Interaction between bovine serum albumin (BSA) and thimerosal (TM), organic mercury compound, was investigated by spectroscopic methods. The results, by molecular fluorescence, show that the interaction takes place by static quenching with electrostatic forces spontaneously (ΔG = - 4.40 kJ mol-1 at 30°C). The binding constant (Kb) was 3.24 ± 0.01x103 L mol-1 (30°C) is considered a moderate interaction. Fluorescence in three dimensions revealed that TM causes structural involving the the polypeptide chain BSA changes in the polarity of the tryptophan and tyrosine residues confirmed by circular dichroism (CD) showed an increase in α-helix content after interaction with TM. In addition, the TM decreases the surface hydrophobicity of the protein. Bilirubin was used as a marker for the subdomain IB, confirming that TM interacts in this region of the protein. The study of the interaction mechanism proposed that TM is reacted with BSA through the free cysteine residue, forming the adduct BSA-HgEt release of thiosalicylic acid (ATS), which interacts with amino acids with side chain positive. Besides, it was seen that TM accelerates the protein fibrillation kinetics by 42%, with a possible indication of the toxicity of this compound in biological systems. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A interação entre albumina do soro bovino (BSA) e timerosal (TM), composto orgânico de mercúrio, foi investigada utilizando métodos espectroscópicos. Os resultados, por fluorescência molecular, evidenciam que a interação acontece por quenching estático através de forças eletrostáticas de forma espontânea (ΔG = - 4,40 kJ mol-1 a 30ºC). A constante de ligação (Kb) foi de 3,24 ± 0,01x103 L mol-1 (30ºC) sendo considerada uma interação moderada. A fluorescência em três dimensões revelou que TM causa mudanças estruturais envolvendo a cadeia polipeptídica da BSA assim como altera a polaridade dos resíduos de triptofano e tirosina, confirmada por dicroísmo circular (DC) que evidenciou aumento no conteúdo de α-hélice após interação com TM. Além disto, TM diminui a hidrofobicidade superficial da proteína. Bilirrubina foi utilizada como marcador para o subdomínio IB, confirmando que TM interage nesta região da proteína. O estudo do mecanismo de interação propôs que TM reage com BSA através do resíduo de cisteína livre, formando o aduto BSA-HgEt com liberação de ácido tiosalicílico (ATS), que interage com os aminoácidos com cadeia lateral positiva. Por fim, foi visto que TM acelera a cinética de fibrilação proteica em 42%, sendo um possível indício da toxicidade deste composto em sistemas biológicos.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-18T17:00:14Z No. of bitstreams: 1 faustomoreiraaraujo.pdf: 3458303 bytes, checksum: 1018968a4d60b355a7d1902eb73fe9b7 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T15:35:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 faustomoreiraaraujo.pdf: 3458303 bytes, checksum: 1018968a4d60b355a7d1902eb73fe9b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T15:35:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 faustomoreiraaraujo.pdf: 3458303 bytes, checksum: 1018968a4d60b355a7d1902eb73fe9b7 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foi realizada a determinação de hidrocarbonetos alifáticos (n-alcanos e isoprenóides) marcadores biogeoquímicos do petróleo e de seus derivados, em amostras de sedimento do rio Paraibuna. A amostragem foi feita para 16 pontos ao longo do rio no município de Juiz de Fora-MG, coletados com draga Petersen. Para a extração dos analitos da matriz, realizou-se otimização da condição de extração por planejamento Box-Bahnken 33 por ultrassom. A condição escolhida para extrair os analitos foi de um tempo de sonicação de 10 minutos, com 10 mL de solvente e composição da mistura de solventes composta por n-hexano e acetona (25:75). Os extratos foram eluidos em coluna de adsorção constituída por sílica, alumina e sulfato de sódio utilizando 16 mL de n-hexano para total eluição dos extratos. A análise do eluato foi realizada pela técnica de cromatografia a gás acoplada à espectrometria de massas. Para complemento dos resultados, foi determinado a granulometria do sedimento e teores de carbono orgânico total (COT) em cada ponto. Obteve-se forte correlação do COT, com os teores de silte + argila. De maneira geral, o sedimento do rio Paraibuna é basicamente constituído por areia. Para pontos que o teor de silte e argila foram baixos, não foi possível a quantificação de vários analitos. A concentração de alifáticos totais encontrada variou de 0,78 a 1318,18 μg g-1 peso seco, e de n-alcanos totais de 0,07 a 5,49 μg g-1 peso seco, sendo observado um aumento da concentração dos compostos ao longo do rio na direção e sentido de seu fluxo. O índice preferencial de carbono obtido abrangeu de 0,94 a 4,75, indicando introdução de n-alcanos no sedimento do rio por fontes antrópicas para algumas amostras. Dos 16 pontos coletados, 12 apresentaram mistura complexa não resolvida, sendo 50% de perfil unimodal, e 50% bimodal, em decorrência de poluição por combustíveis e derivados do petróleo. A razão terrestre/aquática associada com a razão C31/C19 apontaram domínio das contribuições terrígenas por plantas vascularizadas para todos os pontos coletados. / In this work, it was performed the determination of n-alkanes (C10-C40) biomarkers crude oil and its derivatives, in river sediment samples. The sampling was performed with 16 points along Paraibuna river in Juiz de Fora-MG, collected with Petersen dredge. A 33 Box-Behnken experimental design was used to optimize the ultrasound-assisted extraction conditions. The optimized conditions was 10 minutes of sonication with 10 mL solvent mixture and the mixture composition was n-hexane and acetone (25:75). The extracts were eluted in an adsorption column containing silica, alumina and sodium sulfate, using 16 mL of n-hexane for total elution of the extract. The eluated analysis was performed by gas chromatography coupled with mass spectrometry. In addition, it was verified the sediment granulometry and the total organic carbon (TOC) determination for each sampling. We obtained a strong correlation between TOC and the silt + clay. In general, Paraibuna river’s sediment are basically constituted by sand. For points that the concentration of silt + clay were low, it was not possible to detect several analytes. The concentration of total aliphatic ranged from 0.78 to 1318.18 μg g-1 dry weight and the total n-alkanes ranged from 0.07 to 5.49 μg g-1 dry weight, being observed an increase in the concentration of compounds in the direction of river flows. The obtained carbon preference index ranged from 0.94 to 4.75, indicating introduction of n-alkanes by anthropogenic sources for some samples. From the 16 collected points, 12 presented an unresolved complex mixture, being 50% of unimodal profile and 50% bimodal, as result of pollution from fuel oil and other petroleum derivatives. In all points, it was observed the domain of terrigenous sources contributions over the aquatic sources.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-04T13:50:24Z No. of bitstreams: 1 patricialopesdeoliveira.pdf: 2319756 bytes, checksum: 260651c3f2be3b0c7de18fedaa1cf491 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T15:56:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 patricialopesdeoliveira.pdf: 2319756 bytes, checksum: 260651c3f2be3b0c7de18fedaa1cf491 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T15:56:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 patricialopesdeoliveira.pdf: 2319756 bytes, checksum: 260651c3f2be3b0c7de18fedaa1cf491 (MD5) Previous issue date: 2015-03-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A manteiga de garrafa é um produto artesanal, produzido a partir do batimento seguido da fusão do creme do leite, sendo típico da região nordeste do país e do norte/nordeste de Minas Gerais. Foi proposto um método de análise, alternativo ao método oficial por Cromatografia a Gás (GC), por Eletroforese Capilar de Zona (CZE) para a análise dos ácidos graxos (AG) presentes na manteiga de garrafa. O eletrólito utilizado constituiu de 15 mmol L-1 de solução tampão NaH2PO4 / Na2HPO4 (pH ~ 6.86); 4,0 mmol L-1 de SDBS; 8,3 mmol L-1 de Brij 35®, 45% v/v de ACN e 2,1% de 1-octanol e as condições de análise foram injeção hidrodinâmica (12,5 mbar por 4 s), voltagem de + 19 kV, temperatura no interior do capilar de 25 ºC, detecção indireta no UV em 224 nm, capilar de TSH com 75 μm d.i., 40 cm de comprimento efetivo e 48.5 cm de comprimento total. Com esta composição foi possível identificar e quantificar os AG: ácido esteárico (C18:0), ácido oleico (C18:1 cis 9), ácido palmítico (C16:0), ácido linoleico (C18:2 cis 9, 12), ácido linolênico (C18:3 cis 9, 12, 15) e ácido mirístico (C14:0). O padrão interno utilizado foi o ácido tridecanoico (C13:0). Os resultados para a quantificação obtidos por CZE foram comparados com o método oficial por GC, e não apresentaram diferença significativa em um intervalo de confiança a 95 %. As figuras de mérito deste trabalho foram representadas pela sensibilidade do método por CZE, assim, foram calculados o limite de detecção (LOD) e limite de quantificação (LOQ) para cada AG. A análise dos resultados permitiu concluir que a maioria das amostras de manteiga de garrafa foram adulteradas, possivelmente com óleos vegetais, devido ao elevado teor de ácido linoleico encontrado, que é um AG presente na gordura do leite com concentração variando entre 1 a 3 %. / The “manteiga de garrafa” is a Brazilian butter and a handmade product, produced from the beat followed by the fusion of milk cream, typical of the Brazilian Northeast and the north / northeast of Minas Gerais. An alternative method of analysis by Capillary Zone Electrophoresis (CZE) for the analysis of fatty acids (FA) present in the “manteiga de garrafa” has been proposed. The background electrolyte optimized consisted of 15 mmol L-1 of NaH2PO4 / Na2HPO4 (pH ~ 6.86); 4.0 mmol L-1 of SDBS; 8.3 mmol L-1 of Brij 35®, 45% v/v of ACN, 2.1% of 1-octanol and the analysis conditions were hydrodynamic injection (12.5 mbar for 4 s), voltage + 19 kV, temperature 25 ºC, indirect UV detection at 224 nm, capillary TSH with 75 μm i.d., 40 cm of effective length and 48.5 cm of total length. With this arrangement it was possible to identify and quantify the following FA: stearic acid (C18:0), oleic acid (C18:1 cis 9), palmitic acid (C16:0), linoleic acid (C18:2 cis 9, 12), linolenic acid (C18:3 cis 9, 12, 15) and miristic acid (C14:0). The internal standard used was tridecanoic acid (C13:0). The results for the quantification obtained by CZE were compared with the official method by Gas Chromatography (GC), and no significant difference in a confidence interval of 95%. The figures of merit of this work were represented by the sensitivity of the method by CZE, the were calculated the limit of detection (LOD) and the limit of quantification (LOQ) for each FA. The results showed that the majority of samples brazilian butter were adulterated, possibly with vegetable oils, due to the high content of linoleic acid, that is an FA existing in milk fat with concentration between 1 and 3 %.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-11T11:13:50Z No. of bitstreams: 1 pedrolinojonecoutinho.pdf: 1490441 bytes, checksum: 2d30a406bff1dc2da6123c10c2e44617 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T17:04:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pedrolinojonecoutinho.pdf: 1490441 bytes, checksum: 2d30a406bff1dc2da6123c10c2e44617 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T17:04:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pedrolinojonecoutinho.pdf: 1490441 bytes, checksum: 2d30a406bff1dc2da6123c10c2e44617 (MD5) Previous issue date: 2015-05-22 / Atualmente, um dos mais graves problemas relacionado com a poluição ambiental é a contaminação da água, principalmente, devido ao descarte inadequado de resíduos industriais e agrícolas. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a remoção de Al3+ em meio aquoso por adsorção em casca de arroz in natura e cascas de arroz modificadas quimicamente. Para tal foram realizados experimentos em escala laboratorial e em batelada verificando-se a remoção da concentração de alumínio quando em contato com o biossorvente até atingir-se o tempo de equilíbrio. Foram utilizados três tipos de biosorventes: casca de arroz in natura (CN) e cascas modificadas quimicamente com solução ácida (CTA) e solução básica (CTB), a fim de avaliar qual delas proporciona a melhor adsorção do alumínio solúvel. Foram realizados três planejamentos estatísticos de experimento fatoriais 33 Box-Behnken para a otimização das condições de modo a encontrar a melhor resposta para a adsorção do alumínio em sistema de batelada. As condições ótimas encontradas através do planejamento para CTB, que teve melhor resposta de adsorção do metal, com uma recuperação de 97,60 % foram: (X1) massa 0,1500 g; (X2) volume 7,5 mL e (X3) tempo de contato solução de alumínio e o biossorvente de 5 horas. Durante a execução do planejamento de experimento fatorial 33 Box-Behken foi mantido em comum o pH 5,0 e a concentração do Al3+ em 30,0 mg L-1. A técnica analítica utilizada para quantificação do metal na solução após a adsorção foi à espectrometria de absorção atômica com chama (F AAS). Encontradas as condições ótimas prosseguiu-se com os demais estudos, a exemplo do estudo de efeito de pH considerando a faixa de 4,0 a 6,0 e estudos de isotermas de adsorção adotando os modelos de Langmuir e Freundlich. O melhor pH para adsorção do Al3+ foi 5,0 sendo que acima deste valor ocorrem perdas por precipitação em forma de hidróxido. Essas perdas devem ser levadas em consideração durante os cálculos após a sua adsorção. O modelo de Langmuir, foi o que teve valores de coeficientes de determinação (R2) altos e relativamente próximo de 1, apresentando desse modo o devido ajuste das isotermas linearizadas, comparativamente ao modelo de Freundlich que apresentou coeficientes de determinação inferiores. Desse modo o biossorvente usado neste trabalho mostrou-se eficiente na remoção do alumínio, tanto na forma modificada CTB assim como na forma CN, em detrimento da forma modificada CTA que apresentou sempre baixas capacidades adsortivas de Al3+, nas condições estabelecidas e consideradas ótimas neste trabalho. / Nowadays, one of the most serious problems related to environmental pollution is the contamination of water, mainly, through improper discard of industrial and agricultural waste. Thus, the main objective of the present study is to evaluate the removal of Al3+ in aqueous environment by adsorption on raw rice husk and chemically modified rice husks. For this purpose experiments were performed on a laboratory scale batch and was seen that actually occur a removing of aluminum concentration when it is in contact with the biosorbent until to be achieved an balance adsorption time. Three types of biosorbents were used: raw rice husk (R-RH), and chemically modified rice husk with an acid (CM-RHA) and basic solution (CM-RHB) in order to evaluate which one has the best adsorption of soluble aluminum. Three statistical 33 Box-Behnken experiment designs were performed to optimize the conditions in order to find the best answer for aluminum adsorption in batch system. The optimum conditions found for CM-RHB, which had better metal adsorption response, with a recovery about 97.60% were: (X1) mass 0.1500 g; (X2) volume 7.5 mL and (X3) contact time between the aluminum solution and biosorbent which is about 5 hours. During the execution of factorial experiment design 33 Box-Behnken was kept in common, the value of pH (pH ~ 5) and the concentration of Al3+ 30,0 mg L-1. The flame atomic absorption spectrometric (F AAS), was used to quantify the metal in solution after its adsorption. Found the optimal conditions, were carried on other studies, such as the study of effect pH where was considered the range of 4,0 to 6,0 as well the study of adsorption isotherms adopting the models of Langmuir and Freundlich. The best pH for adsorption of Al3+ was 5,0 and above this value there are losses by precipitation in form of hydroxide. These losses should be taken into account during the calculations after its adsorption. The Langmuir model was the one which showed high determination coefficient values (R2) and relatively close to 1, thereby presenting the best fit of the linearized isotherms compared to Freundlich model which showed lower determination coefficient values. Thus the biosorbent used in this work was efficient in aluminum removal, either in CM-RHB form and R-RH form rather than CM-RHA form that always showed low adsorption capacity of Al3+ under the conditions established and considered optimum in this work.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-15T17:27:17Z No. of bitstreams: 1 renatadejesuscoelhocastro.pdf: 4626733 bytes, checksum: 62bb62e16069cf7f8e81f59effe1bd20 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T17:42:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 renatadejesuscoelhocastro.pdf: 4626733 bytes, checksum: 62bb62e16069cf7f8e81f59effe1bd20 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T17:42:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 renatadejesuscoelhocastro.pdf: 4626733 bytes, checksum: 62bb62e16069cf7f8e81f59effe1bd20 (MD5) Previous issue date: 2015-08-07 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A produção de leite e carne de bovinos no Brasil está baseada na utilização de pastagens, por constituírem alimento de menor custo para o produtor. No Brasil, as pastagens são a principal fonte de alimentação do rebanho, sendo responsável por quase 90% da carne bovina e pela maior parte do leite produzido no país. Sendo assim, surge a importância de um monitoramento rigoroso para se obter uma forragem de qualidade, visto que, a dieta desses ruminantes está diretamente relacionada com a qualidade do leite. Nos últimos anos, tem-se dado o interesse de conhecer substâncias químicas presentes nas forragens que possam contribuir tanto para uma boa qualidade do leite, como por exemplo: o ácido linoléico (C18:2 cis-9 cis-12) e o ácido α-linolênico (C18:3 cis-9 cis-12 cis-15), que são ácidos graxos precursores do ácido linoléico conjugado (CLA) quanto para seleção de cultivares resistentes ao estresse causado pela presença das cigarrinhas das pastagens, como por exemplo: ácidos orgânicos (ácidos cítrico, málico, aspártico e succínico). O objetivo deste trabalho foi utilizar a técnica de Eletroforese Capilar de Zona (CZE) como uma ferramenta para auxiliar na seleção de materiais com uma maior concentração dos precursores do CLA e materiais mais resistentes à presença das cigarrinhas das pastagens. Para análise dos precursores de CLA, o eletrólito utilizado constituiu-se de 17% de metanol, 33% de ACN, 12 mmol L- 1 de tetraborato de sódio, 12 mmol L-1 de Brij e pH próximo de 9,5 e as condições de análise foram: injeção hidrodinâmica (25 mbar por 5 s), voltagem de + 26 kV, temperatura no interior do capilar de 27 ºC, detecção direta no UV em 200 nm, capilar de TSU com 75 μm d.i. e 34 cm de comprimento total. O método de eletroforese capilar de zona (CZE) se mostrou eficaz para análise dos precursores de CLA, em 4 minutos. Foi realizada a comparação do método proposto com o método oficial por cromatografia a gás (CG) em seis amostras de braquiárias, sendo que, os resultados não apresentaram diferenças significativas em um intervalo de confiança a 95 %. Para análises dos ácidos orgânicos, o eletrólito utilizado constituiu-se de 20 mmolL-1 de ácido ftálico, 15 mmolL-1 de TRIS e 0,8 mmolL-1 de CTAB. As condições de análise foram: injeção hidrodinâmica (0,3 psi por 2 s), voltagem de - 15 kV, temperatura no interior do capilar de 25 ºC, detecção direta no UV em 240 nm, capilar de TSP com 75 μm d.i. e 375 μm d.e., 50,2 cm de comprimento total e 40,0 cm de comprimento efetivo. O método CZE se mostrou eficaz para análises dos ácidos orgânicos (ácido cítrico, ácido málico, ácidos aspártico e ácido succinico) relacionados aos estresses das plantas, pois foi possível a identificação em menos de 5 minutos, possibilitando assim um grande número de análises em um curto tempo. / Bovine milk and meat production in Brazil is based on the use of pastures, as they are less food costing for the producers. In Brazil, pastures are the leading power supply of the herd, which are responsable for almost 90% of bovine meat and the biggest part of milk produced in the country. By this way, rises a rigorous monitoring to get quality forage, considering that the rumminant diet is related to the milk quality. Last years, it has arised the interest of knowing chemical substances present in the feed that could contribute to a good milk quality, such as: linoleic acid (C18: 2 cis-cis-9-12) and α- linolenic acid (C18: 3 cis-cis-9-cis-12 15), which are precursors of fatty acids conjugated linoleic acid (CLA); and to selection of cultivars resistent to stress caused by the sharpshooters pastures presence, such as the organic acids (citric, malic, succinic and aspartic acid). This paper aimed use the Capillary Zone Electrophoresis (CZE) technique as a tool to assist the selection of materials with a higher concentration of CLA precursors and more resistant materials to the presence of sharpshooters pastures. For analysis of CLA precursors, the electrolyte used consisted of 17% methanol, 33% ACN, 12 mmol L-1 sodium tetraborate, 12 mmol L-1 and Brij pH of 9.5, and analysis conditions were: hydrodynamic injection (25 mbar for 5 sec) + 26 kV voltage, 27 ° C temperature capillary within, direct UV detection at 200 nm, TSU capillary with 75 μm d.i and 34 cm length. The CZE method is effective for CLA precursors analysis, in 4 minutes. A comparing of the proposed method to the official one was made, by using gas chromatography (GC) at six samples brachiaria, and the results showed no significant differences at a confidence interval of 95%. For analysis of organic acids, the electrolyte used consisted of 20 mmol L-1 phthalic acid, 15 mmol L-1 TRIS and 0.8 mmol L-1 CTAB. The analysis conditions were: hydrodynamic injection (0.3 psi/3 seconds), - 15 kV voltage, 25 ° C temperature capillary within, UV direct detection at 240 nm, TSP capillary with 75 μm d.i. and 375 μm d.e., 50,2 cm lenght and 40.0 cm effective length. The CZE method is effective for organic acids (citric acid, malic acid, aspartic acid and succinic acid) analysis related to the plants, as it was possible its identification in less than 5 minutes, allowing a large number of analyzes in a short time.

Como consecuencia de los problemas derivados de la escasez de agua, se está despertando un gran interés en el desarrollo de nuevas técnicas para la depuración de aguas. Una de estas novedosas técnicas es la fotocatálisis que puede emplear la radiación solar como fuente de energía. Con intención de ampliar las posibilidades en la aplicación de la fotocatálisis se va ha estudiar la posibilidad de emplear sensibilizadores orgánicos como fotocatalizadores: el catión 2,4,6-trifeniltiopirilio y el amarillo de acridina G. Ambos fotocatalizadores han conseguido importantes porcentajes de degradación (entre 60 y 80 %) de contaminantes fenólicos modelo como los ácidos ferúlico y cafeico logrando incluso mejores resultados que el dióxido de titanio. Se han escalado estas reacciones a planta piloto empleando la radiación solar directa demostrando la efectividad de estos procesos a escala pre-industrial. Además, los estudios de toxicidad y biodegradabilidad demuestran la total detoxificación del efluente e importantes aumentos en su biodegradabilidad; del orden de entre 6 y 10 veces. Se ha descartado la participación de especies transitorias como el radical hidroxilo o el oxígeno singlete en la oxidación de los contaminantes tratados, mientras que los estudios fotofísicos han demostrado la desactivación de los estados excitados singlete y triplete de los fotocatalizadores a estudio. Conocidos los rendimientos cuánticos de cada estado se han calculado las constantes de desactivación que están en todos los casos limitadas por la difusión en el disolvente. La termodinámica desde cada uno de los estados excitados ha demostrado que el proceso de transferencia electrónica es favorable. Se ha comprobado que la oxidación de los compuestos se lleva a cabo mediante un proceso de transferencia electrónica mayoritariamente desde los estados excitados triplete de los fotocatalizadores. / Santos-Juanes Jordá, L. (2008). Compuestos orgánicos como fotocatalizadores solares para la eliminación de contaminantes en medios acuosos: aplicaciones y estudios fotofísicos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2642

En este trabajo se expone la investigación realizada durante cuatro cursos académicos consecutivos (de 2005/06 a 2008/09) sobre la utilización de una metodología basada en el trabajo cooperativo en la enseñanza-aprendizaje de química a nivel dde enseñanza secundaria. En la primera parte de la memoria de esta investigación se expone la situación de la enseñanza y aprendizaje de la química tanto en secundaria obligatoria como postobligatoria, considerando la articulación de sus objetivos, contenidos y métodos de evaluación dentro del sistema educativo. Asimismo, se analizan cuáles son las dificultades que encuentran los alumnos a la hora de estudiar esta materia y las aportaciones de la investigación didáctica realizadas al respecto, justificando la posibilidad de mejorar y potenciar su aprendizaje a través del trabajo cooperativo. A continuación, se comentan las principales características del aprendizaje basado en dicha metodología y la posibilidad, de mejorar el rendimiento académico desde el punto de vista cognitivo, identificando aquellos aspectos que pueden ser aplicados dentro del desarrollo de un programa ordinario de química en secundaria. Sobre esta base, se establece una propuesta que trata de conjugar, de forma óptima, el currículo establecido, con una dinámica fundamentada en el uso del trabajo cooperativo, diferente a la transmisión directa de conceptos por parte del profesor y con una mejor contextualización de la materia. Seguidamente, se investiga la posibilidad de establecer un mecanismo de regulación sobre la configuración de los grupos, basado en el análisis de las diferencias cualitativas y cuantitativas observadas entre los resultados del trabajo cooperativo y las aportaciones personales previas de los miembros de cada grupo. De ese modo, se pretende mejorar la eficacia de esta metodología con el objeto de desarrollar el currículo de secundaria para elaborar una propuesta de estudio que lo haga más próximo a las situaciones habituales de nuestro entorno y que permita a los alumnos mejorar su comprensión y rendimiento académico. / Olmos Perelló, JJ. (2010). Una propuesta metodológica para la gestión y evaluación del trabajo cooperativo aplicada al aprendizaje del enlace químico en educación secundaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8495

[ES] La presente tesis doctoral se enmarca en el ámbito de la Química Sostenible, en el cual se identifica la catálisis como una de las herramientas más importantes para su aplicación. En este sentido, en esta tesis doctoral, se han desarrollado catalizadores de cobalto para llevar a cabo reacciones de interés industrial o relacionadas con las tecnologías energéticas emergentes a través de la activación de moléculas pequeñas. Estas reacciones se llevan a cabo a nivel industrial con catalizadores basados en metales nobles o en condiciones de reacción severas. El objetivo es reemplazar estos catalizadores por otros basados en metales más abundantes en la corteza terrestre, en este caso el cobalto, o llevar a cabo las reacciones en condiciones de reacción más suaves, respectivamente, estudiando en todo caso la relación entre la estructura y la actividad del catalizador. Los resultados de esta tesis doctoral se presentan en cuatro capítulos. En el capítulo cuatro, se presentan los resultados del desarrollo de catalizadores de cobalto estables al aire y a la humedad basados en compuestos de coordinación para llevar a cabo la hidrosililación de alquenos sin aditivos y evitando el uso de atmósfera inerte durante la reacción. Además, se ha estudiado la actividad de estos catalizadores usando un amplio rango tanto de alquenos como de silanos para comprobar la generalidad de la reacción. Finalmente, se ha estudiado el mecanismo de reacción usando Raman in-situ, lo cual ha permitido identificar la especie de cobalto activa como intermedio de reacción. En el capítulo cinco, uno de los compuestos de coordinación estudiados para el proceso de hidrosililación de alquenos, se ha heterogeneizado usando como soporte un carbón activo de alta área superficial. La presencia de 6 nitrógenos coordinados al cobalto en el precursor inicial ha sido clave en la formación del material final, que es altamente activo y selectivo en la reacción de hidrogenación de nitroarenos y en la síntesis de aminas secundarias y de isoindolinonas en reacciones tándem en condiciones de reacción más suaves que las reportadas en bibliografía y usando agua como medio de reacción. Además, este catalizador puede ser reusado en varios ciclos de reacción sin una pérdida apreciable de actividad, demostrando que es un material heterogéneo y robusto. La estructura del catalizador se ha estudiado por varias técnicas de caracterización avanzadas, con el fin de correlacionar su estructura con la actividad en estas reacciones catalíticas. En el sexto capítulo se resumen los resultados obtenidos para el desarrollo de una familia de compuestos tetranucleares de cobalto, cuya densidad electrónica puede ser modulada haciendo uso de diferentes ligandos. Esta densidad electrónica está correlacionada con su actividad catalítica en reacciones de oxidación, como la oxidación de ciclohexano a ciclohexanol y ciclohexanona. En este sentido, se ha llevado a cabo un amplio estudio de la actividad catalítica de esta familia de catalizadores, que han demostrado ser activos y selectivos en esta reacción, en condiciones netas y usando aire empobrecido como oxidante, y del mecanismo de reacción a través de EPR y Raman, que ha permitido correlacionar la estructura de cada catalizador con su papel en cada proceso individual del mecanismo global de esta reacción. Finalmente, en el capítulo siete, uno de los compuestos tetranucleares de cobalto se ha utilizado como precursor en la síntesis de MOFs con ligandos ampliamente utilizados en la síntesis de estos materiales, como son el H3BTC y el H2bda, obteniéndose dos MOFs nuevos, el primero de ellos (Co2-MOF) basado en dos SBUs de cobalto dinucleares en la que una de ellas presenta tres posiciones de coordinación libres, con las ventajas que esto conlleva y, el segundo de ellos (2D-Co-MOF), basado en nanoláminas dobles apiladas por interacciones π-π stacking entre los ligandos piridina axiales. La dispersión de estos MOFs en Nafion da como resultado los correspondientes composites, que presentan una buena adherencia a los electrodos de grafito, una alta estabilidad a largo plazo y, además, un elevado rendimiento electrocatalítico para la reacción de oxidación del agua en medio neutro, mejorando los resultados reportados en bibliografía para materiales similares. Además, se ha estudiado el mecanismo de reacción, que sigue sin conocerse a ciencia cierta hoy en día, para el 2D-Co-MOF, basándonos en su topología particular y en estudios espectroscópicos y electroquímicos. / [CA] La present tesi doctoral s'emmarca en l'àmbit de la Química Sostenible, en el qual s'identifica la catàlisi com una de les eines més importants per a la seua aplicació. En aquest sentit, en aquesta tesi doctoral, s'han desenvolupat catalitzadors de cobalt per a dur a terme reaccions d'interés industrial o relacionades amb les tecnologies energètiques emergents a través de l'activació de molècules xicotetes. Aquestes reaccions es duen a terme a nivell industrial amb catalitzadors basats en metalls nobles o en condicions de reacció severes. L'objectiu és reemplaçar aquests catalitzadors per altres basats en metalls més abundants en l'escorça terrestre, en aquest cas el cobalt, o dur a terme les reaccions en condicions de reacció més suaus, respectivament, estudiant en tot cas la relació entre l'estructura i l'activitat del catalitzador. Els resultats d'aquesta tesi doctoral es presenten en quatre capítols. En el quart capítol, es presenten els resultats del desenvolupament de catalitzadors de cobalt estables a l'aire i a la humitat basats en compostos de coordinació per a dur a terme la hidrosililació d'alquens sense additius i evitant l'ús d'atmosfera inerta durant la reacció. A més, s'ha estudiat l'activitat d'aquests catalitzadors usant un ampli rang tant d'alquens com de silanes per a comprovar la generalitat de la reacció. Finalment, s'ha estudiat el mecanisme de reacció usant Raman in-situ, la qual cosa ha permés identificar l'espècie de cobalt activa com a intermedi de reacció. En el quint capítol, un dels compostos de coordinació estudiats per al procés de hidrosililació d'alquens, s'ha heterogeneït usant com a suport un carbó actiu d'alta àrea. La presència de 6 nitrògens coordinats al cobalt en el precursor inicial ha sigut clau en la formació del material final, que és altament actiu i selectiu en la reacció d'hidrogenació de nitroarenos i en la síntesi d'amines secundàries i de isoindolinons en reaccions tàndem en condicions de reacció més suaus que les reportades en bibliografia i usant aigua com a mitjà de reacció. A més, aquest catalitzador pot ser reusat en diversos cicles de reacció sense una pèrdua apreciable d'activitat, demostrant que és un material heterogeni i robust. L'estructura del catalitzador s'ha estudiat per diverses tècniques de caracterització avançades, amb la finalitat de correlacionar la seua estructura amb l'activitat en aquestes reaccions catalítiques. En el capítol sis es resumeixen els resultats obtinguts per al desenvolupament d'una família de compostos tetranuclears de cobalt, la densitat electrònica del qual pot ser modulada fent ús de diferents lligands. Aquesta densitat electrònica està correlacionada amb la seua activitat catalítica en reaccions d'oxidació, com l'oxidació de ciclohexà a ciclohexanol i ciclohexanona. En aquest sentit, s'ha dut a terme un ampli estudi de l'activitat catalítica d'aquesta família de catalitzadors, que han demostrat ser actius i selectius en aquesta reacció, en condicions netes i usant aire empobrit com a oxidant, i del mecanisme de reacció a través de EPR i Raman, que ha permés correlacionar l'estructura de cada catalitzador amb el seu paper en cada procés individual del mecanisme global d'aquesta reacció. Finalment, en el sèptim capítol, un dels compostos tetranuclears de cobalt s'ha utilitzat com a precursor en la síntesi de MOFs amb lligands àmpliament utilitzats en la síntesi d'aquests materials, com són l'H3BTC i el H2bda, obtenint-se dos MOFs nous. El primer d'ells (Co2-MOF) basat en dos SBUs de cobalt dinuclears en la qual una d'elles presenta tres posicions de coordinació lliures, amb els avantatges que això comporta. El segon (2D-Co-MOF), basat en nanolámines per interaccions π-π stacking entre els lligands piridina axials. La dispersió d'aquests MOFs en Nafion dona com a resultat els corresponents composites, que presenten una bona adherència als elèctrodes de grafit, una alta estabilitat a llarg termini i, a més, un elevat rendiment electrocatalític per a la reacció d'oxidació de l'aigua al mig neutre, millorant els resultats reportats en bibliografia per a materials similars. A més, s'ha estudiat el mecanisme de reacció, que segueix sense conéixer-se amb certesa hui dia, per al 2D-Co-MOF, basant-nos en la seua topologia particular i en estudis espectroscòpics i electroquímics. / [EN] This thesis is focused on the field of Green Chemistry, in which catalysis is identified as one of the most important tools for its application. In this sense, in this thesis, cobalt catalysts were developed to carry out reactions of industrial interest or related to emerging energy technologies, through the activation of small molecules. These reactions are usually performed at industrial scale with catalysts based on noble metals or under severe reaction conditions. The main objective of this thesis is to replace these catalysts by others based on more abundant metals in the earth's crust, in this case cobalt, or to carry out the reactions in milder reaction conditions, respectively, studying in each case the relationship between the structure and the activity of the catalyst. The results of this thesis are presented in four chapters. In the first chapter, the results for the catalytic hydrosilylation of alkenes under aerobic conditions and without dry solvents or additives are presented, where the development of air-stable cobalt-aquo complexes is pivotal. In fact, this is the first case where these reactions are performed under aerobic conditions with first-row transition metal complexes. In addition, the activity of these catalysts has been studied using a wide range of both alkenes and silanes to check the scope of the reaction. Finally, the reaction mechanism has been studied using in-situ Raman, which has allowed the identification of the active cobalt species as a reaction intermediate. In the second chapter, one of the coordination compounds studied for the alkene hydrosilylation process has been heterogenized using an activated carbon with high area as support. The employment of a suitable molecular complex consisting of six bounds N-Co as initial precursor has been key in the formation of the final material. This catalyst has demonstrated to be highly active and selective in the hydrogenation of nitroarenes and in the synthesis of secondary amines and isoindolinones in tandem reactions under milder reaction conditions than those reported in the literature and using water as reaction medium. Moreover, this catalyst can be reused in several reaction cycles without an appreciable loss of activity. The structure of the catalyst has been studied by several advanced characterization techniques in order to correlate its structure with the activity in these catalytic reactions. In the third chapter, the results obtained for the development of a family of tetranuclear cobalt compounds, whose electron density is modulated by using different ligands, are summarized. This electron density is correlated with their catalytic activity in the oxidation of cyclohexane to cyclohexanol and cyclohexanone. In this sense, an extensive study of the catalytic activity of this family of catalysts, which have been shown to be active and selective in this reaction, has been carried out under neat conditions and using depleted air as oxidant. Moreover, the reaction mechanism has been studied through EPR and Raman, which has allowed to correlate the structure of each catalyst with its role in each individual step of the global mechanism of this reaction. Finally, in the fourth chapter, one of the tetranuclear cobalt compounds has been used as precursor in the synthesis of MOFs with ligands widely used in the synthesis of these materials, such as H3BTC and H2bda, obtaining two new MOFs. The first one (Co2-MOF) based on two dinuclear cobalt SBUs in which one of them presents three free coordination positions, with the advantages that this entails and, the second one (2D-Co-MOF), based on double nanolayers stacked by π-π stacking interactions between the axial pyridine ligands. The dispersion of these MOFs in Nafion results in the corresponding composites, which exhibit good adherence to graphite electrodes, high long-term stability and, in addition, high electrocatalytic performance for the water oxidation reaction (OER) in neutral media, improving the results reported in literature for similar materials. Furthermore, the reaction mechanism, which is still unresolved, has been studied for 2D-Co-MOF, based on its particular topology and on spectroscopic and electrochemical studies. / Gutiérrez Tarriño, S. (2021). Desarrollo de catalizadores de cobalto polinucleares y multifuncionales para la activación de moléculas pequeñas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172324

Tesis por compendio / [EN] About 10 % of all adverse drug reactions are due to allergies, with ß-lactam antibiotics causing the majority of the episodes. Although the actual incidence remains unknown, individuals suspected of being allergic to a drug end up being prescribed with other medications that are less effective, more expensive or harmful. Consequently, a correct diagnosis is key to reduce the derived economic costs and proceed to an adequate 'delabeling' of the population. At present, clinical approaches to diagnose allergies to ß-lactam antibiotics are based on in vivo and in vitro tests. These tests present limited clinical performances since they are invasive, dangerous, and provide false positives and/or negatives. Moreover, the diagnostic sensitivity is far from what is expected, possibly because the epitopes that cause the allergic episodes are still not well detected. In this respect, the preparation of antigens has commonly been determined by the direct attachment of antibiotics to carrier molecules through the formation of an amide bond between amino lysine groups of the carrier molecule and the carboxylate group of the antibiotic. Even so, specific IgE are barely detected with such antigens. This dissertation addresses the synthesis of haptens and the generation of antigens to ß-lactam antibiotics, which develop a more reliable in vitro diagnosis of allergies to these drugs. The evaluation of the antigens has been carried out by means of multiplex in vitro tests based on compact disc technology. This research begins by focusing on the synthesis and preparation of penicillin antigens. To this end, first, the effect of the incorporation of aliphatic spacer arms in the chemical structure of penicillin has been approached, considering the possibility that a better molecular recognition is obtained by moving the hapten away from the carrier protein. Thirteen haptens derived from benzylpenicillin and amoxicillin were synthesized in order to prepare antigens with human serum albumin. The evaluation of the antigens revealed that even though they were immunogenic and were detected by the raised IgG antibodies, they were not detected by specific IgE from allergic patients. Additionally, the next approach considered the cationization of the carrier proteins, human serum albumin and histone. The modification of carboxylate groups of the protein to amino groups allow for an increase of the molar hapten/protein ratio. This strategy led to the generation of five antigens, four of which (only those histone-based antigens), did increase the sensitivity of the assay. Concretely, specific IgE has been determined in sera from allergic patients at low concentrations (LOD = 0.07 IU/mL) with a diagnostic specificity of 100 % and a sensitivity of 60 and 31 % for benzylpenicillin and amoxicillin, respectively. That means a 60 % improvement in the diagnostic sensitivity when compared to the in vitro reference test. Subsequently, the idea of preparing minor antigens based on penicillin metabolites was approached. Penicilloic, penilloic, penicillic, and 6-aminopenicillanic acids, together with penicillamine, were therefore conjugated to the carrier proteins human serum albumin and histone. Except penilloic acid, the rest of antigens were selectively detected when testing a set of serum samples from allergic patients. The diagnostic specificity obtained was 100 %, 94 % in the case of penicillic acid, and the sensitivity was between 67 and 100 %. Another approach was focused on the production of antigens for other families of ß-lactam antibiotics. The generation of antigens for cephalosporins, carbapenems, monobactams or ß-lactam inhibitors is essential, since in vitro tests for the detection of allergies to these antibiotics are not commercially available. Therefore, the results obtained after the preparation of major and minor antigens for the antibiotics cefuroxime, cefotaxime, ceftriaxone, meropenem, and aztreonam were evaluated. / [ES] Alrededor del 10 % de las reacciones adversas a medicamentos son debidas a alergias, siendo los antibióticos ß-lactámicos los que más episodios alérgicos ocasionan. Aunque la incidencia real sigue siendo desconocida, los individuos sospechosos de presentar alergia a algún medicamento acaban siendo prescritos con otros medicamentos, menos efectivos, más caros o perjudiciales. Así pues, un correcto diagnóstico resulta clave para disminuir los costes económicos derivados y proceder a un adecuado 'desetiquetado' de la población. En la actualidad, las pruebas de diagnóstico de alergias a antibióticos ß-lactámicos se basan en ensayos in vivo e in vitro. Estos ensayos muestran bajas prestaciones, ya que son invasivos y peligrosos y proporcionan falsos positivos y/o negativos. Además, la sensibilidad diagnóstica está lejos de ser la esperada, posiblemente porque aún no se ha conseguido reconocer todos los epítopos causantes de los episodios alérgicos. En este sentido, la preparación de antígenos se ha basado hasta el momento, en mayor medida, en la unión directa de los antibióticos a las moléculas portadoras mediante la formación de un enlace amida entre los grupos amino de las lisinas de la molécula portadora y el grupo carboxilato del antibiótico. Aun así, las IgE específicas son vagamente detectadas con estos antígenos. En esta tesis se ha abordado la síntesis de haptenos y la generación de determinantes antigénicos a antibióticos ß-lactámicos con los que poder realizar un diagnóstico in vitro más fiable de alergias a estos fármacos. La evaluación de los mismos se ha llevado a cabo mediante ensayos in vitro multiplex basados en tecnología de disco compacto. Esta investigación comienza centrándose en la síntesis y preparación de antígenos de penicilina. Para ello, en una primera fase se ha estudiado el efecto de la incorporación de brazos espaciadores alifáticos en la generación de antígenos, considerando la posibilidad de que se obtenga un mejor reconocimiento molecular al alejar el hapteno de la proteína portadora. Se sintetizaron trece haptenos derivados de bencilpenicilina y amoxicilina con los que se prepararon antígenos con la proteína albumina de suero humano. La evaluación de los antígenos reveló que a pesar de ser suficientemente inmunogénicos y ser reconocidos por anticuerpos IgG de conejo, éstos no fueron reconocidos por IgE específicas de muestras de pacientes alérgicos. Así bien, por otro lado, la estrategia de cationización de las proteínas albumina de suero humano e histona fue abordada teniendo en cuenta que la modificación de grupos carboxilatos de la proteína a grupos amino aumenta la relación molar hapteno/proteína. Esta estrategia permitió la generación de 5 antígenos, 4 de los cuales (los antígenos de histona), esta vez sí, incrementaron la especificidad de la respuesta inmunológica obtenida, reconociendo IgE específicas. Concretamente, se han determinado IgE específicas en suero de pacientes alérgicos a bajas concentraciones (LOD = 0.07 IU/mL) con una especificidad diagnóstica del 100 % y una sensibilidad del 60 y 31 % para bencilpenicilina y amoxicilina, respectivamente, mejorando la sensibilidad un 60 % en comparación con el ensayo in vitro de referencia. A pesar de las mejoras obtenidas con las estrategias llevadas a cabo, se estudiaron otras vías no clásicas para la síntesis de nuevos haptenos con mayor diversidad química. Este enfoque se basa en la generación de antígenos en librerías químicas de compuestos con diversidad estructural para encontrar nuevos haptenos biológicamente activos. Dichas estrategias, hasta el momento, no han sido empleadas para la generación de antígenos y el análisis de muestras de suero de pacientes alérgicos. Con el fin de incorporar diversidad estructural, se sintetizaron, mediante la técnica combinatoria diversity-oriented synthesis, 22 compuestos de los precursores de las penicilinas y cefalosporinas, ácido 6-aminopenicilánico y ácido 7-amino-desacetoxicefalosporánico, respectivamente, y de los antibióticos amoxicilina y ampicilina. Su evaluación con el inmunoensayo in vitro basado en disco compacto ha demostrado que la incorporación de diversidad permite el reconocimiento de epítopos causantes de episodios alérgicos. Concretamente, se observó que estos antígenos eran capaces de detectar anticuerpos tipo IgG e IgE específicos procedentes de suero de conejos inmunizados y de suero humano de pacientes alérgicos, siendo especialmente selectivos los determinantes de amoxicilina y ampicilina. Concretamente, se obtuvo una sensibilidad diagnóstica del 79 % y una especificidad diagnóstica del 100 % / [CA] Al voltant del 10% de les reaccions adverses a medicaments són degudes a al·lèrgies, sent els antibiòtics ß-lactàmics aquells que més episodis al·lèrgics ocasionen. Encara que la incidència real continua sent desconeguda, els individus sospitosos de presentar al·lèrgia a algun medicament acaben sent prescrits amb altres medicaments, menys efectius, més cars o perjudicials. Així doncs, un correcte diagnòstic resulta clau per a disminuir els costos econòmics derivats i procedir a un adequat 'desetiquetatge' de la població. En l'actualitat, les proves de diagnòstic d'al·lèrgies a antibiòtics ß-lactàmics es basen en assaigs in vivo i in vitro. Aquests assaigs mostren baixes prestacions, ja que són invasius i perillosos i proporcionen falsos positius i/o negatius. A més a més, la sensibilitat diagnòstica està lluny de ser l'esperada, possiblement perquè encara no s'ha aconseguit reconéixer tots els epítopes causants dels episodis al·lèrgics. En aquest sentit, la preparació d'antígens s'ha basat fins al moment, en major mesura, en la unió directa dels antibiòtics a les molècules portadores mitjançant la formació d'un enllaç amida entre els grups amino de les lisines de la molècula portadora i el grup carboxilat de l'antibiòtic. Així i tot, les IgE específiques són vagament detectades amb aquests antígens. En aquesta tesi s'ha abordat la síntesi d'haptens i la generació de determinants antigènics a antibiòtics ß-lactàmics amb els quals poder realitzar un diagnòstic in vitro més fiable d'al·lèrgies a aquests fàrmacs. La seua avaluació s'ha dut a terme mitjançant assaigs in vitro multiplex basats en tecnologia de disc compacte. Aquesta investigació comença centrant-se en la síntesi i preparació d'antígens de penicil·lina. Per a això, en una primera fase s'ha estudiat l'efecte de la incorporació de braços espaiadors alifàtics en la generació d'antígens, considerant la possibilitat que s'obtinga un millor reconeixement molecular en allunyar l'haptè de la proteïna portadora. Es van sintetitzar tretze haptens derivats de bencilpenicil·lina i amoxicil·lina amb els quals es van preparar antígens amb la proteïna albúmina de sèrum humà. L'avaluació dels antígens va revelar que malgrat ser prou immunogènics i ser reconeguts per anticossos IgG de conill, aquests no van ser reconeguts per IgE específiques de mostres de pacients al·lèrgics. Així bé, d'altra banda, l'estratègia de cationització de les proteïnes albúmina de sèrum humà i histona va ser abordada tenint en compte que la modificació dels grups carboxilats de la proteïna a grups amino augmenta la relació molar hapten/proteïna. Aquesta estratègia va permetre la generació de 5 antígens, 4 dels quals (els antígens d'histona), aquesta vegada sí, van incrementar l'especificitat de la resposta immunològica obtinguda, reconeixent IgE específiques. Concretament, s'han determinat IgE específiques en sèrum de pacients al·lèrgics a baixes concentracions (LOD = 0.07 IU/mL) amb una especificitat diagnòstica del 100 % i una sensibilitat del 60 i 31 % per a bencilpenicil·lina i amoxicil·lina, respectivament, millorant la sensibilitat un 60 % en comparació amb l'assaig in vitro de referència. Malgrat les millores obtingudes amb les estratègies dutes a terme, es van estudiar altres vies no clàssiques per a la síntesi de nous haptens amb major diversitat química. Aquest enfocament es basa en la generació d'antígens en llibreries químiques de compostos amb diversitat estructural per a trobar nous haptens biològicament actius. Aquestes estratègies, fins al moment, no han sigut emprades per a la generació d'antígens i l'anàlisi de mostres de sèrum de pacients al·lèrgics. Amb la finalitat d'incorporar diversitat estructural, es van sintetitzar, mitjançant la tècnica combinatòria diversity- oriented synthesis, 22 compostos dels precursors de les penicil·lines i cefalosporines, àcid 6-aminopenicilànic i àcid 7-amino-desacetoxicefalosporànic, respectivament, i dels antibiòtics amoxicil·ina i ampicil·lina. La seua avaluació amb l'immunoassaig in vitro basat en disc compacte ha demostrat que la incorporació de diversitat permet el reconeixement d’epítops causants d'episodis al·lèrgics. Concretament, es va observar que aquests antígens eren capaços de detectar anticossos tipus IgG i IgE específics procedents de sèrum de conills immunitzats i de sèrum humà de pacients al·lèrgics, sent especialment selectius els determinants d’amoxicil·lina i ampicil·lina. Concretament, es va obtindre una sensibilitat diagnòstica del 79 % i una especificitat diagnòstica del 100 %. / This work was supported by the H2020 program (project COBIOPHAD, grant agreement No. 688448 awarded to A.M.), being an initiative of the Photonics Public Private Partnership; Agencia Estatal de Investigación Agencia Estatal de Investigación (CTQ2016-75749-R, FEDER) (PID2019-110713RB-I00, FEDER) awarded to S.M.; Generalitat Valenciana (PROMETEO/2020/094 awarded to A.M. & S.M.); program UPV-La FE 2019 (P105 VALBIOAL awarded to S.M & E. I-E.); and the National Institute of General Medical Sciences (GM-1R35GM127045 awarded to S.L.S.). E.P.M. was supported by a FPU fellowship from the Ministerio de Educación, Cultura y Deporte (FPU15/01738 and EST18/00360). B.K.H. was supported by a fellowship from the National Science Foundation (DGE1144152 and DGE1745303). The authors acknowledge the Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Valencia, Spain, which provided the samples from both allergic patients and controls. / Peña Mendizabal, E. (2022). Synthesis and Evaluation of Antigenic Determinants for ß-lactam Allergy Diagnosis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182979 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La medicina actual se dirige hacia un enfoque más personalizado basándose en el diagnóstico molecular del paciente a través del estudio de biomarcadores específicos. Aplicando este principio molecular, el diagnóstico, pronóstico y selección de la terapia se apoyan en la identificación de variaciones específicas del genoma humano, como variaciones de un único nucleótido (SNV). Para detectar estos biomarcadores se dispone de una amplia oferta de tecnologías. Sin embargo, muchos de los métodos en uso presentan limitaciones como un elevado coste, complejidad, tiempos de análisis largos o requieren de personal y equipamiento especializado, lo que imposibilita su incorporación masiva en la mayoría de los sistemas sanitarios. Por tanto, existe la necesidad de investigar y desarrollar soluciones analíticas que aporten información sobre las variantes genéticas y que se puedan implementar en diferentes escenarios del ámbito de la salud con prestaciones competitivas y económicamente viables. El objetivo principal de esta tesis ha sido desarrollar estrategias innovadoras para resolver el reto de la detección múltiple de variantes genéticas que se encuentran en forma minoritaria en muestras biológicas de pacientes, cubriendo las demandas asociadas al entorno clínico. Las tareas de investigación se centraron en la combinación de reacciones de discriminación alélica con amplificación selectiva de DNA y el desarrollo de sistemas ópticos de detección versátiles. Con el fin de atender el amplio abanico de necesidades, en el primer capítulo, se presentan resultados que mejoran las prestaciones analíticas de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) mediante la incorporación de una etapa al termociclado y de un agente bloqueante amplificando selectivamente las variantes minoritarias que fueron monitorizadas mediante fluorescencia a tiempo real. En el segundo capítulo, se logró la discriminación alélica combinando la ligación de oligonucleótidos con la amplificación de la recombinasa polimerasa (RPA), que al operar a temperatura constante permitió una detección tipo point-of-care (POC). La identificación de SNV se llevó a cabo mediante hibridación en formato micromatriz, utilizando la tecnología Blu-Ray como plataforma de ensayo y detección. En el tercer capítulo, se integró la RPA con la reacción de hibridación alelo especifica en cadena (AS-HCR), en formato array para genotipar SNV a partir de DNA genómico en un chip. La lectura de los resultados se realizó mediante un smartphone. En el último capítulo, se presenta la síntesis de un nuevo reactivo bioluminiscente que se aplicó a la monitorización de biomarcadores de DNA a tiempo real y final de la RPA basada en la transferencia de energía de resonancia de bioluminiscencia (BRET), eliminando la necesidad de una fuente de excitación. Todas las estrategias permitieron un reconocimiento especifico de la variante de interés, incluso en muestras que contenían tan solo 20 copias de DNA genómico diana. Se consiguieron resultados sensibles (límite de detección 0.5% variante/total), reproducibles (desviación estándar relativa < 19%), de manera sencilla (3 etapas o menos), rápida (tiempos cortos de 30-200 min) y permitiendo el análisis simultaneo de varios genes. Como prueba de concepto, estas estrategias se aplicaron a la detección e identificación en muestras clínicas de biomarcadores asociados a cáncer colorrectal y enfermedades cardiológicas. Los resultados se validaron por comparación con los métodos de referencia NGS y PCR, comprobándose que se mejoraban los requerimientos técnicos y la relación coste-eficacia. En conclusión, las investigaciones llevadas a cabo posibilitaron desarrollar herramientas de genotipado con propiedades analíticas competitivas y versátiles, aplicables a diferentes escenarios sanitarios, desde hospitales a entornos con pocos recursos. Estos resultados son prometedores al dar respuesta a la demanda de tecnologías alternativas para el diagnóstico molecular personalizado. / [CA] La medicina actual es dirigeix cap a un enfocament més personalitzat basant-se en el diagnòstic molecular del pacient a través de l'estudi de biomarcadors específics. Aplicant aquest principi molecular, el diagnòstic, pronòstic i selecció de la teràpia es recolzen en la identificació de variacions específiques del genoma humà, com variacions d'un únic nucleòtid (SNV). Per a detectar aquests biomarcadors, es disposa d'una àmplia oferta de tecnologies. No obstant això, molts dels mètodes en ús presenten limitacions com un elevat cost, complexitat, temps d'anàlisis llargues o requereixen de personal i equipament especialitzat, la qual cosa impossibilita la seua incorporació massiva en la majoria dels sistemes sanitaris. Per tant, existeix la necessitat d'investigar i desenvolupar solucions analítiques que aporten informació sobre les variants genètiques i que es puguen implementar en diferents escenaris de l'àmbit de la salut amb prestacions competitives i econòmicament viables. L'objectiu principal d'aquesta tesi ha sigut desenvolupar estratègies innovadores per a resoldre el repte de la detecció múltiple de variants genètiques que es troben en forma minoritària en mostres biològiques de pacients, cobrint les demandes associades a l'entorn clínic. Les tasques d'investigació es van centrar en la combinació de reaccions de discriminació al·lèlica amb amplificació selectiva de DNA i al desenvolupament de sistemes òptics de detecció versàtils. Amb la finalitat d'atendre l'ampli ventall de necessitats, en el primer capítol, es presenten resultats que milloren les prestacions analítiques de la reacció en cadena de la polimerasa (PCR) mitjançant la incorporació d'una etapa al termociclat i d'un agent bloquejant amplificant selectivament les variants minoritàries que van ser monitoritzades mitjançant fluorescència a temps real. En el segon capítol, es va aconseguir la discriminació al·lèlica combinant el lligament d'oligonucleòtids amb l'amplificació de la recombinasa polimerasa (RPA), que en operar a temperatura constant va permetre una detecció tipus point-of-care (POC). La identificació de SNV es va dur a terme mitjançant hibridació en format micromatriu, utilitzant la tecnologia Blu-Ray com a plataforma d'assaig i detecció. En el tercer capítol, es va integrar la RPA amb la reacció d'hibridació al·lel específica en cadena (AS-HCR), en format matriu per a genotipar SNV a partir de DNA genòmic en un xip. La lectura dels resultats es va realitzar mitjançant un telèfon intel·ligent. En l'últim capítol, es presenta la síntesi d'un nou reactiu bioluminescent que es va aplicar al monitoratge de biomarcadors de DNA a temps real i final de la RPA basada en la transferència d'energia de ressonància de bioluminescència (BRET), eliminant la necessitat d'una font d'excitació. Totes les estratègies van permetre un reconeixement específic de la variant d'interès, fins i tot en mostres que només contenien 20 còpies de DNA genòmic diana. Es van aconseguir resultats sensibles (límit de detecció 0.5% variant/total), reproduïbles (desviació estàndard relativa < 19%), de manera senzilla (3 etapes o menys), ràpida (temps curts de 30-200 min) i permetent l'anàlisi simultània de diversos gens. Com a prova de concepte, aquestes estratègies es van aplicar a la detecció i identificació en mostres clíniques de biomarcadors associats a càncer colorectal i a malalties cardiològiques. Els resultats es van validar per comparació amb els mètodes de referència NGS i PCR, comprovant-se que es milloraven els requeriments tècnics i la relació cost-eficàcia. En conclusió, les investigacions dutes a terme van possibilitar desenvolupar eines de genotipat amb propietats analítiques competitives i versàtils, aplicables a diferents escenaris sanitaris, des d'hospitals a entorns amb pocs recursos. Aquests resultats són prometedors en donar resposta a la demanda de tecnologies alternatives per al diagnòstic molecular personalitzat. / [EN] Current medicine is moving towards a more personalized approach based on the patients' molecular diagnosis through the study of specific biomarkers. Diagnosis, prognosis and therapy selection, applying this molecular principle, rely on identifying specific variations in the human genome, such as single nucleotide variations (SNV). A wide range of technologies is available to detect these biomarkers. However, many of the employed methods have limitations such as high cost, complexity, long analysis times, or requiring specialized personnel and equipment, making their massive incorporation in most healthcare systems impossible. Therefore, there is a need to research and develop analytical solutions that provide information on genetic variants that can be implemented in different health scenarios with competitive and economically feasible performances. The main objective of this thesis has been to develop innovative strategies to solve the challenge of multiple detection of genetic variants that are found in a minority amount in patient samples, covering the demands associated with the clinical setting. Research tasks focused on the combination of allelic discrimination reactions with selective DNA amplification and the development of versatile optical detection systems. In order to meet the wide range of needs, in the first chapter, the analytical performances of the polymerase chain reaction (PCR) were improved by incorporating a thermocycling step and a blocking agent to amplify selectively minority variants that were monitored by real-time fluorescence. In the second chapter, allelic discrimination was achieved by combining oligonucleotide ligation with recombinase polymerase amplification (RPA), which operates at a constant temperature, allowing point-of-care (POC) detection. SNV identification was carried out by hybridization in microarray format, using Blu-Ray technology as the assay platform and detector. RPA was integrated with allele-specific hybridization chain reaction (AS-HCR), in an array format to genotype SNV from genomic DNA on a chip in the third chapter. The reading of the results was performed using a smartphone. In the last chapter, a new bioluminescent reagent was synthesized. It was applied to real-time and endpoint DNA biomarker monitoring based on bioluminescence resonance energy transfer (BRET), eliminating the need for an excitation source. All the strategies allowed specific recognition of the target variant, even in samples containing as few as 20 copies of target genomic DNA. Sensitive (limit of detection 0.5% variant/total), reproducible (relative standard deviation < 19%), simple (3 steps or less), fast (short times of 30-200 min) results were achieved, allowing simultaneous analysis of several genes. As proof of concept, these strategies were applied to detect and identify biomarkers associated with colorectal cancer and cardiological diseases in clinical samples. The results were validated by comparison with reference methods such as NGS and PCR, proving that the technical requirements and cost-effectiveness were improved. In conclusion, the developed research made it possible to develop genotyping tools with competitive analytical properties and versatile, applicable to different healthcare scenarios, from hospitals to limited-resource environments. These results are promising since they respond to the demand for alternative technologies for personalized molecular diagnostics. / The authors acknowledge the financial support received from the Generalitat Valenciana PROMETEO/2020/094, GRISOLIA/2014/024 PhD Grant and GVA-FPI-2017 PhD grant, the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness MINECO projects CTQ2016-75749-R and PID2019-110713RB-I00 and European Regional Development Fund (ERDF). / Lázaro Zaragozá, A. (2022). Study of Strategies for Genetic Variant Discrimination and Detection by Optosensing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185216 / Compendio