Spectrophotometric flow-injection determination of sulphite in white wines involving gas diffusion through a concentric tubular membrane

A flow-injection system is proposed for the spectrophotometric determination of sulphite in white wines. The method involves analyte conversion to SO2, gas diffusion through a Teflon® semi-permeable membrane, collection into an alkaline stream (pH 8), reaction with Malachite green (MG) and monitoring at 620 nm. With a concentric tubular membrane, the system design was simplified. Influence of reagent concentrations, pH of donor and acceptor streams, temperature, timing, surfactant addition and presence of potential interfering species of the wine matrix were investigated. A pronounced (ca. 100%) enhancement in sensitivity was noted by adding cetylpyridinium chloride (CPC). The proposed system is robust and baseline drift is not observed during 4 h operating periods. Only 400 μL of sample and 0.32 mg MG are required per determination. The system handles 30 samples per hour, yielding precise results (r.s.d. < 0.015 for 1.0 - 20.0 mg L-1 SO2) in agreement with those obtained by an alternative procedure.

Desalination of water by reverse osmosis using gravitational potential energy and wind energy

This paper proposes ail alternative configuration to conventional reverse osmosis (RO) desalination systems by incorporating the use of gravitational potential energy. The proposal suggests a model that can be viewed as the energy station of a RO desalination plant. Conventionally, RO plants use a high-pressure pump, powered by electricity or fossil fuel. The function of the pump is to send a flux of saline water to a group of semi-permeable membrane modules, capable of ""filtering"" the dissolved salts. In this proposed model, we intend to achieve a flux at the inlet of the membrane modules with a pressure high enough for the desalination process, without using, either electricity or fossil fuels. To do this we divised a hybrid system that uses both gravitational potential energy and wind energy. The technical viability of the alternative was theoretically proven by deductions based on physics and mathematics.

Development of polymeric membranes for forward osmosis

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Biocompatibilité des microcapsules d'alginate : purification d'alginate, réaction immunitaire de l'hôte et protection du receveur

L’immuno-isolation des îlots de Langerhans est proposée comme moyen d’effectuer des transplantations sans prise d’immunosuppresseurs par le patient. Cette immuno-isolation, par l’entremise d’une microcapsule composée d’alginate et de poly-L-lysine (microcapsule APA), protège le greffon d’une éventuelle attaque du système immunitaire du receveur grâce à sa membrane semi-perméable. Cette membrane empêche le système immunitaire du receveur de pénétrer la microcapsule tout en laissant diffuser librement les nutriments, le glucose et l’insuline. Avant l’application de cette technique chez l’humain, quelques défis doivent encore être relevés, dont la biocompatibilité de ce système. La biocompatibilité fait ici référence à la biocompatibilité du biomatériau utilisé pour la fabrication des microcapsules, l’alginate, mais aussi la biocompatibilité des microcapsules reliée à leur stabilité. En effet, il a été remarqué que, lors d’implantation in vivo de microcapsules fabriquées avec de l’alginate non purifiée, ceci induisait un phénomène nommé Réaction de l’Hôte contre la Microcapsule (RHM). De plus, il est connu que la stabilité des microcapsules APA peut influencer leur biocompatibilité puisqu’une microcapsule endommagée ou brisée pourrait laisser s’échapper les cellules du greffon chez le receveur. Nous croyons qu’une compréhension des processus d’initiation de la RHM en fonction de l’efficacité des procédés de purification d’alginate (et donc des quantités de contaminants présents dans l’alginate) ainsi que l’augmentation de la stabilité des microcapsules APA pourront améliorer la biocompatibilité de ce dispositif, ce que tente de démontrer les résultats présentés dans cette thèse. En effet, les résultats obtenus suggèrent que les protéines qui contaminent l’alginate jouent un rôle clé dans l’initiation de la RHM et qu’en diminuant ces quantités de protéines par l’amélioration des procédés de purification d’alginate, on améliore la biocompatibilité de l’alginate. Afin d’augmenter la stabilité des microcapsules APA, nous décrivons une nouvelle technique de fabrication des microcapsules qui implique la présence de liaisons covalentes. Ces nouvelles microcapsules APA réticulées sont très résistantes, n’affectent pas de façon négative la survie des cellules encapsulées et confinent les cellules du greffon à l’intérieur des microcapsules. Cette dernière caractéristique nous permet donc d’augmenter la biocompatibilité des microcapsules APA en protégeant le receveur contre les cellules du greffon.

Photodegradation of polyaromatic hydrocarbons in passive air samplers: Field testing different deployment chambers

Semi-permeable membrane devices (SPMDs) were loaded with deuterated anthracene and pyrene as performance reference compounds (PRCs) and deployed at a test site in four different chambers (open and closed box chamber, bowl chamber and cage chamber) for 29 days. The losses of PRCs and the uptake of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) from the ambient air were quantified. UV-B levels measured in each deployment chamber indicated that SPMDs would be exposed to the most UV-B in the cage chamber and open box chamber. Significantly less PAHs were quantified in SPMDs deployed in the cage chamber and open box chamber compared to samplers from the other two chambers, suggesting that photodegradation of PAHs had occurred. The loss of PRCs confirmed these results but also showed that photodegradation was occurring in the closed box chamber. The bowl chamber appears to provide the best protection from the influence of direct photodegradation. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Molecular dynamics study of solvent transport in nanoscale osmosis

An ideal of osmotic equilibrium between an ideal solution and pure solvent separated by a semi-permeable membrane is studied numerically using the method of molecular dynamics. The osmotic flow is observed as the inflow of the solvent across the membrane from the dilute to the concentrated side. The validity of van't Hoff's law for osmotic pressure is confirmed over a wide range of concentrations. It is found that the law is established by a balance between non-uniform partial pressures of solute and solvent. Furthermore, the present model permits an understanding of the mechanism of the osmotic flow in the relaxation process as the liquids evolve from the initial state to the equilibrium state. We focus in particular on the interaction between solute and solvent. ©2008 The Physical Society of Japan.

Analytical solution for tidal propagation in a coupled semi-confined/phreatic coastal aquifer

An analytical solution is derived for tidal fluctuations in a coupled coastal aquifer system consisting of a semi-confined aquifer, a thin semi-permeable layer and a phreatic aquifer. Based on the solution, we study the interactions (via leakage) between the confined and unconfined aquifers in response to tides. The results show that, under certain conditions, leakage from the confined aquifer can affect considerably the tidal water table fluctuation in the phreatic aquifer and vice versa. Ignoring these effects could lead to errors in estimating aquifer properties based on tidal signals. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Sistema multicomutado de análise em fluxo para determinação de amônio e monocloramina em águas residuais e produtos de desinfecção

A binary sampling flow analysis system equipped with gas diffusion cell was developed for NH4+ and/or NH2Cl determination in wastewater and disinfection products samples based on the Berthelot reaction of the NH2Cl diffused through the semi-permeable PTFE membrane. The effect of the analytical conditions related to the reaction and flow parameters were evaluated and N-NH4+ and N-NH2Cl were determined in concentration ranges from 0.17 to 5 mg L-1 and from 0.5 to 14.5 mg L-1, respectively. Limits of detection (3σ) of 50 and 140 µg L-1 for N-NH4+ and N-NH2Cl were calculated, respectively, and RSD of 5 and 2% were calculated for 10 consecutive determinations of N-NH4+ (1 and 3 mg L-1) and N-NH2Cl (3 and 9 mg L-1), respectively with 30 determinations h-1.

HYDROPHOBIC MEMBRANE TECHNOLOGY FOR AMMONIA EXTRACTION FROM WASTEWATERS

ABSTRACT Total Ammoniacal Nitrogen - TAN (NH3 + NH4+) in wastewaters cause environmental degradation concerns due to their negative impacts on air, soil and water. Several technologies are available for TAN removal from the wastewaters. One emerging technology is the use of hydrophobic membrane as non-destructive NH3 extraction. In this paper the authors discuss the uses of gas permeable membrane (GPM) and its physicochemical characteristics that influence gas mass transfer rate, diffusion and recovery mechanisms of NH3 from liquid sources (e.g. animal wastewater). Several aspects of NH3 extraction from liquid manure and other TAN generation sources using GPM technology as well as its applicability for NH3 mitigation from liquid effluents and possible recovery as a nutrient for plant growth are also discussed in this review.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Influence of differently oriented dentin surfaces and the regional variation of specimens on adhesive layer thickness and bond strength

Statement of the Problem: Adhesive systems can spread differently onto a substrate and, consequently, influence bonding. Purpose: The purpose of this study was to evaluate the effect of differently oriented dentin surfaces and the regional variation of specimens on adhesive layer thickness and microtensile bond strength (MTBS). Materials and Methods: Twenty-four molars were sectioned mesiodistally to expose flat buccal and lingual halves. Standardized drop volumes of adhesive systems (Single Bond [SB] and Prime & Bond 2.1 [PB2.1]) were applied to dentin according to the manufacturer`s instructions. Teeth halves were randomly divided into groups: 1A-SB/parallel to gravity; 1B-SB/perpendicular to gravity; 2A-PB2.1/parallel to gravity; and 2B-PB2.1/perpendicular to gravity. The bonded assemblies were stored in 37 degrees C distilled water for 24 hours and then sectioned to obtain dentin sticks (0.8 mm(2)). The adhesive layer thickness was determined in a light microscope (x200), and after 48 hours the specimens were subjected to MTBS test. Data were analyzed by one-way and two-way analysis of variance and Student-Newman-Keuls tests. Results: Mean values (MPa +/- SD) of MTBS were: 39.1 +/- 12.9 (1A); 32.9 +/- 12.4 (1B); 52.9 +/- 15.2 (2A); and 52.3 +/- 16.5 (2B). The adhesive systems` thicknesses (mu m +/- SD) were: 11.2 +/- 2.9 (1A); 18.1 +/- 7.3 (1B); 4.2 +/- 1.8 (2A); and 3.9 +/- 1.3 (2B). No correlation between bond strength and adhesive layer thickness for both SB and PB2.1 (r = -0.224, p = 0.112 and r = 0.099, p = 0.491, respectively) was observed. Conclusions: The differently oriented dentin surfaces and the regional variation of specimens on the adhesive layer thickness are material-dependent. These variables do not influence the adhesive systems` bond strength to dentin. CLINICAL SIGNIFICANCE Adhesive systems have different viscosities and spread differently onto a substrate, influencing the bond strength and also the adhesive layer thickness. Adhesive thickness does not influence dentin bond strength, but it may impair adequate solvent evaporation, polymer conversion, and may also determine water sorption and adhesive degradation over time. In the literature, many studies have shown that the adhesive layer is a permeable membrane and can fail over timebecause ofits continuous plasticizing and degradation when in contact with water. Therefore, avoiding thick adhesive layers may minimize these problems and provide long-term success for adhesive restorations.

Regulated expression of GLUT2 in diabetes studied in transplanted pancreatic beta cells.

GLUT2 disappearance is a marker of the beta cell glucose-unresponsiveness associated with diabetes. Understanding the factor(s) leading to this dysfunction may shed light on pathogenesis of diabetes. Since the regulation of GLUT2 expression in diabetes can so far only be studied in in vivo experiments, we developed a novel experimental approach to study the genetic regulation of GLUT2 in diabetes. By encapsulating islets or cell lines in semi-permeable membranes, these cells can be exposed to the diabetic environment of rats or mice and can be retrieved for analysis of GLUT2 expression and for the change in the secretory response to glucose. Immunocytochemical analysis of transporter expression reveals changes in protein expression while transcriptional analysis of GLUT2 gene expression could be performed in cells transfected with promoter-reporter gene constructs. Using this last approach we hope to be able to characterize the promoter regions involved in the beta cell- and diabetes-specific regulation of GLUT2 expression and possibly to determine which factors are responsible for this regulation.

Decreased acute vascular remodeling, anaphylaxis and delayed type hypersensitivity in PPARβ/δ-deficient mice

Endothelial cells form a semi-permeable barrier that participates in the exchange of plasma fluids, proteins and cells, and helps to maintain the physiological functions of organs as well as circulatory homeostasis. Vascular permeability and vasodilatation are increased during acute and chronic inflammation, cancer and wound healing. This is mediated by exposure to certain vascular permeability increasing factors, such as vascular endothelial growth factor (VEGF). The peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) belong to the nuclear hormone receptor (NHRs) family of ligand-activated transcription factors. Three isotypes, PPARa, PPARp/5 and PPARy have been identified. They are all expressed in endothelial cells (ECs). Recent data have demonstrated their involvement in important mechanisms for vasculogenesis and angiogenesis, such as cell proliferation/differentiation, directional sensing/migration, and survival. PPARs were reported to modulate the expression of pro-angiogenic soluble factors, such as VEGF-A and may also participate in the regulation of expression of VEGF receptors. The aim of the present work was to elucidate the role of PPARp/δ in endothelial cell functions important for angiogenesis as well as in vascular permeability and vasodilatation. Using organ culture models of mouse aorta expiants, cultures of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and genetically modified mouse models, we studied the consequences of loss and gain of PPARp/5 activity on endothelial cell functions. In the first part of this study, we show that the activation of PPARp/δ promotes EC outgrowth in murine aorta expiants. In vivo we observed that dermal vessel acute permeability in response to VEGF-A stimulation is strongly impaired in PPARfi/δ -I- animals. Additionally, observation of the dermal vessel morphology showed a clear enlargement of the wild-type dermal vessels upon VEGF-A injection, whereas vessels of PPARp/5 -/- animals showed almost no enlargement. The impaired response to VEGF stimulation in the knock-out animals was not due to structural or morphological abnormalities. Based on this data, we suggest that PPARp/5 may act on intracellular signaling cascades in ECs, downstream of the VEGF-A receptor. In the second part of this study, we address the relevance of PPARβ/δ vascular functions in pathophysiological inflammatory conditions, such as delayed- type hypersensitivity (DTH) reaction and anaphylaxis in mice. The DTH reaction is a cell-mediated immune reaction to protein, bacterial and viral antigens, whereas anaphylaxis is the most severe form of allergic reaction. In these in vivo models, we demonstrated that the absence of PPARβ/δ in ECs prevents the formation of severe edema in the DTH reaction, and that Ρ PARβ/δ accelerates recovery following systemic anaphylaxis, at least partially through the control of vascular permeability. Our data not only describe a novel function of PPARβ/δ in vessel permeability and vasodilatation, but also open new routes of research for the development of vessel permeability/vasodilatation regulating agents. - Les cellules endothéliales qui bordent la face interne des vaisseaux sanguins forment l'endothélium, une barrière semi-perméable qui régule les échanges de fluides, de protéines et de cellules immunes entre la circulation et les organes. L'endothélium participe également au maintien de la fonction des organes et de l'homéostasie circulatoire. La perméabilité vasculaire augmente dans des situations inflammatoires aigties ou chroniques, dans les tumeurs, et pendant la réparation de blessures. Cette augmentation de perméabilité est due à la production de facteurs sécrétés, tels que le Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF-A), la thrombine ou I'histamine. Lès récepteurs nucléaires Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPAR) sont des facteurs de transcription mis en activité par des ligands. Trois isotypes de PPARs, PPARa, ΡΡΑΡβ/δ and PPARy ont été caractérisés. Ils sont exprimés dans les cellules endothéliales, et des travaux récents ont montré qu'ils régulent des comportements cellulaires importants pour la vasculogenèse et l'angiogenèse, tels que la prolifération, la différenciation, la migration, et la survie des cellules. Ils régulent également la production de VEGF-A par divers types cellulaires. Le but de ce travail était d'élucider le rôle de PPARβ/δ dans la régulation de la perméabilité vasculaire, plus particulièrement dans les cellules endothéliales. Grâce à des cultures d'expiants d'aortes de souris, à la culture d'une lignée endothéliale humaine (HUVECs) et de souris génétiquement modifiées, nous avons étudié le rôle de PPARβ/δ dans les cellules endothéliales, dans des situations gain et perte de fonction du récepteur. Dans la première partie de ce travail, nous avons montré les propriétés pro-angiogéniques de PPARβ/δ dans des explants d'aortes. In vivo, nous avons observé l'absence d'hyperperméabilité aiguë induite par le VEGF-A, la thrombine et I'histamine chez les souris PPARβ/δ -/-. De plus, l'analyse morphologique des vaisseaux dans le derme des souris après stimulation par VEGF- A a confirmé l'absence de réponse à la stimulation. Ces analyses morphologiques nous ont également permis de montrer que l'absence de réponse aiguë n'était pas due à un défaut de structure des vaisseaux dermiques chez les souris PPARp/δ -/-. Sur la base de ces résultats, nous proposons que PPARp/δ régule des voies de signalisation intracellulaires dans les cellules endothéliales, voie de signalisation impliquées dans la régulation de la perméabilité vasculaire: Dans la seconde partie du travail, nous avons étudié l'importance de la régulation de la perméabilité vasculaire par PPARβ/δ dans des situations pathophysiologiques impliquant une hyperperméabilité aiguë des vaisseaux : une réaction d'hypersensibilité cutanée retardée d'une part (delayed-type hypersensitivity, DTH), et un choc anaphylactique d'autre part. Dans ces deux modèles induits expérimentalement chez la souris, l'absence de PPARβ/δ prévient en partie la formation de l'oedème inflammatoire local (DTH), et accélère la récupération (anaphylaxie), au moins partiellement en réglant la perméabilité vasculaire. Ces résultats ouvrent un nouveau champs d'étude quant au rôle de PPARβ/δ dans les vaisseaux et à d'éventuelles applications thérapeutiques dans des pathologies inflammatoires.