Tesis por compendio / [EN] Food security is guaranteed when there is sufficient, safe and nutritious food. This assurance must be satisfied throughout the entire production process, which is known as "safety from farm to fork". This results in a new way of addressing the problem with a global and comprehensive approach. To address this challenge, molecular techniques based on the use of nucleic acids are used in the analysis of certain food threatens, such as allergens, microorganisms, genetically modified organisms (GMOs), or food authentication. However, some of the described methods still have limitations, since they are expensive, complicated, and require specialized staff and equipment. Alternatively, biosensor technology provides reliable results in a simpler and faster way and with and added capabilities such as portability and automation, allowing to perform the analysis directly at points-of-control (POC). This thesis has focused on developing a biosensor system, based on compact disc technology, for the detection of nucleic acids in food safety applications and adaptable to POC needs. The carried out investigations have yielded new insights into gene technology, making interesting methodological contributions characterized by miniaturization, integration and automation. The first part of the research deals with the simplification of the amplification step, eluding the thermocycling by using alternatives to the polymerase chain reaction (PCR). To this end, two isothermal amplification techniques have been studied: the recombinase polymerase amplification (RPA) and the multiple displacement amplification (MDA). The detection was performed by hybridization assays with DNA probes immobilized in microarray format on the polycarbonate surface of a DVD. Furthermore, RPA amplification has been combined with detection by an immunoenzymatic assay (ELISA) for the simultaneous detection of multiple analytes. In another approach, amplification and hybridization have been integrated in a single step, further simplifying the analytical process. For that, the isothermal RPA amplification is performed in solid phase on the surface of the disc in different formats: drop, microfluidic chambers or micro-reactors. In the first two formats, the reactions take place at the surface of the DVD and the measurement is performed by recording the intensity of the reflected laser. In the third case the reaction is carried out in micro-wells embedded in the DVD substrate and the measurement is performed by measuring the intensity of the transmitted signal. Finally, a method to real time monitoring DNA synthesis has been developed, integrating the amplification and quantification steps. To this end, the isothermal loop mediated isothermal amplification reaction (LAMP) has been used. The monitoring of the reaction progress is performed by sequentially measuring colorimetric or turbidimetric changes in the reaction mixture. Thus each profile is related to the number of copies of each target gene, allowing their quantitation. The analytical properties (have been established for each methodology and the obtained results have been validated by comparison with reference techniques and by using certified samples. As proof of concept, the different developments have been applied to the detection and determination of the presence of allergens (hazelnut, peanut, soybean, tomato and maize), genetically modified organisms (p35S, tNOS and Bt-11), pathogenic bacteria (Salmonella spp., Cronobacter spp. and Campylobacter spp.), fungi (Fusarium spp.), as well as meat authentication. / [ES] La seguridad alimentaria está garantizada cuando se dispone de alimentos suficientes, nutritivos e inocuos. Esta garantía, además, ha de cumplirse a lo largo de todo el proceso productivo, lo que se conoce como "seguridad de la granja a la mesa". Nace así una nueva forma de abordar el problema, con un enfoque global y un tratamiento integral. Para afrontar este reto, las técnicas moleculares basadas en el empleo de ácidos nucleicos son, actualmente, utilizadas en la detección de amenazas alimentarias, como por ejemplo, alérgenos, microorganismos, organismos genéticamente modificados (OGM), o la autentificación de especies. Sin embargo, muchos de los métodos en uso presentan limitaciones, ya que son costosos, complicados, y requieren personal y equipamiento especializado. La tecnología de biosensores es una aproximación adecuada, ya que proporciona resultados fiables de manera sencilla y rápida, y con capacidades añadidas como portabilidad y automatización para llevar a cabo los ensayos directamente en puntos de control (POC). Esta tesis se ha centrado en el desarrollo de un sistema biosensor, basado en la tecnología de disco compacto, para la detección de ácidos nucleicos en aplicaciones de seguridad alimentaria adaptable a POC. Las investigaciones llevadas a cabo han permitido obtener nuevos conocimientos en tecnologías génicas, pudiendo efectuar aportaciones metodológicas de interés caracterizadas por su miniaturización, integración y automatización. En este sentido, una parte de la investigación aborda la simplificación de la etapa de amplificación del ADN diana, eludiendo el termociclado mediante el empleo de técnicas alternativas a la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Para ello, se han estudiado dos técnicas de amplificación isoterma, la amplificación por recombinasa polimerasa (RPA) y la amplificación por desplazamiento múltiple (MDA). La detección se lleva a cabo mediante ensayos de hibridación con sondas de ADN inmovilizadas en formato micromatriz sobre la superficie de policarbonato de un DVD. Además, la amplificación por RPA se ha combinado con la detección mediante inmunoensayo ezimático (ELISA) para la determinación simultánea de múltiples analitos. En otra aproximación, se han integrado las fases de amplificación e hibridación en una única etapa, simplificando aún más el proceso analítico. Para ello, la amplificación isoterma por RPA se realiza en fase sólida sobre la superficie del disco en diferentes formatos: gota, cámaras microfluídicas o microreactores. En los dos primeros formatos, las reacciones tienen lugar en la superficie del DVD y la medición se realiza registrando la intensidad del haz láser del lector reflejado, mientras que en el tercer caso la reacción se lleva a cabo en micropocillos integrados en la estructura del DVD y la lectura se realiza midiendo la intensidad de la señal transmitida. Finalmente, se ha desarrollado una metodología para monitorizar la síntesis de ADN en tiempo real, integrando así las etapas de amplificación y cuantificación. Para ello, se emplea la reacción de amplificación isoterma mediada por bucle (LAMP), registrando secuencialmente el avance de la reacción mediante cambios turbidimétricos o colorimétricos en el medio de reacción. De este modo, se relaciona el perfil de cada ensayo con el número de copias de cada gen diana, permitiendo así su cuantificación. Para cada metodología se han establecido las propiedades analíticas, y los resultados obtenidos han sido validados por comparación con técnicas de referencia y mediante el empleo de muestras certificadas. Como prueba de concepto, los diferentes desarrollos se han aplicado a la detección y determinación de la presencia de alérgenos (avellana, cacahuete, soja, tomate y maíz), organismos modificados genéticamente (p35S, tNOS y Bt-11), bacterias patógenas (Salmonella spp., Cronobacter spp. y Campylobacter spp.) y hongos (Fusariu / [CA] La seguretat alimentària està garantida quan es disposa d'aliments suficients, nutritius i innocus. Esta garantia, a més, ha de complir-se al llarg de tot el procés productiu, el que es coneix com a "seguretat de la granja a la taula". Naix així una nova forma d'abordar el problema, amb un enfocament global i un tractament integral. Per a afrontar este repte, les tècniques moleculars basades en la utilització d'àcids nucleics són, actualment, usades en l'anàlisi de certes amenaces alimentàries, com per exemple, la detecció d'al·lèrgens, microorganismes, organismes genèticament modificats (OGM), o l'autentificació de determinades espècies. No obstant això, molts dels mètodes en ús presenten limitacions, ja que són costosos, complicats, i requerixen personal i equipament especialitzat. La tecnologia de biosensors és una aproximació adequada, ja que proporciona resultats fiables de manera senzilla i ràpida, i amb capacitats afegides com portabilitat i automatització per a dur a terme els assajos directament en punts de control (POC). Esta tesi s'ha centrat en el desenvolupament d'un sistema biosensor, basat en la tecnologia de disc compacte, per a la detecció d'àcids nucleics en aplicacions de seguretat alimentària adaptable a POC. Les investigacions dutes a terme han permés obtindre nous coneixements en tecnologies gèniques, podent efectuar aportacions metodològiques d'interés caracteritzades per la seua miniaturització, integració i automatització. En este sentit, una part de la investigació aborda la simplificació de l'etapa d'amplificació de l'ADN diana, eludint el termociclat per mitjà de l'utilització de tècniques alternatives a la reacció en cadena de la polimerasa (PCR). Per a això, s'han estudiat dos tècniques d'amplificació isoterma, l'amplificació per recombinasa polimerasa (RPA) i l'amplificació per desplaçament múltiple (MDA). La detecció es du a terme per mitjà d'assajos d'hibridació amb sondes d'ADN immobilitzades en format micromatriu sobre la superfície de policarbonat d'un DVD. A més, l'amplificació per RPA s'ha combinat amb la detecció per mitjà d'inmunoassaig ezimátic (ELISA) per a la determinació simultània de múltiples anàlits. En una altra aproximació, s'han integrat les fases d'amplificació i hibridació en una única etapa, simplificant encara més el procés analític. Per a això, l'amplificació isoterma per RPA es realitza en fase sòlida sobre la superfície del disc en diferents formats: gota, cambres microfluídicas o microreactors. En els dos primers formats, les reaccions tenen lloc en la superfície del DVD i el mesurament es realitza registrant la intensitat del feix làser del lector reflectit, mentres que en el tercer cas la reacció es du a terme en micropouets integrats en l'estructura del DVD i la lectura es realitza mesurant la intensitat del senyal transmesa. Finalment, s'ha desenvolupat una metodologia per a monitoritzar la síntesi d'ADN en temps real, integrant així les etapes d'amplificació i quantificació. Per a això, s'utilitza la reacció d'amplificació isoterma mitjançada per bucle (LAMP), registrant sequencialment l'avanç de la reacció per mitjà de canvis turbidimétrics o colorimétrics en la reacció. D'esta manera, es relaciona el perfil de cada assaig amb el nombre de còpies de cada gen diana, permetent així la seua quantificació. Per a cada metodologia s'han establit les propietats analítiques i els resultats obtinguts han sigut validats per comparació amb tècniques de referència i per mitjà de l'utilització de mostres certificades. Com a prova de concepte, els diferents desenvolupaments s'han aplicat a la detección i determinació de la presència de al¿lèrgens (avellana, cacauet, soja, tomata i dacsa), organismes modificats genèticament (p35S, tNOS i Bt-11), bacteris patògens (Salmonella spp., Cronobacter spp. i Campylobacter spp.), fongs (Fusarium spp.), així com en la identific / Santiago Felipe, S. (2015). Integración de técnicas basadas en ADN para el desarrollo de biosensores aplicados en seguridad alimentaria [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/56464 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

El estudio que da lugar a la presente Tesis Doctoral está motivado por la necesidad de escalar los reactores para llevar a cabo la regeneración electroquímica de carbones activados (CAs), así como por la necesidad de optimizar las variables experimentales más relevantes de este proceso con el fin de conseguir una tecnología eficiente con el menor coste posible. El CA es un material ampliamente utilizado en la industria por su capacidad de adsorción, pero, para que sea viable económicamente, es necesario que se desarrollen tecnologías que sean capaces de recuperar las propiedades texturales iniciales y, por tanto, que se pueda reutilizar. En este sentido, la tecnología aplicada actualmente a nivel industrial es la regeneración térmica. Una alternativa que puede suponer una mejora desde el punto de vista medioambiental y económico se encuentra la regeneración electroquímica que está desarrollada a escala de laboratorio. Por tanto, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es el estudio de la regeneración electroquímica de CAs gastados en condiciones reales en diferentes estaciones de tratamiento de agua potable empleando diferentes reactores electroquímicos a distinta escala. La presente Tesis Doctoral se basa en la regeneración electroquímica de CAs a escala de planta piloto. En primer lugar, se estudia el proceso de escalado del reactor electroquímico desde un nivel de laboratorio (6 g de capacidad) hasta escala de planta piloto (15 kg de capacidad), teniendo un reactor intermedio a escala de banco (3.5 kg de capacidad). Para ello, se diseñan dos reactores en configuración de placas paralelas y un prototipo alternativo en configuración de electrodos cilíndricos concéntricos. En segundo lugar, se optimizan las diferentes variables experimentales con el objetivo de alcanzar la mayor eficiencia de regeneración al menor coste posible. Los parámetros objeto de estudio son: tipo de regeneración, configuración del reactor electroquímico, tipo, concentración y caudal de electrolito, tiempo de tratamiento y composición del material de los electrodos. Además, se han regenerado diferentes CAs usados durante 3-10 años en varias industrias de tratamiento de aguas y químicas. Por último, se realiza un ensayo de adsorción en disolución de un contaminante emergente como el bisfenol A sobre los CAs regenerados electroquímicamente con el fin de demostrar que pueden volver a aplicarse como material adsorbente de garantías. Los resultados de esta investigación han conducido a las siguientes conclusiones generales: 1. El proceso de escalado desde la celda electroquímica filtro-prensa con una capacidad de 6 g de CA hasta dos reactores electroquímicos con configuración de placas paralelas con capacidad para 3.5 y 15 kg de CA no puede ser directo debido al tamaño inviable del reactor y de las necesidades de la fuente de alimentación. Para evitar estos problemas, se propone un escalado modificado en el que los parámetros de distancia entre electrodos, tiempo de residencia, volumen específico de electrolito en el tanque y concentración de electrolito, se cambian para alcanzar unos parámetros de diseño aceptable para la construcción y funcionamiento de los reactores. 2. Se han diseñado y construido dos reactores electroquímicos con configuración de electrodos planos paralelos con capacidad para 3.5 y 15 kg, respectivamente. La regeneración electroquímica del CA usado en condiciones reales se puede lograr con una recuperación de la porosidad superior al 95% utilizando ambos reactores. 3. Las condiciones experimentales que permiten alcanzar, con estos CAs saturados en condiciones reales, una eficiencia de regeneración superior al 95% en un reactor electroquímico filtro-prensa son: ácido sulfúrico 0.05 M como electrolito, densidad de corriente de 0.025 A/cm2, con separación de compartimentos y el CA colocado en el compartimento catódico. 4. Las condiciones más favorables para lograr una eficiencia de regeneración, con estos CAs saturados en condiciones reales, superior al 95% empleando un reactor de electrodos de placas paralelas a escala laboratorio con capacidad para 3.5 kg de CA son: configuración con separación de compartimentos, regeneración catódica, densidad de corriente de 0.025 A/cm2 y ácido sulfúrico 0.5 M como electrolito. Sin embargo, tras el tratamiento electroquímico, se produce una oxidación parcial del CA. Finalmente, se concluye que el acero inoxidable puede utilizarse como material catódico y que, a partir de la cuarta hora de tratamiento, el aumento en la eficiencia de regeneración es despreciable. 5. La regeneración electroquímica también se puede lograr de manera satisfactoria utilizando el reactor diseñado a escala de planta piloto con electrodos de placas paralelas. En las condiciones experimentales adecuadas (0.5 M y 750 L/h como caudal de electrolito, Pt/Ti como ánodo y acero inoxidable como cátodo, 70 A de intensidad durante 2 h) se obtiene una recuperación de la porosidad superior al 95%. Por otra parte, la oxidación producida por el tratamiento electroquímico tiene poca influencia ya que la mayor cantidad de grupos oxigenados producidos en la superficie el material se debe al uso de este en la ETAP, puesto que el tratamiento con CA se encuentra tras el tratamiento de desinfección del agua, y las especies oxidantes alcanzan el CA produciendo su oxidación. 6. Se ha diseñado y construido un reactor electroquímico con configuración de electrodos cilíndricos concéntricos de capacidad 10 kg de CA. La regeneración electroquímica del CA usado en condiciones reales se puede obtener con una recuperación de la porosidad superior al 95% utilizando este reactor electroquímico a escala de planta piloto. 7. Las condiciones experimentales óptimas para lograr un 95% de eficiencia de regeneración con el reactor a escala de planta piloto de electrodos concéntricos cilíndricos son: ácido sulfúrico 0.25 M como electrolito y un flujo de 750 L/h, Pt/Ti como ánodo, acero inoxidable como cátodo y 27 A de intensidad durante 2 h. Por otra parte, se debe destacar que los reactores propuestos a escala de planta piloto presentan una reducción del consumo energético del 98% en comparación con la fabricación de CA y, superior al 90%, en comparación con la tecnología de regeneración térmica convencional. 8. Del proceso de validación en la celda filtro-prensa se concluye que, para lograr una eficiencia de regeneración satisfactoria, el área superficial del CA gastado debe ser superior a 600 m2/g, mismo valor solicitado por empresas de regeneración térmica. En el caso de CAs impregnados con álcalis, se puede lograr una buena recuperación de la porosidad. Sin embargo, habría que aplicar un tratamiento de impregnación posterior para tener las mismas características que el material de partida. Por otra parte, los CAs que no pueden regenerarse térmicamente difícilmente pueden regenerarse por el método electroquímico. Finalmente, hay que destacar que cada CA gastado necesita unas condiciones experimentales de regeneración particulares, especialmente dependiendo de la industria que lo genera. 9. La validación del prototipo a escala de banco con capacidad para 3.5 kg pone de manifiesto que los CAs fabricados mediante aglomeración se regeneran con mayor facilidad que los preparados por el método de activación directa; además, al igual que en el caso del estudio en célula filtro-prensa, el área superficial del CA usado debe ser superior a 600 m2/g para conseguir una buena eficiencia en la regeneración. De esta forma, se comprueba la viabilidad del método electroquímico para la regeneración de CA usado en condiciones reales a nivel industrial; por tanto, se puede considerar como una alternativa al método de regeneración térmica actual. 10. La adsorción de bisfenol A en CAs regenerados electroquímicamente demuestra que, aun presentando una cinética más lenta que la observada en el CA original, se pueden reutilizar para la adsorción de compuestos orgánicos.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WaldeniceAM.pdf: 1082421 bytes, checksum: bd7f6b4a35f59108d7807a3a68e163a3 (MD5) Previous issue date: 2007-03-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Textile activity results in effluents with a variety of dyes. Among the several processes for dye-uptaking from these wastewaters, sorption is one of the most effective methods, chitosan being a very promising alternative for this end. The sorption of Methyl Orange by chitosan crosslinked particles was approached using equilibrium and kinetic analyses at different pH s. Besides the standard pseudo-order analysis normally effectuated (i.e. pseudo-first-order and pseudo-second-order), a novel approach involving a pseudo-nth-order kinetics was used, nbeing determined via non-linear regression, using the Levenberg-Marquardt method. Zeta potential measurements indicated that electrostatic interactions were important for the sorption process. Regarding equilibrium experiments, data were well fitted to a hybrid Langmuir-Freundlich isotherm, and estimated Gibbs free energy of adsorption as a function of mass of dye per area of chitosan showed that the process of adsorption becomes more homogeneous as the pH of the continuous phase decreased. Considering the kinetics of sorption, although a pseudo-nth-order description yielded good fits, a kinetic equation involving diffusion adsorption phenomena was found to be more consistent in terms of a physicochemical description of the sorption process / A atividade t?xtil resulta em efluentes com uma variedade de corantes. Dentre os v?rios processos para a remo??o de corantes destes efluentes, o de sor??o constitui um dos m?todos mais efetivos, sendo a quitosana um sorvente alternativo bastante promissor para este fim. A sor??o do corante alaranjado de metila em part?culas de quitosana reticulada foi avaliada atrav?s de estudos de equil?brio e cin?tica de sor??o em diferentes pHs. Al?m da an?lise com o modelo de pseudo-ordem normalmente adotado na literatura (por exemplo, pseudo-primeira-ordem e pseudo-segunda-ordem), um novo modelo envolvendo uma cin?tica de pseudo-n-ordem foi usada, sendo ndeterminado via regress?o n?o-linear, usando o m?todo de Levenberg-Marquardt. Medidas de potencial zeta indicaram intera??es eletrost?ticas importantes no processo de sor??o. Com rela??o aos estudos de equil?brio, os dados foram bem representados pela isoterma h?brida Langmuir-Freundlich, e a energia livre de Gibbs de sor??o como uma fun??o da massa de corante por ?rea de part?cula mostrou que este processo torna-se mais homog?neo ? medida que o pH da fase cont?nua diminui. Considerando a cin?tica de sor??o, apesar do modelo de pseudo-n-ordem descrever bem os dados experimentais, a equa??o cin?tica envolvendo difus?o-adsor??o foi mais consistente em termos de descri??o f?sico-qu?mica do processo de sor??o

Selenium (Se) is a trace element essential to the nutrition of animals. On the other hand, in a narrow concentration range, Se can cause toxicity. The presence of Se in food is related to the concentration of the element in soil. Thus, the knowledge of the Se amount and its behavior in soil are very important to the better manage the environment and to prevent toxicological problems and human deficiency. The objectives of this study were: (i) to quantify the natural content of Se in some Brazilian soils and correlates them with soil attributes; (ii) to evaluate the adsorption of selenite and selenate as a function of pH and Se concentration in tropical soils; (iii) to adjust the constant capacitance model to describe the Se adsorption in tropical soil as compared to empiric models. Se concentrations ranged from <0.08 to 1.61 mg kg-1, with a mean of 0.19 mg kg-1. Concentrations of Se in the samples collected in the superficial layers were positively correlated to cationic exchange capacity, as well as to clay, organic matter and oxide contents of the soils. In the subsurface samples, only pH and aluminum oxide content were correlated with Se concentrations. Most samples with the highest Se concentrations were derived from sedimentary parent material. Se(IV) adsorption was high for all soils, decreased with increasing pH and was strongly correlated to organic matter and Fe and Al oxides contents. On the other hand, Se(VI) adsorption was very low at pH values commonly found in agricultural soils, except for the highly weathered Rhodic Acrudox which was positively correlated with the gibbsite content. The constant capacitance model fit the Se(IV) and Se(VI) adsorption data well, and was similar to Langmuir and Freundlich empirical models. Optimizations of mono and bidentate complexation and surface protonation constant were used for the Se(IV) adsorption data. For Se(VI), optimizations for the two monodentate species were employed. / O selênio (Se) é um elemento traço essencial a nutrição animal. Por outro lado, o limiar de concentração entre suficiente e tóxico é estreito. A presença de Se nos alimentos está relacionada à sua concentração no solo. Deste modo, conhecer a quantidade e o comportamento do Se no solo é muito importante para um correto manejo ambiental, previnindo problemas toxicológicos e deficiência em humanos. Os objetivos deste estudo foram: (i) quantificar os conteúdos naturais de Se em solos brasileiros e correlacioná-los com seus atributos; (ii) avaliar a adsorção de selenito e selenato em função da variação do pH e da concentração de Se em solos tropicais; (iii) ajustar o modelo de capacitancia constante para descrever a adsorção de Se em solos tropicais comparado a modelos empíricos. As concentrações de Se variaram de <0,08 - 1,61 mg kg-1, com média de 0,19 mg kg-1. As concentrações de Se nas amostras coletadas nas camadas superficiais do solo foram positivamente correlacionadas com a capacidade de troca catiônica, bem como os teores de argila, matéria orgânica e óxidos de Fe e Al do solos. Nas amostras subsuperficiais, apenas pH e teor de óxido de alumínio foram correlacionadas com as concentrações de Se. A maioria das amostras com maiores concentrações de selênio foram provenientes de material de origem sedimentar. A adsorção de Se(IV) foi elevada para todos os solos, diminuiu com o aumento do pH e foi fortemente correlacionada com teores de matéria orgânica e de óxidos de Fe e de Al. Por outro lado, a adsorção de Se(VI) foi muito baixa em valores de pH normalmente encontrados em solos agrícolas, excepto para o Latossolo Vermelho acriférrico, que foi positivamente correlacionada com o teor de gibbsita dos solos. O modelo de capacitância constante ajustou-se bem aos resultados de adsorção Se(IV) e Se(VI), com ajuste similar aos modelos empíricos de Langmuir e de Freundlich. Para os resultados de adsorção de Se(IV) foram utilizadas otimizações das constantes de complexação mono e bidentadas e da constante de protonação de superfície. Para Se(VI), foram empregadas otimizações para as duas espécies de monodentadas.

Selenium (Se) is a trace element essential to the nutrition of animals. On the other hand, in a narrow concentration range, Se can cause toxicity. The presence of Se in food is related to the concentration of the element in soil. Thus, the knowledge of the Se amount and its behavior in soil are very important to the better manage the environment and to prevent toxicological problems and human deficiency. The objectives of this study were: (i) to quantify the natural content of Se in some Brazilian soils and correlates them with soil attributes; (ii) to evaluate the adsorption of selenite and selenate as a function of pH and Se concentration in tropical soils; (iii) to adjust the constant capacitance model to describe the Se adsorption in tropical soil as compared to empiric models. Se concentrations ranged from <0.08 to 1.61 mg kg-1, with a mean of 0.19 mg kg-1. Concentrations of Se in the samples collected in the superficial layers were positively correlated to cationic exchange capacity, as well as to clay, organic matter and oxide contents of the soils. In the subsurface samples, only pH and aluminum oxide content were correlated with Se concentrations. Most samples with the highest Se concentrations were derived from sedimentary parent material. Se(IV) adsorption was high for all soils, decreased with increasing pH and was strongly correlated to organic matter and Fe and Al oxides contents. On the other hand, Se(VI) adsorption was very low at pH values commonly found in agricultural soils, except for the highly weathered Rhodic Acrudox which was positively correlated with the gibbsite content. The constant capacitance model fit the Se(IV) and Se(VI) adsorption data well, and was similar to Langmuir and Freundlich empirical models. Optimizations of mono and bidentate complexation and surface protonation constant were used for the Se(IV) adsorption data. For Se(VI), optimizations for the two monodentate species were employed. / O selênio (Se) é um elemento traço essencial a nutrição animal. Por outro lado, o limiar de concentração entre suficiente e tóxico é estreito. A presença de Se nos alimentos está relacionada à sua concentração no solo. Deste modo, conhecer a quantidade e o comportamento do Se no solo é muito importante para um correto manejo ambiental, previnindo problemas toxicológicos e deficiência em humanos. Os objetivos deste estudo foram: (i) quantificar os conteúdos naturais de Se em solos brasileiros e correlacioná-los com seus atributos; (ii) avaliar a adsorção de selenito e selenato em função da variação do pH e da concentração de Se em solos tropicais; (iii) ajustar o modelo de capacitancia constante para descrever a adsorção de Se em solos tropicais comparado a modelos empíricos. As concentrações de Se variaram de <0,08 - 1,61 mg kg-1, com média de 0,19 mg kg-1. As concentrações de Se nas amostras coletadas nas camadas superficiais do solo foram positivamente correlacionadas com a capacidade de troca catiônica, bem como os teores de argila, matéria orgânica e óxidos de Fe e Al do solos. Nas amostras subsuperficiais, apenas pH e teor de óxido de alumínio foram correlacionadas com as concentrações de Se. A maioria das amostras com maiores concentrações de selênio foram provenientes de material de origem sedimentar. A adsorção de Se(IV) foi elevada para todos os solos, diminuiu com o aumento do pH e foi fortemente correlacionada com teores de matéria orgânica e de óxidos de Fe e de Al. Por outro lado, a adsorção de Se(VI) foi muito baixa em valores de pH normalmente encontrados em solos agrícolas, excepto para o Latossolo Vermelho acriférrico, que foi positivamente correlacionada com o teor de gibbsita dos solos. O modelo de capacitância constante ajustou-se bem aos resultados de adsorção Se(IV) e Se(VI), com ajuste similar aos modelos empíricos de Langmuir e de Freundlich. Para os resultados de adsorção de Se(IV) foram utilizadas otimizações das constantes de complexação mono e bidentadas e da constante de protonação de superfície. Para Se(VI), foram empregadas otimizações para as duas espécies de monodentadas.

<p>Nicaragua is a country in which the toxic metal contamination of freshwater resources has become an increasingly important problem in certain regions posing a threat to the environment as well as to human health. Among the metals found in the waters of Nicaragua, arsenic is one of the most problematic since its long time consumption is connected to serious health problems such as cancer and neurological disorders. The arsenic contamination of water recourses in Nicaragua is mostly attributable natural factors, even though anthropogenic activities including gold mining may be a contributing factor.</p><p>In this work the biopolymer Chitosan was studied as a potential adsorption material for the removal of arsenic from aqueous solutions for water treatment design purposes.</p><p>The Chitosan used in this study was extracted from shrimp shells with an overall yield of 40% and a deacetylation grade of 59%. The maximum adsorption capacity was determined to 20.9 mg As/g at a controlled pH of 5.5 using the Langmuir isotherm. The adsorption was found to be strongly pH dependant with a fourfold increase in adsorption capacity when pH was well under the pKa of Chitosan. The pH dependence indicates that ionic exchange was the most important mechanism. No difference in adsorption capacity with respect to the initial pH of the solution was detected in the pH range 3-7. This was attributed to the ability of Chitosan to act as a weak base in water solutions.</p><p>The arsenic was desorbed from Chitosan using NaOH, (NH4) 2SO 4 and NaCl, with a 1M NaOH solution being the most efficient displaying a concentration ratio of 1.08. The NaOH and (NH4) 2SO 4 solutions displayed a steep desorption curvature with a large fraction of the arsenic being easily desorbed. The arsenic was, however, not completely desorbed from the Chitosan implying that the adsorption capacity would decrease for the coming cycles. Being a biopolymer the Chitosan is quite easily degraded in acid and alkali solutions, which might be a limiting step for the process applicability.</p>

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-11-09T18:52:41Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mário Nogueira Ferreira - 2017.pdf: 2817458 bytes, checksum: 535476b53a39b1dd6638afd630c66c93 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-11-13T12:09:24Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mário Nogueira Ferreira - 2017.pdf: 2817458 bytes, checksum: 535476b53a39b1dd6638afd630c66c93 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T12:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mário Nogueira Ferreira - 2017.pdf: 2817458 bytes, checksum: 535476b53a39b1dd6638afd630c66c93 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective of this work was to characterize the pulp + jabuticaba shell, the foams of the formulations (F1, F2, F3, F4) and the pulp + jabuticaba shell powder by the foam layer method. It was used jabuticaba of the variety M. cauliflora sp (jabuticaba sabará), harvest 2016. The pulp + jabuticaba bark were characterized as centesimal composition, hydrogenation potential, total titratable acidity, total soluble solids, energy value, water activity and color (a*, b *, L *, h * and C *). The foam was characterized regarding density, the percentage of expansion, stability, and fraction of drained volume, drying curves and mathematical modeling. The pulp + bark of jabuticaba powder was also characterized for the adsorption isotherm, scanning electron microscopy (SEM), antioxidant potential by the DPPH method, ABTS and FRAP, total phenolics, condensed and hydrolyzed tannins, absorption indexes and solubility in water (AI/SW) and milk (IAL / ISL) and oil absorption index (OAI). It was observed that the moisture content, SST, pH, acidity, water activity and color did not change, while all other analyzes were influenced. Formulation F3 was the one that best fit the foam evaluation criteria. The model of Wang and Singh presented the lowest reduced chi-square (χ²) and the highest coefficients of determination (R²), whereas the Page model obtained higher values for the drying rate and lower values for the internal resistance to the formulation F3. It was verified that the formulation F3 presented greater reduction of the moisture ratio as a function of time compared to the other formulations during processing. Therefore, a model can be adjusted in certain bands and not in others, which limits the application of empirical models. The results obtained in this study demonstrate that the pulp foam drying + jabuticaba bark can make a promising alternative in the post harvest of this important fruit since it allows the retention of nutritional components of interest in this product and thus increases the consumption Of this product in powder form. / Objetivou-se com este trabalho caracterizar a polpa+casca de jabuticaba, as espumas das formulações (F1, F2, F3, F4) e da polpa+casca de jabuticaba em pó pelo método de camada em espuma. Utilizou-se jabuticaba da variedade M. cauliflora sp (jabuticaba sabará), safra 2016. A polpa+casca de jabuticaba foram caracterizadas quanto à composição centesimal, pH, acidez total titulável, sólidos solúveis totais, valor energético, atividade de água e cor (a*, b*, L*, h* e C*). A espuma foi caracterizada quanto à densidade, percentual de expansão, estabilidade e fração do volume drenado, curvas de secagem e modelagem matemática. A polpa+casca de jabuticaba em pó foi caracterizada também quanto à isoterma de adsorção, microscopia eletrônica de varredura (MEV), capacidade antioxidante pelo método de DPPH, ABTS e FRAP, fenólicos totais, taninos condensados e hidrolisáveis, índices de absorção e solubilidade em água (IAA/ISA) e em leite (IAL/ISL) e índice de absorção em óleo (IAO). Observou-se que os teores de umidade, SST, pH, acidez, atividade de água e cor não sofreram alterações, enquanto que todas as demais análises foram influenciadas. A formulação F3 foi a que se enquadrou melhor nos critérios de avaliação das espumas. O Wang e Singh foi o que apresentou os menores qui-quadrado reduzido (χ²) e os maiores coeficientes de determinação (R²), já o modelo de Page obteve maiores valores para a taxa de secagem e menores valores para a resistência interna para a formulação F3. Verificou-se que a formulação F3 apresentou maior redução da razão de umidade em função do tempo comparado com as demais formulações durante o processamento. Portanto, um modelo pode-se ajustar em determinadas faixas e não em outras, o que limita a aplicação de modelos empíricos. Os resultados obtidos neste estudo demonstram que a secagem em camada de espuma de polpa+casca de jabuticaba pode tornar uma alternativa promissora na pós-colheita dessa importante fruta, uma vez que, possibilita a retenção de componentes nutricionais de interesse neste produto e assim aumenta o consumo deste produto na forma de pó.

Memoria para optar al título de Geógrafo / El planeta se enfrenta a nuevos escenarios climáticos, y Chile no se encuentra ajeno. Aumentos de temperatura y disminución en las precipitaciones son algunos de los fenómenos que se están dando con mayor frecuencia, en donde la isoterma 0°C toma un rol importante al encontrarse vinculado estrechamente con las variaciones de temperatura. Es así como se propone un método de determinación de isoterma 0°C mediante datos de radiosonda lanzados en territorio chileno, así como también una validación de sus resultados. Los datos de radiosonda son limpiados y llevados a una macro, en donde se automatiza el cálculo de la altura de la isoterma 0°C mediante una regresión polinómica, cuyos resultados son espacializados en el territorio chileno a nivel estacional. Por otro lado, estos datos son analizados temporalmente según Makesens y contrastados con resultados arrojados por un modelo alternativo, utilizando datos de una base mundial denominada Terraclimate. La isoterma 0°C se ubica principalmente en la cordillera de Los Andes, abarcando mayor superficie en la zona norte y centro del país. A grandes rasgos, las tendencias señalan un aumento en la altura de isoterma 0°C en la zona norte, centro y sur, siendo en los meses de verano en donde existe un mayor grado de significancia. La altura de la isoterma 0°C en días de precipitación presenta un alza en la zona norte y centro del país, mientras que en la zona austral se destaca la tendencia negativa. / The planet is facing to new climate stages, and Chile isn't so far of that. Temperature increase, decrease in rainfall, are just some of the phenomenon that happens more frequently, where 0°C isotherm takes an important role to be closed linked with temperature variations. This Is how a 0°C isotherm variations method is proposed using radiosonde data launched in Chilean territory, as well as a validation of their results. The radiosonde data are cleaned and taken to a macro, where the calculation of the 0°C isotherm height is automated by a polynomial regression, the results of which are spatialized in Chilean territory at the seasonal level. On the other hand, these data are temporarily analyzed according by Makesens and contrasted with results produced by an alternative model, using data from a global database called Terraclimate. The 0°C isotherm is located mainly in the Andes mountain range, covering a larger area in the northern and central part of the country. Broadly speaking, the trends indicate an increase in the height of 0°C isotherm in the north, center and south zone, being in the summer months where there is more significance. The height of the 0°C isotherm on rainy days shows an increase in the north and center of the country, while in the southern zone the negative trend is noted.

Nicaragua is a country in which the toxic metal contamination of freshwater resources has become an increasingly important problem in certain regions posing a threat to the environment as well as to human health. Among the metals found in the waters of Nicaragua, arsenic is one of the most problematic since its long time consumption is connected to serious health problems such as cancer and neurological disorders. The arsenic contamination of water recourses in Nicaragua is mostly attributable natural factors, even though anthropogenic activities including gold mining may be a contributing factor. In this work the biopolymer Chitosan was studied as a potential adsorption material for the removal of arsenic from aqueous solutions for water treatment design purposes. The Chitosan used in this study was extracted from shrimp shells with an overall yield of 40% and a deacetylation grade of 59%. The maximum adsorption capacity was determined to 20.9 mg As/g at a controlled pH of 5.5 using the Langmuir isotherm. The adsorption was found to be strongly pH dependant with a fourfold increase in adsorption capacity when pH was well under the pKa of Chitosan. The pH dependence indicates that ionic exchange was the most important mechanism. No difference in adsorption capacity with respect to the initial pH of the solution was detected in the pH range 3-7. This was attributed to the ability of Chitosan to act as a weak base in water solutions. The arsenic was desorbed from Chitosan using NaOH, (NH4) 2SO 4 and NaCl, with a 1M NaOH solution being the most efficient displaying a concentration ratio of 1.08. The NaOH and (NH4) 2SO 4 solutions displayed a steep desorption curvature with a large fraction of the arsenic being easily desorbed. The arsenic was, however, not completely desorbed from the Chitosan implying that the adsorption capacity would decrease for the coming cycles. Being a biopolymer the Chitosan is quite easily degraded in acid and alkali solutions, which might be a limiting step for the process applicability.

Tesis por compendio / [EN] The selective and sensitive detection of single nucleotide variations is essential for early diagnosis, individualized therapy, and disease prognosis. The SARS-CoV-2 pandemic has highlighted the pressing need to develop reliable, rapid and simple detection methods for mass diagnosis. Likewise, there is a growing demand for genomic biosensors that are selective, multi-analyte and low-cost and allow the detection and identification of certain oncological biomarkers. This doctoral thesis has focused on the development of integrated systems of isothermal amplification, selective hybridization and optical biosensing for detection of point mutations in the PIK3CA, KRAS and BRAF genes associated with colorectal cancer. These predictive biomarkers are related to increased cell proliferation, apoptosis, and resistance to monoclonal antibody treatments (Cetuximab and Panitumumab). Isothermal DNA amplification methods have been explored, as they are particularly suitable for the development of a new generation of diagnostic devices aimed at supporting precision medicine. Specifically, isothermal amplification by recombinase-polymerase (RPA) has been selected as an alternative to detection methods that require unique infrastructures. In addition, its integration with bioanalytical platforms has been investigated, which represents a great advance for the simplification of biorecognition processes and their optical detection. This methodology has presented advantages over other DNA detection systems, in terms of portability and equipment, as well as reduction of test times and the possibility of performing diagnostic tests outside the laboratory. This doctoral thesis, framed in this context, is structured in 4 chapters: In chapter 1 a new variant of recombinase-polymerase amplification is presented, called RPA-blocked, based on the enrichment of minority alleles by introducing a blocking agent. In addition, this research has developed an analytical support consisting of a polycarbonate chip with covalently anchored allele-specific probes.The integration of the method has allowed the development of a portable system for the simultaneous genotyping of mutations in exons 9 and 20 of the PIK3CA gene. in cell lines and tumor tissues of cancer patients. In Chapter 2, the development of a genosensor that incorporates magnetic particles conjugated to allele-specific probes for the concentration and detection of the selective amplification product derived from RPA-blocked is described. With this genosensor, hybridization times and reaction volumes have been reduced. This approach has resulted in a portable and low-cost system for genotyping the KRAS gene applicable to solid tumor samples. Chapters 3 and 4 focus on the development of thermoplastic surfaces for the covalent anchoring of allele-specific probes mediated by dendrimeric molecules, with the aim of increasing the immobilization density. Thus, the covalent anchoring to activated polycarbonate and cycloolefin thermoplastic surfaces of allele-specific probes has been studied, mediated by carboxylic dendrimers through carbodiimide chemistry and by dendrons through the chemoselective reaction of the thiol-ino group. These multiplexed genosensors have allowed the genotyping of the V600 codon of the BRAF gene and the H1047 codon of the PIK3CA gene, in biopsied tissue samples. The research carried out in this thesis has given rise to new methodological contributions of interest based on obtaining integrated biosensor systems. These platforms will contribute to the development of massive diagnostic tools. / [ES] La detección selectiva y sensible de variaciones de nucleótido único es fundamental para el diagnóstico precoz, la terapia individualizada y el pronóstico de enfermedades. La pandemia SARS-CoV-2 ha puesto de manifiesto la necesidad acuciante de desarrollar métodos de detección fiables, rápidos y sencillos para el diagnóstico masivo. Asimismo, existe una demanda creciente de biosensores genómicos que sean selectivos, multianalito y de bajo coste y permitan detectar e identificar ciertos biomarcadores oncológicos.La presente tesis doctoral se ha centrado en el desarrollo de sistemas integrados de amplificación isoterma, hibridación selectiva y biosensado óptico para la detección de mutaciones puntuales en los genes PIK3CA, KRAS y BRAF asociadas al cáncer colorrectal. Estos biomarcadores predictivos se relacionan con un incremento de la proliferación celular, apoptosis y resistencia a tratamientos con anticuerpos monoclonales (Cetuximab y Panitumumab). En este contexto, se han explorado los métodos isotermos de amplificación de ADN, dado que son particularmente adecuados para el desarrollo de una nueva generación de dispositivos de diagnóstico dirigidos a apoyar la medicina de precisión. En concreto, se ha seleccionado la amplificación isoterma por recombinasa-polimerasa (RPA) como una alternativa a los métodos de detección que requieren de infraestructuras singulares. Además, se ha investigado su integración con plataformas bioanalíticas, lo que supone un gran avance para la simplificación de los procesos de biorreconocimiento y su detección óptica. Esta metodología ha presentado ventajas frente a otros sistemas de detección de ADN, en términos de portabilidad y equipos, así como reducción de tiempos de ensayo y la posibilidad de realizar las pruebas de diagnóstico fuera del laboratorio. La presente tesis doctoral, enmarcada en este contexto, se estructura en 4 capítulos: En el capítulo 1 se presenta una nueva variante de la amplificación por recombinasa-polimerasa, denominada RPA-bloqueada, basado en el enriquecimiento de alelos minoritarios mediante de la introducción de un agente bloqueante. Además, en esta investigación se ha desarrollado un soporte analítico formado por un chip de policarbonato con sondas alelo-específicas ancladas covalentemente.La integración del método ha permitido desarrollar un sistema portátil para el genotipado simultáneo de mutaciones en los exones 9 y 20 del gen PIK3CA en líneas celulares y en tejidos tumorales de pacientes oncológicos. En el capítulo 2, se describe el desarrollo de un genosensor que incorpora partículas magnéticas conjugadas a sondas alelo-específicas para la concentración y detección del producto de amplificación selectivo derivado de la RPA-bloqueada. Con este genosensor, se han reducido los tiempos de hibridación y los volúmenes de reacción. Esta aproximación se ha concretado en un sistema portátil y de bajo coste para el genotipado del gen KRAS aplicable a muestras de tumores sólidos. Los capítulos 3 y 4 se centran en el desarrollo de superficies termoplásticas para el anclaje covalente de sondas alelo-específicas mediado por moléculas dendriméricas, con el objetivo de incrementar la densidad de inmovilización. Así, se ha estudiado el anclaje covalente a superficies termoplásticas de policarbonato y cicloolefina activadas, de sondas alelo-específicas, mediado por dendrímeros carboxílicos mediante la química de la carbodiimida y por dendrones mediante la reacción quimioselectiva del grupo tiol-ino. Dichos genosensores multiplexados han permitido el genotipado del codón V600 del gen BRAF y el codón H1047 del gen PIK3CA, en muestras de tejido biopsiado. Las investigaciones desarrolladas en la presente tesis han dado lugar a nuevas aportaciones metodológicas de interés basadas en la obtención de sistemas biosensores integrados. Estas plataformas, contribuirán al desarrollo de herramientas de diag / [CAT] La detecció selectiva i sensible de variacions de nucleòtid únic és fonamental per al diagnòstic precoç, la teràpia individualitzada i el pronòstic de malalties. La pandèmia SARS-CoV-2 ha posat de manifest la necessitat apressant de desenvolupar mètodes de detecció fiables, ràpids i senzills per al diagnòstic massiu. Així mateix, existeix una demanda creixent de biosensors genòmics que siguen selectius, multianàlit i de baix cost i permeten detectar i identificar uns certs biomarcadors oncológics. La present tesi doctoral s'ha centrat en el desenvolupament de sistemes integrats d'amplificació isoterma, hibridació selectiva i biosensat òptic per a la detecció de mutacions puntuals en els gens PIK3CA, KRAS i BRAF associades al càncer colorectal. Aquests biomarcadors predictius es relacionen amb un increment de la proliferació cel·lular, apoptosi i resistència a tractaments amb anticossos monoclonals (Cetuximab i Panitumumab). S'han explorat els mètodes isoterms d'amplificació d'ADN, atés que són particularment adequats per al desenvolupament d'una nova generació de dispositius de diagnòstic dirigits a donar suport a la medicina de precisió. En concret, s'ha seleccionat l'amplificació isoterma per recombinasa-polimerasa (RPA) com una alternativa als mètodes de detecció que requereixen d'infraestructures singulars. A més, s'ha investigat la seua integració amb plataformes bioanalítiques, la qual cosa suposa un gran avanç per a la simplificació dels processos de biorreconeiximent i la seua detecció òptica. Aquesta metodologia ha presentat avantatges enfront d'altres sistemes de detecció d'ADN, en termes de portabilitat i equips, així com reducció de temps d'assaig i la possibilitat de realitzar les proves de diagnòstic fora del laboratori. La present tesi doctoral, emmarcada en aquest context, s'estructura en 4 capítols: En el capítol 1 es presenta una nova variant de l'amplificació per recombinasa-polimerasa, denominada RPA-bloquejada, basat en l'enriquiment d'al·lels minoritaris mitjançant de la introducció d'un agent bloquejant. A més, en aquesta investigació s'ha desenvolupat un suport analític format per un xip de policarbonat amb sondes al·lel-específiques ancorades covalentemente.la integració del mètode ha permés desenvolupar un sistema portàtil per al genotipat simultani de mutacions en els exons 9 i 20 del gen PIK3CA en línies cel·lulars i en teixits tumorals de pacients oncològics. En el capítol 2, es descriu el desenvolupament d'un genosensor que incorpora partícules magnètiques conjugades a sondes al·lel-específiques per a la concentració i detecció del producte d'amplificació selectiu derivat de la RPA-bloquejada. Amb aquest genosensor, s'han reduït els temps d'hibridació i els volums de reacció. Aquesta aproximació s'ha concretat en un sistema portàtil i de baix cost per al genotipat del gen KRAS aplicable a mostres de tumors sòlids. Els capítols 3 i 4 se centren en el desenvolupament de superfícies termoplàstiques per a l'ancoratge covalent de sondes al·lel-específiques mediat per molècules dendrimériques, amb l'objectiu d'incrementar la densitat d'immobilització. Així, s'ha estudiat l'ancoratge covalent a superfícies termoplàstiques de policarbonat i cicloolefina activades, de sondes al·lel-específiques, mediat per dendrimers carboxílics mitjançant la química de la carbodiimida i per dendrones mitjançant la reacció quimioselectiva del grup tiol-ino. Dits genosensors multiplexats han permés el genotipat del codó V600 del gen BRAF i el codó H1047 del gen PIK3CA, en mostres de teixit biopsiat Les investigacions desenvolupades en la present tesi han donat lloc a noves aportacions metodològiques d'interés basades en l'obtenció de sistemes biosensors integrats. Aquestes plataformes, contribuiran al desenvolupament d'eines de diagnòstic massiu. / Martorell Tejedor, S. (2021). Desarrollo de métodos integrados para la determinación de biomarcadores genéticos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/176006 / Compendio