Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Programa de Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-20T15:41:58Z No. of bitstreams: 1 2017_DouglasCardosoBrandão.pdf: 4146484 bytes, checksum: 6a31b9a3476632a59df2a04d1f4fb814 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-23T17:40:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_DouglasCardosoBrandão.pdf: 4146484 bytes, checksum: 6a31b9a3476632a59df2a04d1f4fb814 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-23T17:40:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_DouglasCardosoBrandão.pdf: 4146484 bytes, checksum: 6a31b9a3476632a59df2a04d1f4fb814 (MD5) Previous issue date: 2017-11-23 / A marcação celular específica vem sendo continuamente aprimorada visando sua aplicação como ferramenta para a pesquisa científica e o diagnóstico. O estudo de compartimentos celulares baseado em fluorescência tem auxiliado grandemente na investigação de processos químicos e biológicos essenciais a manutenção da vida das células. Moléculas como o benzotiadiazol, possibilitam a síntese de diversos derivados fluorescentes a partir do seu forte núcleo aceptor de elétrons. A simples confirmação da atividade fluorescente intracelular já habilita estas moléculas como potenciais compostos repórteres que poderão ser acoplados a outras moléculas que apresentem avidez e estabeleçam ligações estáveis específicas com biomoléculas. Atualmente, existem diversos marcadores comerciais para marcação celular, porém estes agentes apresentam diversas desvantagens que tornam o seu uso limitado. Nosso grupo vem buscando desenvolver novas moléculas fluorescentes para aplicação em bioimageamento, visando suprir as limitações dos agentes fluorescentes comerciais de referência. Além disso, seu desenvolvimento se enquadra nos preceitos da química verde. Deste modo, trabalhamos com o núcleo 2,1,3 benzotiadiazol (BTD) que possui diversas características ideias para sondas fluorescentes. Esta pesquisa apresenta três moléculas derivadas deste núcleo BTD (BJD#UnB1, BJD#UnB2 e BJD#UnB3) e visa relacionar a estrutura química, solubilidade e o alvo celular em que são seletivas nos experimentos in vitro e in vivo. Os resultados demonstraram que os compostos BJD#UnB1 e BJD#UnB2 apresentam afinidade pela membrana plasmática, possivelmente se associando aos glicerofosfolipídeos de membrana. Sendo que o composto BJD#UnB1 apresenta o seu pico de fluorescência dentro da faixa do azul e o composto BJD#UnB2 apresenta seu pico de fluorescência dentro da faixa do verde, no espectro de luz visivel. A solubilidade destes dois compostos foi variada, onde o composto BJD#UnB2 apresentou melhor solubilidade. Apesar da marcação no citoplasma apresentada por ambos os compostos, o mesmo se repetiu com o marcador comercial de membrana plasmática CellMask®. O composto BJD#UnB3 apresentou especificidade por corpúsculos lipídicos, emitindo intenso sinal de fluorescência na faixa do verde no espectro de luz visível, esta molécula apresentou ainda solubilidade similar a do composto BJD#UnB1. Quando comparado ao Bodipy®, o composto aqui testado (BJD#UnB3) apresentou maior intensidade de fluorescência que o marcador comercial de referência. Além disso, este composto foi excelente para marcações em outros modelos como C. elegans, Zebrafish e microalgas. Além destas propriedades, todos os marcadores aqui testados apresentaram ausência de citotoxicidade, fotoestabilidade durante o uso e estabilidade em solução e no meio intracelular. / A specific cellular marking, which is continuously improved aiming its application as a tool for scientific research and diagnosis. Molecules, such as benzothiadiazole, enable the production of several fluorescent molecules derivatives, keeping its strongly electron acceptor nucleus. The simple determination of intracellular fluorescent activity has already enabled these molecules to work as potential reporters that can be coupled to other molecules that show avidity and establish specific stable bonds with other biomolecules. Currently, there are several markers used for fluorescent labeling, however, many of them show several disadivantages restricting their usage. Our group has been searching for new fluorescent molecules for bioimaging research, aiming to overcome the limitations of the commercial fluorescent agents. In addition, its development is based on processes that minimize environmental waste. Thus, we work with the 2,1,3-benzothiadiazole (BTD) nucleus that has several interesting features for fluorescent probes. This research presents three molecules derived from BTD nucleus (BJD#UnB1, BJD#UnB2 and BJD#UnB3) and aims to corelate their chemical structure, solubility and cellular target through in vitro and in vivo experiments. The results demonstrated that BJD#UnB1 and BJD#UnB2 compounds show affitinty to plasma membrane, possibly associating with membrane glycerophospholipids. Being that BJD#UnB1 compound shows higher fluorescence intensity in the blue channel and the BJD#UnB2 compound presents higher fluorescence intensity in the green channel. The solubility of these probes varied, and the compound BJD#UnB2 showed better solubility. Despite the inespecific and weaker cytoplasmic labeling compared to cell membrane staining exhibited by both compounds, this pattern was also observed for the commercial CellMask® plasma membrane marker. Compound BJD#UnB3 exhibited specificity for lipid vesicles, emitting intense fluorescence signal in the green channel and exhibiting similar solubility to compound BJD#UnB1. Compared to Bodipy®, the compound tested in this work (BJD # UnB3) showed higher fluorescence intensity than the commercial probe. Besides, this compound was excellent for stainging other models such as C. elegans, Zebrafish and microalgae. In addition, all markers showed photostability and no cytotoxicit during their use and they were stable in solution or in intracellular medium.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2017. / Texto parcialmente liberado pelo autor. Conteúdo liberado: Resumo e Abstract. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-12-07T17:29:28Z No. of bitstreams: 1 2017_IngrydRichelleMedeirosdeAraújo_PARCIAL.pdf: 342885 bytes, checksum: 19b4d074541b19c533d318aea6cec78e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-08T20:55:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_IngrydRichelleMedeirosdeAraújo_PARCIAL.pdf: 342885 bytes, checksum: 19b4d074541b19c533d318aea6cec78e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-08T20:55:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_IngrydRichelleMedeirosdeAraújo_PARCIAL.pdf: 342885 bytes, checksum: 19b4d074541b19c533d318aea6cec78e (MD5) Previous issue date: 2018-02-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / A obtenção de sistemas fluorescentes seletivos e com propriedades fotofísicas adequadas para bioimageamento é altamente desejado. Nesse contexto, propôs-se a utilização de compostos orgânicos fluorescentes derivados dos núcleos 2,1,3- Benzotiadiazola (BTD) e 2,1,3-Benzoselenodiazola (BSD) como alternativas de sondas para o bioimageamento, visto que esses núcleos apresentam propriedades interessantes como marcadores fluorescentes. A arquitetura dos derivados do núcleo BTD foram planejadas para a obtenção de sondas solúveis em meio aquoso, tendo esta apresentado resultados interessantes como estabilidade térmica, elevada fotoestabilidade, amplos deslocamentos de Stokes e a capacidade de transpor a membrana celular. Já os derivados do núcleo BSD além de bons resultados nos estudos fotofísicos, apresentaram resultados surpreendentes para aplicações biológicas, onde todos os compostos foram capazes de transpor a membrana celular e marcar corpos lipídicos seletivamente para uma variedade de linhagens celulares e apresentando comportamento multiemissivo para o comprimento de onda de analise. Esses resultados demonstram que a utilização dos núcleos BTD e BSD em imageamento celular é uma alternativa promissora, ampliado o entendimento desse tipo de sistema e consolidando os resultados já obtidos frente a esses núcleos. / The synthesis of selective fluorescent systems and with tunable photophysical properties suitable for bioimaging application is a challenging task. In this context, the use of fluorescent organic compounds derived from the 2,1,3-benzothiadiazole (BTD) and 2,1,3-benzoselenodiazole (BSD) cores is a viable alternative for bioimaging application as these nuclei have attractive properties as fluorescent markers. The architecture of the BTD core derivatives were designed to obtain aqueous soluble probes, which presented interesting results such as thermal stability, high photostability, large Stokes displacements and the ability to transpose the cell membrane. The BSD core derivatives, besides good results in the photophysical studies, presented surprising results for biological application. All tested compounds were able to transpose the cell membrane and selectively label lipid bodies for a variety of cell lines and presented multiemissive behavior depending on the photomultiplier conditions. These results demonstrate that the use of BTD and BSD cores as cellular probes is a promising alternative, broadening the understanding of this type of system and consolidating the results already obtained in relation to these core.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015. / Este trabalho apresenta a síntese, caracterização e aplicação de complexos ionicamente marcados de európio (III) e térbio (III) como sondas fluorescentes em ensaios de bioimageamento. Estes novos complexos foram obtidos a partir de um líquido iônico de função específica (inédito) e sua posterior polimerização. De acordo com os dados de calorimetria diferencial de varredura e análises termogravimétricasos complexos apresentaram-se termicamente mais estáveis quando comparados com seus monómeros precursores e respectivos polímeros ausente de metais. Outras técnicas de caracterização, como RMN, ATR-FTIR, fluorescência e cromatografia de permeação em gel confirmou a síntese bem sucedida de complexos marcados ionicamente e seus polímeros. As análises de FTIR-ATR e fluorescência sugerem que clusters de água auto-organizadas suprimem a emissão de luz dos complexos. Na verdade, o baixo rendimento quântico de fluorescência é uma consequência do acoplamento vibrônico das moléculas de água. Todos os complexos foram submetidos a experimentos de imagem celular. Os resultados forneceram evidências de que estes complexos foram eficazes e seletivos na distinção das diferentes organelas dentro da célula. Alguns dos complexos (VAIEu) foram seletivos para os endossomos precoces e tardios, enquanto outros (VAITb) associaram ao retículo endoplasmático. Além disso, VAIEu-βdicetona acumulou em vesículas citoplasmáticas, PVAIEu associado com lisossomos, complexos PVAITb foram seletivos para retículo endoplasmático e PVAIEu-βdicetona apresentou associação para vesículas e endossomos, tanto precoces e tardios. / This work presents the synthesis, characterization, and the application of ionically tagged complexes of europium(III) and terbium(III) as fluorescent probes in cellular bio imaging. These new complexes were obtained from an ionic liquid of specific function and their post polymerization. According to thermogravimetric and differential scanning calorimetrydata the polymerized complexes were thermally more stable than the precursor monomers and respective polymers absent of metals. In particular, the glass transition temperature was higher in metaled polymerized complexes. Other characterization techniques, namely NMR H1 and C13, FTIR-ATR, fluorescence and gel permeation chromatography confirmed the successful synthesis ofionically tagged complexes and their polymers. FTIR-ATR and fluorescence analysis suggest that self-organized water clusters suppress the light emission of ionically tagged complexes and their polymers. In fact, the low quantum yield of fluorescence is a consequence of the vibronic coupling with water molecules. All complexes were submitted to experiments of cellular imaging. Results provided evidence that these complexes were effective and selective in the distinction of different organelles within the cell. Some of the complexes (VAIEu) were selective for early and late endosomes, while others (VAITb) were associated with the endoplasmic reticulum. Moreover, VAIEu-βdiketoneaccumulated in cytoplasmic vesicles, PVAIEu associated with lysosomes, PVAITb complexes were selective for endoplasmic reticulum and PVAIEu-βdiketonepresented association to vesicles and endosomes, both early and late.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-08-10T20:19:54Z No. of bitstreams: 1 2017_MarcosAntônioCalilJúnior.pdf: 11081601 bytes, checksum: 5f54adc010d648205c85ca72ecca0ee4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-25T23:18:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_MarcosAntônioCalilJúnior.pdf: 11081601 bytes, checksum: 5f54adc010d648205c85ca72ecca0ee4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-25T23:18:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_MarcosAntônioCalilJúnior.pdf: 11081601 bytes, checksum: 5f54adc010d648205c85ca72ecca0ee4 (MD5) Previous issue date: 2017-09-25 / O trabalho em questão está dividido em dois capítulos. O capítulo 1 baseia-se na síntese e caracterização de cristais de NaYF4 dopados com íons lantanídeos. Os cristais foram sintetizados utilizando os métodos da coprecipitação e hidrotérmico. Os parâmetros sintéticos foram modificados para otimizar o tamanho e a morfologia dos cristais. Foram obtidos cristais nas fases cúbica, hexagonal ou na transição entre as fases. Os cristais apresentaram propriedades downconversion e upconversion. O diâmetro médio dos cristais variou entre 25 nm a 6,4 µm. Os cristais de NaYF4 foram funcionalizados com esferas de sílica e conjugados com ácido fólico para a criação de compósitos multifuncionais. A utilização dos cristais de NaYF4 na produção de espécies 1O2 mostrou-se eficiente. Os cristais de αβ-NaYF4:Tb3+ mostraram boa eficiência na marcação de células MCF-7. Os cristais sintetizados mostram alta potencialidade de aplicação nas áreas médica e biomédica. O capítulo 2 baseia-se na síntese e caracterização de partículas de ZnGa2O4 que apresentam o fenômeno da luminescência persistente. Os materiais foram sintetizados pelo método da calcinação. A matriz de ZnGa2O4 dopada com íons Mn2+ apresentou um tempo de vida médio de luminescência de 63,67 segundos, após a remoção da fonte de excitação. Quando dopada com íons Eu3+ e Cr3+, a matriz de ZnGa2O4 apresenta um tempo de vida médio de 18,36 segundos, após a remoção da fonte de excitação. Os materiais sintetizados apresentam alta potencialidade de utilização em aplicações como bioimageamento celular e terapia fotodinâmica. / This work is divided into 2 chapters. Chapter 1 deals with the synthesis and characterization of lanthanide-doped NaYF4 crystals. The crystals were synthesized by coprecipitation and hydrothermal methods. The synthetic route was modified to optimize the size and morphology of the crystals. The crystals were obtained in cubic phase, hexagonal phase or a mixture between cubic and hexagonal phases. The synthesized crystals showed downconversion and upconversion properties. The average diameter of the crystal ranged from 25 nm to 6,4 um. The NaYF4 crystals were functionalized with silica spheres and conjugated with folic acid to create multifunctional composites. The use of NaYF4 crystals in the production of 1O2 species was efficient. The downconversion αβ-NaYF4:Tb3+ crystals showed good efficiency in labeling MCF-7 cells. The synthesized crystals showed high potential of application in the medical and biomedical areas. Chapter 2 deals with the synthesis and characterization of persistent luminescent ZnGa2O4 particles. Calcination method were used to synthesize the particles. ZnGa2O4 host doped with Mn2+ ions showed a lifetime decay of 63,67 seconds, after removal of the excitation source. The host doped with Eu3+ and Cr3+ showed a lifetime decay of 18,36 seconds, after removal of the excitation source. The synthesized materials show high potential for use in applications such as photodynamic therapy and bioimaging.

O trabalho apresentado nessa dissertação concentra-se na área de espectroscopia de íons terras raras com aplicação em biofotônica e foi desenvolvido através da síntese de partículas de fluoreto de bário e gadolínio dopada com o par Yb3+/Tm3+ para estudos conversão ascendente de energia, além da tentativa de crescimento desse material nos poros de uma nanoesfera de sílica. Os materiais a base de fluoretos foram sintetizados através de metodologia hidrotermal com agente complexante citrato de sódio variando a concentração de dopagem do par Yb3+/Tm3+ produzindo três diferentes materiais luminescentes que apresentou conversão ascendente em energia e emissões características do íon túlio a partir da excitação em 980 nm (BaGdF5YbTm nos quais a razão (porcentagem mol/mol) Yb/Tm foi igual à 18/0,5; 20/1 e 10/0,5), além de um quarto material dopado com o íon Eu3+ para estudos estruturais e espectroscópicos acerca da matriz (BaGdF5Eu Gd/Eu 1% mol/mol). Todos os materiais obtidos pela metodologia são cristalinos e apresentaram fase cúbica da solução sólida de BaGdF5. Ademais, dois materiais híbridos, contendo sílica e fluoreto, foram preparados. O primeiro, recobrimento das partículas de fluoreto com sílica (SiO2), apresentou resultados diferentes do que foi previamente reportado por esse grupo de pesquisa, direcionando os estudos ao segundo material, que consistiu no crescimento de partículas de fluoreto dentro dos poros de uma nanoesfera de sílica (SiO2). Neste último, os materiais apresentaram manutenção da morfologia esférica precursora das nanoesferas de sílica além de, para uma amostra sintetiza hidrotermicamente na ausência de citrato de sódio, promover o aparecimento da banda 1D4 5H6 e serão conduzidas para testes biológicos subsequentes como citotoxicidade. / The work presented herein focuses on the area of rare earth spectroscopy with application in biophotonics and it was developed through the synthesis of barium and gadolinium fluoride particles doped with the Yb3+/Tm3+ pair for upconversion studies and the attempt to grow the material in the pores of a silica nanosphere. Biophotonic has been an area of growing interest for the last 30 years, it studies the interaction between light and living matter seeking new technologies in order to characterize, image, diagnose and treat a complexity of dysfunctions in biological material. The search and development of new materials for bioimaging is a need that involves several areas of knowledge. In this work, fluoride-based materials were synthesized by hydrothermal method by varying the doping concentration of Yb3+/Tm3+ pair producing 3 different luminescent materials (BaGdF5YbTm - in which the ratio (mole/mole percentage) Yb/Tm was equal to 18/0,5; 20/1 and 10/0,5). In addition, a fourth material doped with Eu3+ was synthetized for structural and spectroscopic studies on the matrix (BaGdF5Eu - Gd / Eu 1 mol% mol). All materials obtained by this method were crystalline and presented cubic phase of BaGdF5 solid solution. Moreover, two multifunctional materials were prepared. The first was obtained by coating the fluoride particles with silica (SiO2) presented different results than previously reported by this research group, directing the studies to the second material, which consisted of the growth of fluoride particles inside the pores of a nanosphere of silica (SiO 2). In the latter, the materials showed maintenance of the precursor spherical morphology of silica nanospheres and, for a hydrothermally synthesized sample in the absence of sodium citrate, promote the appearance of the 1D4 5H6 band and will be conducted for subsequent biological tests as cytotoxicity.

O trabalho apresentado nessa dissertação concentra-se na área de espectroscopia de íons terras raras com aplicação em biofotônica e foi desenvolvido através da síntese de partículas de fluoreto de bário e gadolínio dopada com o par Yb3+/Tm3+ para estudos conversão ascendente de energia, além da tentativa de crescimento desse material nos poros de uma nanoesfera de sílica. Os materiais a base de fluoretos foram sintetizados através de metodologia hidrotermal com agente complexante citrato de sódio variando a concentração de dopagem do par Yb3+/Tm3+ produzindo três diferentes materiais luminescentes que apresentou conversão ascendente em energia e emissões características do íon túlio a partir da excitação em 980 nm (BaGdF5YbTm nos quais a razão (porcentagem mol/mol) Yb/Tm foi igual à 18/0,5; 20/1 e 10/0,5), além de um quarto material dopado com o íon Eu3+ para estudos estruturais e espectroscópicos acerca da matriz (BaGdF5Eu Gd/Eu 1% mol/mol). Todos os materiais obtidos pela metodologia são cristalinos e apresentaram fase cúbica da solução sólida de BaGdF5. Ademais, dois materiais híbridos, contendo sílica e fluoreto, foram preparados. O primeiro, recobrimento das partículas de fluoreto com sílica (SiO2), apresentou resultados diferentes do que foi previamente reportado por esse grupo de pesquisa, direcionando os estudos ao segundo material, que consistiu no crescimento de partículas de fluoreto dentro dos poros de uma nanoesfera de sílica (SiO2). Neste último, os materiais apresentaram manutenção da morfologia esférica precursora das nanoesferas de sílica além de, para uma amostra sintetiza hidrotermicamente na ausência de citrato de sódio, promover o aparecimento da banda 1D4 5H6 e serão conduzidas para testes biológicos subsequentes como citotoxicidade. / The work presented herein focuses on the area of rare earth spectroscopy with application in biophotonics and it was developed through the synthesis of barium and gadolinium fluoride particles doped with the Yb3+/Tm3+ pair for upconversion studies and the attempt to grow the material in the pores of a silica nanosphere. Biophotonic has been an area of growing interest for the last 30 years, it studies the interaction between light and living matter seeking new technologies in order to characterize, image, diagnose and treat a complexity of dysfunctions in biological material. The search and development of new materials for bioimaging is a need that involves several areas of knowledge. In this work, fluoride-based materials were synthesized by hydrothermal method by varying the doping concentration of Yb3+/Tm3+ pair producing 3 different luminescent materials (BaGdF5YbTm - in which the ratio (mole/mole percentage) Yb/Tm was equal to 18/0,5; 20/1 and 10/0,5). In addition, a fourth material doped with Eu3+ was synthetized for structural and spectroscopic studies on the matrix (BaGdF5Eu - Gd / Eu 1 mol% mol). All materials obtained by this method were crystalline and presented cubic phase of BaGdF5 solid solution. Moreover, two multifunctional materials were prepared. The first was obtained by coating the fluoride particles with silica (SiO2) presented different results than previously reported by this research group, directing the studies to the second material, which consisted of the growth of fluoride particles inside the pores of a nanosphere of silica (SiO 2). In the latter, the materials showed maintenance of the precursor spherical morphology of silica nanospheres and, for a hydrothermally synthesized sample in the absence of sodium citrate, promote the appearance of the 1D4 5H6 band and will be conducted for subsequent biological tests as cytotoxicity.