Neste trabalho estão apresentados a avaliação da interação de oligossacarídeos prebióticos com membranas de bicamada lipídica por voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica e o desenvolvimento de um eletrodo de pasta de carbono modificado para quantificação de quefirano, inulina e fruto – oligossacarídeos de chicória por voltametria cíclica e cronoamperometria. Inicialmente foram utilizadas as técnicas de voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica para estudar os efeitos da interação de oligossacarídeos prebióticos (quefirano cultivado em meio aquoso, inulina e fruto- oligossacarídeo de chicória) com membranas de bicamada lipídica suportada em um eletrodo de Pt. O objetivo foi avaliar efeitos do tempo e da concentração na interação e verificar possíveis mecanismos de ação. A interação desses oligômeros sobre s-BLM de l-α- fosfatidilcolina/colesterol proporcionou o acesso dos íons de Fe(CN)6 -3/4- à superfície do eletrodo de Pt gerando correntes faradáicas. Verificou-se que esse acesso dos íons-sonda ocorre devido à formação de poros na s-BLM. O mecanismo sugerido para a interação envolve ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxila dos carboidratos e o grupo fosfato do fosfolipídio. O modelo de interação proposto foi o de formação de tapete ligado, que proporciona efeitos semelhantes a um efeito detergente. Os resultados trazem informações que podem ajudar no entendimento sobre a ação direta de interações entre os oligossacarídeos prebióticos e as superfícies celulares, ambos relacionados com a atividade biológica desse grupo em vários modelos experimentais. Em outra etapa, foi desenvolvido um eletrodo de pasta de carbono modificado para detecção de carboidratos em geral incluindo os oligossacarídeos quefirano, inulina e fruto – oligossacarídeos de chicória. Nessa etapa trabalho, um eletrodo de pasta de carbono modificada foi otimizado para quantificação de carboidratos. O eletrodo apresentou maior sensibilidade para glicose quando utilizou-se 0,44% de α-naftilamina, 67/32.46% de grafite em pó / óleo mineral. Na construção do eletrodo inicialmente a porcentagem de carbono \ α- naftilamina passou por uma etapa de eletropolimerização em 0,2 HClO4 M, mantendo o potencial de 0,65 V por 250 s. Para incorporar íons Ni (II) no filme polimérico, a eletrodo foi colocado em uma solução aquosa de aquosa de 0,1 M NiCl2. A oxidação dos carboidratos, foi estudada por de voltametria cíclica em 0,1 M NaOH, velocidade de varredura 50mV / s e faixa de potencial de 0,150 a 0,580V. Foram estudados dezoito carboidratos (mono, di e polissacarídeos) obtendo curvas de calibração linear para dezesseis carboidratos com valores de coeficientes de correlação entre 0,984 - 0,999, respectivamente, a rhaminose e sacarose. O eletrodo modificado proporcionou limites de quantificação de 0,136, 0,241, 0,187, 0,140, 0,267, 0,121, 0,098, 0,188, 0,234, 0,285, 0,199 e 0,156 mmol.L-1, respectivamente, glicose, lactose, maltose, rhaminose, sacarose, galactose, frutose , arabinose e fucose, manose, trealose e xilose. Para os oligossacarídeos, os limites de quantificação foi de 16,18, 636,7 e 2125,44 mg.L-1 para oligossacarídeos de Kefir, frutooligosaccharides da chicória e inulina. / Present work to evaluate the interaction of oligosaccharides with prebiotic bilayer lipid membranes by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy and the development of an electrode modified carbon paste for the quantification of kefirano, inulin and fructo-oligosaccharide from chicory by cyclic voltammetry and chronoamperometry. Initially we have used cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy to study the interaction effects of prebiotic oligosaccharides (kefirano grown in water, inulin and fructo-oligosaccharide from chicory) with bilayer lipid membranes supported on a Pt electrode. The objective was to evaluate effects of time and concentration on the interaction and to identify possible mechanisms of action. The interaction of these oligomers on s-BLM of l-á- phosphatidilcoline/ cholesterol provided access of ions Fe(CN)6 -3/4- to the surface of Pt electrode generating faradaic current. It was found that the access of ions-probe is due to the formation of pores in the s-BLM. . The suggested mechanism seems to involve some hydrogen bonding between the carbohydrate and the phosphate head group of the phospholipid with a carpet-like model of interaction. The overall results can help in the knowledgement about direct molecular interactions between prebiotic oligosaccharides and cell surfaces, both related to the biological activity of this group in several experimental models. In another step, we developed an electrode modified carbon paste for the detection of carbohydrates in general including kefirano oligosaccharides, inulin and fructo-oligosaccharide from chicory. At this stage work, an electrode modified carbon paste was optimized for quantification of carbohydrates. The electrode showed a higher sensitivity to glucose when we used 0.44% á-naphthylamine, 67/32.46% of graphite / mineral oil. In the construction of the electrode initially the percentage of carbon \ á-naphthylamine went through a stage of electropolymerization in 0.2 M HCO4, keeping the potential of 0.65 V for 250 s. To incorporate ions Ni (II) in the polymer film, the electrode was placed in an aqueous solution of aqueous 0.1 M NiCl2. The oxidation of carbohydrates, was studied by cyclic voltammetry in 0.1 M NaOH, scan rate 50mV / s full potential of 0.150 to 0.580 V. Eighteen carbohydrates (mono, di and polysaccharides) obtained linear calibration curves for sixteen carbohydrate values of correlation coefficients between 0.984 to 0.999, respectively, rhamnose and sucrose. The modified electrode provided limits of quantification of 0.136, 0.241, 0.187, 0.140, 0.267, 0.121, 0.098, 0.188, 0.234, 0.285, 0.199 and 0.156 mmol.L-1, respectively, glucose, lactose, maltose, rhamnose, sucrose, galactose , fructose, arabinose and fucose, mannose, trehalose and xylose. For oligosaccharides, the limits of quantification was 16.18, 636.7 and 2125.44 mg.L- 1 for oligosaccharides Kefir, fructo-oligosaccharide from chicory and inulin / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

A interação entre mangiferina (MGF) e mangiferitina (MGT) com soroalbumina bovina (BSA) em solução aquosa foi investigada por espectrofotometria (constante de associação, efeito de pH e força iônica), fluorimetria (constante de estabilidade, mudança conformacional, distância de interação), voltametria cíclica (constante de estabilidade, cinética de transferência de carga, efeito de pH) e docking molecular. O modelo de interação de MGF-BSA e MGT-BSA apresentram características de cooperatividade e inespecificidade de sítios de ligação e uma classe de sítios de interação específica. A constante de associação interação foi calculada através dos métodos acima com Ka de 3,82 x 104 e 8,66 x 104 mol.L-1 para MGF-BSA e MGT-BSA, respectivamente. O efeito de pH e força iônica também foram avaliados por espectro-diferença e foi observado que as interações hidrofóbicas são predominantes, sendo confirmada por docking molecular. Os estudos de modelagem molecular mostram que a interação de ambos os ligantes com BSA esta localizada no subdomínio IIA. O espectro de fluorescência sincronizada revelou que ocorreu uma mudança conformacional na proteína quando ligada aos ligantes estudados. A voltametria cíclica de mangiferina exibiu um processo de reação irreversível na superfície do eletrodo de pasta de carbono controlado por difusão com potencial de oxidação de 0,289 V, E0’ de 0,264 e 0,248 V para mangiferina livre e ligada a BSA, respectivamente. O efeito do pH também foi avaliado por voltametria e tanto a MGF livre quanto o complexo apresentaram uma menor energia para a oxidação da droga em pH elevado. Os complexos MGF-BSA e MGT-BSA apresentaram estequiometria 1:1. Os parâmetros cinéticos de transferência de carga não revelaram valores significativos de alteração entre MGF livre e ligada. A comparação entre a interação dos ligantes com BSA indicou que o glicosídeo influência pouco no mecanismo de interação com BSA. Em suma, os resultados obtidos podem ser uteis para a compreensão da farmacocinética de mangiferina e o seu metabolito mangiferitina em sua interação com proteínas plasmáticas. / The binding of mangiferin (MGF), a natural xantone isolated from mangoes, and mangiferitin (MGT), a modified MGF analog without its glycoside group, were both studied with bovine serum albumin (BSA) through difference-spectra using spectrophotometry and spectrofluorimetry, as well cyclic voltammetry and molecular modelling, aiming to disclose binding and stability constants, pH and ionic strength effects, electrical charge transfer, conformational analysis, and interaction mechanisms. The binding model MGF-BSA and MGT-BSA exhibited an specific binding site with 1:1 stoichiometry and with apparent binding constant of 0.38 (MGF) and 0.87 mmol.L-1 (MGT), together with cooperativity and site unspecificity. Salt and pH effects together with docking studies showed prevailing hydrophobic forces and secondarily electrostatic forces involved in the binding of both ligands to the IIA subdomain of BSA. Synchronous fluorescence spectra revealed conformational changes in the polypeptide backbone upon binding with MGF and MGT. Cyclic voltammetry experiments presented an irreversible nature for charge tranfer of MGF controlled by diffusion on the electrode surface, with an oxidation peak at 0.289 V and E0’ of 0.264 and 0.248 V for free and bound MGF, respectively. Furthermore, it was found no difference between the parameters of kinetic charge transfer, lower oxidation energy for the complex in alkaline medium, and little effects for the additional glycoside group in MGF. The overall results can contribute to the understanding of pharmacokinetics effects of xantone-based drugs, naturally occurred or chemically modified, related to its binding mechanism with plasma proteins. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

O estudo de complexos metálicos para fins terapêuticos vem crescendo continuamente nos últimos anos, devido à elucidação de seus mecanismos de ação no organismo humano e interação com biomoléculas. O avanço nas técnicas de caracterização de compostos e modelagem molecular tem proporcionado de forma significativa o aumento de pesquisas relacionadas a este assunto. Esse trabalho teve como objetivo a síntese e a caracterização de novos complexos de cobre (II), níquel (II) e paládio (II), tendo como ligantes hidroxibenzofenonas e a avaliação de suas atividades anti-inflamatória, anti-tumoral e antimicrobiana. A primeira estratégia do projeto foi o planejamento de síntese dos complexos, partindo de duas hidroxibenzofenonas sintéticas (ligantes), a 2-hidroxibenzofenona e a 2,2´-di-hidroxibenzofenona, e três metais, cobre (II), níquel (II) e paládio (II). Os produtos das reações foram caracterizados por espectroscopia vibracional na região do infravermelho e análise elementar. As estruturas dos complexos foram inambiguamente determinadas por meio de difração de raios X de monocristal. Finalmente, a atividade anti-microbiana e anti-inflamatória dos complexos foram testadas mostrando resultados promissores para o complexo trans-bis-(2,2’-hidroxibenzofenonato-O,O’)cobre(II), o qual possui elevado potencial anti-inflamatório anti-microbiano. / The study of metallic complexes for therapeutic purposes has been growing steadily in recent years due to the elucidation of their mechanisms of human body action and interaction with biomolecules. Several advances in compounds characterization techniques and molecular modeling have provided a significant increase of research related to this subject. This work aimed to the synthesis and characterization of new complexes of copper (II), nickel (II) and palladium (II) with the ligands hydroxybenzophenone, and the evaluation of their anti-inflammatory, antimicrobial and anti-tumor activities. The first step was the synthesis of complex planning, starting from two synthetic hydroxybenzophenone (ligands), the 2-hydroxybenzophenone and 2,2 '-dihydroxybenzophenone, and three metals, copper (II), nickel (II) and palladium (II). The products of the reactions were characterized by vibrational spectroscopy in the infrared and elemental analysis. The structures of the complexes were determined unambiguously by single crystal X-ray diffraction. Finally, the antimicrobial and anti-inflammatory activities of the compounds were tested showing promising results for the complex trans-bis(2,2'- hydroxybenzophenonate-O,O')copper (II), which has potential anti-inflammatory and anti-microbial. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

A termodinâmica de proteínas está intimamente relacionada com mudanças entre as diferentes formas de energia e também com o estudo das transformações de energia que acompanham fenômenos físico-químicos. As interações entre o reagente e a superfície eletródica são importantes para a determinação da cinética de transferência eletrônica. Neste trabalho, avaliou-se a modificação de um substrato de ouro com PMMA-b-PDMAEMA e ligação com gluteraldeído, seguido por imobilização de mioglobina de sangue equino como modelo de interação. Nos experimentos eletroquímicos, a interação foi obtida por gotejamento da proteína na superfície do ouro, seguindo da adição do copolímero e agente bifuncional gluteraldeído (Glu). Uma segunda etapa deste trabalho consistiu da análise termodinâmica do sinal voltamétrico de mioglobina imobilizada, por varredura térmica em cela termoquímica não-isotérmica. A interação entre Mb/PMMA-b-PDMAEMA/GLU foi investigada por voltametria cíclica, por meio da mensuração de parâmetros, tais como: constante de estabilidade, cinética de transferência de carga, determinação da atividade eletrocatalítica de H2O2 efeito da temperatura. O efeito do pH também foi avaliado por voltametria, bem como a estabilidade e reprodutibilidade do biosensor. A voltametria cíclica da interação do complexo Mb/PMMA-b-PDMAEMA/GLU exibiu um processo de reação quase-reversível na superfície do eletrodo de ouro modificado controlado por voltametria de camada delgada com potencial de oxidação e de redução, com valores de 0,248 V e 0,034 V, respectivamente. O potencial padrão (E0) foi de 0,180V. O coeficiente de transferência de carga assumiu um valor de α de aproximadamente 0,40± 0,01. Os valores de Ks obtidos sugerem que a cinética é lenta, entretanto variou com a velocidade, reforçando a quase-reversibilidade da reação. O efeito do pH revelou valores que confirmam que o processo de transferência eletrônica ocorreu na proporção de 2 elétrons para um próton. Complementarmente, houve variação de Ks com pH, reforçando a existência de prótons H+ durante a eletro-transferência. A constante Michaelis-Menten (Km) aparente calculada foi de 115μM, representando uma alta atividade catalítica para o H2O2. A média da concentração da área de superfície calculada foi de 9,8 x 10 -¹¹ ±1,13 x 10 -¹¹ mol/cm2, não se observando variações significativas com o aumento da velocidade. Os valores encontrados de ΔS0 e ΔH0 foram respectivamente 351,3±0,0002 J mol-¹K-¹ e -76831,9 ± 0,8 KJ/mol. A média da área eletroativa obtida foi de 1,146 cm² ± 0,1371 cm². Em suma, os resultados obtidos podem ser úteis para a compreensão de proteínas imobilizadas, abrindo perspectivas para estudo mais aprofundado para determinação de parâmetros eletrocinéticos sob variação de temperatura. / Myoglobin was immobilized in the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) copolympoly (methylmethacrylate)-block-poly[(2-dimethylamino)ethyl methacrylate]- PMMA-block-PDMAEMA polymer. Cyclic voltammograms gave direct and slow quasi-reversible heterogeneous electron transfer kinetics between Mb-PMMA-block- PDMAEMA modiffed electrode and the redox center of the protein. The values for heterogeneous electron transfer constant (Ks) and transfer coeffcient (nα) were determined to be 0.055 ± 0,01 and 0.81± 0.08, respectively. The pH dependence of the formal potential of Mb suggested that protonation accompanies a two electron transfer to Mb. The reduction potential determined as a function of temperature (20-55 Cº) revealed a value of reacton center entropy of ΔS0 of 351.3±0.0002 J mol-¹K-¹ and enthalpy change ΔH0 of -76831.9 ± 0.8 KJ/mol, suggesting solvent effects and charge ionization atmosphere involved in the reaction. The immobilized protein also exhibit an electrocatalytical response to reduction of hydrogen peroxide, with an apparent Km of 114.7 ± 58.7 μM. The overall results substantiates the design and use of RAFT polymers towards to the development of third generation biosensors.

Neste trabalho serão apresentados os quatro polimorfos do fármaco diurético e anti-hipertensivo Clortalidona, (RS)-2-Cloro-5-(1-hidroxi-3-oxo-2,3-dihidro-1H-isoindol-1-il)benzeno-1-sulfonamida (CTD), ressaltando que todos eles foram elucidados pelo Grupo de Cristalografia da UNIFAL-MG e que o polimorfo mais recentemente elucidado, forma II, é um resultado direto da condução deste trabalho de Mestrado. Será estabelecida uma correlação estrutura/propriedades do estado sólido para explicar as diferenças nos resultados obtidos pela caracterização dos polimorfos I e II da CTD por Espectroscopia de absorção no Infravermelho (IV) e Análises térmicas (TG/DSC) com base nas características estruturais de ambos os polimorfos, evidenciando como o fenômeno do polimorfismo pode impactar e afetar as propriedades físico-químicas de um IFA sólido. Também serão apresentadas duas estruturas cristalinas inéditas do ácido 4’-cloro-3’-sulfamoilbenzofenona carboxílico (CCA), o qual é um produto de hidrólise da CTD e consiste em uma impureza inerente às suas formulações, mas que também é um composto biologicamente ativo e pode atuar como diurético. Além disso, serão apresentadas as rotas sintéticas que resultaram na formação do CCA e de outras duas substâncias relacionadas à CTD, bem como um estudo mecanístico que permite prever e propor a síntese de outros compostos. / In this work will be presented the four polymorphs of the diuretic and antihypertensive drug Chlorthalidone, (RS)-2-Chloro-5-(1-hydroxy-3-oxo2,3-dihydro-1H-isoindol-1-yl)benzene-1-sulfonamide (CTD) , noting that all of them were elucidated by the Group of Crystallography of the UNIFAL-MG and polymorph recently elucidated , is a direct result of the conduct of this work of Science Master. There will be correlation structure/properties of solid state to explain the differences in results obtained by the characterization of polymorphs I and II of the CTD by infrared spectroscopy and thermal analysis based on the intrinsic structural features of both polymorphs, showing as the phenomenon of polymorphism can impact and affect the physicochemical properties of a drug. Two novel crystal structures of 4’-chloro-3’-sulfamoylbenzophenone carboxylic acid (CCA) will also be presented. This is a hydrolysis product of CTD and also a biologically active compound that can act as a diuretic. Furthermore, synthetic routes that resulted in the formation of CCA and two other CTD related substances will be presented, as well as a mechanistic study that allows predict and propose the synthesis of other related compounds. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

Foram determinados experimentalmente os comportamentos do equilíbrio líquido de SAB formados por cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio ([C4mim]Cl) + carbonato de potássio (K2CO3) ou citrato de potássio (C6H5K3O7) + água nas temperaturas de 10,0, 20,0, 25,0, 35,0 e 40,0ºC. Nos diagramas constituídos por líquidos iônicos pôde-se avaliar o efeito da temperatura e do ânion inorgânico a partir da separação de fases através da obtenção da curva binodal e de cinco linhas de amarração dos sistemas. Percebeu-se que ao diminuir a temperatura, houve uma ampliação da região bifásica para ambos os sistemas, o que confere uma característica exotérmica aos sistemas sendo o sal K2CO3 é melhor formador de SAB do que C6H5K3O7. Após a obtenção dos diagramas experimentais para os diferentes SAB os resultados foram ajustados a equações empíricas de modo a obter uma melhor compreensão e controle do comportamento físico-químico desses sistemas, sendo as equações de Othmer-Tobias e Bancroft correlacionadas a linhas de amarração e a equação de Merchuk correlacionada às curvas binodais. / The liquid equilibrium behaviors of ATPS which is formed by chloride 1-butyl-3- methylimidazolium [C4mim]Cl + potassium carbonate (K2CO3) and potassium citrate (C6H5K3O7) + water through the temperature grades of 10,0, 20,0, 25,0, 35,0 and 40,0ºC were determined by experiment. The temperature and inorganic anion effects could be evaluated as from the phase separation through the binodal curve achievement and by five lines of system mooring according to diagrams composed by ionic liquids. As the temperature decreased so the two-phase site expanded for both systems, giving them some exothermic features and showing salt K2CO3 as a better former of ATPS than C6H5K3O7. After obtaining the experimental diagrams to different ATPS, the results were adjusted to empirical equations in order for obtaining better comprehension and these systems’ physical and chemical behavior control. The equations of Othmer-Tobias and Bancroft were related to tie lines and Mechuck’s ones related to binodal curves. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG

O presente trabalho teve por objetivo a obtenção e caracterização de novos SAB através do levantamento de dados termodinâmicos de diferentes sistemas formados por soluções de sulfato de Níquel, Zinco e/ou Cobre com líquido iônico (LI) tetrafluorborato de 1-butil-3-metilimidazolio ([Bmim]BF4) e água. Foram obtidos nove diagramas de fases nas temperaturas de 283,15, 298,15 e 313,15 K. Avaliou-se o efeito das mesmas e como a natureza do sal influencia no equilíbrio líquido-líquido destes SAB. Para o SAB formado por sulfato de cobre observou-se a precipitação do sal com o aumento do comprimento da linha de amarração. Os dados experimentais das curvas binodais foram ajustados pela equação de Merchuk e os dados de equilíbrio líquido-líquido foram correlacionados pelas equações de Othmer-Tobias e Bancroft apresentando valores de R² superiores a 0,9. O efeito salting out no processo de segregação de fases foi avaliado quantitativamente por meio da equação de Setschenow. / This study aimed at obtaining and characterization of new SAB by surveying thermodynamic data from different systems formed by nickel sulfate solution, zinc and / or copper with ionic liquid (IL) tetrafluoroborate 1-butyl-3-methylimidazolium ([Bmim] BF4) and water. nine phase diagrams were obtained at temperatures of 283.15, 298.15 and 313.15 K. We evaluated the effect thereof and the nature of the salt influences the liquid-liquid equilibrium of these SAB. For the SAB formed by copper sulfate was observed the precipitation of salt with increasing length of the mooring line. The experimental data of the binodal curves were fitted by equation Merchuk and liquid-liquid equilibrium data were correlated by the equation Othmer-Tobias and Bancroft presenting R2 values ​​higher than 0.9. The salting out effect in the phase separation process was quantitatively assessed by Setschenow equation. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-09-23T20:14:26Z No. of bitstreams: 2 Dissertação Laura Braga.pdf: 3078196 bytes, checksum: 4e0d981972cc02801917c5b9a35ae977 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-09-23T20:47:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação Laura Braga.pdf: 3078196 bytes, checksum: 4e0d981972cc02801917c5b9a35ae977 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-23T20:47:31Z (GMT). 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The results have shown that the analytical signal intensity is greater when employing electrodes with width of 2 mm, spaced by a minimal gap (1mm) and arranged in an antiparallel configuration. The optimal frequency found was 400 kHz. Furthermore, it was observed that the signal intensity increases linearly for amplitude values up to 5 Vpp. PDMS devices obtained with toner and copper masters were employed to perform eletrophoretic separations of inorganic cations using the previously optimized conditions. The alternative masters and the resulting PDMS channels were characterized according to their dimensions, surface roughness and replication fidelity. On toner masters, it was verified that the wider the line, the ticker the toner layer. For widths between 50 and 300 μm, the toner thickness ranged from 5 to 10 μm. On the other hand, the line height on copper masters was determined by the etching time. For lines with widths between 50 and 300 μm, the height ranged from 72 to 82 μm, under an etching rate of 7.6 ± 1.7 μm/min. Regarding the roughness, copper masters presented more uniform surfaces in comparison to toner masters. This difference is due to the additional heating step used to transfer the toner mask. The proposed masters have shown good replication fidelity and also excellent capability of producing multiple replicas with a single master. The main drawback found with the fabrication technology is associated with the laser printer resolution. However, the easiness of fabrication and low instrumental costare suitable to be implemented in locations with limited resources or restricted access to conventional microfabrication techniques. / Este trabalho descreve o desenvolvimento de microssistemas eletroforéticos (MSE) integrados com detecção condutométrica sem contato capacitivamente acoplada (C4D). Os MSE foram produzidos em poli(dimetilsiloxano) (PDMS) através da técnica de litografia suave. Para esta finalidade, os moldes para prototipagem dos MSE foram obtidos por (i) gravação fotolitográfica em silício, (ii) impressão direta em filmes de poliéster e (iii) corrosão química em placas de cobre. Os dispositivos fabricados fotolitograficamente foram empregados no estudo da orientação e comprimento dos eletrodos, bem como na otimização dos parâmetros operacionais e geométricos do detector. Os resultados mostraram que a intensidade do sinal analítico é maior quando se emprega eletrodos com largura de 2 mm, separados por um gap mínimo (1 mm) e orientados na configuração antiparalela. Além disso, a avaliação dos parâmetros operacionais demonstrou que a frequência ótima de trabalho foi de 400 kHz, e o sinal varia linearmente com amplitudes até 5 Vpp. Após a obtenção das melhores condições de detecção, os dispositivos de PDMS replicados com os moldes de toner e cobre foram empregados em separações eletroforéticas de cátions inorgânicos. Além disso, os moldes e a estrutura dos microcanais fabricados pelo método alternativo foram caracterizados quanto à largura, altura, rugosidade da superfície e fidelidade de replicação. No molde de toner, verificou-se que quanto maior a largura das linhas impressas mais espessa é a camada de toner. Para larguras compreendidas entre 50 e 300 μm, a espessura variou de 5 a 10 μm. No molde de cobre, a corrosão se procedeu a uma taxa de 7,6 ± 1,7 μm/min, o que permitiu a obtenção de linhas com altura entre 72 e 82 μm. Em relação a rugosidade, o molde de cobre apresentou a superfície mais uniforme que o molde de toner, devido o aquecimento adicional na etapa de transferência da máscara. Ambos os moldes apresentaram boa fidelidade de replicação, podendo ser reusado várias vezes para a prototipagem dos microcanais. A principal desvantagem da técnica é que as dimensões dos canais são limitadas pela resolução da impressora a laser. Entretanto, a facilidade de fabricação e o baixo custo instrumental são vantagens que tornam o processo atrativo e viável para ser implementado em locais com recursos limitados e acesso restrito à instrumentação especializada.

Quinones are widespread in nature and play important biochemical and physiological roles. The transposition over plasmatic membranes is a requisite for one molecule to reach plasmatic concentrations capable to reproduce their biological effect. Physico-chemical parameters have an important impact on pharmacokinetic and metabolic fate of the biologically active compounds in the body, and so, a good understanding of these properties, coupled with their measurement and prediction are crucial for the understanding of a biological mechanism of action. One of main physico-chemical properties of micromolecules able to modify the pharmacotherapeutic profile is the ionization coefficient, expressed by pKa, which indicates the relative contribution degree of neutral and ionized species from ionizable groups. Several quinones can be degradated, when exposed to environmental factors like light and heat. The incorporation onto some matrices can contribute to their stabilization. Chitosan is one of possible choices. In the present work, the pKa of four differently substituted 2-hydroxynaphtoquinones were measured, in a mixed ethanolic/aqueous buffer, using hybrid pH/UV titration and voltametric titration. The adsorption, on chitosan, of 3 naphtoquinones sodium salts and their quantification using spectrophotometric techniques were also performed. Chemical modified electrodes were employed in this work in the attempt to verify a possible change in the lapachol electrochemical behavior in order to facilitate its quantification. Isolapachol (pKa<6) showed to be more acid than lapachol (pKa>6) and the inactive methylamino derivatives, with 2 pKas, one related to the enol and the other to the ammonium salt are zwitterionic in the physiological pH, fact that can preclude its entrance in the cell, causing its biological inactivity. Those parameters are important for the understanding of the mechanism of biological action. In the study with the salts of quinones, the calibration plots were obtained with R values above 0.999 for each salt. With chitosan, it was verified that the sodium salts of lapachol and isolapachol suffer adsorption on chitosan, through the visible UV-vis absorbance decrease. For the lapachol salt, the absorbance was reduced in about 60% (Absinitial = 1.825 e Absfinal = 0.732). After 2.5 hours of agitation, concentration changes from 2 x 10-4 mol L-1 to 7.5 x 10-5 mol L-1. 30 mg of chitosan adsorbed 0.330 mg of lapachol salt. For isolapachol, a lower adsorption was observed (~10 %, Absinitial = 2.057 e Absfinal = 1.862), with a salt final concentration of 1.8 x 10-4 mol L-1 (0,475 mg). Differently from these two quinones, the salt of di-hydrolapachol was not adsorbed on chitosan. Its electronic spectrum did not change after contact with the biopolymer. Structural factors and the acidity differences, indicated by pKa, account for these variations in terms of adsorption on chitosan. Using modified electrodes with glassy-carbon surface-immobilized metallic complexes, any significant modification on the electrochemical behavior of lapachol was observed. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As quinonas são muito difundidas na natureza, desempenhando uma variedade de funções bioquímicas e fisiológicas. A transposição da membrana plasmática é pré-requisito para que uma determinada molécula atinja concentrações plasmáticas capazes de reproduzirem o efeito biológico. Parâmetros físico-químicos possuem um importante impacto nas vias farmacocinéticas e metabólicas de compostos biologicamente ativos no organismo, um bom entendimento destas propriedades é crucial para compreender os mecanismos de ação biológica. Uma das principais propriedades físico-químicas de micromoléculas capazes de alterar seu perfil farmacoterapêutico é coeficiente de ionização, expresso pelo pKa, que traduz o grau de contribuição relativa das espécies neutra e ionizada de grupamentos ionizáveis. Muitas das quinonas também podem sofrer degradação, quando expostas aos fatores ambientais, como luz e calor. A incorporação em matrizes pode auxiliar na sua estabilização. A quitosana é uma das possíveis escolhas. No presente trabalho, o pKa de 4 diferentes quinonas foram medidos em meio aquoetanólico, utilizando o método de titulação espectrofotométrica e voltamétrica. Verificou-se também a adsorção e quantificação de 3 sais de sódio de naftoquinonas escolhidas em quitosana e através da técnica de UV-Vis. Eletrodos quimicamente modificados também foram empregados neste trabalho, na tentativa de verificar uma possível mudança de comportamento eletroquímico do lapachol, que facilitasse a sua quantificação. Na determinação do pKa, o Isolapachol, com pKa<6 se revelou mais ácido que o lapachol pKa>6. Os derivados metilaminados inativos biologicamente frente a uma série de organismos, possuem 2 valores de pKa, um relacionado ao enol e outro ao sal de amônio, sendo zwitteriônicas em pH fisiológico. Estes resultados foram relacionados com as atividades biológicas apresentadas pelas quinonas. A inatividade das aminoquinonas pode ser explicada estruturalmente, pelo fato das mesmas serem anfifílicas, o que pode impedir sua entrada nas células, evitando, assim, uma ação biológica. Estes parâmetros são importantes para a compreensão do mecanismo de ação biológica. Nos estudos com os sais das quinonas, as curvas analíticas foram obtidas com valores de R acima de 0,999 para cada sal. Com quitosana, verificou-se que os sais de sódio do lapachol e do isolapachol adsorvem na quitosana através da visível diminuição da absorvância. Para o lapachol, a absorvância foi reduzida em aproximadamente 60% (Absinicial = 1,825 e Absfinal = 0,732). Utilizando-se o valor da absorvância final pôde-se determinar a concentração final do sal em solução. Após duas horas e meia de agitação, a concentração variou de 2,0 x 10-4 mol L-1 para 7,5 x 10-5 mol L-1. Em termos de massa presente em solução, a mesma variou de 0,528 mg para 0,198 mg, sendo a massa adsorvida de 0,330 mg, para cada 30 mg de quitosana presente no sistema em estudo. Para o isolapachol, uma redução menor da absorvância foi observada (~10%, Absinicial = 2,057 e Absfinal = 1,862) com uma concentração final do sal de 1,8 x 10-4 mol L-1 (0,475 mg). Diferentemente destas duas quinonas, o sal do diidrolapachol, não sofreu qualquer adsorção no biopolímero. Seus espectros eletrônicos permaneceram os mesmos, antes e após o contato com a quitosana. Fatores estruturais e a própria diferença de acidez indicada pelo pKa, entre as 3 quinonas, podem estar influenciando a adsorção em quitosana. Utilizando-se eletrodos modificados com complexos metálicos imobilizados em sua superfície, não foi observada qualquer mudança significativa no comportamento eletroquímico do lapachol.

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However, in many cases the microorganism causing the illness cannot properly identified. In addition, traditional analyses usually employed for identifying such microorganisms are often expensive and time consuming. In this context, the development of novel methods capable of detecting such microorganism in a fast way, similarly to a pre-selection method to indicate the positive or negative presence of pathogenic, are highly pursued. In this work, two systems using a concept of Electronic Tongue were developed. The first system used the Layer-by-Layer (LbL) technique to immobilize lysozyme, trypsin and pepsin enzymes in nanostructured films. In the second system, the immobilization process was combined using the LbL technique and covalent bonding for lysozyme and trypsin enzymes. The trypsin and pepsin can react with bacterial sub-products released in the medium, while the lysozyme can react directly with the gram-positive bacteria cell wall. All parameters required to obtain stable films with preserved enzymatic activity were investigated and determined. In the first case, the detection of Escherichia coli using the Electrical Impedance Spectroscopy yielded detection of bacteria at 105 UFC (intermediate values). The second electronic tongue was composed by sensing units formed by lysozyme and trypsin immobilized by covalent and electrostatic (LbL) bonds, allowing the reaction with either by products or with the bacterial cell wall. Contamined solutions with the Gram-positive Staphylococcus aureus, Gram-negative Salmonella bacteria and a mixed solution with both were analyzed. The second system was able to detect small bacteria concentrations at 103 CFU. Finally, the solution re-suspension treatment showed to be beneficial for improving the detection results. The electronic tongue was capable of distinguishing solutions contaminated with bacteria, showing potential to aid in the prevention of foodbourne diseases. / Casos de intoxicação de origem alimentar causados por microrganismos são comuns no Brasil e no mundo. Contudo, em muitos dos surtos não se consegue identificar qual é o microrganismo causador da contaminação. Além disto, as análises tradicionais usualmente empregadas para identificação do microrganismo são muitas vezes caras e demoradas. Deste modo, o desenvolvimento de métodos para uma rápida detecção de microrganismos, similar a um sistema de triagem, focado em indicar se há ou não a contaminação por patogênicos antes da realização de testes específicos, são de grande interesse. Neste trabalho foram desenvolvidos dois sistemas utilizando o conceito de Língua Eletrônica. No primeiro sistema utilizou-se a técnica de Layer-by-Layer (LbL) para o crescimento de filmes nanoestruturados juntamente com a imobilização das enzimas lisozima, tripsina e pepsina. As enzimas tripsina e pepsina têm como característica reagirem com subprodutos da presença de bactérias no meio, enquanto a enzima lisozima reage diretamente com a parede celular das bactérias Gram-positivas. Foram estudados e definidos todos os parâmetros necessários para a formação de filmes estáveis mantendo as enzimas em sua forma ativa. No primeiro sistema foi avaliada a detecção de Escherichia coli utilizando a técnica de Espectroscopia de Impedância Elétrica, obtendo resultados satisfatórios na detecção das bactérias em valores intermediários de 105 UFC. O segundo sistema de língua eletrônica foi composto por unidades sensoriais com as enzimas lisozima e tripsina imobilizadas por meio de ligações covalentes e eletrostáticas (LbL), podendo ocorrer reações tanto com subprodutos da presença bacteriana quanto diretamente com a parede celular das bactérias. Foram analisadas soluções contaminadas com as bactérias Gram-positivas Staphylococcus aureus, Gram-negativas Salmonella e também a mistura de ambas, sendo possível distinguir baixas concentrações das mesmas e na ordem de 103 UFC. Por ultimo, verificou-se que o tratamento das soluções por meio da re-suspensão das bactérias influenciou positivamente nos resultados de detecção, suprimindo a influência da presença do meio de cultura nas repostas obtidas. A Língua Eletrônica apresentada foi capaz de distinguir soluções contaminadas com bactérias, tendo potencial para auxiliar na prevenção de surtos de doenças transmitida por alimento.