Caffeine Determination at a Carbon Fiber Ultramicroelectrodes by Fast-Scan Cyclic Voltammetry

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caffeine Determination at a Carbon Fiber Ultramicroelectrodes by Fast-Scan Cyclic Voltammetry

Caffeine determination using a fast-scan voltammetric procedure at a carbon fiber ultramicroelectrode (CF-UME) is described. The CF-UME was submitted to electrochemical pretreatment. Parameters such as number of acquisition cycles, scan rate, potential window, and the electrochemical surface pretreatment were optimized. Using the optimized conditions, it was possible to achieve a LDR from 10.0 up to 200 mu mol L-1, with a LOD of 3.33 mu mol L-1. The method has been applied in the determination of caffeine in commercial samples, with errors of 1.0-3.5% in relation to the label values and recoveries of 97-114% within the linear range.

Caffeine determination at a carbon fiber ultramicroelectrodes by fast-scan cyclic voltammetry

Caffeine determination using a fast-scan voltammetric procedure at a carbon fiber ultramicroelectrode (CF-UME) is described. The CF-UME was submitted to electrochemical pretreatment. Parameters such as number of acquisition cycles, scan rate, potential window, and the electrochemical surface pretreatment were optimized. Using the optimized conditions, it was possible to achieve a LDR from 10.0 up to 200 μmol L-1, with a LOD of 3.33 μmol L-1. The method has been applied in the determination of caffeine in commercial samples, with errors of 1.0-3.5% in relation to the label values and recoveries of 97-114% within the linear range.

Microelectrode Voltammetry of Dioxygen Reduction in a Phosphonium Cation-Based Room-Temperature Ionic Liquid: Quantitative Studies

Microelectrode voltammetry is used to study the electrochemical reduction of dioxygen, O-2, in the room-temperature ionic liquid trihexyl(tetradecyl)phosphonium trifluorotris(pentafluoroethyl)phosphate [P6,6,6,14][FAP]. The nature of the unusual voltammetric waves is quantitatively modeled via digital simulation with the aim of clarifying apparent inconsistencies in the literature. The reduction is shown to proceed via a two-electron reaction and involve the likely capture of a proton from the solvent system. The oxidative voltammetric signals seen at fast scan rates are interpreted as resulting from the reoxidation of HO2 center dot. In the presence of large amounts of dissolved carbon dioxide the reductive currents decrease by a factor of ca. two, consistent with the trapping of the superoxide radical, O-2(center dot), intermediate in the two-electron reduction process.

Electrochemical determination of plant-derived leuco-indigo after chemical reduction by glucose

Electrochemical determination of redox active dye species is demonstrated in indigo samples contaminated with high levels of organic and inorganic impurities. The use of a hydrodynamic electrode system based on a vibrating probe (250 Hz, 200 mu m lateral amplitude) allows time-independent diffusion controlled signals to be enhanced and reliable concentration data to be obtained under steady state conditions at relatively fast scan rates up to 4 V s-1In this work the indigo content of a complex plant-derived indigo sample (dye content typically 30%) is determined after indigo is reduced by addition of glucose in aqueous 0.2 M NaOH. The soluble leuco-indigo is measured by its oxidation response at a vibrating electrode. The vibrating electrode, which consisted of a laterally vibrating 500 mu m diameter gold disc, is calibrated with Fe(CN)(6) 3-/4- in 0.1 M KCl and employed for indigo determination at 55, 65, and 75 C in 0.2 M NaOH. Determinations of the indigo content of 25 different samples of plant-derived indigo are compared with those obtained by conventional spectrophotometry. This comparison suggests a significant improvement by the electrochemical method, which appears to be less sensitive to impurities.

FAST-E en Pacientes con Trauma Abdominal Cerrado Estable, en un Departamento de Urgencias en Colombia

El impacto que ha generado el trauma en Colombia a lo largo de la historia, nos ha obligado a mejorar y adaptar diferentes tipos de sistemas de atención en trauma, basados en los lineamientos internacionales, los cuales buscan evitar el significativo aumento en las tasas de mortalidad y discapacidad que se obtienen de este, especialmente en los servicios de Emergencias en los cuales se reciben el 100% de estos pacientes con traumatismo múltiple o politraumatismo. Dentro de este grupo de pacientes hay un subgrupo que son las pacientes con trauma de abdomen que cursan con estabilidad hemodinámica y además son clasificados de bajo riesgo, ya sea por índices de trauma o por otros métodos como la medición sérica de lactato, los cuales tienen un papel poco despreciable al momento de ver mortalidad y discapacidad por trauma, ya sea penetrante o cerrado; en este trabajo específicamente nos centramos en las personas que consultan al servicio de Emergencias con trauma cerrado de abdomen los cuales son considerados de bajo riesgo, siendo este subgrupo de pacientes uno de los más difíciles de abordar y enfocar al momento de la valoración inicial, ya que se debe tener la seguridad de que no hay lesiones que comprometen la vida y por consiguiente estos pacientes puedan ser dados de alta.

Laser doppler imaging in a paediatric burns population

Objective Laser Doppler imaging (LDI) was compared to wound outcomes in children's burns, to determine if the technology could be used to predict these outcomes. Methods Forty-eight patients with a total of 85 burns were included in the study. Patient median age was 4 years 10 months and scans were taken 0–186 h post-burn using the fast, low-resolution setting on the Moor LDI2 laser Doppler imager. Wounds were managed by standard practice, without taking into account the scan results. Time until complete re-epithelialisation and whether or not grafting and scar management were required were recorded for each wound. If wounds were treated with Silvazine™ or Acticoat™ prior to the scan, this was also recorded. Results The predominant colour of the scan was found to be significantly related to the re-epithelialisation, grafting and scar management outcomes and could be used to predict those outcomes. The prior use of Acticoat™ did not affect the scan relationship to outcomes, however, the use of Silvazine™ did complicate the relationship for light blue and green scanned partial thickness wounds. Scans taken within the 24-h window after-burn also appeared to be accurate predictors of wound outcome. Conclusion Laser Doppler imaging is accurate and effective in a paediatric population with a low-resolution fast-scan.

Varenicline decreases ethanol intake and increases dopamine release via neuronal nicotinic acetylcholine receptors in the nucleus accumbens

BACKGROUND AND PURPOSE Varenicline, a neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) modulator, decreases ethanol consumption in rodents and humans. The proposed mechanism of action for varenicline to reduce ethanol consumption has been through modulation of dopamine (DA) release in the nucleus accumbens (NAc) via α4*-containing nAChRs in the ventral tegmental area (VTA). However, presynaptic nAChRs on dopaminergic terminals in the NAc have been shown to directly modulate dopaminergic signalling independently of neuronal activity from the VTA. In this study, we determined whether nAChRs in the NAc play a role in varenicline’s effects on ethanol consumption. EXPERIMENTAL APPROACH Rats were trained to consume ethanol using the intermittent-access two-bottle choice protocol for 10 weeks. Ethanol intake was measured after varenicline or vehicle was microinfused into the NAc (core, shell or core-shell border) or the VTA (anterior or posterior). The effect of varenicline treatment on DA release in the NAc was measured using both in vivo microdialysis and in vitro fast-scan cyclic voltammetry (FSCV). KEY RESULTS Microinfusion of varenicline into the NAc core and core-shell border, but not into the NAc shell or VTA, reduced ethanol intake following long-term ethanol consumption. During microdialysis, a significant enhancement in accumbal DA release occurred following systemic administration of varenicline and FSCV showed that varenicline also altered the evoked release of DA in the NAc. CONCLUSION AND IMPLICATIONS Following long-term ethanol consumption, varenicline in the NAc reduces ethanol intake, suggesting that presynaptic nAChRs in the NAc are important for mediating varenicline’s effects on ethanol consumption.

Lynx1 Modulation of Nicotinic Acetylcholine Receptors

Nicotinic receptors are the target of nicotine in the brain. They are pentameric ion channels. The pentamer structure allows many combinations of receptors to be formed. These various subtypes exhibit specific properties determined by their subunit composition. Each brain region contains a fixed complement of nicotinic receptor subunits. The midbrain region is of particular interest because the dopaminergic neurons of the midbrain express several subtypes of nicotinic receptors, and these dopaminergic neurons are important for the rewarding effects of nicotine. The α6 nicotinic receptor subunit has garnered intense interest because it is present in dopaminergic neurons but very few other brain regions. With its specific and limited presence in the brain, targeting this subtype of nicotinic receptor may prove advantageous as a method for smoking cessation. However, we do not fully understand the trafficking and membrane localization of this receptor or its effects on dopamine release in the striatum. We hypothesized that lynx1, a known modulator of other nicotinic receptor subtypes, is important for the proper function of α6 nicotinic receptors. lynx1 has been found to act upon several classes of nicotinic receptors, such as α4β2 and α7, the two most common subtypes in the brain. To determine whether lynx1 affects α6 containing nicotinic receptors we used biochemistry, patch clamp electrophysiology, fast scan cyclic voltammetry, and mouse behavior. We found that lynx1 has effects on α6 containing nicotinic receptors, but the effects were subtle. This thesis will detail the observed effects of lynx1 on α6 nicotinic receptors.

Robust Room Temperature Hysteresis in an FeIII Spin Crossover Metallomesogen

The high temperature magnetic and structural properties of an amphiphilic iron(III) spin crossover complex are reported. Thermal cycling reveals a scan rate-dependent 20 K thermal hysteresis in the mT vs. T data close to room temperature. A fast scan rate is essential for the hysteresis but it is robust and reproducible after multiple thermal cycles. Differential scanning calorimetry and cross polarized microscopy are used to show that the magnetic switching aligns with a material state change from solid to ordered liquid phase on warming.

Entwicklung, Aufbau und Messungen eines schnellen Eiskeimzählers

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Eiskeimzähler FINCH (Fast Ice Nucleus CHamber) entwickelt und erste Messungen von verschiedenen Testaerosolen im Labor und atmosphärischem Aerosol durchgeführt. Die Aerosolpartikel bzw. Ice Nuclei IN werden bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und Übersättigungen in Bezug auf Eis zum Anwachsen zu Eiskristallen gebracht, um sie mittels optischer Detektion zu erfassen. In FINCH ist dies durch das Prinzip der Mischung realisiert, wodurch eine kontinuierliche Messung der IN-Anzahlkonzentration gewährleistet ist. Hierbei kann mit sehr hohen Sammelflussraten von bis zu 10 l/min gemessen werden. Ebenso ist ein schnelles Abfahren von verschiedenen Sättigungsverhältnissen in Bezug auf Eis in einem weiten Bereich von 0.9 - 1.7 bei konstanten Temperaturen bis zu −23 °C möglich. Die Detektion der Eiskristalle und damit der Bestimmung der IN-Anzahlkonzentration erfolgt über einen neu entwickelten optischen Sensor basierend auf der unterschiedlichen Depolarisation des zurückgestreuten Lichtes von Eiskristallen und unterkühlten Tropfen. In Labermessungen wurden Aktivierungstemperatur und -sättigungsverhältnis von Silberjodid AgI und Kaolinit vermessen. Die Resultate zeigten gute Übereinstimmungen mit Ergebnissen aus der Literatur sowie Parallelmessungen mit FRIDGE (FRankfurt Ice Deposition freezinG Experiment). FRIDGE ist eine statische Diffusionskammer zur Aktivierung und Auszählung von Eiskeimen, die auf einem Filter gesammelt wurden. Bei atmosphärischen Messungen auf dem Jungfraujoch(Schweiz) lagen die IN-Anzahlkonzentrationen mit bis zu 4 l−1 im Rahmen der aus der Literatur bekannten Werte. Messungen der Eiskristallresiduen von Mischwolken zeigten hingegen, dass nur jedes tausendste als Eiskeim im Depositionsmode aktiv ist. Hier scheinen andere Gefrierprozesse und sekundäre Eiskristallbildung von sehr großer Bedeutung für die Anzahlkonzentration der Eiskristallresiduen zu sein. Eine weitere Messung von atmosphärischem Aerosol in Frankfurt zeigte IN-Anzahlkonzentrationen bis zu 30 l−1 bei Aktivierungstemperaturen um −14 °C. Die parallele Probenahme auf Siliziumplättchen für die Messungen der IN-Anzahlkonzentration in FRIDGE ergaben Werte im gleichen Anzahlkonzentrationsbereich.

Direct electron transfer to cytochrome c oxidase investigated by electrochemistry and time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.

Hyperactivity and impaired response habituation in hyperdopaminergic mice

Abnormal dopaminergic transmission is implicated in schizophrenia, attention deficit hyperactivity disorder, and drug addiction. In an attempt to model aspects of these disorders, we have generated hyperdopaminergic mutant mice by reducing expression of the dopamine transporter (DAT) to 10% of wild-type levels (DAT knockdown). Fast-scan cyclic voltammetry and in vivo microdialysis revealed that released dopamine was cleared at a slow rate in knockdown mice, which resulted in a higher extracellular dopamine concentration. Unlike the DAT knockout mice, the DAT knockdown mice do not display a growth retardation phenotype. They have normal home cage activity but display hyperactivity and impaired response habituation in novel environments. In addition, we show that both the indirect dopamine receptor agonist amphetamine and the direct agonists apomorphine and quinpirole inhibit locomotor activity in the DAT knockdown mice, leading to the hypothesis that a shift in the balance between dopamine auto and heteroreceptor function may contribute to the therapeutic effect of psychostimulants in attention deficit hyperactivity disorder.

Implante neural controlado em malha fechada

One of the challenges to biomedical engineers proposed by researchers in neuroscience is brain machine interaction. The nervous system communicates by interpreting electrochemical signals, and implantable circuits make decisions in order to interact with the biological environment. It is well known that Parkinson’s disease is related to a deficit of dopamine (DA). Different methods has been employed to control dopamine concentration like magnetic or electrical stimulators or drugs. In this work was automatically controlled the neurotransmitter concentration since this is not currently employed. To do that, four systems were designed and developed: deep brain stimulation (DBS), transmagnetic stimulation (TMS), Infusion Pump Control (IPC) for drug delivery, and fast scan cyclic voltammetry (FSCV) (sensing circuits which detect varying concentrations of neurotransmitters like dopamine caused by these stimulations). Some softwares also were developed for data display and analysis in synchronously with current events in the experiments. This allowed the use of infusion pumps and their flexibility is such that DBS or TMS can be used in single mode and other stimulation techniques and combinations like lights, sounds, etc. The developed system allows to control automatically the concentration of DA. The resolution of the system is around 0.4 µmol/L with time correction of concentration adjustable between 1 and 90 seconds. The system allows controlling DA concentrations between 1 and 10 µmol/L, with an error about +/- 0.8 µmol/L. Although designed to control DA concentration, the system can be used to control, the concentration of other substances. It is proposed to continue the closed loop development with FSCV and DBS (or TMS, or infusion) using parkinsonian animals models.

Fast line, arc/circle and leg detection from laser scan data in a player driver

A feature detection system has been developed for real-time identification of lines, circles and people legs from laser range data. A new method sutable for arc/circle detection is proposed: the Inscribed Angle Variance (IAV). Lines are detected using a recursive line fitting method.