Made available in DSpace on 2014-07-29T15:12:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Joel Rocha da Silva.pdf: 557734 bytes, checksum: 97955f40a90305a3592aea224371f9ea (MD5) Previous issue date: 2008-05-27 / Magnetite nanoparticles were prepared by the coprecipitation of ions Fe2+ and Fe3+ using ammonia solution as precipitating agent. Maghemite nanoparticles were prepared by forced oxidation of magnetite nanoparticles in acidic medium using nitrate ions as oxidizing agent. The magnetic nanoparticles were used to the preparation of aqueous magnetic fluids samples by the functionalization of the nanoparticles with bilayers of laurate/laurate and laurate/Pluronic. Aliquots of the magnetic fluids were dried and the resultant powders were characterized by chemical analysis (the contents of ions Fe2+ and Fe3+), X-ray powder diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The contents of ions Fe2+ and Fe3+ in all the samples showed that the nanoparticles are not pure magnetite or maghemite phases. X-ray powder diffraction (XRD) indicated the existence of inverse cubic spinel phase, but didn't permit the distinction between magnetite and maghemite phases. Based on the results of chemical and XRD analyses, the nanoparticles could be better characterized as reduced maghemite, which mean maghemite phase containing ions Fe2+. The average sizes of the oxide nanoparticles estimated by XRD were around of 10 nm. FTIR analyses showed that the nanoparticles were functionalized with bilayers of laurate/laurate and laurate/Pluronic. FTIR analyses also were indicative of the maghemite phase. The hydrodynamic size of the functionalized nanoparticles measured by PCS were in the range of 70-90 nm for the samples based on laurate and in the range of 100-200 nm for the samples containing Pluronic. The measurements of zeta potential showed that the magnetic fluids based on laurate bilayers presented better colloidal stability than that one based on bilayers of laurate/Pluronic. On the other hand, the studies of colloidal stability in cell culture medium by hydrodynamic size measurements showed the lost of colloidal stability of all the samples, in all the concentrations of medium investigated. The fluids with laurate/laurate bilayers showed higher ratio of aggregation in the culture medium than the fluids with laurate/Pluronic. The association of amphotericin B with nanoparticles was carried out only using the samples with laurate bilayers. The results showed that the ratio of association depends on the concentration of amphotericin added to the magnetic fluid. It was observed 100% of amphotericin association in the range of nanoparticles/amphotericin concentrations used, which in turn are adequated for posterior in vivo studies / Nanopartículas de magnetita foram preparadas pela coprecipitação dos íons Fe2+ e Fe3+ usando uma solução de amônia como o agente de precipitação. As nanopartículas de maguemita foram preparadas por oxidação forçada de nanopartículas de magnetita usando íons nitrato como o agente de oxidação, em meio ácido. As nanopartículas magnéticas foram usadas para a preparação de fluidos magnéticos aquosos pela funcionalização das nanopartículas com bicamadas de laurato/laurato e laurato/Pluronic. As alíquotas dos fluidos magnéticos foram secas e o pó resultante foi caracterizado por análise química (teores dos íons Fe2+ e Fe3+), difração de raios X pelo método do pó (DRX) e espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Os teores dos íons Fe2+ e Fe3+ em todas as amostras mostram que as nanopartículas não são fases puras da magnetita ou de maguemita. A difração de raios X (DRX) pelo método do pó indicou a existência da fase cúbica de espinélio inverso, mas não permite a distinção entre a magnetita e as fases de maguemita. Baseado nos resultados de análises químicas e de DRX, as nanopartículas poderiam ser melhor caracterizadas como maguemita reduzida, a qual resulta em uma fase de maguemita contento íons Fe2+. Os tamanhos médios das nanopartículas dos óxidos estimados por DRX foram em torno de 10 nm. As analises de FT-IR mostram que as nanopartículas foram funcionalizadas com bicamadas de laurato/laurato e laurato/Pluronic. As análises de FT-IR também foram indicativos da fase maguemita. O tamanho hidrodinâmico das nanopartículas funcionalizadas medidas por PCS foi em torno de 70-90 nm para amostras a base de laurato e em torno de 100-200 nm para amostras contendo Pluronic. As medidas de potencial zeta mostraram que os fluidos magnéticos a base de bicamada de laurato apresentam melhor estabilidade coloidal do que os a base de bicamada de laurato/Pluronic. Por outro lado, o estudo da estabilidade coloidal em meio de cultura por medidas de tamanho hidrodinâmico mostra a perda da estabilidade coloidal de todas as amostras, em todas as concentrações do meio investigado. Os fluidos com bicamadas de laurato/laurato mostraram taxas mais altas de agregação no meio de cultura do que os fluidos com laurato/Pluronic. Os estudos de associação de anfotericina B com nanopartículas foram realizados somente usando as amostras com bicamadas laurato/laurato. Os resultados mostraram que a taxa de associação depende da concentração de anfotericina adicionada ao fluido magnético. Foi observado 100% de associação da anfotericina na faixa da concentração nanopartículas/anfotericina usadas, que por sua vez são adequadas para posteriores estudos in vivo

Ácidos graxos livres (FFA) são importantes mediadores do transporte de prótons através de membranas. Porém, pouco se sabe sobre a influência estrutural tanto dos FFA como do ambiente lipídico na translocação de prótons através de membranas. Tanto os efeitos do comprimento da cadeia e número de insaturações dos FFA como a composição da membrana foram analisados por medidas elétricas em bicamadas lipídicas planas. Condutância a prótons (GH+) e condutância de vazamento (Gleak) foram calculadas a partir de medidas de voltagem em circuito aberto e de corrente de curto-circuito obtidas através de um eletrômetro ou um amplificador de patch-clamp (modo de voltage-clamp). Nossos resultados mostram que FFA com cis-insaturações causam um efeito mais pronunciado no transporte de próton quando comparados com FFA saturados ou trans-insaturação. Colesterol e cardiolipina diminuem Gleak de membranas. Cardiolipina também diminui GH+. Esses efeitos indicam uma dupla modulação do transporte de prótons: pelo mecanismo de flip-flop dos FFA e por uma via difusional simples adicional. / Free fatty acids (FFA) are important mediatiors of proton transport across membranes. However, little is known about the structural influence of both FFA and the membrane environment have in proton translocation across phospholipid membranes and by which means this influence is brought about. Both the effects of FFA chain length and insaturation and membrane composition on proton transport have been addressed in this study by electrical measurements in planar lipid bilayers. Proton conductance (GH+) and leak conductance (Gleak) were calculated from open-circuit voltage and short-circuit current measurements obtained using either an electrometer or a patch-clamp amplifier (voltage-clamp mode). We found that cis-unsaturated FFA caused a more pronounced effect on proton transport as compared to saturated or trans-unsaturated FFA. Cholesterol and cardiolipin decreased Gleak. Cardiolipin also decreased GH+. These effects indicate a dual modulation of protein-independent proton transport by FFA through flip-flop and by an additional simple diffusional pathway.

Bicamadas de lípides sintéticos como o brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB) ou dihexadecilfosfato de sódio (DHP) foram avaliadas como carreadores em potencial de miconazol (MCZ), uma droga altamente hidrofóbica. A solubilização e/ou estabilização do MCZ foi avaliada através de métodos de espectrofotometria no UV-visível, determinações de tamanho por espalhamento de luz dinâmico, determinações de potencial zeta e cinéticas de agregação da droga por medidas turbidez em presença ou ausência das dispersões dos anfifílicos. Os resultados mostram que há uma notável capacidade de solubilização de MCZ em fragmentos de membrana (BF) de dispersões de DODAB, o que não ocorre para vesículas grandes (LV) dos mesmos anfifilicos. Ainda, demonstrou-se uma evidente estabilização coloidal do particulado de droga em dispersão aquosa por deposição de bicamadas aniônicas de DHP sobre os grânulos catiônicos do miconazol. Em elevadas proporções molares drogai lípide sintético observou-se um aumento na estabilidade coloidal do particulado de droga que foi atribuído ao recobrimento do particulado catiônico de droga com bicamadas aniônicas. Posteriormente, foram avaliadas as possíveis interações existentes entre células de Candida albicans e fragmentos e/ou vesículas de DODAB. Isotermas de adsorção foram obtidas em função do método de dispersão, concentração do anfifílico e densidade numérica de células. Para os fragmentos de bicamada, as isotermas mostraram-se de alta afinidade (adsorção não-reversivel) não havendo desorção, ao contrário do resultado obtido para as vesículas grandes, onde foi observada desorção a partir da superficie celular. A desorção é favorecida pelo aumento da quantidade de vesículas livres no sobrenadante, sugerindo assim que existe uma significante interação intervesicular de natureza hidrofóbica entre DODAB adsorvido e as vesículas livres. Experimentos de mobilidade eletroforética (ME) mostram a mesma tendência. Dois tipos de interações puderam ser notados. As interações de natureza eletrostática estão presentes em ambas condições (interação das células com fragmento e/ou vesícula). A interação ocorre entre a cabeça carregada do anfifilico e a membrana do fungo. Interações hidrofóbicas possivelmente ocorrem somente em fragmentos de bicamada devido a interações extra-atrativas entre regiões hidrofóbicas da parede celular e as bordas hidrofóbicas dos fragmentos. / Bilayer of synthetic lipids such as sodium dioctadecyldimethylarnrnoniurn bromide (DODAB) or dihexadecylphosphate (DHP) were assessed as potential carriers for miconazol (MCZ), a very hydrophobic drug. The solubilization anel/or stabilization of the drug were tested by UV-visible spectrophotometry methods, size deterrninations by dynamic light scattering, zeta-potential detenninations and drug aggregations kinetics by turbidity changes in the presence or absence of amphiphiles dispersions. Our results show an outstanding capacity solubilization of MCZ in bilayer fragrnents (BF) of DODAB dispersions, what doesn\'t occur with large vesicles (LV) from the same amphiphiles. Still, we have demonstrated a colloidal stabilization of drug particles in water dispersion by deposition of anionic bilayers of DHP on the cationic MCZ granules. In high molar ratio drug/synthetic lipid we observed an increasing colloidal stabilization of drug particles that was attributed to the covering of the drug cationic particles with anionic bilayers. Subsequently, were evaluated the possible interactions that existed between Candida Albicans cells and DODAB fragrnents and/or vesicles. Adsorption isotherrns were obtained as a function of the method of dispersion, concentration of the amphiphiles and cells number density. For the bilayer fragrnents, the isotherrns showed high affinity (irreversible adsorption) without desorption, in contrast with the isotherrns obtained for large vesicles, where we observed desorption of these vesicles over the cellular surface. The desorption was favored by the increase of free vesicles in the supematant, thus suggesting that there is a significant inter-vesicle interaction ofhydrophobic nature between adsorbed DODAB and the free vesicles. Electrophoretic mobility (ME) experiments showed the same tendency. Two types of interactions could be observed. The electrostatic nature interactions were present in both conditions (cellular interaction with fragrnent and/or vesicle). The interaction occurs between the charged head of the amphiphilic and the fungus membrane. Hydrophobic interactions possibly only occur with bilayer fragrnents due the extraattractive interaction existing between hydrophobic regions of the cell wall and the hydrophobic borders of the fragrnents.

Orientadora: Profa Dra Paula Homem de Melo / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2015. / In this work, it is shown the study of sensitizing molecules of phthalocyanines, porphyrins and chlorins families, with different ligands and ions complexed (Zn+2, Al+3 and Si+4), in order to assess, by computational methods, relevant properties for photodynamic therapy (PDT) application. In the first part of the work, was established an appropriate methodology to study all proposed molecules quickly and accurately. So it was chosen the Density Functional Theory and the best funcional-basis set combination found was B3LYP/LANL2DZ for optimization anf OLYP/6-31g(d) for excited states. The solvent effects were added by the solvation model IEFPCM, in order to represent the outside and inside of a lipid bilayer, respectively. In the second part of this work were obtained properties such as area, volume, dipole, frontier orbitals energy and electronic transitions of all molucules studied in order to compare them and define which complexed ions and ligands are able to modify these properties with focus on PDT. The third part studied dimers formation of some of these molecules, since this formation may affect the eletronic transitions, invalidating PDT. This study was performed with the DCACP¿s corrections applied to BLYP functional to simulate dispersion forces, responsible for the dimers formation. In the fourth part of this work, was simulated by molecular dynamics one phthalocyanine inserted into a lipid bilayer and, associated with quantum mechanics, it was possible to acess the electronic states of the molecule. These electronic states were compared with a second method for theating electronic states along a lipid bilayer with consists of a dielectric gradient that represents a membrane, in order to choose a more rapid and efficient method. The last part of this study used the same dielectric gradient to study the phosphorescence, along the lipid bilayer, showing that this method can be employed for this kind of property.

Bicamadas de lípides sintéticos como o brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB) ou dihexadecilfosfato de sódio (DHP) foram avaliadas como carreadores em potencial de miconazol (MCZ), uma droga altamente hidrofóbica. A solubilização e/ou estabilização do MCZ foi avaliada através de métodos de espectrofotometria no UV-visível, determinações de tamanho por espalhamento de luz dinâmico, determinações de potencial zeta e cinéticas de agregação da droga por medidas turbidez em presença ou ausência das dispersões dos anfifílicos. Os resultados mostram que há uma notável capacidade de solubilização de MCZ em fragmentos de membrana (BF) de dispersões de DODAB, o que não ocorre para vesículas grandes (LV) dos mesmos anfifilicos. Ainda, demonstrou-se uma evidente estabilização coloidal do particulado de droga em dispersão aquosa por deposição de bicamadas aniônicas de DHP sobre os grânulos catiônicos do miconazol. Em elevadas proporções molares drogai lípide sintético observou-se um aumento na estabilidade coloidal do particulado de droga que foi atribuído ao recobrimento do particulado catiônico de droga com bicamadas aniônicas. Posteriormente, foram avaliadas as possíveis interações existentes entre células de Candida albicans e fragmentos e/ou vesículas de DODAB. Isotermas de adsorção foram obtidas em função do método de dispersão, concentração do anfifílico e densidade numérica de células. Para os fragmentos de bicamada, as isotermas mostraram-se de alta afinidade (adsorção não-reversivel) não havendo desorção, ao contrário do resultado obtido para as vesículas grandes, onde foi observada desorção a partir da superficie celular. A desorção é favorecida pelo aumento da quantidade de vesículas livres no sobrenadante, sugerindo assim que existe uma significante interação intervesicular de natureza hidrofóbica entre DODAB adsorvido e as vesículas livres. Experimentos de mobilidade eletroforética (ME) mostram a mesma tendência. Dois tipos de interações puderam ser notados. As interações de natureza eletrostática estão presentes em ambas condições (interação das células com fragmento e/ou vesícula). A interação ocorre entre a cabeça carregada do anfifilico e a membrana do fungo. Interações hidrofóbicas possivelmente ocorrem somente em fragmentos de bicamada devido a interações extra-atrativas entre regiões hidrofóbicas da parede celular e as bordas hidrofóbicas dos fragmentos. / Bilayer of synthetic lipids such as sodium dioctadecyldimethylarnrnoniurn bromide (DODAB) or dihexadecylphosphate (DHP) were assessed as potential carriers for miconazol (MCZ), a very hydrophobic drug. The solubilization anel/or stabilization of the drug were tested by UV-visible spectrophotometry methods, size deterrninations by dynamic light scattering, zeta-potential detenninations and drug aggregations kinetics by turbidity changes in the presence or absence of amphiphiles dispersions. Our results show an outstanding capacity solubilization of MCZ in bilayer fragrnents (BF) of DODAB dispersions, what doesn\'t occur with large vesicles (LV) from the same amphiphiles. Still, we have demonstrated a colloidal stabilization of drug particles in water dispersion by deposition of anionic bilayers of DHP on the cationic MCZ granules. In high molar ratio drug/synthetic lipid we observed an increasing colloidal stabilization of drug particles that was attributed to the covering of the drug cationic particles with anionic bilayers. Subsequently, were evaluated the possible interactions that existed between Candida Albicans cells and DODAB fragrnents and/or vesicles. Adsorption isotherrns were obtained as a function of the method of dispersion, concentration of the amphiphiles and cells number density. For the bilayer fragrnents, the isotherrns showed high affinity (irreversible adsorption) without desorption, in contrast with the isotherrns obtained for large vesicles, where we observed desorption of these vesicles over the cellular surface. The desorption was favored by the increase of free vesicles in the supematant, thus suggesting that there is a significant inter-vesicle interaction ofhydrophobic nature between adsorbed DODAB and the free vesicles. Electrophoretic mobility (ME) experiments showed the same tendency. Two types of interactions could be observed. The electrostatic nature interactions were present in both conditions (cellular interaction with fragrnent and/or vesicle). The interaction occurs between the charged head of the amphiphilic and the fungus membrane. Hydrophobic interactions possibly only occur with bilayer fragrnents due the extraattractive interaction existing between hydrophobic regions of the cell wall and the hydrophobic borders of the fragrnents.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver biosensores de membranas baseados na técnica de Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) e aplicá-los no estudo da interação do citocromo c (cit c) com modelos de membranas. SPR é uma técnica ótica, que através de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface mensura com alta sensibilidade a adsorção ou ligação de moléculas. Inicialmente desenvolvemos um sistema de gradiente de fluxo acoplado ao SPR, denominado FIG-SPR, e demonstramos a determinação automatizada da variação de n em função da concentração (dn/dC) de diferentes compostos e biopolímeros. O desenvolvimento dos biosensores de membranas iniciou-se com o estudo dos fatores que afetam a formação de uma membrana de bicamada híbrida (HBM). HBMs são compostas de uma monocamada de alcanotiol adsorvida sobre o ouro, e sobre esta uma camada fosfolipídica. A formação da HBM depende da fusão de vesículas em superfícies hidrofóbicas e que não é bem compreendido no nível molecular. Nossos estudos mostraram que na presença de cálcio e espermina a formação da HBM é favorecida, de tal forma que a monocamada de fosfolipídio alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, cerca de 20 Å\'. Além disso, mostramos que em soluções de baixa força iônica a camada lipídica não é homogênea. Demonstramos também que a presença de cálcio na concentração 150 mM diminui o tempo de formação da monocamada lipídica cerca de 14 vezes quando comparado ao tempo indicado na literatura. A homogeneidade da HBM e a carga superficial da mesma foram verificadas com a adsorção e a dissociação de cit c e de albumina bovina (BSA). Utilizando HBMs de composição lipídica variada demonstramos a adsorção e a dissociação de cit c induzida por cálcio em HBMs mistas, incluindo um modelo mimético da membrana mitocondrial interna (IMM) constituído de fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina e cardiolipina (PC/PE/CL) na proporção (4,5:3,5:2,0). Demonstramos que a adsorção de cit c nativo segue um perfil cooperativo e padrões esperados de variação de afinidade e cooperatividade em pHs 6,8, 7,4 e 8,0. Um modelo matemático foi desenvolvido para tratar as curvas de ligação de cit c, que é uma adaptação do modelo de Hill para adsorção de proteínas em superfícies. Os resultados de SPR juntamente com dados obtidos por Microscopia de Força Atômica (AFM) sugerem que a ligação cooperativa de cit c com HBM ocorre devido à reorganização das moléculas de CL e formação de domínios fosfolipídicos. O tratamento dos resultados cinéticos da dissociação de cit c por cálcio indica a existência de duas constantes de velocidade de dissociação (kd), sendo a primeira constante (kd1) relacionada à perda das interações eletrostáticas entre a proteína e a HBM, e a segunda (kd2) à perda das interações hidrofóbicas. Além disso, a dissociação do cit c do modelo estudado requer uma concentração mínima de cálcio de 30 µM para se tornar significativa. O estudo da interação entre moléculas de cit c foto-oxidadas (citc405) e a HBM de PC/PE/CL sugerem que ela ocorre com menor afinidade, nos três pHs estudados, se comparados aos resultados com cit c nativo. Além disso, nossos resultados sugerem que o citc405 não é facilmente dissociado por cálcio devido à perda da cooperatividade na interação. Possíveis implicações em eventos celulares destas descobertas, como a liberação do cit c da IMM e a iniciação da apoptose, são discutidas / The aim of this work was to develop membrane biosensors based on Surface Plasmon Resonance (SPR) and to apply them to study the interactions between cytochrome c (cyt c) and model membranes. SPR is an optical technique that provides high-sensitivity measurements of refractive index (n), allowing the characterization of the adsorption and desorption of molecules near interfaces. Initially we developed a flow gradient system connected to SPR, which was called FIG-SPR, and demonstrated the automated determination of the concentration gradient of refractive index (dn/dC) of different materials and biopolymers. The development of the membrane biosensors was initiated by studying the factors that affect the formation of a hybrid bilayer membrane (HBM). HBMs are composed of two monolayers: an alcanethiol monolayer adsorbed on gold over which is adsorbed a layer of phospholipids. The formation of an HBM depends on the fusion of phospholipid vesicles on hydrophobic surfaces, a process that is not well understood at the molecular level. Our results showed that in the presence of calcium and spermine the complete formation of an HBM is facilitated, i.e., the phospholipid monolayer reaches the expected thickness of about 20Å\'. However, in low ionic strength solutions the lipid layer that is formed is not homogeneous. We have also demonstrated that in the presence of 150 mM of calcium the time necessary for the formation of the lipid monolayer is reduced 14 times when compared to the times suggested in the literature. The homogeneity of the HBM and its superficial charge were verified with the adsorption and desorption of cyt c and bovine serum albumine (BSA). The adsorption and desorption of cyt c in different HBMs were studied including a model of the internal mitochondrial membrane (IMM), which is made of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine and cardiolipin (PC/PE/CL) in the ratio (4,5: 3,5: 2,0). We demonstrated that the adsorption of native cyt c follows a cooperative profile showing expected changes in affinity and cooperativity in different solution pHs of 6,8, 7,4 and 8,0. A mathematical model, which is an adaptation of the Hill model for adsorption of proteins in surfaces, was developed to treat the binding curves of cyt c. The results of SPR together with those obtained by Atomic Force Microscopy (AFM) suggested that the cooperative binding of cyt c in HBMs occurs due to the reorganization of CL molecules and formation of phospholipid domains. The kinetic results of the dissociation of cyt c induced by calcium indicates the existence of two velocity constants (kd), being the larger (kd1) related to the dissociation of cyt c interacting electrostatically with the HBM, and the smaller (kd2) related to the dissociation of cyt c interacting hydrophobically with the HBM. Moreover, the dissociation of cyt c from the HBM requires a minimum calcium concentration of 30 µM. The study of the interaction between photo-oxidized cyt c molecules (cytc405) and the PC/PE/CL HBM suggests that it occurs with smaller affinity when compared with the results obtained with the native cyt c. Moreover, cytc405 is not easily dissociated by calcium due to the loss of the interaction cooperativity with the HBM. Possible implications of these discoveries in cellular events, such as the release of cyt c from the IMM and the initiation of apoptosis, are discussed

Neste trabalho, realizamos um estudo das propriedades estruturais e elásticas da fase lamelar e também das interações relevantes que levam à estabilização dessa estrutura periódica. A composição da membrana, assim como sua hidratação, foi variada de maneira sistemática com o objetivo de introduzir alterações na flexibilidade da bicamada e no regime de confinamento. A fase lamelar é constituída de lecitina à qual é incorporado, em diferentes proporções, um co-surfactante comercial, formado por uma mistura de ácidos graxos etoxilados, Para o estudo das interações entre as bicamadas a fase lamelar foi submetida a uma pressão osmótica conhecida. Por meio de experimentos de SAXS, foram determinados os parâmetros estruturais que caracterizam a fase lamelar, para um dado valor de pressão. Os resultados experimentais obtidos são ajustados considerando-se um potencial efetivo de interação entre as bicamadas, permitindo a determinação de parâmetros quantitativos, caracterizando as diferentes contribuições atrativa e repulsivas. Em um segundo momento, foi realizado um estudo para caracterização da fase lamelar, desta vez, introduzindo um co-surfactante não comercial com o objetivo de investigar as alterações que ocorrem na interface devido à presença dos grupos etoxilados. Observa-se que a incorporação do co-surfactante amplia o domínio de diluição da fase lamelar atingindo período em torno de 200 Å, sem domínios de coexistência de duas fases lamelares, como se observa com o co-surfactante comercial polidisperso. O uso de um produto mais bem caracterizado, permite observações mais claras sobre mudanças no comportamento do parâmetro de Caillé, que caracteriza a flexibilidade da membrana, assim como alterações que ocorrem na interface, seja por efeito de confinamento ou por efeito de temperatura. / In this work, we carried out a study of structural and elastic properties of the lamellar phase and the relevant interactions that lead to stabilization of this periodic structure. The composition of the membrane, as well as hydration, was varied systematically in order to introduce changes in the flexibility of the bilayer and confinement regime. The lamellar phase is composed by lecithin, in which is incorporated in different proportions a commercial co-surfactant consisting of a mixture of ethoxylated fatty acids, To study the interactions between the bilayers the lamellar phase was placed under a known osmotic pressure. Structural parameters characterizing the lamellar phase were determined by SAXS experiments, for a given value of pressure. The experimental results are fitted considering an effective potential of interaction between the bilayers, allowing the determination of quantitative parameters characterizing the different attractive and repulsive contributions. In a second step, studies for characterization of the lamellar phase were carried out, but at this time, introducing a non-commercial co-surfactant with the aim of investigating the changes that occur at the interface due to the presence of ethoxylated groups. It is observed that the incorporation of co-surfactant extends the dilution limit of the lamellar phase, reaching lamellar periodicities around 200 Å, without coexistence of two lamellar phases, as observed with the commercial polydisperse co-surfactant. Using a more well characterized product, it is clearer the changes on the behavior of Caillé parameter, which characterizes the flexibility of the membrane, as well as changes occurring at the interface, either by confinement or temperature effects.

Neste trabalho, realizamos um estudo das propriedades estruturais e elásticas da fase lamelar e também das interações relevantes que levam à estabilização dessa estrutura periódica. A composição da membrana, assim como sua hidratação, foi variada de maneira sistemática com o objetivo de introduzir alterações na flexibilidade da bicamada e no regime de confinamento. A fase lamelar é constituída de lecitina à qual é incorporado, em diferentes proporções, um co-surfactante comercial, formado por uma mistura de ácidos graxos etoxilados, Para o estudo das interações entre as bicamadas a fase lamelar foi submetida a uma pressão osmótica conhecida. Por meio de experimentos de SAXS, foram determinados os parâmetros estruturais que caracterizam a fase lamelar, para um dado valor de pressão. Os resultados experimentais obtidos são ajustados considerando-se um potencial efetivo de interação entre as bicamadas, permitindo a determinação de parâmetros quantitativos, caracterizando as diferentes contribuições atrativa e repulsivas. Em um segundo momento, foi realizado um estudo para caracterização da fase lamelar, desta vez, introduzindo um co-surfactante não comercial com o objetivo de investigar as alterações que ocorrem na interface devido à presença dos grupos etoxilados. Observa-se que a incorporação do co-surfactante amplia o domínio de diluição da fase lamelar atingindo período em torno de 200 Å, sem domínios de coexistência de duas fases lamelares, como se observa com o co-surfactante comercial polidisperso. O uso de um produto mais bem caracterizado, permite observações mais claras sobre mudanças no comportamento do parâmetro de Caillé, que caracteriza a flexibilidade da membrana, assim como alterações que ocorrem na interface, seja por efeito de confinamento ou por efeito de temperatura. / In this work, we carried out a study of structural and elastic properties of the lamellar phase and the relevant interactions that lead to stabilization of this periodic structure. The composition of the membrane, as well as hydration, was varied systematically in order to introduce changes in the flexibility of the bilayer and confinement regime. The lamellar phase is composed by lecithin, in which is incorporated in different proportions a commercial co-surfactant consisting of a mixture of ethoxylated fatty acids, To study the interactions between the bilayers the lamellar phase was placed under a known osmotic pressure. Structural parameters characterizing the lamellar phase were determined by SAXS experiments, for a given value of pressure. The experimental results are fitted considering an effective potential of interaction between the bilayers, allowing the determination of quantitative parameters characterizing the different attractive and repulsive contributions. In a second step, studies for characterization of the lamellar phase were carried out, but at this time, introducing a non-commercial co-surfactant with the aim of investigating the changes that occur at the interface due to the presence of ethoxylated groups. It is observed that the incorporation of co-surfactant extends the dilution limit of the lamellar phase, reaching lamellar periodicities around 200 Å, without coexistence of two lamellar phases, as observed with the commercial polydisperse co-surfactant. Using a more well characterized product, it is clearer the changes on the behavior of Caillé parameter, which characterizes the flexibility of the membrane, as well as changes occurring at the interface, either by confinement or temperature effects.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-11T18:27:28Z No. of bitstreams: 1 manoelcarlosdossantosjunior.pdf: 4607995 bytes, checksum: 47fe628f81ff50e0935ea700b075a416 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Favor corrigir: Título: Síntese e estudo raman de grafeno bicamada rodado sob influência e campo eléctrico Título: Síntese e estudo raman de grafeno bi-camada rodado sob influencia e campo eléctrico Verificar o acento em Júnior e corrigir "dos" Autor(es): Santos Junior, Manoel Carlos Dos on 2018-01-23T13:56:04Z (GMT) / Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-23T14:05:52Z No. of bitstreams: 1 manoelcarlosdossantosjunior.pdf: 4607995 bytes, checksum: 47fe628f81ff50e0935ea700b075a416 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T14:22:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 manoelcarlosdossantosjunior.pdf: 4607995 bytes, checksum: 47fe628f81ff50e0935ea700b075a416 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T14:22:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 manoelcarlosdossantosjunior.pdf: 4607995 bytes, checksum: 47fe628f81ff50e0935ea700b075a416 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho, usamos os dois principais modos de operação CVD, LPCVD (low Pressure Chemical Vapor Deposition – Deposição Química na Vapor em Baixa Pressão) e APCVD (Ambient Pressure Chemical Vapor Deposition – Deposição Química na Vapor em Pressão Ambiente), para a produção de filmes de grafeno bicamada rodado (GBR). O modo LPCVD se mostrou mais eficaz para produção de grafeno monocada de alta qualidade e cobrindo grandes áreas. Pelo modo APCVD foi possível otimizar uma rota reprodutível para sintetizar filmes de GBR com todos os ângulos possíveis e com dimensões suficientes para realização de medidas Raman com precisão espacial (≈100 ). Usamos, microscopia óptica e espectroscopia Raman para caracterizar os filmes de GBR. Posteriormente, os filmes sintetizados foram transferidos para um substrato litografado para confecção de um dispositivo de efeito de campo (FET). Fizemos um estudo sistemático das características Raman do GBR (frequência, largura máxima a meia altura e intensidades relativas das bandas G e 2D) como função da altura do nível de Fermi. Observamos uma diminuição das Anomalias de Kohn e um aumento do tempo de vida dos fônons responsáveis pela banda G tanto do grafeno quanto do GBR quando a tensão de porta é sintonizada. Observamos também que, para ângulos grandes, 20°≤≤30°, as principais características Raman do GBR se mantém constantes quando sintonizamos uma tensão de porta, em outras palavras, as curvas da frequência e da largura máxima a meia altura das bandas G e 2D assumem o mesmo comportamento. Contudo, para ângulos pequenos, menores que <7,5°, observamos alterações nas características Raman do grafeno quando uma tensão de porta é aplicada, principalmente na banda 2D. Ainda são necessários mais estudos para a compreensão correta desses fenômenos. Porém, atribuímos essas diferenças de comportamento das características Raman do GBR a uma diminuição da velocidade de Fermi dos elétrons nesse material para ângulos pequenos. Para ângulos grandes, não observamos nenhuma diferença nas características Raman do GBR. Isso pode ser explicado pelo fato de que, para ângulos grandes, as camadas do GBR estão praticamente desacopladas, fazendo com que as propriedades do GBR sejam semelhantes às de uma monocamada de grafeno. / In this work, we have employed, both, Low Pressure Chemical Vapor Deposition, (LPCVD) as well as Ambient Pressure Chemical Vapor Deposition (APCVD) to produce large areas of twisted bi-layer graphene. LPCVD allowed us to produce highly crystalline monolayer graphene. However, by using APCVD we were able to obtain twisted bi-layer graphene as large as ≈100 . All the materials synthesized were carefully analyzed by optical microscopy and Raman spectroscopy. Once we were able to produce ideals bi-layer twisted graphene films; we transferred these materials to a field effect transistor (FET) device. Then we studied the graphene Raman features as a function of the gate voltage. As expected, we observed that the Kohn anomaly was removed by doping graphene by either holes or electrons. Also, the G band phonon lifetime tends to increase as a function of the gate voltage for both monolayer and twisted bi-layer graphene. It seems that large angle twisted bi-layer graphene 20°≤≤30° has a Raman behavior, when back-gated, very similar to monolayer graphene. Which seems to be consistent with the fact that those sample behave as two uncoupled monolayer graphene. Even though, we could prove that our FET device was working properly, we could not obtain significant modification of the Raman band features for twisted bi-layer with small angles (<7,5°).

O objetivo deste trabalho foi desenvolver biosensores de membranas baseados na técnica de Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) e aplicá-los no estudo da interação do citocromo c (cit c) com modelos de membranas. SPR é uma técnica ótica, que através de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface mensura com alta sensibilidade a adsorção ou ligação de moléculas. Inicialmente desenvolvemos um sistema de gradiente de fluxo acoplado ao SPR, denominado FIG-SPR, e demonstramos a determinação automatizada da variação de n em função da concentração (dn/dC) de diferentes compostos e biopolímeros. O desenvolvimento dos biosensores de membranas iniciou-se com o estudo dos fatores que afetam a formação de uma membrana de bicamada híbrida (HBM). HBMs são compostas de uma monocamada de alcanotiol adsorvida sobre o ouro, e sobre esta uma camada fosfolipídica. A formação da HBM depende da fusão de vesículas em superfícies hidrofóbicas e que não é bem compreendido no nível molecular. Nossos estudos mostraram que na presença de cálcio e espermina a formação da HBM é favorecida, de tal forma que a monocamada de fosfolipídio alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, cerca de 20 &#197;\'. Além disso, mostramos que em soluções de baixa força iônica a camada lipídica não é homogênea. Demonstramos também que a presença de cálcio na concentração 150 mM diminui o tempo de formação da monocamada lipídica cerca de 14 vezes quando comparado ao tempo indicado na literatura. A homogeneidade da HBM e a carga superficial da mesma foram verificadas com a adsorção e a dissociação de cit c e de albumina bovina (BSA). Utilizando HBMs de composição lipídica variada demonstramos a adsorção e a dissociação de cit c induzida por cálcio em HBMs mistas, incluindo um modelo mimético da membrana mitocondrial interna (IMM) constituído de fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina e cardiolipina (PC/PE/CL) na proporção (4,5:3,5:2,0). Demonstramos que a adsorção de cit c nativo segue um perfil cooperativo e padrões esperados de variação de afinidade e cooperatividade em pHs 6,8, 7,4 e 8,0. Um modelo matemático foi desenvolvido para tratar as curvas de ligação de cit c, que é uma adaptação do modelo de Hill para adsorção de proteínas em superfícies. Os resultados de SPR juntamente com dados obtidos por Microscopia de Força Atômica (AFM) sugerem que a ligação cooperativa de cit c com HBM ocorre devido à reorganização das moléculas de CL e formação de domínios fosfolipídicos. O tratamento dos resultados cinéticos da dissociação de cit c por cálcio indica a existência de duas constantes de velocidade de dissociação (kd), sendo a primeira constante (kd1) relacionada à perda das interações eletrostáticas entre a proteína e a HBM, e a segunda (kd2) à perda das interações hidrofóbicas. Além disso, a dissociação do cit c do modelo estudado requer uma concentração mínima de cálcio de 30 &#181;M para se tornar significativa. O estudo da interação entre moléculas de cit c foto-oxidadas (citc405) e a HBM de PC/PE/CL sugerem que ela ocorre com menor afinidade, nos três pHs estudados, se comparados aos resultados com cit c nativo. Além disso, nossos resultados sugerem que o citc405 não é facilmente dissociado por cálcio devido à perda da cooperatividade na interação. Possíveis implicações em eventos celulares destas descobertas, como a liberação do cit c da IMM e a iniciação da apoptose, são discutidas / The aim of this work was to develop membrane biosensors based on Surface Plasmon Resonance (SPR) and to apply them to study the interactions between cytochrome c (cyt c) and model membranes. SPR is an optical technique that provides high-sensitivity measurements of refractive index (n), allowing the characterization of the adsorption and desorption of molecules near interfaces. Initially we developed a flow gradient system connected to SPR, which was called FIG-SPR, and demonstrated the automated determination of the concentration gradient of refractive index (dn/dC) of different materials and biopolymers. The development of the membrane biosensors was initiated by studying the factors that affect the formation of a hybrid bilayer membrane (HBM). HBMs are composed of two monolayers: an alcanethiol monolayer adsorbed on gold over which is adsorbed a layer of phospholipids. The formation of an HBM depends on the fusion of phospholipid vesicles on hydrophobic surfaces, a process that is not well understood at the molecular level. Our results showed that in the presence of calcium and spermine the complete formation of an HBM is facilitated, i.e., the phospholipid monolayer reaches the expected thickness of about 20&#197;\'. However, in low ionic strength solutions the lipid layer that is formed is not homogeneous. We have also demonstrated that in the presence of 150 mM of calcium the time necessary for the formation of the lipid monolayer is reduced 14 times when compared to the times suggested in the literature. The homogeneity of the HBM and its superficial charge were verified with the adsorption and desorption of cyt c and bovine serum albumine (BSA). The adsorption and desorption of cyt c in different HBMs were studied including a model of the internal mitochondrial membrane (IMM), which is made of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine and cardiolipin (PC/PE/CL) in the ratio (4,5: 3,5: 2,0). We demonstrated that the adsorption of native cyt c follows a cooperative profile showing expected changes in affinity and cooperativity in different solution pHs of 6,8, 7,4 and 8,0. A mathematical model, which is an adaptation of the Hill model for adsorption of proteins in surfaces, was developed to treat the binding curves of cyt c. The results of SPR together with those obtained by Atomic Force Microscopy (AFM) suggested that the cooperative binding of cyt c in HBMs occurs due to the reorganization of CL molecules and formation of phospholipid domains. The kinetic results of the dissociation of cyt c induced by calcium indicates the existence of two velocity constants (kd), being the larger (kd1) related to the dissociation of cyt c interacting electrostatically with the HBM, and the smaller (kd2) related to the dissociation of cyt c interacting hydrophobically with the HBM. Moreover, the dissociation of cyt c from the HBM requires a minimum calcium concentration of 30 &#181;M. The study of the interaction between photo-oxidized cyt c molecules (cytc405) and the PC/PE/CL HBM suggests that it occurs with smaller affinity when compared with the results obtained with the native cyt c. Moreover, cytc405 is not easily dissociated by calcium due to the loss of the interaction cooperativity with the HBM. Possible implications of these discoveries in cellular events, such as the release of cyt c from the IMM and the initiation of apoptosis, are discussed