A utilização de nanopartículas (NP) magnéticas em várias áreas da biomedicina e biotecnologia vem recebendo elevado destaque nos últimos anos, graças à versatilidade de aplicações tais como: reparo de tecidos, diagnósticos, imagens por ressonância magnética, tratamento contra o câncer, separação celular, transporte controlado de drogas, entre outras. Atualmente, as NP com potencialidade de aplicação em biomedicina baseiam-se principalmente em óxidos magnéticos de ferro, os quais apresentam comportamento superparamagnético a temperatura ambiente e baixa magnetização da ordem de 60 emu g-1. A utilização dos óxidos se baseia em duas razões principais: facilidade e versatilidade de modificação da superfície e funcionalização devido aos grupos hidroxila na superfície das NP e pela baixa toxicidade comparada às NP magnéticas metálicas. Biocompatibilidade e funcionalidade específica são obtidas geralmente pela incorporação de materiais paramagnéticas e/ou diamagnéticos na superfície das NP contribuindo para diminuir ainda mais o baixo valor de magnetização de saturação dos óxidos. Nesse contexto, é necessário o desenvolvimento de novos núcleos magnéticos com elevado valor de magnetização, próximos aos valores observados para ferro metálico (~200 emu g-1). Entretanto, esses valores são observados apenas em NP metálicos com elevada toxicidade. Assim, neste trabalho, NP magnéticas bimetálicas de FePt, CoPt e NiPt recobertas óxido de ferro ou ferritas de Co e Ni foram sintetizadas pelo processo poliol modificado combinado com a metodologia de crescimento mediado por semente. As NP obtidas apresentaram tamanho e distribuição de tamanho compatíveis para aplicações biomédicas e a magnetização de saturação dos diferentes sistemas foi intensificada quando comparada às de NP de óxidos magnético puros. Os surfactantes ácido oleico e oleilamina presentes na superfície das NP como sintetizadas foram substituídos por moléculas de APTMS (3-aminopropiltrimetoxisilano) resultando em sistemas de NP dispersáveis em água. Adicionalmente, moléculas de carboximetil-dextrana foram conjugadas com as moléculas de APTMS modificando a superfície das NP e levando a formação de sistemas de NP magnéticas biocompatíveis, com estabilidade em dispersões aquosa e resposta magnética melhorada. As NP sintetizadas apresentam, em resumo, grande potencialidade para diversas aplicações em biomedicina. / In recent years, the magnetic nanoparticles uses in many biomedical and biotechnological areas have received great attention due to their applications possibilities such as: tissue repair, diagnostics, magnetic resonance imaging, cancer treatment, cell separation, and controlled drug delivery, among others. Today, the magnetic nanoparticles applications are mainly based on magnetic iron oxides, which exhibit superparamagnetic behavior at room temperature and low saturation magnetization around 60 emu g-1. Magnetic oxide uses was based in two main reasons: easily and versatility of surface changes and functionalization due to hydroxyl groups present on the oxide nanoparticles surface, and low toxicity compared with the magnetic metallic nanoparticles. Biocompatibility and targetable functionalizations are generally obtained by paramagnetic and/or diamagnetic materials incorporations onto the nanoparticle surface contributing to decreases the already low oxide saturation magnetization. In this context, the development of new magnetic nuclei with high magnetizations values closed to the metallic iron values (~200 emu g-1) is required. However, this value is only generally observed in highly toxic metallic nanoparticles. Therefore, in this study, bimetallic magnetic nanoparticles of FePt, CoPt and NiPt coated with iron oxide and Ni- or Co-ferrites in a core-shell structure are synthesized by using the modified polyol process combined with the seed-mediated growth method. Obtained nanoparticles presented size and size distribution compatible for biomedical applications and the saturation magnetization of the different synthesized systems were enhanced compared with the pure magnetic oxide nanoparticles. Oleic acid and oleylamine present on the as-synthesized magnetic nanoparticles surface were properly changed by (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS) molecules leading to water-dispersible magnetic nanoparticles system. In addition, carboxymethyl-dextran molecules were conjugated with the APTMS molecules changing the nanoparticles surfaces and resulting in biocompatible water-soluble magnetic nanoparticles systems with improved magnetic response. These synthesized biocompatible magnetic systems present a great potential for many biomedical applications.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8221472 bytes, checksum: cac315a193674c3a77482441306e409a (MD5) Previous issue date: 2013-11-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / An alternative route for the synthesis of the three isomers of Mn(III) N-metylpyridylporphyrins, MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4) was developed by the direct methylation of MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) with methyl tosylate; this methodology may be adapted for preparing the longer-alkyl-chain analogues. The investigation of the thermal stability of the potent redox modulator Mn(III) meso-tetrakis(N-ethylpyridinium-2- yl)porphyrin chloride (MnTE-2-PyPCl5) showed that the thermal decomposition of MnTE-2-PyPCl5∙11H2O under air occurs in three successive steps: dehydration, dealkylation (ethyl chloride loss) and combustion, to yield Mn oxide as final residue. Heating MnTE-2-PyPCl5∙11H2O up to ~100 ºC leads to dehydration, but with no effect onto the catalytic SOD activity after rehydration/dissolution. Heating the sample at temperatures above 100 ºC leads to dealkylation, which affects catalytic and biological properties. The immobilization of the neutral Mn porphyrins (MnPs) MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) covalently onto chloropropyl silica-gel (Sil-Cl) or the cationic MnPs MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4) electrostatically into sodium vermiculite (verm) yielded stable biomimetic models of cytochromes P450. The resulting materials, Sil-Cl/MnT-X-PyPCl e verm/MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), were used as oxidation catalyst for hydroxylation of cyclohexane and adamantane by iodosylbenzene. The heterogeneous systems were more efficient, selective, and oxidatively stable than the homogeneous counterparts, and could be reused three times with no significant loss in efficiency. The use of more drastic conditions (i.e., large excess of PhIO), led to considerable decrease in efficiency, which was partial recovered upon catalyst reuse uner milder conditions, indicating that the support protects the supported MnP against oxidative degradation. The materials efficiently catalyzed the oxidation of cyclohexanol to cyclohexanone, suggesting that the ketone observed during cyclohexane hydroxylation may result, at least partially, from cyclohexanol oxidation. The covalent bond between Sil-Cl and MnPs via N-pyridyl moiety allowed the preparation of efficient and stable catalysts, even with first generation, simple MnPs, such as MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4). Vermiculite was revealed as a simple and effective support for rapid and qualitative immobilization of cationic MnPs, MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4). Grinding of the vermiculite-based materials decreased the crystallinity of the systems, which was followed by an increase in the catalytic efficiency of the meta and para isomers verm/MnTM-X-PyPCl5 (X = 3 and 4), but did not affect of the high efficiency of the immobilized ortho isomer (verm/MnTM-2-PyPCl5), whose resistance to oxidative destruction and/or leaching was, additionally, higher than that of the other isomers. / Neste trabalho foi desenvolvida uma rota alternativa para obtenção dos três isômeros das N-metilpiridinioporfirinas de Mn(III), MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), a partir da metilação direta dos complexos MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) com tosilato de metila; esta metodologia pode ser adaptada para obtenção de derivados alquilas de cadeias maiores. A investigação da estabilidade térmica do modulador redox potente cloreto de meso-tetraquis(N-etilpiridinio-2-il)porfirinatomanganês(III) (MnTE-2-PyPCl5) revelou que a decomposição térmica da MnTE-2-PyPCl5∙11H2O em ar ocorre em três etapas sucessivas, associadas à desidratação, desalquilação (perda dos grupos EtCl) e combustão, levando a óxidos de Mn como resíduo final. O aquecimento da MnTE-2- PyPCl5∙11H2O até ~100 °C leva à desidratação, mas não afeta a atividade catalítica SOD após a re-hidratação/dissolução. O aquecimento da amostra à temperatura elevada (>100 oC) leva à desalquilação e compromete as propriedades catalíticas e biológicas da amostra. O desenvolvimento de modelos biomiméticos dos citocromos P450 pela heterogeneização covalente das Mn-porfirinas (MnPs) neutras MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4) na sílica cloropropil (Sil-Cl) e pela heterogeneização eletrostática das MnPs catiônicas MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4) na vermiculita de sódio (verm) foi estudado. Os materiais resultantes, Sil-Cl/MnT-X-PyPCl e verm/MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4), foram empregados como catalisadores em reações de hidroxilação de cicloexano e adamantano por iodosilbenzeno (PhIO). Os catalisadores heterogeneizados foram mais eficientes, seletivos e resistentes à destruição oxidativa do que os catalisadores em meio homogêneo, e foram reutilizados por três vezes sem perda significativa na eficiência catalítica. Sob condições mais drásticas, com o uso de grande excesso de PhIO, há diminuição considerável da eficiência, mas os catalisadores imobilizados puderam ser reutilizados com recuperação parcial da eficiência, o que indica que o suporte exerce proteção das MnPs contra degradação oxidativa. Os catalisadores heterogeneizados foram eficientes ao catalisar a oxidação do cicloexanol à cicloexanona, sugerindo que a cetona observada nas hidroxilações pode advir da oxidação seqüencial, cicloexano-cicloexanol-cicloexanona. A ligação covalente entre a Sil-Cl e as MnPs via grupo N-piridil possibilitou a obtenção de catalisadores eficientes e estáveis, mesmo utilizando MnPs simples de primeira geração, MnT-X-PyPCl (X = 2, 3, 4). Já a vermiculita mostrou-se um suporte simples e efetivo para imobilização rápida e quantitativa de MnPs catiônicas, MnTM-X-PyPCl5 (X = 2, 3, 4). A pulverização dos materiais à base de vermiculita diminuiu a cristalinidade dos sistemas, promoveu um aumento na eficiência dos isômeros meta e para (verm/MnTM-X-PyPCl5, X = 3 e 4), mas não modificou a alta eficiência do isômero orto imobilizado (verm/MnTM-2-PyPCl5), cuja resistência à destruição oxidativa e/ou lixiviação foi superior à dos outros isômeros.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T12:13:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli José Miranda Ribeiro Júnior - 2015.pdf: 709119 bytes, checksum: baa5cef4451e6bd53886e3cc249f19df (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T12:15:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli José Miranda Ribeiro Júnior - 2015.pdf: 709119 bytes, checksum: baa5cef4451e6bd53886e3cc249f19df (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T12:15:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Eli José Miranda Ribeiro Júnior - 2015.pdf: 709119 bytes, checksum: baa5cef4451e6bd53886e3cc249f19df (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Laccase is a poliphenoloxidase enzyme that catalyzes the oxidation of phenolic compounds in the corresponding quinones. The current obtained in this redox process can be used for quantitative analysis. In this work, a carbon paste biosensor modified gluteraldehyde functionalized silica and an enzymatic extract of the “Pycnoporus sanguineus” fungi as a lacase source is proposed for phenol determination. The effect of carbon paste and electrolyte composition, pH from 3,0 to 8,0, start potential from 0,55 to 0,25mV, scan rate from 5 to 25 mV s-1 and potential pulse amplitude from 10 to 60mV on the differential pulse voltammetric response was investigated. A linear correlation of R² = 0,9946 was obtained for the phenol content (catechol) in the concentration range from 50 to 500nMol L-1, with a detection limit of 30nMol L-1. This biosensor was used for the determination of different kinds of phenolic compounds, presenting a better response for catechol. / A lacase é uma enzima poliphenoloxidase que catalisa a oxidação de compostos fenólicos nas correspondentes quinonas. A corrente obtida neste processo redox pode ser usada para a análise quantitativa da concentração dos fenóis na água. Neste trabalho, é proposto o uso de um biossensor modificado para a determinação de fenol. O biossensor de pasta de carbono com sílica funcionalizada foi modificado com glutaraldeído e um extrato enzimático de fungos “Pycnoporus sanguineus” como uma fonte de lacase. O efeito da pasta de carbono e da composição de electrólito, permite trabalhar com pH compreendido entre 3,0 - 8,0, e um potencial inicial entre 0,55 - 0,25mV. A velocidade de varrimento foi de 5 a 25mV s-1 e amplitude de pulso de 10 a 60mV, estudando-se na resposta voltamétrica de pulso diferencial .Uma correlação linear de R2 = 0,9946 foi obtida para o teor de fenol (catecol) na gama de concentrações de 50 a 500nMol L-1, com um limite de detecção de 30nMol L-1. Este biossensor foi utilizado para a determinação de diferentes tipos de compostos fenólicos, apresentando uma melhor resposta para o catecol.

A utilização de nanopartículas (NP) magnéticas em várias áreas da biomedicina e biotecnologia vem recebendo elevado destaque nos últimos anos, graças à versatilidade de aplicações tais como: reparo de tecidos, diagnósticos, imagens por ressonância magnética, tratamento contra o câncer, separação celular, transporte controlado de drogas, entre outras. Atualmente, as NP com potencialidade de aplicação em biomedicina baseiam-se principalmente em óxidos magnéticos de ferro, os quais apresentam comportamento superparamagnético a temperatura ambiente e baixa magnetização da ordem de 60 emu g-1. A utilização dos óxidos se baseia em duas razões principais: facilidade e versatilidade de modificação da superfície e funcionalização devido aos grupos hidroxila na superfície das NP e pela baixa toxicidade comparada às NP magnéticas metálicas. Biocompatibilidade e funcionalidade específica são obtidas geralmente pela incorporação de materiais paramagnéticas e/ou diamagnéticos na superfície das NP contribuindo para diminuir ainda mais o baixo valor de magnetização de saturação dos óxidos. Nesse contexto, é necessário o desenvolvimento de novos núcleos magnéticos com elevado valor de magnetização, próximos aos valores observados para ferro metálico (~200 emu g-1). Entretanto, esses valores são observados apenas em NP metálicos com elevada toxicidade. Assim, neste trabalho, NP magnéticas bimetálicas de FePt, CoPt e NiPt recobertas óxido de ferro ou ferritas de Co e Ni foram sintetizadas pelo processo poliol modificado combinado com a metodologia de crescimento mediado por semente. As NP obtidas apresentaram tamanho e distribuição de tamanho compatíveis para aplicações biomédicas e a magnetização de saturação dos diferentes sistemas foi intensificada quando comparada às de NP de óxidos magnético puros. Os surfactantes ácido oleico e oleilamina presentes na superfície das NP como sintetizadas foram substituídos por moléculas de APTMS (3-aminopropiltrimetoxisilano) resultando em sistemas de NP dispersáveis em água. Adicionalmente, moléculas de carboximetil-dextrana foram conjugadas com as moléculas de APTMS modificando a superfície das NP e levando a formação de sistemas de NP magnéticas biocompatíveis, com estabilidade em dispersões aquosa e resposta magnética melhorada. As NP sintetizadas apresentam, em resumo, grande potencialidade para diversas aplicações em biomedicina. / In recent years, the magnetic nanoparticles uses in many biomedical and biotechnological areas have received great attention due to their applications possibilities such as: tissue repair, diagnostics, magnetic resonance imaging, cancer treatment, cell separation, and controlled drug delivery, among others. Today, the magnetic nanoparticles applications are mainly based on magnetic iron oxides, which exhibit superparamagnetic behavior at room temperature and low saturation magnetization around 60 emu g-1. Magnetic oxide uses was based in two main reasons: easily and versatility of surface changes and functionalization due to hydroxyl groups present on the oxide nanoparticles surface, and low toxicity compared with the magnetic metallic nanoparticles. Biocompatibility and targetable functionalizations are generally obtained by paramagnetic and/or diamagnetic materials incorporations onto the nanoparticle surface contributing to decreases the already low oxide saturation magnetization. In this context, the development of new magnetic nuclei with high magnetizations values closed to the metallic iron values (~200 emu g-1) is required. However, this value is only generally observed in highly toxic metallic nanoparticles. Therefore, in this study, bimetallic magnetic nanoparticles of FePt, CoPt and NiPt coated with iron oxide and Ni- or Co-ferrites in a core-shell structure are synthesized by using the modified polyol process combined with the seed-mediated growth method. Obtained nanoparticles presented size and size distribution compatible for biomedical applications and the saturation magnetization of the different synthesized systems were enhanced compared with the pure magnetic oxide nanoparticles. Oleic acid and oleylamine present on the as-synthesized magnetic nanoparticles surface were properly changed by (3-aminopropyl)trimethoxysilane (APTMS) molecules leading to water-dispersible magnetic nanoparticles system. In addition, carboxymethyl-dextran molecules were conjugated with the APTMS molecules changing the nanoparticles surfaces and resulting in biocompatible water-soluble magnetic nanoparticles systems with improved magnetic response. These synthesized biocompatible magnetic systems present a great potential for many biomedical applications.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2014-09-17T17:51:04Z No. of bitstreams: 1 (Dissertação_mestrado__(03.11_)).pdf: 1756144 bytes, checksum: 6a5c8a2f486f154eba91b5aa9780dde0 (MD5) / Approved for entry into archive by Fatima Cleômenis Botelho Maria (botelho@ufba.br) on 2014-09-19T12:24:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 (Dissertação_mestrado__(03.11_)).pdf: 1756144 bytes, checksum: 6a5c8a2f486f154eba91b5aa9780dde0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-19T12:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 (Dissertação_mestrado__(03.11_)).pdf: 1756144 bytes, checksum: 6a5c8a2f486f154eba91b5aa9780dde0 (MD5) / CNPQ / A determinação de metais em águas naturais por Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP OES), em geral, deve envolver etapas de pré- concentração, devido os níveis de concentração dos metais em água serem muitas vezes abaixo dos limites de detecção da técnica. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi desenvolver um método de pré-concentração em fase sólida sensível e simples para a determinação de cobre, ferro, níquel, manganês, chumbo e zinco em amostras de água por ICP OES. As condições experimentais para pré-concentração foram otimizadas considerando os fatores: concentração do eluente, volume de eluente, volume da amostra, vazão e pH. As condições otimizadas corresponderam ao uso de 5 mL de solução de HCl 0,8 mol L-1 como eluente, volume da amostra de 50 mL, vazão de 1,9 mL min-1 e pH 9,0. Para a determinação dos metais, as amostras, após ajuste do pH, foram percoladas com o auxílio de uma bomba peristáltica em cartucho Sep-pak C18 com 1-(2-piridilazo)-2-naftol (PAN) imobilizado na sílica funcionalizada C18. A eluição dos analitos foi realizada com a passagem da solução de HCl pelo cartucho para posterior determinação por ICP OES. Nestas condições, os limites de detecção para Cu, Fe, Mn, Ni, Pb e Zn obtidos variaram entre 0,11 e 21 µg L-1 e os limites de quantificação entre 0,36-69 µg L-1, respectivamente. Os desvios padrão relativos (R.S.D.) para a determinação dos analitos não ultrapassaram 9 %. O efeito de possíveis espécies interferentes sobre a recuperação dos analitos também foram investigados. A exatidão do método foi avaliada mediante análise de material de referência certificado (SLEW-3 Estuariene Water Reference Material for Trace Metals) e o método proposto foi aplicado para análise de amostras de água subterrânea, água potável e água de rio coletadas nos municípios de Cachoeira e São Félix, Bahia, Brasil. As amostras foram analisadas por Espectrometria de Massas com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-MS) como método comparativo, não sendo observadas diferenças significativas entre estes resultados e os resultados obtidos pelo método proposto. / The determination of metals in natural waters by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES), in general, involves pre-concentration steps, due the concentration levels of metals in water are often below the limits of detection of this technique. In this way, the objective of this work was to develop a pre-concentration solid phase method for sensitive and simple determination of copper, iron, nickel, manganese, lead and zinc in water samples by ICP OES. The experimental conditions for pre- concentration were optimized considering the following factors: the concentration of the eluent, eluent volume, sample volume, flow-rate and pH. The optimized conditions corresponded to the use of 5 mL of HCl solution 0.8 mol L-1 as an eluent sample volume 50 ml, flow-rate 1.9 mL min-1 and pH 9.0. For the determination of metals by the procedure, the samples after pH adjustment were percolated with the aid of a peristaltic pump on Sep-Pak C18 cartridge with 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN). The analyte elution was carried out with the passage of the HCl solution in the cartridge for subsequent determination by ICP OES. In these conditions, the detection limit for Cu, Fe, Mn, Ni, Pb and Zn varied between 0.11 to 21 μg L-1 and the limits of quantification from 0.36 to 69 μg L-1, respectively. The relative standard deviation (RSD) for the analytes of this study did not exceed 9%. The effect of possible interfering species on the recovery of the analytes was also investigated. The accuracy of the method was evaluated by analysis of certified reference material (SLEW-3 Estuariene Water Reference Material for Trace Metals) and the proposed method was applied to samples of ground water, drinking water and river water collected in Cachoeira and São Félix cities, Bahia, Brazil. The samples were analyzed by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) as a comparative method do not being found significant differences among these results and the results obtained by the proposed method.

Tesis por compendio / [ES] La funcionalización de partículas de sílice con componentes de aceites esenciales (EOCs) se ha propuesto como una estrategia prometedora para mejorar la actividad antimicrobiana y la estabilidad de estos compuestos. Sin embargo, debido a la potencial aplicación de estas partículas en la industria alimentaria, es necesario llevar a cabo estudios toxicológicos que permitan identificar los posibles efectos sobre la salud que puede conllevar el uso de estos nuevos materiales. En esta tesis doctoral, se ha evaluado el riesgo derivado de la exposición oral a tres tipos de partículas de sílice (SAS, micropartículas MCM-41 y nanopartículas MCM-41) funcionalizadas con cuatro tipos de EOCs diferentes (carvacrol, eugenol, timol y vainillina) y se ha comparado con el efecto de los EOCs libres y las partículas sin funcionalizar. La evaluación toxicológica de estos nuevos materiales se llevó a cabo a través de una estrategia formada por 3 tipos de estudios diferentes como son la simulación de condiciones fisiológicas, el uso de la línea celular HepG2 y el organismo modelo Caenorhabditis elegans. El primer paso en la evaluación toxicológica de las partículas consistió en estudiar su estabilidad en fluidos fisiológicos que simulan las condiciones de exposición por vía oral. Los resultados mostraron que la funcionalización con EOCs aumenta la biodurabilidad de las partículas en condiciones que representan el tracto gastrointestinal humano y el fluido lisosomal, como se observa tanto por la menor disolución de los diferentes tipos de partículas funcionalizadas como por la conservación de la estructura de las nanopartículas MCM-41. Sin embargo, el estado de aglomeración de las partículas no cambió en condiciones fisiológicas, y todas ellas se mantuvieron dentro del rango de tamaño de las micropartículas. Por tanto, dado su gran tamaño, estos materiales presentan un bajo riesgo de acumulación tras ingestión oral. El estudio in vitro de la toxicidad de los materiales demostró que las partículas funcionalizadas con EOCs presentan un efecto citotóxico mayor que los EOCs libres y la sílice sin funcionalizar. Además, independientemente del tipo de EOC, las micropartículas MCM-41 funcionalizadas fueron los materiales más citotóxicos. Los resultados sugieren que las partículas funcionalizadas con EOCs inducen toxicidad en las células HepG2 mediante un mecanismo relacionado con el estrés oxidativo, el cual provoca daño mitocondrial y la consecuente activación de procesos de apoptosis. Por otra parte, se demostró que este efecto citotóxico está causado por interacciones directas entre las células y las partículas, y no por productos de degradación liberados al medio de cultivo. La exposición aguda a concentraciones moderadas y altas de EOCs redujo la viabilidad de las células HepG2 y la supervivencia de C. elegans. La jerarquía de la toxicidad se mantuvo entre células y nemátodos, siendo el carvacrol el compuesto más tóxico, seguido del timol, el eugenol y, por último, la vainillina. Además, concentraciones subletales de estos componentes indujeron toxicidad reproductiva en C. elegans, lo que sugiere que pueden presentar efectos tóxicos a las concentraciones requeridas por sus propiedades bioactivas. El estudio in vivo de la toxicidad de las partículas mostró que tanto las partículas sin funcionalizar como las funcionalizadas con eugenol causan toxicidad reproductiva en C. elegans tras la exposición aguda, e inhibición en el crecimiento y la reproducción de los nematodos tras la exposición a largo plazo. Las partículas funcionalizadas con vainillina mostraron efectos tóxicos agudos leves, pero un mayor efecto tras la exposición a largo plazo. En líneas generales, los resultados obtenidos muestran que las partículas funcionalizadas con eugenol utilizadas en el estudio presentan mayores efectos sobre C. elegans que la sílice sin funcionalizar y las partículas funcionalizadas con vainillina. / [CA] La funcionalització de partícules de sílice amb components d'olis essencials (EOCs) s'ha proposat com una estratègia prometedora per a millorar l'activitat antimicrobiana i l'estabilitat d'aquests compostos. No obstant això, a causa de la potencial aplicació d'aquestes partícules en la indústria alimentària, és necessari dur a terme estudis toxicològics que permeten identificar els possibles efectes sobre la salut que pot comportar l'ús d'aquests nous materials. En aquesta tesi doctoral, s'ha avaluat el risc derivat de l'exposició oral a tres tipus de partícules de sílice (SAS, micropartícules MCM-41 i nanopartícules MCM-41) funcionalitzades amb quatre tipus de EOCs diferents (carvacrol, eugenol,timol i vanil·lina) i s'ha comparat amb l'efecte dels EOCs lliures i les partícules sense funcionalitzar. L'avaluació toxicològica d'aquests nous materials es va dur a terme a través d'una estratègia formada per 3 tipus d'estudis diferents com són la simulació de condicions fisiològiques, l'ús de la línia cel·lular HepG2 i l'organisme model Caenorhabditis elegans. El primer pas en l'avaluació toxicològica de les partícules va consistir a estudiar la seua estabilitat en fluids fisiològics que simulen les condicions d'exposició per via oral. Els resultats van mostrar que la funcionalització amb EOCs augmenta la biodurabilidad de les partícules en condicions que representen el tracte gastrointestinal humà i el fluid lisosomal, com s'observa tant per la menor dissolució dels diferents tipus de partícules funcionalitzades com per la conservació de l'estructura de les nanopartícules MCM-41. No obstant això, l'estat d'aglomeració de les partícules no va canviar en condicions fisiològiques, i totes elles es van mantindre dins del rang de grandària de les micropartícules. Per tant, donat la seua gran grandària, aquests materials presenten un baix risc d'acumulació rere ingestió oral. L'estudi in vitro de la toxicitat dels materials va demostrar que les partícules funcionalitzades amb EOCs presenten un efecte citotòxic major que els EOCs lliures i la sílice sense funcionalitzar. A més, independentment del tipus d'EOC, les micropartícules MCM-41 funcionalitzades van ser els materials més citotòxics. Els resultats suggereixen que les partícules funcionalitzades amb EOCs indueixen toxicitat en les cèl·lules HepG2 mitjançant un mecanisme relacionat amb l'estrés oxidatiu, el qual provoca dany mitocondrial i la conseqüent activació de processos d'apoptosis. D'altra banda, es va demostrar que aquest efecte citotòxic és causat per interaccions directes entre les cèl·lules i les partícules, i no per productes de degradació alliberats al mitjà de cultiu. L'exposició aguda a concentracions moderades i altes de EOCs va reduir la viabilitat de les cèl·lules HepG2 i la supervivència de C. elegans. La jerarquia de la toxicitat es va mantindre entre cèl·lules i nemàtodes, sent el carvacrol el compost més tòxic, seguit del timol, el eugenol i, finalment, la vanil·lina. A més, concentracions subletals d'aquests components van induir toxicitat reproductiva en C. elegans, la qual cosa suggereix que poden presentar efectes tòxics a les concentracions requerides per les seues propietats bioactives. L'estudi in vivo de la toxicitat de les partícules va mostrar que tant les partícules sense funcionalitzar com les funcionalitzades amb eugenol causen toxicitat reproductiva en C. elegans després de l'exposició aguda, i inhibició en el creixement i la reproducció dels nematodes després de l'exposició a llarg termini. Les partícules funcionalitzades amb vanil·lina van mostrar efectes tòxics aguts lleus, però un major efecte després de l'exposició a llarg termini. En línies generals, els resultats obtinguts mostren que les partícules funcionalitzades amb eugenol utilitzades en l'estudi presenten majors efectes sobre C. elegans que la sílice sense funcionalitzar i les partícules funcionalitzades amb vanil·lina. / [EN] Functionalisation of silica particles with essential oils components (EOCs) has emerged as a useful tool for enhancing EOCs' antimicrobial activity and stability. Given these new materials' promising applications for the food industry, toxicological studies must be performed to identify possible hazards for human health. In the present doctoral thesis, the potential risk deriving from oral exposure to three types of silica particles (SAS, MCM-41 microparticles, MCM-41 nanoparticles) functionalised with four different EOCs (carvacrol, eugenol, thymol, vanillin) was investigated and compared to free EOCs and pristine particles. For this purpose, three different replacement methods were used as a strategy to carry out the toxicological assessment of these new materials: simulated physiological conditions, HepG2 culture cells and the non-mammalian organism model Caenorhabditis elegans. As the expected human exposure to these materials was the oral route, the first step in the toxicological assessment of the silica particles was to study their degradation behaviour in acellular physiological fluids that mimic oral exposure conditions. The results showed that functionalisation of silica with EOCs increases particles' biodurability under conditions representing the human gastrointestinal tract and lysosomal fluid, as observed by both, the lower dissolution rates in the different functionalised particle types and the preservation of the EOCs-functionalised MCM-41 nanoparticles structure. However, the agglomeration state of the particles did not change under the physiological conditions, which remained within the micro-sized range in all cases. Therefore, given their large size, these materials present a low risk of accumulation after oral ingestion. The in vitro toxicity study showed that EOCs-functionalised particles displayed stronger cytotoxic effect than the free EOCs and pristine silica. Independently of EOC type, the EOCs-functionalised MCM-41 microparticles were the most cytotoxic materials from the different silica particle types analysed. Our results suggest that the EOCs-functionalised particles induce toxicity on HepG2 cells by an oxidative stress-related mechanism that causes mitochondrial dysfunction and apoptosis activation via the mitochondrial pathway. This cytotoxic effect was caused by direct cell-particle interactions, and not by degradation products released to culture media. Acute exposure to moderate and high concentrations of EOCs reduced HepG2 viability and nematode survival. The toxicity ranking was maintained between culture cells and nematodes, being carvacrol the most toxic compound followed by thymol, eugenol, and lastly by vanillin. Moreover, sublethal concentrations to these components induced reproductive toxicity in C. elegans, which suggests that they may present toxic effects at the concentrations required for their bioactive properties. The in vivo toxicity study of the particles showed that both the bare and EOCs-functionalised particles cause acute reproductive toxicity and inhibition in nematode growth and reproduction after long-term exposure. The vanillin-functionalised particles displayed milder acute toxic effects, but severer long-term exposure toxicological responses. However, the eugenol-functionalised particles exhibited stronger effects than the bare and vanillin-functionalised silica. / The authors gratefully acknowledge the financial support from the Spanish government (Project RTI2018-101599-B-C21 (MCUI/AEI/FEDER, EU)). Cristina Fuentes also thanks the Generalitat Valenciana for being funded by the predoctoral programme Vali+d (ACIF/2016/139). María Ruiz-Rico acknowledges the Generalitat Valenciana for her Postdoctoral Fellowship (APOSTD/2019/118). / Fuentes López, C. (2022). Toxicological assessment of silica particles functionalised with essential oil components and their constituents [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181634 / Compendio

[ES] En este trabajo de tesis doctoral, la investigación se ha centrado en el desarrollo de diferentes procesos catalíticos heterogéneos empleando materiales híbridos orgánico-inorgánicos porosos (MOFs y sílices funcionalizadas) y materiales orgánicos aromáti-cos (PAFs), que se han estudiado en diversas reacciones orgánicas. Tras la preparación de los MOFs en estudio, se han caracterizado sus propiedades estructurales y se han determinado sus centros activos en los clústeres metálicos (circonio, hafnio o cerio). La reactividad de estos MOFs y de los materiales híbridos sílice-aminas se ha estudia-do teniendo en cuenta sus centros catalíticos; estas reacciones se han optimizado lle-vando a cabo un estudio de los mecanismos de reacción. Finalmente, se han preparado sólidos homoquirales de tipo PAF que presentan el sistema binaftilo, cuya reactividad también ha sido probada. Más específicamente, en el capítulo 3 se ha estudiado la esterificación de amidas, que permite convertirlas en ésteres, grupos funcionales más versátiles. Esta transfor-mación se ha abordado desde la catálisis heterogénea via MOFs basados en circonio, hafnio y cerio de las series MOF-808, UiO-66 y MOF-801. El catalizador más eficien-te para la esterificación de amidas ha sido el MOF-808-Zr. Mediante análisis TGA y la adsorción de una molécula sonda básica (CO) estudiada utilizando espectroscopia FT-IR, se han determinado los centros ácidos de Lewis y Brönsted presentes en ellos. De los MOFs preparados en este trabajo, el MOF 808-Zr posee una menor conectividad de los clústeres metálicos y un mayor tamaño de poro mayor que el UiO-66 y el MOF-801; además, tiene el balance adecuado de centros ácidos y básicos de Brönsted y Lewis para activar los sustratos de la reacción. El alcance de la alcoholisis con n-butanol se ha extendido a un gran número de sustratos (amidas primarias, secundarias y terciarias; aromáticas y alifáticas). La reacción también se ha estudiado en condicio-nes no solvolíticas con alcoholes más complejos. El catalizador es estable durante la reacción y puede ser reutilizado fácilmente. El mecanismo de reacción en la esterifica-ción de benzamida con n butanol catalizada por MOF-808-Zr se ha investigado me-diante el análisis cinético empleando el modelo de LHHW y el estudio in situ de las interacciones moleculares por FT-IR. En el capítulo 4, se ha investigado la deuteración por intercambio isotópico deute-rio/hidrógeno catalizada por aminas soportadas en sílice comerciales empleando D2O como fuente de deuterio. Este procedimiento es aplicable a una gran gama de sustra-tos, como compuestos carbonílicos, sales de organofosfonio, nitrocompuestos e, inclu-so, hormonas esteroideas. La estabilidad del catalizador, SiO2-(CH2)3-NH2, se mantie-ne hasta en 10 usos de reacción sin pérdidas significativas de la actividad. Por último, en el capítulo 5, se afronta la síntesis y aplicación de PAFs homoquira-les donde se ha integrado el esqueleto del BINOL (1,1′-binaftil-2,2′-diol) y del BIN-BAM (1,1' binaftil-2,2'-disulfonimida) generando tres nuevos PAFs activos en catáli-sis asimétrica: PAF-3,3'-(S)-BINOL, PAF-6,6'-(R)-BINOL y PAF 3,3'-(S)-BINBAM. En concreto, el PAF-6,6'-(R)-BINOL ha demostrado su actividad catalítica en la reacción de alquilación de aldehídos aromáticos con dietil-zinc y el catalizador PAF-3,3'-(S)-BINBAM es activo en la reacción aldólica de Mukaiyama y la reducción del doble enlace de compuestos carbonílicos a,b-insaturados. / [CA] En aquesta tesi doctoral, la investigació s'ha centrat en el desenvolupament de dife-rents processos catalítics heterogenis emprant materials híbrids orgànic-inorgànics porosos (MOFs i sílices funcionalitzades) i materials orgànics aromàtics (PAFs), que s'han estudiat en diverses reaccions orgàniques. Després de la preparació dels MOFs en estudi, s'han caracteritzat les seues propietats estructurals i s'han determinat els seus centres actius en els clústers metàl·lics (zirconi, hafni o ceri). La reactivitat d'aquests MOFs i dels materials híbrids sílice-amines s'ha estudiat tenint en compte els seus cen-tres catalítics; aquestes reaccions s'han optimitzat duent a termini un estudi dels meca-nismes de reacció. Finalment, s'han preparat sòlids homoquirals de tipus PAF que presenten el sistema binaftilo, la reactivitat del qual també ha sigut provada. Més específicament, en el capítol 3 s'ha estudiat l'esterificació d' amides, que per-met convertir-les en èsters, grups funcionals més versàtils. Aquesta transformació s'ha abordat des de la catàlisi heterogènia via *MOFs basats en zirconi, hafni i ceri de les sèries MOF-808, UiO-66 i MOF-801. El catalitzador més eficient per a l'esterificació d'amides ha sigut el MOF-808-Zr. Mitjançant anàlisi TGA i l'adsorció d'una molècula sonda bàsica (CO) estudiada utilitzant espectroscopia FT-IR, s'han determinat els cen-tres àcids de Lewis i Brönsted presents en ells. Dels MOFs preparats en aquest treball, el MOF 808-Zr posseeix una menor connectivitat dels clústers metàl·lics i una major grandària de porus que el UiO-66 i el MOF-801; a més, té el balanç adequat de centres àcids i bàsics de Brönsted i Lewis per a activar els substrats de la reacció. L'abast de l'alcoholisi amb n-butanol s'ha estés a un gran nombre de substrats (amides primàries, secundàries i terciàries; aromàtiques i alifàtiques). La reacció també s'ha estudiat en condicions no solvolítiques amb alcohols més complexos. El catalitzador és estable durant la reacció i pot ser reutilitzat fàcilment. El mecanisme de reacció en l'esterifica-ció de benzamida amb n-butanol catalitzada per MOF-808-Zr s'ha investigat mitja-nçant l'anàlisi cinètica emprant el model de LHHW i l'estudi in situ de les interaccions moleculars per FT-IR. En el capítol 4, s'ha investigat la deuteració per intercanvi isotòpic deuteri/hidrògen catalitzada per amines suportades en sílices comercials emprant D2O com a font de deuteri. Aquest procediment és aplicable a una gran gamma de substrats, com a com-postos carbonílics, sals d'organofosfoni, nitrocompostos i, inclosa, hormones esteroi-dals. L'estabilitat del catalitzador, SiO2-(CH2)3-NH2, es manté fins a 10 usos de reac-ció sense pèrdues significatives de l'activitat. Finalment, en el capítol 5, s'afronta la síntesi i aplicació de PAFs homoquirals on s'ha integrat l'esquelet del BINOL (1,1′-binaftil-2,2′-diol) i del BINBAM (1,1'-binaftil-2,2'-disulfonimida) generant tres nous PAFs actius en catàlisi asimètrica: PAF-3,3'-(S)-BINOL, PAF-6,6'-(R)-BINOL i PAF 3,3'-(S)-BINBAM. En concret, el PAF-6,6'-(R)-BINOL ha demostrat la seua activitat catalítica en la reacció d'alquilació d'aldehids aromàtics amb dietil-zinc i el catalitzador PAF-3,3'-(S)-BINBAM és actiu en la reacció aldólica de Mukaiyama i la reducció del doble enllaç de compostos carbonílics a,b-insaturats. / [EN] In this Doctoral Thesis, the research has been focused on the development of different heterogeneous catalytic processes using hybrid porous organic-inorganic materials (MOFs and functionalized silicas) and organic aromatic materials (PAFs), which have been studied in various organic reactions. After the preparation of the MOFs under study, their structural properties have been characterised and their active centres in the metal clusters (zirconium, hafnium or cerium) have been determined. The reactivity of these MOFs and the hybrid silica-mine materials has been studied considering their catalytic centres; these reactions have been optimised by carrying out a study of the reaction mechanisms. Finally, homochiral PAF-type solids have been prepared with the binafil system, whose reactivity has also been tested. More specifically, the esterification of amides has been studied in Chapter 3. This reaction allows to convert the amides into esters, which are more versatile functional groups. This transformation has been approached from the heterogeneous catalysis via MOFs based on zirconium, hafnium and cerium of the MOF-808, UiO-66 and MOF-801 series. The most efficient catalyst for amide esterification has been MOF-808-Zr. Using TGA analysis and the adsorption of a basic probe molecule (CO) studied using FT-IR spectroscopy, the acid centres of Lewis and Brönsted present in them have been determined. Among the MOFs prepared in this work, MOF 808-Zr has a lower metal cluster connectivity and a larger pore size than UiO-66 and MOF-801; it also has the appropriate balance of acid and basic Brönsted and Lewis centres to activate the reaction substrates. The scope of n-butanol alcoholysis has been extended to a large number of substrates (primary, secondary and tertiary amides; aromatic and aliphatic). The reaction has also been studied in non-solvolitic conditions with more complex alco-hols. The catalyst is stable during the reaction and can be easily reused. The reaction mechanism in the esterification of benzamide with n-butanol catalysed by MOF-808-Zr has been investigated through kinetic analysis using the LHHW model and the in situ study of molecular interactions by FT-IR. In Chapter 4, the deuteration by isotopic deuterium/hydrogen exchange catalysed by commercial silica-supported amines using D2O as a source of deuterium has been investigated. This procedure is applicable to a wide range of substrates, such as carbonylic compounds, organophosphonium salts, nitro compounds and, even, steroid hormones. The stability of the catalyst, SiO2-(CH2)3-NH2, is maintained for up to 10 reaction uses without significant loss of activity. Finally, in Chapter 5, the synthesis and application of homochiral PAFs, in which the structure of BINOL (1,1′-binaftil-2,2′-diol) and BIN-BAM (1,1' binaftil-2,2'-disulfonimide) has been integrated, is discussed. Three new PAFs active in asymmetric catalysis has been generated: PAF-3,3'-(S)-BINOL, PAF-6,6'-(R)-BINOL and PAF 3,3'-(S)-BINBAM. In particular, PAF-6,6'-(R)-BINOL has demonstrated its catalytic activity in the alkylation reaction of aromatic aldehydes with diethyl zinc and the catalyst PAF-3,3'-(S)-BINBAM is active in the Mukaiyama aldolic reaction and the reduction of the double bond of carbonylic a,b-unsaturated compounds. / Villoria Del Álamo, B. (2021). Síntesis de catalizadores sólidos orgánicos e híbridos orgánicos-inorgánicos y su aplicación [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163789