São apresentados os resultados do estudo das propriedades eletroquímicas do eletrodo de diamante dopado com boro (DDB) e do eletrodo de DDB modificado diretamente pelo método Sol-Gel com PbOx, para a determinação de carbaril. Mostrou-se que uma polarização anódica (3,0 V vs Ag/AgCl, 30 min) seguida de uma catódica (-3,0 V vs Ag/AgCl, 30 min), em meio ácido, são apropriadas para otimizar o desempenho catalítico da superfície. As imagens de AFM mostraram alterações topológicas significativas no eletrodo de PbOx/DDB, assim como as imagens digitais apresentaram uma provável mistura de óxidos de chumbo depositados na superfície do DDB. Caracterizações físicas do modificador PbOx foram realizadas com as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difratometria de raios-X (DRX) e Energia Dispersiva de raios-X (EDS). A MEV verificou os aspectos morfológicos da amostra e revelou que as partículas do modificador tinham formatos e tamanhos diferentes, distribuídas irregularmente. O difratograma de DRX confirmou a existência de uma mistura de óxidos de chumbo, produzida pelo método Sol-Gel e a análise por EDS mostrou a presença dos elementos chumbo e oxigênio, com proporção atômica de 43:57 (Pb:O). Para a determinação eletroanalítica do pesticida carbaril, empregou-se a técnica de Voltametria de Onda Quadrada (SWV) em tampão Britton-Robinson 4,0 x 10-2 mol L-1 (pH 6,0), com acréscimo de alíquotas obtidas de uma solução estoque de carbaril 1,0 x 10-2 mol L-1 em acetonitrila. Os parâmetros utilizados foram: frequência de 10 s-1, amplitude de pulso de 100 mV, incremento de potencial de 2 mV, potencial de pré-tratamento catódico de -1,1 V no tempo de 10 s. Curvas analíticas foram apresentadas para os dois eletrodos, mostrando que o eletrodo de DDB apresentou um limite de detecção (LD) de 2,0 µmol L-1. Já o eletrodo PbOx/DDB, um LD de 0,9 µmol L-1, baixo o suficiente em relação ao limite máximo de resíduo permitido pela ANVISA para a presença do pesticida em amostras de culturas agrícolas. A repetibilidade das medidas com o eletrodo de PbOx/DDB resultou em um desvio padrão relativo de 4,6% e a reprodutibilidade, em 5,2%. Em um estudo das velocidades de varredura, mostrou que a oxidação do carbaril é controlada por difusão e ocorre de maneira irreversível na superfície do eletrodo de PbOx/DDB. A técnica de SWV também foi aplicada em amostras reais de água artificialmente contaminadas de dois córregos da cidade de São Carlos - SP (Córrego Santa Maria do Leme e Córrego do Gregório), ambas tamponadas (pH 6,0), utilizando o eletrodo de PbOx/DDB. Com o objetivo de se comparar a precisão e a sensibilidade da SWV, foram obtidos espectros de UV-Vis em 280 nm e as correspondentes curvas analíticas para o carbaril em tampão BR e nas amostras dos córregos, num intervalo de concentrações de 5,0 x 10-6 a 3,5 x 10-5 mol L-1. O LD e o limite de quantificação (LQ) em solução tampão BR, calculados a partir dos experimentos de SWV, foram de 0,9 x 10-6 mol L-1 e 7,44 x 10-6 mol L-1, respectivamente. Para a técnica de UV-Vis, o LD foi de 2,6 x 10-5 mol L-1 e o LQ de 8,68 x 10-5 mol L-1, indicando que o método eletroanalítico é capaz de apresentar melhores resultados para a análise da oxidação de carbaril. Experimentos de eletrólises potenciostáticas a 3,0 V por 21 horas, acopladas a um detector de UV-Vis, mostraram que em solução tampão BR, o decaimento da concentração de carbaril para o eletrodo de DDB foi de 14,9%, ao passo que, para o eletrodo de PbOx/DDB, foi de 39,3%. Sendo assim, o eletrodo de PbOx/DDB mostrou melhores resultados, com uma excelente atividade catalítica, superior ao eletrodo de DDB sem modificação. / It is presented the results obtained in the study of electrochemical properties of the boron doped electrode (BDD) and of the BDD modified with PbOx by the Sol-Gel method, for the quantitative determination of carbaryl. It has been showed that an anodic polarization (3.0 V vs Ag/AgCl, 30 min) followed by a cathodic one (-3.0 V vs Ag/AgCl, 30 min), in acid medium, are appropriated to enhance the catalytic activity of the surface. The AFM images showed significant topologic alterations in the PbOx/DDB surface, moreover the digital imaging showed a mixture of lead oxides deposited in the DDB surface. Physical modifications of the PbOx modifier were carried out with Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction Spectroscopy (XRD) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). SEM measurements illustrated the morphologic aspects of the samples surfaces and showed that the modifier coating had shape and size distinct from the bare BDD surface and that it was irregularly distributed throughout the surface. The XRD difractogram confirmed the existence of a mixture of lead oxides, provided by the Sol-Gel procedure and the EDS indicated the presence of lead and oxygen in a 43:57 atomic proportion (Pb:O). For the electroanalytical determination of carbaryl, the Square Wave Voltammetry (SWV) technique was employed in Britton-Robinson buffer solution 4.0 x 10-2 mol L-1 (pH 6.0), with the additions of aliquots from a 1.0 x 10-2 mol L-1 cabaryl in acetonitrile. The voltammetric parameters were optimized and used as frequency of 10 s-1, pulse amplitude of 100 mV, potential increment of 2 mV, cathodic pre-treatment potential of -1.1 V during 10 s. Analytical curves were obtained for both electrodes (BDD and BDD modified with PbOx) with the limit of detection limit (LOD) calculated for BDD of 2.0 µmol L-1. On the other hand, for PbOx modified electrode the calculated LOD was 0.9 µmol L-1, below the maximum residue limit allowed by ANVISA for the presence of pesticide in agricultural samples. The repeatability of PbOx/BDD electrode revealed a relative standard deviation of 4.6% and a reproducibility of 5.2%. A voltammetry study in different scan rates showed that carbaryl oxidation occurs irreversibly with diffusion control on the modified electrode surface. The SWV was also applied in artificially contaminated water samples from two urban creeks in São Carlos-SP city (Santa Maria do Leme and Gregorio creeks), both water samples were buffered (pH 6.0) and analyzed with the modified electrode. Aiming to compare the precision and sensitivity of SWV in those samples, analyzes were also performed using UV-Vis absorption at 280 nm and the corresponding analytical curves for carbaryl in BR buffer were obtained for a pesticide concentration between 5.0 x 10 -6 to 3.5 x 10-5 mol L-1. The LOD and limit of quantification (LOQ) were obtained as 0.9 x 10-6 mol L-1 and 7.44 x 10-6 mol L-1 for each creek water sample, respectively. In the UV-Vis measurements, the LOD was 2.6 x 10-5 mol L-1 and LOQ was 8.68 x 10-5 mol L-1 for both water samples, pointing out the excellence of the electroanalytical methodology to quantify carbaryl concentrations in those matrices. Potentiostatic electrolysis experiments at 3.0 V for 21 hours were also conducted for BDD and PbOx/BDD surfaces, with \"in situ\" UV-Vis detection, in BR buffer solutions. After the time period the carbaryl concentration diminished 14.9% of its initial value for the BDD electrode, while for the modified one the diminishing was of 39.3 %. In this way, the PbOx/BDD electrode has demonstrated its excellent catalytic performance, quite superior to that of the bare BDD one.

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No intervalo de potencial -0,2 a +0,5 V vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1), utilizando voltametria de pulso diferencial (DPV), observou-se um processo em +0,1 V e este corresponde a dimerização dos produtos de oxidação eletroquímica da tiolcolina, formando ditio-bis-colina. O biossensor desenvolvido foi avaliado utilizando DPV na análise do pesticida carbaril, o qual inibe a ação da enzima AChE. Os melhores resultados obtidos foram com as seguintes condições otimizadas: 75 mV amplitude de pulso, incremento de potencial de 4 mV, e uma solução tampão fosfato (PBS) 0,2 mol L-1 pH 6,0. Usando tais parâmetros observou-se uma resposta linear para o carbaril no intervalo de 0,1 a 0,5 mol L-1, com um limite de detecção de 11,6 nmolL-1 (2,3 µg/kg), que é um limite adequado para determinar carbaril nas culturas em que este pesticida é aplicado considerando o limite máximo de resíduo permitido pelas legislações brasileiras. O biossensor proposto, Pt/rGO/PPy/AChE, foi aplicado com sucesso na determinação de carbaril em amostras de tomate e repolho. / A new biosensor was developed by a simple electrocodeposition of reduced graphene oxide (rGO), polypyrrole (PPy) and the enzyme acetylcholinesterase (AChE) on surface of platinum (Pt) electrode. In potential range of -0.2 to +0.5 V vs. Ag/AgCl/KCl (3.0 mol L-1), using differential pulse voltammetry (DPV), it was observed a process in + 0.1 V and this corresponds to the dimerization of electrochemical oxidation products of thiocholine, resulting in ditio-bis-choline. The biosensor developed was evaluated using DPV in the analysis of carbaryl, which inhibits the AChE enzyme action. The best results achieved were with the followings optimized conditions: 75 mV pulse amplitude, step potential of 4 mV, and a phosphate buffer solution (PBS) 0.2 mol L-1 and pH 6.0. Using these parameters was observed a linear response to carbaryl in a range of 0.1 to 0.5 µmol L-1, with a detection limit of 11.6 nmol L-1 (2.3 µg/kg), which is an appropriate limit for determination of carbaryl in the cultures which these pesticide is applied, considering the maximum reside limit allowed by Brazilian legislation. The biosensor proposed, Pt/rGO/PPy/AChE, was applied successfully in the determination of carbaryl in samples of cabbage and tomato. / FAPESP: 2015/02136-2

São apresentados os resultados do estudo das propriedades eletroquímicas do eletrodo de diamante dopado com boro (DDB) e do eletrodo de DDB modificado diretamente pelo método Sol-Gel com PbOx, para a determinação de carbaril. Mostrou-se que uma polarização anódica (3,0 V vs Ag/AgCl, 30 min) seguida de uma catódica (-3,0 V vs Ag/AgCl, 30 min), em meio ácido, são apropriadas para otimizar o desempenho catalítico da superfície. As imagens de AFM mostraram alterações topológicas significativas no eletrodo de PbOx/DDB, assim como as imagens digitais apresentaram uma provável mistura de óxidos de chumbo depositados na superfície do DDB. Caracterizações físicas do modificador PbOx foram realizadas com as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difratometria de raios-X (DRX) e Energia Dispersiva de raios-X (EDS). A MEV verificou os aspectos morfológicos da amostra e revelou que as partículas do modificador tinham formatos e tamanhos diferentes, distribuídas irregularmente. O difratograma de DRX confirmou a existência de uma mistura de óxidos de chumbo, produzida pelo método Sol-Gel e a análise por EDS mostrou a presença dos elementos chumbo e oxigênio, com proporção atômica de 43:57 (Pb:O). Para a determinação eletroanalítica do pesticida carbaril, empregou-se a técnica de Voltametria de Onda Quadrada (SWV) em tampão Britton-Robinson 4,0 x 10-2 mol L-1 (pH 6,0), com acréscimo de alíquotas obtidas de uma solução estoque de carbaril 1,0 x 10-2 mol L-1 em acetonitrila. Os parâmetros utilizados foram: frequência de 10 s-1, amplitude de pulso de 100 mV, incremento de potencial de 2 mV, potencial de pré-tratamento catódico de -1,1 V no tempo de 10 s. Curvas analíticas foram apresentadas para os dois eletrodos, mostrando que o eletrodo de DDB apresentou um limite de detecção (LD) de 2,0 µmol L-1. Já o eletrodo PbOx/DDB, um LD de 0,9 µmol L-1, baixo o suficiente em relação ao limite máximo de resíduo permitido pela ANVISA para a presença do pesticida em amostras de culturas agrícolas. A repetibilidade das medidas com o eletrodo de PbOx/DDB resultou em um desvio padrão relativo de 4,6% e a reprodutibilidade, em 5,2%. Em um estudo das velocidades de varredura, mostrou que a oxidação do carbaril é controlada por difusão e ocorre de maneira irreversível na superfície do eletrodo de PbOx/DDB. A técnica de SWV também foi aplicada em amostras reais de água artificialmente contaminadas de dois córregos da cidade de São Carlos - SP (Córrego Santa Maria do Leme e Córrego do Gregório), ambas tamponadas (pH 6,0), utilizando o eletrodo de PbOx/DDB. Com o objetivo de se comparar a precisão e a sensibilidade da SWV, foram obtidos espectros de UV-Vis em 280 nm e as correspondentes curvas analíticas para o carbaril em tampão BR e nas amostras dos córregos, num intervalo de concentrações de 5,0 x 10-6 a 3,5 x 10-5 mol L-1. O LD e o limite de quantificação (LQ) em solução tampão BR, calculados a partir dos experimentos de SWV, foram de 0,9 x 10-6 mol L-1 e 7,44 x 10-6 mol L-1, respectivamente. Para a técnica de UV-Vis, o LD foi de 2,6 x 10-5 mol L-1 e o LQ de 8,68 x 10-5 mol L-1, indicando que o método eletroanalítico é capaz de apresentar melhores resultados para a análise da oxidação de carbaril. Experimentos de eletrólises potenciostáticas a 3,0 V por 21 horas, acopladas a um detector de UV-Vis, mostraram que em solução tampão BR, o decaimento da concentração de carbaril para o eletrodo de DDB foi de 14,9%, ao passo que, para o eletrodo de PbOx/DDB, foi de 39,3%. Sendo assim, o eletrodo de PbOx/DDB mostrou melhores resultados, com uma excelente atividade catalítica, superior ao eletrodo de DDB sem modificação. / It is presented the results obtained in the study of electrochemical properties of the boron doped electrode (BDD) and of the BDD modified with PbOx by the Sol-Gel method, for the quantitative determination of carbaryl. It has been showed that an anodic polarization (3.0 V vs Ag/AgCl, 30 min) followed by a cathodic one (-3.0 V vs Ag/AgCl, 30 min), in acid medium, are appropriated to enhance the catalytic activity of the surface. The AFM images showed significant topologic alterations in the PbOx/DDB surface, moreover the digital imaging showed a mixture of lead oxides deposited in the DDB surface. Physical modifications of the PbOx modifier were carried out with Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction Spectroscopy (XRD) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). SEM measurements illustrated the morphologic aspects of the samples surfaces and showed that the modifier coating had shape and size distinct from the bare BDD surface and that it was irregularly distributed throughout the surface. The XRD difractogram confirmed the existence of a mixture of lead oxides, provided by the Sol-Gel procedure and the EDS indicated the presence of lead and oxygen in a 43:57 atomic proportion (Pb:O). For the electroanalytical determination of carbaryl, the Square Wave Voltammetry (SWV) technique was employed in Britton-Robinson buffer solution 4.0 x 10-2 mol L-1 (pH 6.0), with the additions of aliquots from a 1.0 x 10-2 mol L-1 cabaryl in acetonitrile. The voltammetric parameters were optimized and used as frequency of 10 s-1, pulse amplitude of 100 mV, potential increment of 2 mV, cathodic pre-treatment potential of -1.1 V during 10 s. Analytical curves were obtained for both electrodes (BDD and BDD modified with PbOx) with the limit of detection limit (LOD) calculated for BDD of 2.0 µmol L-1. On the other hand, for PbOx modified electrode the calculated LOD was 0.9 µmol L-1, below the maximum residue limit allowed by ANVISA for the presence of pesticide in agricultural samples. The repeatability of PbOx/BDD electrode revealed a relative standard deviation of 4.6% and a reproducibility of 5.2%. A voltammetry study in different scan rates showed that carbaryl oxidation occurs irreversibly with diffusion control on the modified electrode surface. The SWV was also applied in artificially contaminated water samples from two urban creeks in São Carlos-SP city (Santa Maria do Leme and Gregorio creeks), both water samples were buffered (pH 6.0) and analyzed with the modified electrode. Aiming to compare the precision and sensitivity of SWV in those samples, analyzes were also performed using UV-Vis absorption at 280 nm and the corresponding analytical curves for carbaryl in BR buffer were obtained for a pesticide concentration between 5.0 x 10 -6 to 3.5 x 10-5 mol L-1. The LOD and limit of quantification (LOQ) were obtained as 0.9 x 10-6 mol L-1 and 7.44 x 10-6 mol L-1 for each creek water sample, respectively. In the UV-Vis measurements, the LOD was 2.6 x 10-5 mol L-1 and LOQ was 8.68 x 10-5 mol L-1 for both water samples, pointing out the excellence of the electroanalytical methodology to quantify carbaryl concentrations in those matrices. Potentiostatic electrolysis experiments at 3.0 V for 21 hours were also conducted for BDD and PbOx/BDD surfaces, with \"in situ\" UV-Vis detection, in BR buffer solutions. After the time period the carbaryl concentration diminished 14.9% of its initial value for the BDD electrode, while for the modified one the diminishing was of 39.3 %. In this way, the PbOx/BDD electrode has demonstrated its excellent catalytic performance, quite superior to that of the bare BDD one.

Orientador: Ivana Cesarino / Abstract: A new biosensor was developed by a simple electrocodeposition of reduced graphene oxide (rGO), polypyrrole (PPy) and the enzyme acetylcholinesterase (AChE) on surface of platinum (Pt) electrode. In potential range of -0.2 to +0.5 V vs. Ag/AgCl/KCl (3.0 mol L-1), using differential pulse voltammetry (DPV), it was observed a process in + 0.1 V and this corresponds to the dimerization of electrochemical oxidation products of thiocholine, resulting in ditio-bis-choline. The biosensor developed was evaluated using DPV in the analysis of carbaryl, which inhibits the AChE enzyme action. The best results achieved were with the followings optimized conditions: 75 mV pulse amplitude, step potential of 4 mV, and a phosphate buffer solution (PBS) 0.2 mol L-1 and pH 6.0. Using these parameters was observed a linear response to carbaryl in a range of 0.1 to 0.5 µmol L-1, with a detection limit of 11.6 nmol L-1 (2.3 µg/kg), which is an appropriate limit for determination of carbaryl in the cultures which these pesticide is applied, considering the maximum reside limit allowed by Brazilian legislation. The biosensor proposed, Pt/rGO/PPy/AChE, was applied successfully in the determination of carbaryl in samples of cabbage and tomato. / Resumo: Um novo biossensor foi desenvolvido baseado na simples eletrocodeposição do óxido de grafeno reduzido (rGO), polipirrol (PPy) e da enzima acetilcolinesterase (AChE) na superfície do eletrodo de platina (Pt). No intervalo de potencial -0,2 a +0,5 V vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1), utilizando voltametria de pulso diferencial (DPV), observou-se um processo em +0,1 V e este corresponde a dimerização dos produtos de oxidação eletroquímica da tiolcolina, formando ditio-bis-colina. O biossensor desenvolvido foi avaliado utilizando DPV na análise do pesticida carbaril, o qual inibe a ação da enzima AChE. Os melhores resultados obtidos foram com as seguintes condições otimizadas: 75 mV amplitude de pulso, incremento de potencial de 4 mV, e uma solução tampão fosfato (PBS) 0,2 mol L-1 pH 6,0. Usando tais parâmetros observou-se uma resposta linear para o carbaril no intervalo de 0,1 a 0,5 mol L-1, com um limite de detecção de 11,6 nmolL-1 (2,3 µg/kg), que é um limite adequado para determinar carbaril nas culturas em que este pesticida é aplicado considerando o limite máximo de resíduo permitido pelas legislações brasileiras. O biossensor proposto, Pt/rGO/PPy/AChE, foi aplicado com sucesso na determinação de carbaril em amostras de tomate e repolho. / Mestre

O carbaril (metilcarbamato de naftila), um inseticida de amplo espectro, foi recentemente associado ao desenvolvimento de melanoma cutâneo em estudo epidemiológico de coorte com trabalhadores agrícolas norte-americanos, expostos também à radiação solar, o principal fator etiológico para o desenvolvimento de tumores cutâneos. Apesar de abrangente e bem planejado, aquele estudo epidemiológico não é suficiente para caracterizar a contribuição direta do inseticida e da radiação solar na melanomagênese. Diversos estudos têm explorado o efeito sinérgico de determinadas substâncias químicas à radiação UV, potencializando seus efeitos deletérios sobre a pele, e possivelmente contribuindo para o desenvolvimento de tumores. A hipótese deste trabalho é de que a exposição ao carbaril associada à radiação solar possa estimular a transformação de melanócitos. Esse estudo visou caracterizar melanócitos humanos após exposição individual ou combinada ao carbaril (100uM) e à radiação solar (375 mJ/ cm2). Em ensaio de microarray, o carbaril, mas não a radiação solar, induziu uma importante resposta a estresse oxidativo, evidenciada pelo aumento da expressão de genes antioxidantes, como o Hemeoxigenase-1 (HMOX1), e pela diminuição da expressão do gene MiTF, regulador da atividade melanocítica; os resultados foram confirmados por qRT-PCR. Além disso, tanto o carbaril quanto a radiação solar induziram respostas que sugerem dano ao DNA e alteração de ciclo celular. A expressão dos genes nestas categorias, como p21 e BRCA1/2, foi notavelmente mais intensa no grupo de tratamento combinado e de fato, ensaios por citometria de fluxo demonstraram parada de ciclo celular na fase S, redução do número de células em apoptose e indução mais rápida de lesões do tipo CPD neste grupo experimental. Nossos dados sugerem que o carbaril é genotóxico para melanócitos humanos, especialmente quando associado à radiação solar / Carbaryl (1-naphthyl-methylcarbamate), a broad spectrum insecticide, has recently been associated with the development of cutaneous melanoma in an epidemiological cohort study with U.S. farm workers also exposed to ultraviolet radiation, which is known to be the main etiologic factor for skin carcinogenesis. Although comprehensive and well designed, the epidemiological study is not sufficient to characterize the direct contribution of the insecticide and solar radiation in melanomagenesis. Several studies have explored the synergistic effect of certain chemicals with UV radiation, increasing its deleterious effects on the skin, possibly contributing to tumor development. We hypothesized that Carbaryl exposure associated with UV solar radiation may induce melanocyte transformation. This study aims to characterize human melanocytes after individual or combined exposure to Carbaryl (100uM) and solar radiation (375 mJ/ cm2). In a microarray analysis, Carbaryl, but not solar radiation, induced an important oxidative stress response, evidenced by the upregulation of antioxidant genes, such as Hemeoxygenase-1 (HMOX1), and downregulation of MiTF, the main regulator of melanocytic activity; results were confirmed by qRT-PCR. Moreover, both Carbaryl and solar UV induced a gene response that suggests DNA damage and cell cycle alteration. The expression of genes in these categories, such as p21 and BRCA1/2, was notably more intense in the combined treatment group in an additive manner and in fact, flow cytometry assays demonstrated cell cycle arrest in S phase, reduced apoptosis induction and faster induction of CPD lesions in this experimental group. Our data suggests that carbaryl is genotoxic to human melanocytes, especially when associated with solar radiation

O carbaril (metilcarbamato de naftila), um inseticida de amplo espectro, foi recentemente associado ao desenvolvimento de melanoma cutâneo em estudo epidemiológico de coorte com trabalhadores agrícolas norte-americanos, expostos também à radiação solar, o principal fator etiológico para o desenvolvimento de tumores cutâneos. Apesar de abrangente e bem planejado, aquele estudo epidemiológico não é suficiente para caracterizar a contribuição direta do inseticida e da radiação solar na melanomagênese. Diversos estudos têm explorado o efeito sinérgico de determinadas substâncias químicas à radiação UV, potencializando seus efeitos deletérios sobre a pele, e possivelmente contribuindo para o desenvolvimento de tumores. A hipótese deste trabalho é de que a exposição ao carbaril associada à radiação solar possa estimular a transformação de melanócitos. Esse estudo visou caracterizar melanócitos humanos após exposição individual ou combinada ao carbaril (100uM) e à radiação solar (375 mJ/ cm2). Em ensaio de microarray, o carbaril, mas não a radiação solar, induziu uma importante resposta a estresse oxidativo, evidenciada pelo aumento da expressão de genes antioxidantes, como o Hemeoxigenase-1 (HMOX1), e pela diminuição da expressão do gene MiTF, regulador da atividade melanocítica; os resultados foram confirmados por qRT-PCR. Além disso, tanto o carbaril quanto a radiação solar induziram respostas que sugerem dano ao DNA e alteração de ciclo celular. A expressão dos genes nestas categorias, como p21 e BRCA1/2, foi notavelmente mais intensa no grupo de tratamento combinado e de fato, ensaios por citometria de fluxo demonstraram parada de ciclo celular na fase S, redução do número de células em apoptose e indução mais rápida de lesões do tipo CPD neste grupo experimental. Nossos dados sugerem que o carbaril é genotóxico para melanócitos humanos, especialmente quando associado à radiação solar / Carbaryl (1-naphthyl-methylcarbamate), a broad spectrum insecticide, has recently been associated with the development of cutaneous melanoma in an epidemiological cohort study with U.S. farm workers also exposed to ultraviolet radiation, which is known to be the main etiologic factor for skin carcinogenesis. Although comprehensive and well designed, the epidemiological study is not sufficient to characterize the direct contribution of the insecticide and solar radiation in melanomagenesis. Several studies have explored the synergistic effect of certain chemicals with UV radiation, increasing its deleterious effects on the skin, possibly contributing to tumor development. We hypothesized that Carbaryl exposure associated with UV solar radiation may induce melanocyte transformation. This study aims to characterize human melanocytes after individual or combined exposure to Carbaryl (100uM) and solar radiation (375 mJ/ cm2). In a microarray analysis, Carbaryl, but not solar radiation, induced an important oxidative stress response, evidenced by the upregulation of antioxidant genes, such as Hemeoxygenase-1 (HMOX1), and downregulation of MiTF, the main regulator of melanocytic activity; results were confirmed by qRT-PCR. Moreover, both Carbaryl and solar UV induced a gene response that suggests DNA damage and cell cycle alteration. The expression of genes in these categories, such as p21 and BRCA1/2, was notably more intense in the combined treatment group in an additive manner and in fact, flow cytometry assays demonstrated cell cycle arrest in S phase, reduced apoptosis induction and faster induction of CPD lesions in this experimental group. Our data suggests that carbaryl is genotoxic to human melanocytes, especially when associated with solar radiation

Orientador: Lilian Castiglioni / Coorientador: Eduardo Alves de Almeida / Banca: Marcelo Campos / Banca: Luis Octávio Regasini / Banca: Francine Perri Venturini / Banca: Neide Aparecida Blaz / Resumo: As mudanças climáticas globais têm recebido destaque na área da toxicologia aquática em função dos efeitos que as alterações na temperatura da água podem exercer nas respostas dos organismos aquáticos aos contaminantes ambientais. A temperatura corpórea dos organismos ectotérmicos, como os crustáceos, é totalmente dependente da temperatura do ambiente, de modo que aumentos na temperatura afetam diretamente o metabolismo desses animais, acelerando as reações bioquímicas e a absorção de muitos contaminantes aquáticos no organismo. Neste trabalho foi investigado a influência de três faixas de temperatura (18, 23 e 28 °C) na toxicidade dos biocidas diazinon (organofosforado) e carbaril (carbamato) nas brânquias e no hepatopâncreas de machos e fêmeas do caranguejo de água doce Dilocarcinus pagei, utilizando como parâmetros analíticos as enzimas antioxidantes glutationa S-tranferase (GST), glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase (GR), glicose 6-fosfato-desidrogenase (G6PDH), níveis de peroxidação lipídica por meio da formação do malondialdeído (MDA) e os efeitos clássicos de inibição das esterases acetilcolinesterase (AChE) e carboxilesterase (CbE). As atividades enzimáticas foram analisadas por espectrofotometria e os níveis de peroxidação lipídica por cromatografia líquida de alta performance (HPLC). A exposição de fêmeas de D. pagei ao diazinon por sete dias, levou á diminuição na atividade da GPx na concentração de 10 e 100 μg L-1 a 23°C, enquanto que nas brânquias foi observado diminuição da GST apenas na concentração de 10 μg L-1 em 23 °C. Quanto aos machos, os resultados apresentaram diminuição da GST na concentração de 100 μg L-1 tanto em 18 °C quanto em 28 °C. Também foi observado diminuição na atividade da GR na maior concentração (100 μg L-1) em 18 °C no hepatopâncreas deste mesmo sexo. Nas brânquias, este grupo apresentou diminuição da GPx em 18 °C... / Abstract: Global climate change has been highlighted in the field of aquatic toxicology due to the effects that changes in water temperature can perform on the responses of aquatic organisms to environmental contaminants. The body temperature of ectothermic organisms, such as crustaceans, is totally dependent on the environment temperature, so that increases in temperature directly affect the metabolism of these animals, accelerating the biochemical reactions and the intake of many water contaminants. In this study, we investigated the influence of three temperature ranges (18, 23 and 28°C) on toxicity of biocides diazinon (organophosphate) and carbaryl (carbamate) in the gills and hepatopancreas of males and females of the freshwater crab Dilocarcinus pagei. Through the analytical parameters of the antioxidant enzymes glutathione S-transferase (GST), glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR), glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), levels of lipid peroxidation through the formation of malondialdehyde (MDA) and the classical inhibition of the esterases acetylcholinesterase (AChE) and carboxylesterase (CbE). We measured the enzyme activities by spectrophotometry and the levels of lipid peroxidation by high performance liquid chromatography (HPLC). The exposure of D. pagei females to diazinon for seven days resulted in decrease in GPx activity in 10 and 100 µg/L of concentration at 23°C. In the gills, we observed reduction of GST only in the concentration of 10 µg/L at 23°C. In males, the results showed decrease in GST activity in the concentration of 100 µg/L at both temperatures (18 and 28°C). We also observed decrease in GR activity at the highest concentration (100 µg/L) at 18°C in the hepatopancreas of this gender. In the gills, this group showed decrease in GPx at 18°C in a concentration of 100 μg/L and GR increased in 10 µg/L of concentration at 28°C. According to G6PDH response, we observed decrease at a ... / Doutor

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero Agrónom o Mención: Fruticultura

A presenÃa dos agrotÃxicos à cada vez mais preocupante no Brasil visto que entre 2007 e 2012, o volume de defensivos (considerando apenas o princÃpio ativo) aplicado nas lavouras cresceu 14 %. O uso descontrolado desses compostos tem oferecido riscos a trabalhadores e moradores das regiÃes do agronegÃcio. Uma pesquisa realizada por um grupo da Universidade Federal do CearÃ, mostrou que em 23 amostras de Ãgua da regiÃo do perÃmetro irrigado do baixo Jaguaribe, coletadas em diferentes localidades e analisadas por cromatografia lÃquida, todas apresentaram a presenÃa de algum agrotÃxico, destacando-se o carbaril e o carbofurano como os mais detectados. Um estudo constatou anormalidades cromossÃmicas em cÃlulas da medula Ãssea de indivÃduos expostos a pesticidas na regiÃo, o que reforÃa a necessidade de desenvolvimento de mÃtodos bioanalÃticos capazes de detectar pesticidas em amostras biolÃgicas, para que essa exposiÃÃo possa ser monitorada pelas autoridades competentes. Baseado nisso um mÃtodo foi desenvolvido para anÃlise de carbaril e carbofurano, usando um cromatÃgrafo a gÃs equipado com detector de massas, em que foi monitorado o sinal analÃtico do agrotÃxico e de seus respectivos produtos de degradaÃÃo tÃrmica, degradaÃÃo essa ocorrida injetor do cromatÃgrafo. Um estudo para determinaÃÃo da melhor velocidade linear para o mÃtodo foi realizado com a construÃÃo do diagrama de Van Deemter, sendo determinada como Ãtima, a velocidade de 50,5 cm s-1. O preparo da amostra foi realizado com a precipitaÃÃo das proteÃnas do plasma seguida de microextraÃÃo em fase sÃlida no modo headspace (MEFS-HS) do sobrenadante; para otimizaÃÃo da extraÃÃo foi realizado planejamento fatorial 22 com componente central, em 3 fibras com caracterÃsticas diferentes. A fibra Polidimetilsiloxano/Divinilbenzeno (PDMS/DVB) de 65Âm mostrou uma maior afinidade com os analitos, sendo determinada como condiÃÃes Ãtimas o tempo de 40 min. de extraÃÃo com NaCl 30 % p/v de forÃa iÃnica e 110 ÂC de temperatura; o pH 5,5, agitaÃÃo de 1000 rpm e vial de 40 mL foram mantidos constantes. Foi validado um mÃtodo para determinaÃÃo quantitativa apenas para o carbaril, sendo esse monitorado pelo sinal do 1-naftol. A % de 1-naftol produzido pela degradaÃÃo tÃrmica do carbaril, nas condiÃÃes de MEFS e no CG-EM, foram respectivamente de 8% determinado por RMN e 94 % determinado pelo sinal gerado no detector EM. A seletividade foi avaliada na matriz de plasma sanguÃneo para amostras normais, lipÃmica e hemolisada, sendo o mÃtodo bem seletivo. A faixa linear de trabalho foi de 12 a 180 Âg L-1; utilizando o mÃtodo de superposiÃÃo da matriz com a utilizaÃÃo do pirimicarbe como padrÃo substituto, a linearidade da curva de calibraÃÃo foi determinada pelo valor do coeficiente de correlaÃÃo (R = 0,999), sendo realizado um estudo mais aprofundado da linealidade. Os valores do limite de detecÃÃo e quantificaÃÃo foram de 3,0 e 12,0 Âg L-1, o que demonstra que pequenas concentraÃÃes podem ser analisadas pelo mÃtodo; a precisÃo e exatidÃo intra e inter corrida foram todos dentro do recomendado pela resoluÃÃo da AgÃncia Nacional de VigilÃncia SanitÃria Brasileira n 27/2012, menores que 15 % para concentraÃÃes mÃdias e altas e, menores que 20 % para baixas concentraÃÃes. Amostras de 10 trabalhadores da regiÃo foram analisadas, porÃm nÃo foi detectada presenÃa de carbaril e carbofurano no plasma desses indivÃduos. / The presence of pesticides is increasing concern in Brazil since 2007 to 2012, the volume of pesticides (considering only the active ingredient) applied to the crops grew 14 %. The uncontrolled use of these compounds has offered risks to workers and residents of the areas of agribusiness. A survey conducted by a group of Federal University of CearÃ, showed that in 23 samples of water from the irrigated perimeter region of low Jaguaribe, collected at different locations and analyzed by liquid chromatography, all showed the presence of some pesticides, highlighting the carbaryl and carbofuran as the most detected. One study found chromosomal abnormalities in bone marrow cells of individuals exposed to pesticides in the region, which reinforces the need to develop bioanalytical methods able to detect pesticides in biological samples, for which exposure can be monitored by competent authorities. Based on that a method was developed for analysis of carbaryl and carbofuran, using a gas chromatograph equipped with mass detector, it was monitored the analytical signal of pesticides and their respective products of thermal degradation, degradation that occurred gun chromatograph. A study to determine the appropriate line speed for the method was carried out with the construction of the Van Deemter diagram, being determined as great as the speed of 50.5 cm s-1. Sample preparation was carried out with the precipitation of the plasma proteins microextraction followed by solid phase in the headspace (HS-SPME) of the supernatant; to extract optimization was performed factorial design with central component 22 in three fibers having different characteristics. The Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene fiber (PDMS/DVB) of 65 μm showed a higher affinity for analytes and determined as optimum conditions the time of 40 min. extraction with NaCl 30 % w/v of ionic strength and temperature of 110 ÂC; pH 5.5, stirring speed of 1000 rpm and 40 ml vial were kept constant. A method for quantitative determination has been validated only for carbaryl, making monitored by signal 1-naphthol. The % 1-naphthol produced by thermal degradation of carbaryl in the conditions of SPME and GC-MS were respectively determined by NMR 8 % and 94 % as determined by the generated signal detector. The selectivity was evaluated in blood plasma matrix for normal, hemolyzed, and lipemic samples, the highly selective method. The linear response range was 12-180 μg L-1; using the matrix method of superposition using the substitute pattern as pirimicarb, the linearity of calibration curve was determined by the value of the correlation coefficient (R = 0.999), being conducted further study of the linearity. The values of detection and limit of quantification were 3.0 and 12.0 μg L-1, demonstrating that small concentrations can be analyzed by the method; the precision and accuracy intra and inter race were all within the recommended resolution by the National Sanitary Surveillance Agency No. 27/2012, less than 15% for medium to high concentrations and lower than 20 % for low concentrations. Samples of 10 workers in the region were analyzed, but was not detected presence of carbaryl and carbofuran in plasma of these individuals.

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The characterization of the adsorbent materials by FTIR showed the presence of the functional groups: hydroxyl, carbonyl and methyl, very common in lignocellulosic materials. The pH at the zero loading point (pHPCZ) was 7.08 for barley bagasse and 6.44 for corn straw. The adsorption capacity of the investigated materials was evaluated under different parameters such as material dose (g L-1), contact time between the pesticide solution and the adsorbent material (min) and the concentration of the pesticide in the solution (mg L-1). An alternative adsorption procedure was also proposed with the adsorbents packaged in a column where different doses of the adsorbents were evaluated and finally the adsorption process was evaluated using natural water samples. From the study of the dose of the materials the dose of 20 g L-1, equivalent to 200 mg of the adsorbent material in 10 mL of solution was selected, where 45.1% of the carbaryl was obtained when the barley bagasse was used and 49.2% when corn straw was used. For both adsorbents the kinetic study showed that the adsorption of the carbaryl agrochemical is best represented by the Avrami kinetic model, indicating that the adsorption of the carbaryl is not constant, but follows multiple orders. The maximum adsorption capacity (Qmax) was obtained by the construction of adsorption isotherms, where it was verified that the experimental data of the process of adsorption of the carbaryl by the barley bagasse is better represented by the Langmuir model providing a value of Qmax of 6, 5244 mg g-1. For corn straw, the Sips model was the most adequate with a Qmax value of 1.2625 mg g -1. In the column adsorption procedure the barley bagasse was efficient in all the doses evaluated, obtaining practically the same rate of removal as the procedure performed in batch mode, however in a much shorter time. As for the adsorbent corn straw, the removal through the column procedure was much less effective, suggesting that for this material the batch procedure is more adequate. In the adsorption study using natural water samples as an aqueous matrix, it was verified that the adsorption process of the carbaryl by both adsorbents can be affected by the pH of the medium and also by the presence of other compounds present in the aqueous matrix. In general, the results indicate that the barleybagasse and corn straw materials can be used as adsorbent materials in the treatment of aqueous medium contaminated with the carbaryl pesticide. / Nesta dissertação, os materiais palha de milho e bagaço de cevada foram investigados como adsorventes alternativos para remoção do agrotóxico carbaril de meio aquoso. Para isso, ambos materiais foram triturados para obtenção de partículas uniformes (granulometria entre 20 e 48 mesh) e tratados com álcool etílico hidratado. A quantificação do agrotóxico carbaril foi feita por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detector UV-vis. Os valores de LD e LQ para a determinação do agrotóxico carbaril por cromatografia líquida, através do método empregado, foram 0,01 mg L-1 e 0,10 mg L-1, respectivamente. A caracterização dos materiais adsorventes por FTIR mostrou a presença dos grupos funcionais: hidroxila, carbonila e metila, bastante comuns em materiais lignocelulósicos. O pH no ponto de carga zero (pHPCZ) foi 7,08 para o bagaço de cevada e 6,44 para a palha de milho. A capacidade de adsorção dos materiais investigados foi avaliada sob diferentes parâmetros como dose do material (g L-1), tempo de contato entre a solução do agrotóxico e o material adsorvente (min) e a concentração do agrotóxico na solução (mg L-1). Foi proposto também um procedimento alternativo de adsorção com os adsorventes empacotados em uma coluna onde avaliou-se diferentes doses dos adsorventes e por fim avaliou-se o processo de adsorção utilizando amostras de água natural. A partir do estudo da dose dos materiais foi selecionada a dose de 20 g L-1, equivalente a 200 mg do material adsorvente em 10 mL de solução, onde foi obtida remoção de 45,1% do carbaril quando foi utilizado o bagaço de cevada e 49,2% quando foi usada a palha de milho. Para ambos os adsorventes o estudo cinético mostrou que a adsorção do agrotóxico carbaril é melhor representada pelo modelo cinético de Avrami, indicando que a adsorção do carbaril não é constante, mas segue múltiplas ordens. A capacidade máxima de adsorção (Qmáx) foi obtida pela construção de isotermas de adsorção, onde verificou-se que os dados experimentais do processo de adsorção do carbaril pelo bagaço de cevada é mais bem representado pelo modelo de Langmuir fornecendo um valor de Qmáx de 6,5244 mg g-1. Já para a palha de milho o modelo de Sips mostrou-se o mais adequado com um valor Qmáx de 1,2625 mg g-1. No procedimento de adsorção em coluna o bagaço de cevada mostrou-se eficiente em todas as doses avaliadas, obtendo praticamente a mesma taxa de remoção que o procedimento realizado em modo batelada, no entanto em um tempo bem menor. Já para o adsorvente palha de milho, a remoção através do procedimento em coluna foi bem menos efetiva, sugerindo que para este material o procedimento em batelada é mais adequado. No estudo de adsorção utilizando amostras de água natural como matriz aquosa, verificou-se que o processo de adsorção do carbaril por ambos os adsorventes pode ser afetado pelo pH do meio e também pela presença de outros compostos presentes na matriz aquosa. De um modo geral os resultados obtidos indicam que os materiais bagaço de cevada e palha de milho podem ser utilizados como materiais adsorventes no tratamento de meio aquoso contaminado com o agrotóxico carbaril.