderiam intervir em ambas as vias directa e inversa das reacções, mesmo após vários ciclos. A espectroscopia de UV forneceu informação quantitativa sobre a cinética de formação do aducto através da diminuição progressiva da absorvência máxima a 293 nm correspondente ao grupo maleimida, a diferentes temperaturas (35, 50, 65 ºC) Reciprocamente, a correspondente reacção de retro-DA foi seguida a 90 ºC através do aumento do mesmo pico. A reversibilidade destes sistemas foi verificada com sucesso após uma sequência de ciclos de DA/retro-DA. Adicionalmente, verificou-se que os espectros originaram um ponto isosbéstico, provando que estes sistemas não envolvem quaisquer reacções secundárias. Uma vez que foi usado um excesso de FA, as reacções de DA modelo apresentaram um comportamento cinético de pseudo-primeira ordem, com a constante de velocidade k mais alta (2.1x10-5 dm3mol-1s-1) para T=65 ºC. A correspondente energia de activação foi de 39.0 kJ.mol-1. A reacção de retro-DA seguiu um comportamento de primeira ordem, com constante de velocidade de 1.6x10-6 s-1. A evolução deste sistema por RMN de 1H a 65ºC deu-nos informações mais detalhadas sobre a sua evolução estrutural, ou seja, à medida que a intensidade dos picos atribuídos à formação do aducto aumentaram progressivamente ao longo do tempo, os pertencentes aos reagentes iniciais diminuiram proporcionalmente. O “rendimento final”, calculado após 20 dias à temperatura ambiente, foi de aproximadamente 70%. A reacção de retro-DA foi depois seguida a 90ºC, observando-se tal como na espectroscopia de UV, o deslocamento da reacção no sentido da regeneração dos reagentes de partida. A viabilidade de múltiplos ciclos de DA/retro-DA estabelecidos pela espectroscopia de UV foi igualmente confirmada por RMN de 1H. O passo seguinte envolveu o estudo de um sistema de policondensação linear baseado no crescimento gradual por reacção de DA entre um monómero bisfurânico A-A e um do tipo bismaleimida B-B, seguindo a mesma abordagem que no sistema modelo. O poliaducto linear foi obtido a partir de soluções equimolares dos monómeros, por reacção de DA a 65ºC. O progresso desta polimerização foi seguido por espectroscopia de UV e RMN de 1H e, mais qualitativamente, pelo aumento da viscosidade do meio. A reacção seguiu um comportamento de segunda ordem, com uma constante de velocidade de 9.4x10-6 dm3mol-1s-1, e observou-se novamente um ponto isosbéstico nos dados de UV. Os espectros de RMN apresentaram o padrão esperado, nomeadamente o aumento progressivo dos sinais associados ao aducto e a correspondente diminuição dos grupos furano e maleimida livres. A despolimerização do poliaducto através da reacção de retro-DA foi seguida a 110ºC usando as mesmas técnicas. Os dados de UV mostraram o retorno progressivo da absorção dos grupos de maleimida, seguindo um comportamento cinético de primeira ordem, com constante de velocidade de 2.5x10-6 s-1, até à completa regeneração de ambos os monómeros. Os espectros de RMN providenciaram mais uma vez informação estrutural sobre o progresso da despolimerização, a qual foi acompanhada por uma diminuição progressiva da viscosidade. Adicionalmente, para seguir a retro- DA, adicionou-se um excesso de composto furânico monofuncional, nomeadamente o 2,5-dimetilfurano (DMFu), ao sistema de modo a bloquear as funções maleimida complementares, evitando assim a repolimerização após arrefecimento. Os productos isolados foram então o monómero bisfurânico AA, DMFu que não reagiu e o bisaducto não-polimerizável de BB com DMFu. Este resultado indicou claramente que o polímero foi de facto revertido nos seus monómeros durante a reacção de retro-DA. O terceiro sistema estudado foi outra polimerização linear, seguindo as mesmas condições experimentais que os anteriores, mas com uma estratégia diferente de modo a contornar o problema clássico de assegurar a estequiometria exacta dos monómeros. As estruturas dos monómeros utilizados incorporam ambos os grupos reactivos, i.e, moléculas do tipo A-B. A polimerização prematura destes monómeros intrinsecamente reactivos foi evitada com a protecção do grupo maleimida na forma de um aducto de DA com furano, até a incorporação do substituinte furânico na outra extremidade. Portanto, a policondensação destes monómeros foi iniciada após a desprotecção in situ deste composto mediante aquecimento, seguido de arrefecimento até à temperatura adequada para polimerizar. Os resultados obtidos por UV e RMN sugerem que de facto o uso de monómeros do tipo A-B oferece um melhor sistema linear. Em seguida, foram estudados sistemas de policondensação não-linear por reacção de DA, entre monómeros (um ou ambos) com funcionalidade superior a dois, nomeadamente sistemas do tipo A3+B-B ou A-A+B3, seguindo mais uma vez as mesmas condições experimentais. Uma vez que utilizam monómeros complementares contendo, em média, mais de duas funcionalidades, estes sistemas conduzem a materiais reticulados. Nestes estudos, foram usadas três razões molares de [maleimida]/[furano], nomeadamente 1.0, 0.75 e 0.5, de modo a estudar ambas as situações de não-gelificação e reticulação. Ambos sistemas apresentaram um comportamento regular e boa reciclabilidade quer para gerar situações que possam conduzir à formação de redes a diferentes graus de conversão, ou que possam parar antes da sua obtenção, conforme previsto pela equação de Flory-Stockmayer. Como esperado, a utilização de grupos complementares em quantidades estequiométricas produziu o espessamento mais rápido e a reticulação quase completa; à medida que a quantidade relativa de monómero trifuncional decresceu, as reacções pararam antes da reticulação, ou seja, originaram meios altamente viscosos contendo polímeros solúveis altamente ramificados. As reacções de retro-DA a 110 ºC conduziram à gradual dissolução das partículas de gel (quando presentes), tendo sido comprovado pelos espectros de UV e de RMN de 1H, evidenciado a regeneração dos monómeros. Tal como no sistema do tipo A-A+B-B, a reacção de retro-DA foi seguida adicionando um excesso de DMFu ao sistema reaccional. Como esperado, os produtos finais foram os monómeros furânicos, o DMFu em excesso e o trisaducto ou o bisaducto maleimida-DMFu, o que confirma a eficiência da despolimerização com regeneração dos monómeros iniciais. O último sistema de policondensação por reacção de DA envolveu um monómero assimetricamente substituído do tipo AB2, capaz de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas que não reticulam. Este estudo preliminar deste sistema foi seguido nas mesmas condições experimentais que os anteriores, apresentando um comportamento com as características esperadas.