Orientador: Johnny Rizzieri Olivieri / Banca: Yvone Primerando Mascarenhas / Banca: Luis Fernando Delboni / Banca: Sandra Helena Pulcinelli / Banca: Walter Filgueira de Azevedo Júnior / Resumo: O espalhamento de raios X a baixos ângulos foi utilizado para obter informações sobre a estrutura terciária e quaternária de várias proteínas das quais, também, foram verificadas a ocorrência de mudanças conformacionais induzidas por variação de pH e adição de ligantes. A técnica de SAXS integrada a programas de modelagem, como MODELLER e GRAMM, demonstrou ter grande utilidade para a seleção de modelos de proteínas de estruturas desconhecidas e mesmo para a construção de complexos. A combinação dessas técnicas também ajudou a obter informações importantes que auxiliaram na compreensão do comportamento em solução de algumas proteínas, podendo contribuir no desenvolvimento de fármacos para o tratamento de determinadas doenças. Nessa linha, entre outros resultados importantes, podem ser destacados os de duas enzimas analisadas: a PNP humana, da qual ficou comprovado que a estrutura cristalina trimérica é conservada em solução; e a EPSP Sintase de M. tuberculosis, que passa de um estado mais aberto para outro mais fechado na presença de fosfato. / Abstract: Small angle X-ray scattering has been used to get information on the tertiary and quaternary structure of different proteins including induced conformational changes due to pH variation and ligand addition. An integration between SAXS techniques and modeling programs like MODELLER and GRAMM, proved to be very useful for models selection of protein with unknown structures and also for building up protein complexes. Combining SAXS techniques and modeling programs allowed us to get information on the behavior of several proteins in solution what may be used as a new tool in drug development. With this purpose two enzymes have been studied: human PNP, for which we proved that the trimmeric crystalline structure is conserved in solution, and for M. tuberculosis EPSP Sintase, which changes from an open state to another more closed due to the presence of phosphate ions. / Doutor

Orientador: Marlus Chorilli / Banca: Marcos Antonio Correa / Banca: Maria Valéria Robles Velasco / Resumo: O acetato de dexametasona (DXM) é um potente anti-inflamatório e imunossupressor utilizado principalmente no tratamento de doenças inflamatórias, auto-imunes e alérgicas; inibindo o acúmulo de células inflamatórias na zona de inflamação. A DXM promove uma série de efeitos colaterais sistêmicos, sobretudo a Síndrome de Cushing. Dessa forma, sua aplicação tópica pode ser conveniente de forma a localizá-lo no seu sítio de ação, evitando-se efeitos adversos sistêmicos. O polioxietileno 20 cetil éter forma sistemas de fase hexagonal e cúbica em contato com água. Os sistemas microemulsionados e líquido-cristalinos de fase hexagonal e cúbica têm demonstrado grande vantagem na liberação tópica de várias substâncias dada às características de interação com o estrato córneo e outras camadas da pele. Os objetivos desta pesquisa foram desenvolver e caracterizar sistemas micro e nanoestruturados acrescidos de DXM. Foram desenvolvidos sistemas empregando água, polieoxietileno 20 cetil éter e polieter funcional siloxano. Após delimitação das regiões, foram selecionados alguns sistemas de fase hexagonal e cúbica e um sistema microemulsionado para incorporação do fármaco. A caracterização do sistema foi realizada empregando microscopia de luz polarizada (MLP), espalhamento de raios-X de baixo ângulo (SAXS) e reologia. Realizaram-se ensaios de validação de metodologia analítica para quantificação de DXM por CLAE, comprovando que o método foi linear, exato e preciso. Os ensaios de SAXS corroboram com os de MLP e com as características reológicas dos sistemas, que evidenciaram que as microemulsões apresentaram módulo de perda maior que módulo elástico, resultando em um sistema pouco estruturado quando comparado às formulações... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The dexamethasone acetate (DXM) is a potent anti-inflammatory and immunosuppressive drug used mainly in the treatment of inflammatory diseases, autoimmune and allergic reactions, inhibiting the accumulation of inflammatory cells in the inflammation area. The DXM promotes a number of systemic side effects, especially Cushing's syndrome. Thus, topical application may be appropriate in order to find it on it site of action, avoiding systemic adverse effects. The polyoxyethylene 20 cetyl ether forms hexagonal and cubic phase systems in contact with water. The microemulsion and liquid-crystalline phase of hexagonal and cubic system have shown great advantage in topical delivery of various substances given to the characteristics of interaction with the stratum corneum and other skin layers. The objectives of this research were to develop and characterize micro- and nanostructured systems containing DXM. Systems have been developed using water, polyoxyethylene 20 cetyl ether and polyether functional siloxane. After defining the regions, some hexagonal and cubic phase systems and a microemulsion system were selected for incorporation of the drug. The system characterization was carried out using polarized light microscopy (MLP), SAXS and rheology. Validation assays of analytical methodology were performed for quantification of DXM by HPLC, showing that the method was linear, accurate and precise. The SAXS experiments corroborate with the MLP and the rheological characteristics of the systems, which showed that the microemulsions had loss modulus greater than the elastic modulus, resulting in a less structured system when compared... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Iris Concepcion Kinares de Torriani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T07:14:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JulioCesarda_M.pdf: 3602925 bytes, checksum: ebc541d863211845fb7a5a80d72ed5b5 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Durante as últimas décadas, o estudo de mudanças conformacionais de macromoléculas biológicas tem se tornado um grande desafio para os cientistas, além de ser um tema de interesse biotecnológico e de engenharia de proteínas. O processo de enovelamento (desenovelamento) de proteínas tem sido intensivamente estudado, pois isso pode contribuir para o conhecimento do processo de síntese de proteínas, além de ajudar a entender o desenvolvimento de algumas doenças associadas ao mau enovelamento ou agregação de certas proteínas. Nesse contexto, o Espalhamento de Raios-X a Baixo Ângulo (SAXS) aparece como uma técnica valiosa para esse estudo, pois ela permite obter informações estruturais da molécula em solução. Além de permitir estudos dinâmicos, as experiências de SAXS possibilitam a observação das moléculas em condições fisiológicas. Neste trabalho, a potencialidade da técnica de SAXS foi evidenciada no estudo de mudanças conformacionais de biomoléculas. O processo de desnaturação da proteína lisozima em solução foi estudado através de experiências em equilíbrio. Mudanças conformacionais foram observadas durante o processo de desnaturação por ação de uréia na solução e por altas temperaturas. Os resultados mostraram que a lisozima é uma proteína com certa resistência para se desenovelar completamente, mesmo em condições extremas de concentração de uréia e de altas temperaturas. A molécula tende a não perder totalmente sua compacidade. Além disso, foram observados somente dois estados conformacionais (enovelado e desenovelado). Um estado intermediário reportado na literatura, mas contestado por vários autores, não foi observado. Isso mostra a alta cooperatividade dessa proteína no processo de desnaturação. Outro processo estudado foi a oligomerização da proteína -Lactoglobulina sob ação de irradiação com radiação gama. A proteína foi estudada na forma sólida, com diferentes atividades de água, e em solução, em diferentes concentrações. As amostras foram irradiadas com radiação gama em diferentes doses e as mudanças foram registradas através de experiências de SAXS. Os dados experimentais foram usados para o cálculo de modelos dos oligômeros formados por ação da radiação. Concluindo, este estudo mostrou que a técnica de SAXS é uma ferramenta versátil e muito útil para o estudo de processos de mudanças nas estruturas terciária e quaternária de proteínas em solução / Abstract: During the last decades, the study of conformational changes in biological macromolecules has been a great challenge for the scientists, and continues to be an important subject of biotechnological interest and protein engineering. The process of folding (unfolding) of protein molecules has been intensively studied, because this investigation can contribute to the knowledge of the process of protein synthesis, thus helping to understand the development of some illnesses associated with misfolding or aggregation processes of certain proteins. In this context, the technique of Small Angle X-ray Scattering (SAXS) appears as a valuable technique, because it provides structural information of the molecules in solution. This technique allows dynamical studies and makes possible the study of the protein in physiological conditions. In this work the potentiality of the SAXS technique was evidenced in the study of conformational changes of biological molecules. The process of denaturation of the protein lysozyme in solution was studied using SAXS measurements in equilibrium conditions. Conformational changes were observed during the process of denaturation by the action of urea in the solution and for high temperatures. The results showed that lysozyme is a protein with certain resistance to unfold completely. Even in extreme conditions of high concentration of urea and high temperatures, this protein does not totally lose its compactness. Moreover, only two conformational states (folded and unfolded) were observed. An intermediate state was not observed. This study showed the high cooperativity of the unfolding process of this protein during its denaturation process. Another process studied was the oligomerization of the protein -Lactoglobulin under the effect of gamma irradiation. The protein was studied in the solid form, in different water activities, and in solution, in different concentrations. The samples were exposed to several doses of -radiation. The SAXS technique was used to obtain dimensional parameters of the proteins and models were calculated from the experimental scattering data. Finally, this study showed that the SAXS technique as a versatile and very useful tool for the study of changes in the tertiary and quaternary structures of proteins in solution / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Maria Izabel Maretti Silveira Bueno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_GiseleGoncalves_D.pdf: 1848402 bytes, checksum: 97da7589f57febbd17ac608c4ed98640 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese de doutorado apresenta uma inovação na química analítica abordando novas aplicações da técnica de fluorescência de raios-X, na qual o espalhamento da radiação X e a quimiometria exercem papel fundamental. Os sinais de espalhamento dos raios X provenientes da interação de diferentes fontes de excitação com amostras essencialmente orgânicas foram avaliados a partir de estudos realizados com um espectrômetro de bancada com tubo de Rh, como também com luz síncrotron, da linha de fluorescência de raios-X do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP, Brasil. Os resultados mostraram diferentes perfis de espalhamento da radiação para as diferentes fontes de excitação empregadas. Uma banda contínua em toda região espectral foi obtida como sinal, no caso do uso da luz síncrotron, e intensos picos em determinadas regiões espectrais caracterizaram os espalhamentos Compton e Rayleigh, quando o tubo de Rh foi utilizado. A alta intensidade da luz síncrotron resolveu os problemas de precisão intermediária observados nas medidas das amostras de álcoois realizadas com tubo de Rh. Em outro estudo, no qual os espectros de XRF de amostras de adoçantes dietéticos e óleos vegetais foram analisados por PCA, os resultados revelaram agrupamentos entre compostos com composições químicas ligeiramente distintas. Nesse caso, o uso do tubo de Rh foi adequado para atingir os objetivos propostos. Nas análises de óleos, a formação dos diversos grupos foi baseada nas variedades de óleos de soja, canola, girassol e milho. Nos testes realizados com adoçantes, os resultados mostraram uma tendência de diferenciação entre as amostras compostas por diferentes edulcorantes, principalmente entre aqueles que contêm ou que não contêm o átomo de enxofre em suas moléculas. O estudo realizado com amostra de urina conclui este trabalho, ressaltando mais uma vantagem do uso da XRF aliada a quimiometria: a possibilidade de realizar quantificações diretas e simultâneas de elementos inorgânicos e compostos orgânicos em amostras líquidas complexas. Nesse caso, um método para determinação de Ca, P, Na, K, Mg, Cl, uréia, glicose e creatinina em amostra de urina é apresentado, no qual os coeficientes de regressão da ordem de 0,99, obtidos para os modelos de calibração dos diferentes analitos, mostram a potencialidade da técnica para ser implementada em laboratórios de rotina. / Abstract: This work presents an innovation in analytical chemistry dealing with new applications of X-ray fluorescence technique in which the X-ray scattering effects and the chemometric tools play essential roles. X-ray scattering spectra resulting from interaction of simple organic samples were obtained with two sources, a common bench top spectrometer equipped with a Rh tube and also with synchrotron radiation (from the XRF beam line of the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP, Brazil). Distinct scattering profiles are observed for both excitation sources: a continuum for synchrotron light and intense peaks related to Compton and Rayleigh effects when a Rh tube is used. After processing the spectra from both sources, it was observed that the high intensity of synchrotron radiation solved the intermediate precision problems found in measuring samples via Rh tube. In another study, the spectra of sweetners and vegetable oils were analysed by XRF with PCA and the results showed distinct groupings for distinct samples. In this case, the Rh source was adequate to reach the objectives. In oil analyses, different groupings are based on the varieties of soybean, corn, canola and sunflower oils. In the case of sweetners, the results show a tendence to diferentiate samples of dissimilar artificial sweetners, especially when the presence of sulfur is of major importance. A study performed with urine samples is the final part of this work, poiting out one more advantage of using X-ray fluorescence with chemometrics, that is, the possibility of simultaneous and direct quantifications of inorganic elements and organic compounds in complex liquid samples. In this case a method for determining Ca, P, Na, K, Mg, Cl, urea, glucose and creatinine is presented with good regression coefficients being obtained for the different analytes. This can be taken as a good indication of the potential of the technique for implementation in routine laboratories. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Orientador: Daniela Zanchet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:45:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leite_MarinaSoares_M.pdf: 8993425 bytes, checksum: d5f840823be37847f365bda8db9ed578 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O estudo do arranjo atômico em nanopartículas (NPs) é um problema interessante em metais nobres, como Ag e Au, devido às transições estruturais com o tamanho e tendo em vista sua influência nas propriedades do sistema. Nesse trabalho estudou-se NPs de Ag e Au sintetizadas quimicamente ¿ com diâmetro entre 2 e 10 nm ¿ recobertas por moléculas orgânicas (ligante). O principal objetivo desse projeto foi comparar estruturalmente NPs de Ag e Au, buscando entender os possíveis fatores que afetam a formação das NPs. O trabalho foi divido em duas etapas: a obtenção de amostras em diferentes condições experimentais e a caracterização estrutural das mesmas. As técnicas usadas na determinação do tamanho médio das NPs foram: Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS). No estudo da estrutura, utilizou-se TEM de Alta Resolução (HRTEM) e Difração de Raios X (XRD). A associação de técnicas de caracterização direta e local, como (HR)TEM, com técnicas que dão medidas estatísticas (SAXS, XRD) se mostrou fundamental no decorrer desse estudo. Sintetizando NPs de Ag e Au nas mesmas condições experimentais verificou-se que o diâmetro das NPs de Ag são sempre maiores (aproximadamente 4 nm para Ag e 2 nm para Au). Uma possibilidade para explicar esse resultado é a ligação metal-ligante ser mais forte no Au-S, dificultando o crescimento das NPs. Outra hipótese é que os mecanismos envolvidos na formação das NPs de Ag e Au sejam diferentes; algumas evidências indicam que as NPs de Ag podem ser formadas a partir de micelas. HRTEM mostrou que todas as amostras apresentam uma distribuição de estruturas. Mostrou-se que NPs de Ag e Au formam, preferencialmente, estruturas FCC com planos de defeito e decaedros (DEC), respectivamente. A formação dessas estruturas tem origens distintas. Nas NPs de Ag, a cinética de reação é responsável pelo caráter HCP das NPs, já que a estrutura FCC perfeita é esperada para NPs com mais de 4,0 nm. Nas NPs de Au os DEC são as estruturas mais prováveis, mostrando que a cinética tem um efeito menor. Esse trabalho mostrou que sínteses em diferentes condições experimentais podem induzir a formação de estruturas distintas e que materiais similares podem se comportar de maneira diferente em escala nanométrica. O estudo da influência da estrutura nas outras características do sistema, como a morfologia, pode levar à obtenção de materiais com propriedades únicas e, conseqüentemente, o desenvolvimento de novas tecnologias / Abstract: The atomic arrangement in nanoparticles (NPs) is an interesting problem in noble metals, such as Ag and Au, since structural transitions may occur in the nanoscale regime and influence system properties. Here, it is presented the results in the chemical synthesis of Ag and Au NPs, in the range of 2 - 10 nm in diameter, capped by organic molecules (ligand). The main goal of this project has been to compare Ag and Au NPs from the structural point of view, understanding the parameters that affect NP growth. The project was realized in two steps: NP synthesis in different experimental conditions and their structural characterization. For the size distribution determination Transmission Electron Microscopy (TEM) and Small Angle X Ray Scattering (SAXS) have been used. High Resolution TEM (HRTEM) and X Ray Diffraction (XRD) have been applied for structural investigations. The association of local techniques, such as (HR)TEM, with statistical ones (SAXS, XRD) have been very important in this work. Using the same synthesis conditions, Ag NP always present larger diameters than Au ones (approximately 4 nm for Ag and 2 nm for Au). A possible mechanism to explain this result is the metal-ligand interaction, which seems to be stronger in Au, slowing down their growth. Another hypothesis is that Ag and Au NPs formation follow different process. Some evidences suggest that Ag NPs may be formed inside micelles HRTEM has shown that a structure distribution exist in all samples. However, Ag NPs have the tendency to form FCC with stacking faults whereas Au ones form preferentially decahedra (DEC). The distinct atomic arrangements in Ag and Au NPs have different origins. In Ag NPs, kinetics reaction induces the HCP character, since the perfect FCC structure is expected for NPs larger than 4.0 nm. DEC is the expected structures in Au NPs of approximately 2 nm, suggesting that kinetics plays a minor role. This work has pointed out that different experimental conditions may lead to different structures and that similar bulk materials may be different at nanoscale. The study of structure effect in other NPs attributes, such as morphology, may lead to the generation of materials with unique properties and, as a result, the development of new technologies / Mestrado / Física / Mestra em Física

Orientador: Iris C.L. Torriani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-21T20:27:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_DeniseRibeirodos_D.pdf: 13417075 bytes, checksum: a1ecd1e5ae93eeedeb6839673cf4e98b (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Materiais que possuem uma microestrutura na escala dos nanometros apresentam propriedades físicas e químicas diferentes daquelas do sólido em volume. O desenvolvimento de métodos de preparação e processamento destes materiais, visando obter nanoestruturas estáveis destinadas a estudos científicos de sistemas de baixa dimensionalidade ou sua aplicação tecnológica, é hoje um tema de grande interesse. Assim, é muito importante descobrir os métodos apropriados para estudar a evolução da microestrutura durante o processo de cristalização e crescimento, bem como a estrutura e composição final dos grãos e da componente interfacial. Neste trabalho utilizamos as técnicas de difração de raios-x (DRX), espectroscopia de absorção de raios-x (EXAFS) e espalhamento de raios-x a baixos ângulos (SAXS) para analisar amostras amorfas e nanocristalinas em diferentes condições de preparação. O material estudado é a liga metálica de composição Fe73,5CU1Nb3Si13,5B9 (% at.), produzida na forma de fitas amorfas através de resfriamento rápido a partir da mistura fundida. Com a aplicação conjunta destas três técnicas de análise estrutural foi possível acompanhar a evolução do material a partir do estado amorfo até o final da cristalização, para diferentes condições de preparação. A difração de raios-x foi fundamental na caracterização da estrutura nanocristalina formada após tratamento térmico, e o espalhamento a baixos ângulos veio a complementar essa análise pela comparação entre os estados amorfos iniciais. A análise do ordenamento local ao redor dos átomos de ferro (EXAFS) confirmou os resultados obtidos por DRX e SAXS. A aplicação da técnica de SAXS no estudo de ligas metálicas não é comum devido às dificuldades de análise introduzidas por características inerentes desses materiais (sistemas bastante absorvedores, não diluídos, etc.). No caso da liga estudada esta técnica forneceu resultados importantes, pois pudemos verificar que as dimensões nanométricas e a alta fração volumétrica cristalina estão intimamente relacionadas com uma distribuição de agregados atômicos já presentes no estado amorfo inicial, que pode ser variada controlando-se a taxa de resfriamento. . A combinação de métodos de análise utilizada neste trabalho mostrou-se eficiente ,;:j no estudo de parâmetros estruturais, dimensionais e composicionais desta liga metálica nanocristalina. Comprovamos que a complementaridade dos resultados obtidos destas três técnicas otimizou a caracterização estrutural do material estudado e que esta metodologia é adequada para determinar a microestrutura de sistemas de baixa dimensionalidade / Abstract: MateriaIs with a nanometer-scale microstructure can have unusual physical and chemical properties. The development of methods to prepare and process these materials obtaining stable nanoscale structures suitable for scientific studies of low dimensional systems or technological applications, is today a major challenge. For this reason, it is very important to find the appropriate techniques to study the evolution of the microstructure during the crystallization and grain growth, as well as the structure and final composition of the crystallites and the grain boundary interface. In this work, three techniques of structural analysis, X-Ray diffraction (XRD), X-Ray absorption spectroscopy (EXAFS) and small angle X-Ray scattering (SAXS), have been used to study amorphous and nanocrystalline samples obtained with different growth parameters. The material studied was the metallic alloy Fe73,5CU1Nb3Si13,5B9 ( at. % ), grown as amorphous ribbons by rapid quenching from the melt. With the combined use of the aforementioned methods, the crystallization process was studied from the initial amorphous state up to its final nanocrystalline stage. X-Ray diffraction analysis was fundamental for the characterization of the crystalline structure obtained after thermal treatment. Small angle scattering experiments complemented these results through the investigation of amorphous samples produced with different quenching rates. The local order around the Fe atoms was studied using EXAFS and confirmed the information obtained by the previous methods. It must be mentioned that the use of transmission experiments is somewhat hindered in metallic alloys by high absorption and, in the case of SAXS, by the fact that these are dense systems of non-identical scatterers. In the case of the F e alloy studied, this technique led to important results, since it proved that the dimensions of the nanocrystalline particles and the high crystalline volumetric fraction in the annealed samples are directly related to a distribution of atomic aggregates already present in the initial amorphous state, which can be varied by controlling the quenching rate. The combination of analytical methods used in this work proved to be efficient in the study of structural, dimensional and compositional parameters of this nanocrystalline alloy, rendering complementary results which optimized its characterization. This is a very adequate methodology that can be successfully used to study the microstructure of low dimensional systems / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Iris Concepcion Linares de Torriani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-07-28T06:50:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_CristianoLuisPintode_M.pdf: 4272275 bytes, checksum: 878df8c1104bf4abd311278e4baf3a49 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho apresentamos um estudo sobre a potencialidade do método de espalhamento a baixos ângulos para a reconstrução da estrutura tridimensional de partículas em solução. Neste sentido muitas simulações foram realizadas para testar e avaliar os métodos utilizados. Inicialmente apresento a teoria geral de espalhamento a baixos ângulos por partículas. Posteriormente enfatizo a construção de modelos o que permite relacionarmos a forma da partícula a seu espalhamento e a sua curva de distribuição de distâncias (P(r)). Ao final utilizo estes modelos para avaliar métodos ab initio de reconstrução tridimensional de partículas. Com base nesta avaliação pudemos analisar os resultados de sistemas reais compostos por proteínas em solução. Como veremos pelos resultados, a técnica de SAXS é capaz de fornecer informações conclusivas sobre a forma, anisotropia, simetria e mudanças conformacionais das partículas espalhadoras. Dos métodos utilizados, a otimização por simulated annealing somada a utilização de vínculos adequados no algoritmo, forneceu resultados melhores na aproximação da forma das partículas estudadas do que os obtidos por otimização com algoritmo genético. / Abstract: In this work we present a careful study about the potentiality of the small angle scattering technique and the inverse scattering problem ie., the reconstruction of the particle shape directly from the scattering profile. In this way, we made many simulations to test and analyzed various methods. First I show the general scattering theory, emphasizing the scattering from particles. Next I present a model building computing routine that shows the relationship between the scattering profile and the particle shape. Finally, I apply the three-dimensional reconstruction methods to several models in order to evaluate the power of these methods. This calculation served as a basis to analyze real problems like proteins in solution. As we show in the results, the SAXS technique furnishes interesting results like shape, anisotropy, symmetry and conformational changes of the scattering particles. From the ab initio reconstruction methods used, optimization by simulated annealing plus the introduction of adequate constraints gave the best shape approximation when compared to genetic algorithm results. / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Iris Concepcion Lineares de Torriani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_CristianoLuisPintode_D.pdf: 31759545 bytes, checksum: a92d80aac97e4e41bdf268c343cbd43e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Apresentamos nesta tese estudos relacionados à obtenção de parâmetros estruturais e modelagem ab initio para macromoléculas biológicas e sistemas densos de partículas elipsoidais a partir de dados de espalhamento de raios X a baixos ângulos. Aspectos teóricos e experimentais são discutidos, complementados por simulações computacionais e pela apresentação de resultados experimentais que exemplificam a aplicação dos métodos de cálculo revelando assim os alcances e limites da técnica. Progressos recentes em biologia molecular estrutural revelam que a correlação entre a forma e a função de macromoléculas biológicas é crucial para a compreensão dos processos biológicos. Além disso, diversos estudos associam várias doenças a defeitos estruturais em proteínas, aumentando ainda mais o interesse na determinação das estruturas protéicas. A técnica de espalhamento de raios X a baixos ângulos permite a obtenção de parâmetros estruturais de proteínas, apresentando diversas vantagens sobre a cristalografia de proteínas e a ressonância magnética nuclear, mesmo não atingindo alta resolução. Trataremos, portanto, dois assuntos principais: estudos de sistemas diluídos e estudos de sistemas densos. Para o estudo de sistemas diluídos o enfoque principal será na modelagem estrutural de proteínas em solução, onde são apresentados e discutidos diversos métodos de simulação tanto da estrutura das macromoléculas quanto de seus parâmetros hidrodinâmicos. Estes métodos foram aplicados ao estudo de diversos problemas, tais como: (i) as estruturas das hemoglobinas extracelulares de Biomphalaria glabrata e Glossoscolex paulistus, proteínas gigantes com elevada cooperatividade funcional entre suas subunidades; (ii) as diferenças estruturais entre as formas livres e ligadas a lipídeos da proteína básica de mielina, uma das proteínas principais do axônio nervoso e cujo mal funcionamento leva a doenças neuronais; (iii) a interação entre proteínas e polímeros, tema relevante para processos de cristalização e construção de sistemas bio-poliméricos; e (iv) a estrutura da proteína precursora amilóide, proteína transmembrana que, apesar de diversas funções conhecidas, é uma das precursoras principais do Mal de Alzheimer. Já no estudo de sistemas densos é apresentada uma nova metodologia baseada em simulações de Monte Carlo para elipsóides de revolução. Como elipsóides podem servir de sistemas modelos para diversos sistemas reais, simulações de propriedades de soluções concentradas destes sistemas são de grande interesse. Com base nestas simulações, funções de espalhamento e funções de correlação puderam ser calculadas para um grande intervalo de anisotropias e concentrações, permitindo a obtenção de funções numéricas que podem ser utilizadas no estudo de sistemas reais uma vez que não existem expressões analíticas para este tipo de sistema. Como aplicação, este método foi utilizado no estudo de nanopartículas de ferro em matriz de silício, fornecendo parâmetros estruturais do sistema. / Abstract: In this dissertation, theoretical and experimental aspects of the calculation of structural parameters and ab-initio modeling for biological macromolecules and condensed particle systems are being discussed. Two main applications will be presented, complemented by computational simulations and many experimental results. For dilute systems the focus will be on the structural modeling of several proteins in solutions, including the calculation of hydrodynamic parameters. Recent developments in structural molecular biology reveal that knowledge about the correlation existing between the structure and function of biological macromolecules is crucial for the understanding of biological processes. Many studies have proved that structural defects detected in certain proteins are responsible for serious diseases. Small angle X-ray scattering has proved to be very useful in the determination of the low resolution structure of macromolecules in solution. This technique offers clear advantages with respect to other techniques, like singlecrystal X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance. The low resolution structural studies of proteins included: (i) the 3D solution structure of the extracellular hemoglobin from the species Biomphalaria glabrata and Glossoscolex paulistus, giant proteins with high functional cooperativity between their subunits; (ii) the determination of the structural differences between the lipid free and lipid bound forms of myelin basic protein (MBP), one of the most important proteins of the axon sheath whose bad functioning leads to neural diseases; (iii) the study of protein-polymer interactions, relevant subject for crystallization processes and development of bio-polymeric systems; (iv) the 3D solution structure of the amyloid precursor protein, APP, transmembrane protein which is related to the Alzheimer disease. For the study of dense systems, a Monte Carlo based method for the simulation of a system of hard ellipsoids of revolution was developed. Ellipsoidal particles can be used as model systems for many real problems and simulations of the properties of concentrated solutions are of great interest. As a result of these simulations, scattering functions and correlation functions could be derived for a wide interval of anisotropies, permitting the calculation of numerical functions that can be used in real systems. As an example, this method was used for the study of iron nanoparticles in a silica matrix, leading to the determination of mean radius and size distribution of the particles. / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T18:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ogata_DanielaYuri_D.pdf: 15925695 bytes, checksum: ce71b31645d5bdbd2ec19e0019602390 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho foram investigados os parâmetros que afetam a dopagem durante o processo de deposição fase-vapor (V AD) da preforma porosa, e a sua possível correlação com as propriedades da sílica-germânia, utilizando técnicas de caracterização, tais como, o espalhamento de raios-X à baixo ângulo (SAXS), diftação de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de tluorescência de raios-X (FRX). Os resultados mostraram uma forte dependência de alguns parâmetros de deposição nas propriedades da preforma, particularmente a razão de gases H2/02, e a temperatura da superfície de deposição. Os parâmetros de deposição também afetam as flutuações na densidade eletrônica da preforma porosa na região de mícron e sub-mícron. Observou-se a deposição de germânia cristalina, que após a consolidação favorece a formação de "clusters" ricos em germânia. O entendimento dos parâmetros que afetam as propriedades da sílica-germânia abre perspectivas de grande relevância para introdução de inovações tecnológicas no processo, aplicado ao desenvolvimento de fibras ópticas de ultra-baixa atenuação óptica, e dispositivos para óptica não-linear / Abstract: This research reports the study of deposition parameters of V AD (Vapor -phase Axial Deposition) silica-germanium and their correlation with structural properties. Characterization studies were conducted by small-angle X-ray scattering (SAXS), X-ray difftaction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). The results show a strong correlation of deposition parameters and prefonn properties, particularly for H2/O2 ratios, and surface deposition temperatures. The deposition parameters also affect the electronic density fluctuation of porous preform in the range of micron and sub-micron order. Germania crystalline phase was observed in the soot prefonn. After consolidation process, the crystalline phase disappeared but nano-order "clusters" belonging to gennania-rich domains were detected by anomalous small angle scattering using synchrotron radiation. The understanding of deposition parameters and their correlation with silica-gennania properties opens relevant perspectives to develop new properties in silica-germania applied to an ultra-low attenuation optical fiber and non-linear optical devices / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Flavia Maria Netto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-09-27T19:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HozUrrejola_LuciadelCarmendela_D.pdf: 2021405 bytes, checksum: 7522596dbd78ae21dcc1d21542fc59d5 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Amostras de ß-lactoglobulina (ß-LG) no estado sólido, com diferentes atividades de água (aw) (0,22; 0,53; 0,74), ou em solução, em concentração de proteína de 3 e 10 mg/mL, foram irradiadas (1-50 kGy) utilizando uma fonte de Cobalto-60. Espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS), dicroísmo circular (CD) e fluorescência foram as técnicas utilizadas para estudar as mudanças conformacionais da ß-LG por efeito da irradiação. A proteína irradiada foi também examinada por eletroforese em gel de poliacrilamida (PAGE) e desnaturante (SDS-PAGE) sob condições redutoras e não redutoras, cromatografia de exclusão molecular (SE-HPLC) e ¿SH livre. A ß-LG no estado sólido nas diferentes aw estudadas não foi afetada pela irradiação. As amostras não apresentaram diminuição na digestibilidade sob ação da pepsina e tripsina e não mudaram seu poder ligante de retinol quando irradiadas com doses até 10 kGy. Nas amostras irradiadas em solução, houve modificações estruturais, ao nível de estrutura terciária, enquanto a estrutura secundária parece ter sido preservada, como indicado pela quantificação das estruturas obtidas a partir da deconvolução dos espectros de CD no UV-longínquo. Os dados de SE-HPLC e espalhamento de raios-X mostraram que a irradiação promoveu a formação de oligômeros e agregados, que resultaram ser altamente solúveis, como mostrado pelas medidas de turbidez. Da análise dos dados de SAXS e a construção de modelos pode ser mostrado que os oligômeros eram múltiplos de dímeros de ß-LG, (tetrâmeros e hexâmeros, etc.), linearmente ordenados. Ligações cruzadas intermoleculares entre radicais tirosil teriam participação na agregação e as ligações dissulfeto, pelo contrário, não teriam sido relevantes para a formação dos agregados. O mecanismo de agregação da ß-LG mediante ligações cruzadas de bitirosil, contrário ao que acontece em outros tratamentos físicos, como o térmico ou de alta pressão hidrostática, poderia estar gerando agregados com características e propriedades diferentes. O efeito da irradiação na proteína foi maior nas amostras mais diluídas e com maior dose de radiação, indicação da ocorrência do chamado ¿efeito indireto¿ da irradiação. Considerando que não houve alterações estruturais, nem perda de funcionalidade ou de digestibilidade da ß-LG irradiada no estado sólido até com 10 kGy em diferentes aw, o tratamento com radiação gama poderia ser usado para melhorar a qualidade microbiológica da proteína e aumentar as condições de segurança se for aplicada uma radiação na faixa geralmente utilizada no processamento de alimentos (<10 kGy) / Abstract: ß-lactoglobulin (ß-LG) in solution at different protein concentrations (3 and 10 mg/mL) and in solid state, with different water activity (aw) (0.22; 0.53; 0.74), was irradiated using a Cobalt-60 radiation source at a dose level of 1-50 kGy. Small-angle X-ray scattering (SAXS), Circular Dichroism (CD) and Fluorescence spectroscopy were used to study the conformational changes of ß-LG due the irradiation treatment. The irradiated protein was also examined by polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) and sodium dodecyl sulfate (SDS) PAGE under reducing and nonreducing conditions, size exclusion chromatography (SE-HPLC), and free SH. ß-LG in the solid state, at different aw, was not significantly affected by gamma radiation. The digestibility of these samples under pepsin or trypsin action was not diminished, and the retinol binding property was not changed by irradiation up to 10 kGy. The irradiation of ß-LG in solution promoted structural changes at the tertiary structure level but the secondary structure seemed to be maintained, as indicated by the quantification of structures from the deconvolution of the far-UV CD spectra. The SEHPLC, and X-rays scattering data showed that irradiation of ß-LG solutions promoted oligomers and aggregates formation, which proved to be highly soluble, as shown by turbidity measurements. From the SAXS data analyses and the model building it could be shown that the formed oligomers were linear molecules, built by linear combinations of ß- LG dimers (tetramers, hexamers, etc.). Formation of intermolecular cross-linking between tyrosil radicals are proposed to be at least partially responsible by this occurrence, and the disulphide bonds, in contrast, do not appear to be relevant to the formation of these aggregates. The mechanism of aggregation of ß-LG through bityrosil cross-links, differently from the mechanism occurring in other physical treatments as heating or high pressure, could form aggregates with special and different characteristics. The radiation effect was more significant at low protein concentration and higher irradiation dose, being consistent with the occurrence of the ¿indirect effect¿ when proteins are irradiated in solution. Considering that neither structural changes or loss of functionality and digestibility of ß-LG irradiated in the solid state at different aw, with dose up to 10 kGy, was detected, the gamma radiation treatment could be used for improving the microbiological quality of the protein, enhancing the safety conditions when applying the radiation range generally used in food processing (<10kGy) / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos