O desgaste abrasivo de dois aços austeníticos ao manganês, materiais com grande utilização na mineração, foi estudado empregando metodologia multiescala (escalas: macro, meso e micro). Na macroescala foram estudados os mecanismos de dano e de desgaste de revestimento de britador utilizado em campo. Na mesoescala foram realizados ensaios de britador de mandíbula e de esclerometria linear. Na microescala o ensaio de esclerometria linear foi utilizado para avaliar os efeitos da camada encruada em campo e da orientação cristalográfica dos grãos austeníticos dos aços com 12 %Mn e 20 %Mn. As técnicas de caracterização utilizadas nesta pesquisa foram: macro e microdureza, nanodureza instrumentada, MO, MEV, DRX, EBSD, FIB e MET. A pesquisa foi dividida em três Capítulos, intitulados: \"Desgaste abrasivo dos aços austeníticos com 12 %Mn e 20 %Mn via ensaio de britador de mandíbula\"; \"Efeito do encruamento e da orientação cristalográfica no desgaste por riscamento dos aços austeníticos 12 %Mn e 20 %Mn\"; e \"Microestrutura da subsuperfície do aço austenítico com 12 %Mn deformado por desgaste abrasivo\". O primeiro Capítulo mostrou, a partir do ensaio de britador de mandíbulas (mesoescala), que o aço com 20 %Mn tem tendência de maior resistência ao desgaste que o aço com 12 %Mn. Este resultado foi obtido para a mandíbula fixa do britador, na qual a severidade de desgaste foi superior a mandíbula móvel, por apresentar microcorte e microsulcamento como micromecanismos predominantes, enquanto na mandíbula móvel o micromecanismo predominante foi a microendentação. No segundo Capítulo observou-se que o desgaste por riscamento (mesoescala e microescala) não depende do perfil de encruamento gerado em campo. Entretanto, foi identificado o efeito da orientação cristalográfica, planos (001), (111) e (101), no desgaste por riscamento dos aços com 12 %Mn e 20 %Mn. No último Capítulo a análise multiescala mostrou que a microestrutura deformada na subsuperfície sofre alterações semelhantes em diferentes intensidades. Nas três escalas de análise foram observadas uma camada com grãos ultrafinos (nanométricos), na subsuperfície, e uma de transição com maclas de deformação. A formação dos grãos ultrafinos foi associada à recristalização dinâmica por deformação plástica, na qual faz parte do mecanismo de auto reparação superficial. Além dos resultados apresentados, o desenvolvimento desta pesquisa de doutorado permitiu a elaboração de duas metodologias: i. análise do efeito da orientação cristalográfica no desgaste por microesclerometria; e ii. análise de microestrutura revelada por ataque iônico - FIB. / The abrasive wear of two manganese austenitic steels, materials broadly used in mining industry, was studied using multiscale methodology (scales: macro, meso and micro). In the macroscale the mechanisms of damage and wear of in-service crusher liner were studied. In the mesoscale, jaw crusher and linear scratch tests were performed. In the microscale the linear scratch test was used to evaluate the effects of the hardening layer and the crystallographic orientation of the austenitic grains of steels with 12 %Mn and 20 %Mn. The characterization techniques used in this research were: macro and microhardness, instrumented nanohardness, OM, MEV, DRX, EBSD, FIB and TEM. The research was divided into three chapters, entitled: \"Abrasive wear of steels with 12 %Mn and 20 %Mn via jaw crusher test\"; \"The effect of the in-service workhardening and crystallographic orientation on the micro-scratch wear of austenitic steels with 12 %Mn and 20 %Mn\"; and \"Subsurface microstructure of the deformed austenitic steel with 12 %Mn by abrasive wear\". The first chapter showed, from the jaw crusher tests (i.e. mesoscale), that the steel with 20 %Mn tends to be more wear resistant than the steel with 12 %Mn. This result was obtained to the fixed jaw crusher, in which the wear severity was superior to the movable jaw, since it presents microcutting and microploughing as predominant micromechanisms, whereas in the mobile jaw the predominant micromechanism was microendentation. In the second chapter, it was observed that scratch wear (i.e. meso and microscale) does not depend on the in-service work-hardening profile. However, it was identified the effect of crystallographic orientation, (001), (111) and (101) planes, on the scratch wear of the steels with 12% Mn and 20% Mn. In the last chapter, the multiscale analysis showed that the subsurface deformed microstructure changes with different intensities. At the three analysis scales, a layer with ultrafine grains was observed in the subsurface and mechanical twins. The formation of this layer, with nanometric grains, was associated with dynamic recrystallization by plastic deformation, in which it is part of the self healing effect. In addition to the results found, the development of this doctoral research allowed for the elaboration of two methodologies: i. Analysis of the effect of crystallographic orientation on the scratch wear; and ii. Microstructure analysis revealed by ion etching - FIB.

Este trabalho apresenta a rota de concentração de manganês através da flotação reversa de caulinita, presente na forma de ganga, em um rejeito proveniente do beneficiamento de minério manganês do Azul. Tem-se como objetivo o desenvolvimento da rota de concentração por flotação de finos de manganês através de coletores e depressores que conduzem a separação seletiva entre os minerais de manganês e de ganga, o que, possivelmente, contribuirá para o processamento de minérios atualmente considerados como marginais, aumentando a vida útil de reservas existentes e futuras, e promovendo o aproveitamento de minérios finos de manganês depositados em barragens. Inicialmente, realizou-se o estudo de caracterização mineralógica, subsidiando os estudos de flotação em bancada na definição da rota de concentração. Verificou-se que o rejeito é composto por caulinita (71% em massa) e, em menor proporção, por criptomelana-holandita (17% em massa). A caulinita apresenta liberação global de 88%, e os óxidos de manganês apresentam liberação de 52%, com aumento para os finos, sendo um aluminossilicato comum nos minérios brasileiros. Tendo em vista a tendência de exaustão dos minérios ricos, é quase inevitável o aumento da relevância de operações unitárias complementares de concentração no beneficiamento de minérios que serão explotados nas próximas décadas. Neste contexto, esta dissertação antecipa uma necessidade da indústria mineral. Estudos de flotação em escala de bancada, com amostras previamente deslamadas em 10 m, foram realizados para a definição da rota de concentração. A melhor condição obtida para a concentração foi a de flotação catiônica reversa a 20% de sólidos, em pH>10, usando como depressor fubá ou Fox Head G2241 (na concentração 227 mg/L ou 900 g/t) para a depressão dos minerais de manganês e o coletor amido-amina Flotigam 5530 (na concentração 1.360 mg/L ou 5.333 g/t.). No que diz respeito à cinética de flotação, após o condicionamento com os reagentes, o tempo de flotação do estágio rougher deve ser de 5-6 minutos, e do estágio scavenger-1, de 6 minutos, sem adição de reagentes. Os concentrados dessa 1ª etapa, após o condicionamento com o depressor (amido ou Fox Head na concentração de ~90 mg/L ou ~500 g/t) e o coletor (Flotigam 5530 ou Lilaflot 811M na concentração de ~364 mg/L ou ~2030 g/t) em pH>10, devem alimentar uma 2ª etapa, composta por um estágio cleaner realizado em 6 minutos, produzindo uma espuma que alimentará o próximo estágio, o scavenger-2. Este deverá ser flotado por 4 minutos, sem adição de reagentes. O estudo com reagentes indicou que o Fox Head G2241 e o fubá apresentam desempenhos semelhantes, e podem ser usados como depressores dos minerais de manganês. Em relação ao coletor catiônico, o coletor do tipo amido-amina (Flotigam 5530) é o mais indicado, pois apresentou melhores resultados de recuperação metalúrgica comparativamente à éter amina Lilaflot 811M. O rejeito, composto por caulinita e outros minerais argilosos apresenta notável capacidade de alterar as propriedades reológicas da polpa de flotação, prejudicando a mistura dos reagentes, influenciando a cinética de flotação e tornando extremamente relevante a realização da flotação em baixo percentual de sólidos (20% de sólidos). / This paper presents the route of manganese concentration through the process of reverse flotation of kaolinite present in the tailings from the ore beneficiation of Manganese taken from the \'Mina Azul\' mine located in Para Brazil. This research aims to develop a route of fine manganese concentration by flotation through the study of collectors and corn starch, that conduct the selective separation between the manganese minerals and gangue, This process could possibly contribute to the beneficiation of ores currently deemed marginal and consequently extend the useful life of existing and future reserves, as well as, make viable the exploitation of the fine manganese ores deposited in dams. Initially studies of mineralogy were conducted in order to obtain grants for laboratory scale flotation studies on the definition of the concentration route, where the waste is mainly composed of kaolinite (71 wt%) and smaller proportions of cryptomelane - holandita (17 wt%) . Where kaolinite presents a global liberation of 88 % manganese oxides present a global release of 52 %, increasing the fine. The growing increase in the ore presented as a kaolinite contaminant motivated the execution of this research which focuses on the concentration of manganese ore tailings and evaluates several types of reagents, some already presented in the literature and others suggested in this dissertation. Kaolinite is an aluminosilicate common in Brazilian ores and considering the tendency for the exhaustion of rich ores it is almost inevitable that additional unit concentrations should be increasingly relevant in the beneficiation of ores to be exploited in the coming decades, this dissertation anticipates the future needs of the mineral industry. Flotation Studies on a laboratory scale with samples which had previously undergone 10m desliming were performed in order to define the concentration route where the best condition was obtained for the concentration of cationic reverse flotation at 20 % solids at pH > 10 using as a depressant ( or Starch Fox Head G2241 227 mg / L or 900 g / t ) for depression of the minerals manganese, collector and starch - amine ( 5530 Flotigam 1.360 mg / L and 5.333 g / t). With regard to the kinetics of flotation, after conditioning with reagents, the time of the rougher flotation stage should be 5-6 minutes and the scavenger1 - should be 6 minutes, without the addition of reagents. The concentrates during this 1st step, after conditioning with depressant ( starch or Fox Head on the concentration of ~ 90 mg / L or ~ 500 g / t ) and collector ( Flotigam Lilaflot 811m in 5530 or concentration of ~ 364 mg / L or ~ 2030 g / t ) at pH > 10 should feed a 2nd stage consisting of a cleaning process. This in turn is followed by a scavenger-2 stage, where the cleaner flotation should be performed for 6 minutes, producing a foam which feeds the scavenger- 2 stage. It should be floated for 4 minutes without the addition of reagents. The study of reagents indicated that the Fox Head G2241 and corn have a similar performance and can be used as manganese mineral depressants, while in relation to the cationic collector starch - amine (Flotigam 5530) is the most suitable collector reagent. This is because it provided higher metallurgical recovery compared to 811m Lilaflot ether amine. The waste is composed predominantly of kaolinite, thus like other clay minerals it shows a remarkable ability to change the rheological properties of the flotation pulp thus damaging the mixing of the reactants and influencing the kinetics of flotation. This consequently makes it extremely relevant to the achievement of the flotation with 20% of solids.

O manganês (Mn) é um elemento químico abundante na natureza, principalmente em minérios e presente também em alimentos e na água. É o cofator de enzimas importantes, como a superóxido dismutase mitocondrial. Entretanto, mineradores e outras pessoas expostas a produtos manufaturados de Mn podem apresentar uma concentração excessiva desse metal no cérebro, adquirindo uma desordem neurológica similar ao mal de Parkinson conhecida por manganismo. Basicamente a neurotoxicidade do Mn pode estar associada com os vários estados de oxidação que ele pode alcançar, gerando espécies reativas de oxigênio durante a interconversão dessas espécies. Dessa forma, neste trabalho sintetizamos e avaliamos as propriedades pró-oxidantes e neurotóxicas de complexos de Mn(III) com desferrioxamina, [Mn(dfb)]; acetohidroxamato, [Mn(aha)3]; citrato, [Mn(cit)]; cloro-salen, EUK 8; e aceto-salen, EUK 108. Tais compostos são propostos como miméticos da SOD e/ou catalase, entretanto podem apresentar atividade pró-oxidante. Estes complexos foram caracterizados espectrofotometricamente (UV/Vis e IV) e por voltametria cíclica. Foram determinadas as absortividades molares dos complexos [Mn(aha)3], EUK 8 e EUK 108. Os EUK\'s apresentaram dois processos redutivos, sendo apenas um reversível, enquanto o [Mn(cit)] apresentou apenas um processo redutivo reversível e os hidroxamatos [Mn(dfb)] e [Mn(aha)3] não apresentaram processos redox na faixa de potenciais utilizada. Em teste de lipofilicidade todos os complexos apresentaram maior afinidade pela fase aquosa, sendo muito pouco particionados para a fase orgânica. Através do ensaio de supressão de fluorescência de calceína foi possível estabelecer que os EUK\'s são relativamente mais estáveis do que os outros complexos, sendo o [Mn(aha)3] o menos estável dos compostos estudados. Nas análises de atividade pró-oxidante, o [Mn(dfb)] oxidou fortemente a sonda mesmo na ausência de outros cofatores, mas este processo é dependente da concentração de O2 no meio. Os EUK\'s atuaram como pró-oxidantes em função da concentração de peróxido no meio. A atividade pró-oxidante foi suprimida por ascorbato, glutationa e Trolox®, que agiram como antioxidantes, sugerindo implicações para a terapia do manganismo. O teste de toxicidade aguda em paulistinhas (Danio rerio) adultos resultou na mortalidade de alguns animais quando expostos a [Mn(dfb)] e [Mn(aha)3]. Comparando o telencéfalo de peixes expostos ao [Mn(dfb)] com um controle em microscópio, não se visualizou nenhuma alteração morfológica na região do núcleo dorsal, indicando que o complexo não causou nenhum dano visível nessa região. / Manganese (Mn) is an abundant element which is present also in food and water. It is the cofactor of important enzymes such as mitochondrial superoxide dismutase. However, miners and other occupationally exposed individuals may present an excessive load of Mn in brain and develop manganism, a neurological disorder akin to Parkinson Disease. Basically, Mn neurotoxicity may stem from its wide redox cycle, generating reactive oxygen species in the process of converting from one oxidation state to another. Thus, in this work we synthesized and evaluated the pro-oxidant and neurotoxic characteristics of Mn(III) complexes with desferrioxamine, [Mn(dfb)]; acetohydroxamate, [Mn(aha)3]; citrate, [Mn(cit)]; chlorosalen, EUK 8; and aceto-salen, EUK 108. Such compounds are proposed as mimetics of superoxide dismutase and/or catalase, however they may also be prooxidant. These complexes were characterized spectrophotometrically (UV/Vis and IR) and by cyclic voltammetry. Molar absorptivities were determined for [Mn(aha)3], EUK 8 and EUK 108. EUK\'s displayed two reductive processes, only one of which was reversible, while [Mn(cit)] displayed only one (reversible) reductive process and hydroxamates [Mn(dfb)] and [Mn(aha)3] did not display redox processes in the working range of potentials. Lipophilicity tests showed that all complexes have very low partition to the organic phase. Calcein fluorescence quenching studies showed that both EUK complexes are relatively more stable than the others, while [Mn(aha)3] is the least stable. In the pro-oxidant activity studies, [Mn(dfb)] strongly oxidized the fluorescent probe even in the absence of ancillary substances such as peroxide. However, this effect was dependant on O2 saturation in the solution. Both EUK acted as pro-oxidants with a linear dependence on peroxide concentration. Pro-oxidant activity was eliminated by the treatment with antioxidants such as ascorbate, glutathione and Trolox®, which is of interest for the therapy of manganism. In the acute toxicity tests induced some mortality in adult Danio rerio exposed to [Mn(dfb)] or [Mn(aha)3]. Comparison of the telencephalus of [Mn(dfb)]-exposed individuals with controls failed to indicate morphological alterations in the dorsal nucleus area, indicating that the complex did not affect visibly this brain region.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-02-07T16:19:30Z No. of bitstreams: 2 Josue Marciano de Oliveira Cremonezzi.pdf: 6544192 bytes, checksum: fb97518f2526cb741d5ccdbd62f87b31 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-04-24T15:22:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Josue Marciano de Oliveira Cremonezzi.pdf: 6544192 bytes, checksum: fb97518f2526cb741d5ccdbd62f87b31 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T15:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Josue Marciano de Oliveira Cremonezzi.pdf: 6544192 bytes, checksum: fb97518f2526cb741d5ccdbd62f87b31 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-12-06 / Supercapacitors are present in almost all kinds of electronic devices that we use in our everyday lives. Applications in systems for storing energy generated from clean sources and for powering electric cars, computers and the new self-sufficient microdevices, require, however, a new generation of capacitive materials. It is necessary to develop supercapacitors with higher capacitive density, better rate capability and that maintain the capacitance over several cycles. To address this problem, a novel approach has shown to be promising: the combination of materials of different capacitive mechanisms in ternary composites. From this strategy, it has been observed that the synergy of three materials leads to higher capacitive properties. Thus, in this work will be presented a novel ternary nanocomposite based on polythiophene, reduced graphene oxide and manganese dioxide. Both the components and the nanocomposite were obtained through simple, economical and efficient chemical routes. Adaptations in the method of obtaining the reduced graphene oxide resulted in a higher quality material. Manganese dioxide has been synthesized by an innovative route that presents advantages over the most used ones. At the end, the synergy of the three components led to singular and enhanced properties of energy storage in the nanocomposite compared to the pure polythiophene: the capacitance was 230% higher than that of the polymer with improved cyclic stability in the first 100 cycles of charge and discharge. / Os supercapacitores estão presentes em praticamente todo tipo de dispositivos eletrônicos que utilizamos no nosso dia-a-dia. Aplicações em sistemas para armazenamento da energia gerada a partir de fontes limpas e para a alimentação de automóveis elétricos, computadores e dos novos microdispositivos autossuficientes, requerem, no entanto, uma nova geração de materiais capacitivos. É necessário desenvolver supercapacitores com maior densidade capacitiva, melhor razão de capacidade e que mantenham a capacitância ao longo de vários ciclos. Para resolver este problema uma nova abordagem tem se mostrado promissora: a combinação de materiais de diferentes mecanismos capacitivos em compósitos ternários. A partir desta estratégia, tem se observado que a sinergia de três materiais leva a propriedades capacitivas superiores. Sendo assim, neste trabalho será apresentado um nanocompósito ternário inédito baseado em politiofeno, óxido de grafeno reduzido e dióxido de manganês. Tanto os componentes quanto o nanocompósito foram obtidos por rotas químicas simples, econômicas e eficientes. Adaptações no método de obtenção do óxido de grafeno reduzido resultaram num material de qualidade superior. O dióxido de manganês foi sintetizado por uma rota inovadora que apresenta vantagens em relação às mais utilizadas. Ao final, a sinergia dos três componentes conferiu ao nanocompósito propriedades de armazenamento de energia singulares e melhoradas em comparação com o politiofeno puro: a capacitância foi 230% maior que a do polímero com maior estabilidade cíclica nos 100 primeiros ciclos de carga e descarga.

A reação de redução de oxigênio (RRO) e a reação de oxidação do borohidreto (ROB) foram estudadas em eletrólito alcalino em eletrodos formados por diversos tipos de óxidos de manganês dopados com Ni (II) dispersos sobre carbonos Monarch 1000, MM225 e E350. As técnicas de caracterização físico-química foram difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM) equipado com espectrômetro de energia dispersiva de raios X (EDX). Já os estudos eletroquímicos compreenderam voltametria cíclica, curvas de polarização de estado quase estacionário além das técnicas de Espectroscopia de massas diferencial on line (DEMS) e Infravermelho com transformada de Fourier in situ (FTIR). Foi observada pequena inserção dos átomos de Ni na estrutura dos MnOx. A fase correspondente a NiMnOx/C está presente na forma de aglomerados nanocristalinos ou em forma de agulhas com tamanhos da ordem de 1,5 a 6,7 nm dependendo do tipo de carbono utilizado como substrato. Manganita (MnOOH) apresentou-se como fase preponderante para óxido de manganês disperso sobre carbono Monarch 1000 enquanto que para materiais dispersos sobre carbono MM225 e E350G a fase MnO2 esta presente em maior quantidade. Estudos eletroquímicos em camada fina utilizando eletrodo disco rotatório revelaram melhores atividade para a RRO e estabilidade para MnOx dopados com níquel. A RRO procede segundo o mecanismo peróxido, seguida pela reação de desproporcionação do íon HO2- formado. A extensão da reação de desproporcionação do íon HO2- aumenta com o aumento da quantidade de Ni. Sobre eletrocatalisadores suportados em carbonos MM225 e E350 a reação de desproporcionação é mais rápida e envolve um total de 4 e- por oxigênio molecular. As curvas de polarização para RRO obtidas na presença do íon BH4- mostraram que todos os materiais são tolerantes à presença do borohidreto. Resultados de DEMS on line e FTIR in situ mostraram que óxidos de manganês dopados com Ni além de serem ativos para RRO são também ativos para a ROB, porém há uma grande influência da composição e da morfologia dos materiais uma vez que, quando fases segregadas de Ni estão presentes nas amostras, a reação compete com a hidrólise heterogênea do BH4- levando a uma diminuição da eficiência faradaica. / The oxygen reduction reaction (ORR) and the borohydride oxidation reaction (BOR) were studied in alkaline medium on Ni (II) doped MnOx catalysts supported on different carbon powder substrates. Characterizations of physico chemical properties were made by X ray diffraction (XRD), high resolution transmition electronic microscopy (HR-TEM) equipped with X ray dispersive energy spectroscopy (EDS). Electrochemical studies involved cyclic voltammetry and oxygen reduction voltammograms. Also it was used Differential Electrochemical Mass Spectrometry on line (DEMS) and Fourier Transform Infra Red Spectrometry (FTIR) in situ. A small insertion of Ni atoms in the MnOx lattice was observed, this consisting of a true doping of the manganese oxide phase. The corresponding NiMnOx phase is present in the form of needles or agglomerates, with crystallite sizes in the order of 1.5-6.7 nm. Layered manganite (MnOOH) phase has been detected for the Monarch1000 supported NiMnOx material, while different species of MnOx phases are present at the E350G and MM225 carbons. Electrochemical studies in thin porous coating active layers in the rotating ring-disk electrode setup revealed that the MnOx catalysts present better ORR kinetics and electrochemical stability upon Ni doping. The ORR follows the so-called peroxide mechanism on MnOx/C catalysts, with the occurrence of minority HO2- disproportionation reaction. The HO2- disproportionation reaction progressively increases with the Ni content in NiMnOx materials. The catalysts supported on the MM225 and E350G carbons promote faster disproportionation reaction, thus leading to an overall four-electron ORR pathway. The results towards ORR in presence of sodium borohydride showed that all materials are tolerant to the presence of BH4- ion into some extent. DEMS on line and FTIR in situ showed that NiMnOx/C are also active toward the BOR, but there is a strong influence of the nature of the electrocatalysts with respect to the morphology, composition, the nature of the carbon substrate and the Ni load. Results indicate that the electrocatalysts containing segregate Ni phases, the bohohydride oxidation occurs together with the heterogeneous hydrolysis of the BH4- ion resulting in a decrease of the faradaic efficiency.

Metais como o alumínio (Al) e o manganês (Mn) são encontrados na natureza como também em efluentes industriais, e podem ser tóxicos para a biota aquática, apresentando efeitos de desregulação endócrina, por exemplo, para os peixes, podendo afetar o desempenho reprodutivo de uma espécie. Rios e tributários do Estado de São Paulo, mesmo em áreas teoricamente conservadas, têm demonstrado um aumento no aporte destes metais, em concentrações superiores ao permitido pela legislação, e a consequência disso para os peixes é pouco conhecida. Neste estudo foram delineados ensaios de toxicidade para exposição aquática aguda (96 horas) ao Al e ao Mn, de forma isolada e sincrônica, em fêmeas vitelogênicas do teleósteo Astyanax bimaculatus. Este período de exposição foi seguido de um período em água limpa (96 horas) para avaliar a possibilidade de recuperação dos efeitos tóxicos promovidos por estes metais, avaliando-se os seguintes parâmetros: a fecundidade relativa (FR), potencial de bioconcentração destes metais, concentração plasmática de Estradiol (E2), 17α hidroxiprogesterona (17α- OHP), Cortisol (CT), Triiodotironina (T3), Tiroxina (T4) e a expressão do mRNA do βFSH e βLH. Foram estabelecidos cinco grupos experimentais: Controle em pH neutro, pH ácido, Al, Mn e exposição Sincrônica ao Al e ao Mn. Os resultados demonstraram que o pH ácido e o Al reduziram a FR sem efeito de recuperação. O Al se bioconcentrou principalmente nas brânquias, fígado e encéfalo, enquanto que o Mn se bioconcentrou principalmente nas brânquias, mas em menor intensidade que o Al. Quando expostos sincronicamente, o Mn potencializou os efeitos de bioconcentração do Al, causando a redução na concentração plasmática de E2 e 17α-OHP, para este progestágeno apenas na exposição ao Mn, tanto isolada quanto em exposição sincrônica. Contudo não foi observada recuperação na concentração de E2. Ambos os metais, em exposição isolada, causaram redução na concentração plasmática de CT, todavia nenhuma alteração foi registrada na exposição sincrônica. Da mesma forma, ambos os metais causaram redução na concentração plasmática de T4, inclusive a exposição sincrônica, enquanto que o T3 se alterou diferentemente em cada grupo de exposição metálica. Possivelmente os efeitos sobre os hormônios tireoidianos tenham refletido uma resposta de modulação endócrina, enquanto que sobre os esteroides foram efeitos de desregulação endócrina, em uma via anti-esteroidogênica. Nenhum efeito foi observado na expressão gênica do mRNA βLH e não foi possível obter resultado sobre o βFSH, embora os primers tenham sido desenhados especialmente para A. bimaculatus e tenham funcionado corretamente na elaboração da curva padrão para o qRT - PCR. Os resultados encontrados em fêmeas vitelogênicas de A. bimaculatus podem ser relacionados ao tipo de exposição e a interação / Metals such as Aluminum (Al) and Manganese (Mn) are found in nature as well as in industrial effluents, and can be toxic to aquatic biota, with endocrine disrupting effects, e.g. for fish, which can affect the reproductive performance of a species. Rivers and tributaries of São Paulo State, even in theoretically preserved areas, have shown an increase in the supply of these metals in concentrations greater than allowed by law, and the consequence for the fish is poorly understood. In this study, toxicity tests were designed for acute aquatic exposure (96 hours) to Al and Mn, in isolated and synchronous forms, in vitellogenic females of Astyanax bimaculatus, a teleost fish species. This exposure period was followed by a period in clean water (96 hours) to assess the possibility of recovery of toxic effects promoted by these metals, evaluating the following parameters: relative fecundity (FR), bioconcentration potential of these metals, plasma concentration of Estradiol (E2), 17α hydroxyprogesterone (17α -OHP), Cortisol (CT), triiodothyronine (T3), thyroxine (T4) and mRNA gene expression of βFSH and βLH. Five experimental groups were established: Control at neutral pH, acidic pH, Al, Mn and synchronic exposure to Al and Mn. The results showed that acidic pH and Al reduced FR with no recovery effect. Al was mainly bioconcentrate in gills, liver and brain, whereas Mn was mainly bioconcentrate in gills, but with less intensity than Al. When exposed synchronously, Mn potentiated the effects of Al bioconcentration, causing a reduction in the plasma levels of E2 and 17α-OHP, for this progestogen only to Mn exposure, both, in isolated and synchronous exposure. But recovery was not observed in E2 levels. Both metals, in isolated exposure caused a reduction in plasma CT, but no change was recorded in synchronous exposure. Likewise, both metals induced reduction in plasma T4 levels, including synchronous exposure, whereas T3 levels were differently altered in each metal exposure group. Possibly the effects on thyroid hormones have reflected a response to endocrine modulation, whereas steroids showed endocrine disrupting effects in na antiesteroidogenic way. No effects were observed in mRNA βLH gene expression and it was not possible to achieve βFSH results, although the primers were designed especially for A. bimaculatus and have worked properly in the preparation of the standard curve for qRT - PCR. The results found in vitellogenic A. bimaculatus females may be related to the type of exposure and interaction, which were variable between Al and Mn ions.

Os solos brasileiros são predominantemente ácidos, ocorrência comum nas regiões tropicais. Esta condição, aliada a outros fatores abióticos e bióticos, pode resultar em toxicidade de manganês (Mn) às plantas, o que limita o seu desenvolvimento. A utilização de práticas agrícolas convencionais propicia o aumento da toxidez de Mn, à medida que reduz o teor de matéria orgânica. Para atenuar este problema, algumas práticas como a calagem e o melhoramento genético são amplamente utilizados. Entretanto, a utilização de alternativas de manejo da cultura através do uso da simbiose micorrízica, para induzir maior resistência das plantas a altos níveis de Mn, parece bastante promissora. Para investigar possíveis mecanismos de indução da resistência e interações de nutrientes no controle da toxicidade de Mn em soja, foram avaliados o crescimento, a absorção e a acumulação de Mn, Fe, P e Ca e a atividade de catalase, peroxidase, superóxido dismutase e oxidase de AIA, nas folhas e raízes das plantas micorrizadas e não micorrizadas, além do nível de colonização de raízes pelo fungo micorrízico arbuscular (FMA). A planta teste foi a soja (Glycine max L. Merr. CV. IAC 8-2). O experimento foi executado em casa de vegetação, em vasos preenchidos com 4 Kg de solo classificado como Neossolo Quartzarênico típico, previamente autoclavado para eliminar fungos micorrízicos arbusculares. O delineamento foi inteiramente casualizado, em esquema fatorial, 4x5: dois isolados de FMA, Glomus etunicatum e Glomus macrocarpum, cada qual com 30 mg kg –1 de P adicionado ao substrato e dois controles não inoculados, sendo um com 30 mg kg –1 e outro com 50 mg kg –1 de P, 5 níveis de Mn (0, 5, 10, 20, 40 mg kg -1 ). Foram realizadas duas épocas distintas de colheita, aos 45 e 90 dias. As atividades enzimáticas foram avaliadas pelo método PAGE não-denaturante através de análise visual. Os resultados demonstram que níveis de Mn entre 10 e 40 mg kg -1 no substrato podem induzir respostas de toxidez de Mn em plantas de soja, acompanhadas de redução de crescimento e alterações no padrão de absorção de vários nutrientes vegetais. O aumento da dose de P e a presença da micorriza são fatores de atenuação da toxidez de Mn em soja, visto que plantas micorrizadas contêm menor concentração de Mn em seus tecidos e, de uma maneira geral, menor atividade enzimática de peroxidase (PO) e oxidase do ácido-indolacético (AIA) do que as plantas controles. Aumentos no nível de Mn do substrato podem causar um aumento da atividade de PO e de oxidase de AIA nas plantas, sendo que as plantas mais estressadas quase sempre apresentam maior atividade dessas enzimas. Apesar da superóxido dismutase (SOD) ser também enzima antioxidativa, apresenta um padrão eletroforético diferenciado da PO, sendo que na raiz sua maior atividade está correlacionada com a presença do FMA. / Brazilian soils are predominantly acid, which is considered a common incident in tropical regions. Soil acidity in combination with biotic and non-biotic factors can result manganese toxicity in plants, limiting their development. The use of conventional agricultural practices promotes an increase in Mn toxicity, as it reduces the soil content of organic matter. This problem can be minimized by the use of some tilling practicies like liming and breeding, which are widely used. However, crop management alternatives through the use of mycorrhizae to induce greater Mn tolerance in plants under high levels of Mn seem to be promising. In this work, plant growth, the absorption, distibution of Mn, Fe, P, Ca and activity of catalase, peroxidase, superoxide dismutase and indolacetic acid oxidase were evaluated in leaves and roots of plants inoculated with mycorrhizal fungi and non-inoculated ones, to invetigate a possible resistance induction mechanism and nutrient interactions in control of toxic levels of Mn. A greenhouse experiment was conducted with soybean plant (Glycine max L. Merr. CV. IAC 8-2) in a completely randomized factorial design 4x5: inoculation of two different arbuscular mycorrhizal fungi (AMF): Glomus etunicatum and Glomus macrocarpum, which received 30 mg kg –1 of P, and two non-inoculated controls, one that received 30 mg kg –1 and the other with 50 mg kg –1 of P; 5 levels of Mn (0, 5, 10, 20, 40 mg kg -1 ). There were two harvest periods, 45 and 90 days. The enzymatic activities were evaluated in non-denaturing polyacrilamyde gel eletrophoresis (PAGE). Manganese levels between 10 and 40 mg kg -1 in the substrate can induce Mn toxicity in soybean plants, that results in a growth reduction and in alterations in the nuttrient absorption alterations of the plants. The increase of P and the presence of mycorrhizae result in the alleviation of Mn toxicity in soybean plants. Micorrhizal plants present lower Mn concentration and generally less enzymatic activity of indolacetic acid oxidase and peroxidase than control plants. Although both, peroxidase and superoxide dismutase are antioxidant enzymes, they present differentiated electrophoretic standards. Most of the time peroxidase and indolacetic acid oxidase activities increase due to increasing Mn levels. Superoxide dismutase activity, however, is higher in the shoots of micorrhizal plants when compared to control plants.

O impacto dos metais na fisiologia de peixes tem sido considerado preocupante, pois são contaminantes críticos nos ecossistemas aquáticos devido ao seu alto potencial de entrar no organismo, acumular-se e ser transferido na cadeia trófica e muitos estudos têm demonstrado os efeitos sobre várias funções em animais, quando expostos a estes metais. O rio Paraíba do Sul vem apresentando concentrações de alumínio (Al) e manganês (Mn) acima dos valores permitidos pela legislação Brasileira e, além disso, fatores abióticos tais como a acidez da água, podem contribuir para alteração do potencial de toxicidade, podendo acarretar em danos à biota aquática. As respostas desencadeadas pelos animais a estas mudanças ambientais podem levá-los a um estado de estresse, que é altamente energético devido à realocação de substratos inicialmente destinados às atividades de elevada demanda energética, como crescimento e reprodução, em direção às atividades que requerem intensificação para restaurar a homeostase. O presente estudo teve como objetivo avaliar os efeitos dos metais Al e Mn em pH ácido, isoladamente e em combinação, durante 96 horas (teste agudo) nas brânquias e nos substratos metabólicos de fêmeas vitelogênicas de Astyanax bimaculatus e, adicionalmente após um período de 96 horas em água limpa, verificar a habilidade dos animais em se recuperar na ausência destes metais. Os animais foram divididos em 5 grupos experimentais: CTR em pH neutro; pH ácido; Al; Mn; e Mn+Al. Os dados mostram que quando expostos a estes metais isoladamente, a atividade enzimática da bomba Na+/K+ ATPase e a quantidade de células de cloreto foram diminuídas, no entanto quando combinados, estes efeitos não foram observados. O Al isolado e em associação com o Mn promoveu peroxidação de fosfolipídios de membrana. Além disso nos animais expostos aos dois metais juntos, houve um aumento de ácidos graxos monoinsaturados (MUFA) e saturados (STA) acompanhado pela diminuição dos ácidos graxos polinsaturados (PUFA) o que pode ter evitado alterações na atividade de bomba e na quantidade de células de cloreto na combinação destes metais. Considerando-se os substratos metabólicos, a exposição ao Al diminuiu a concentração de proteínas nos ovários e no plasma, glicogênio muscular, além de alterar as porcentagens de MUFA e PUFA no fígado, e PUFA nos ovários. O Al também promoveu lipoperoxidação hepática, e no período de recuperação houve diminuição da concentração de lipídios em vários tecidos analisados. A exposição ao Mn promoveu diminuição das concentrações de proteínas totais em todos os tecidos analisados, seja no período de exposição agudo ou de recuperação, não havendo a recuperação deste substrato no fígado e nos ovários; o Mn promoveu lipoperoxidação nos fosfolipídios das membranas do fígado e, em associação com o Al, pareceu interferir na dinâmica dos PUFA das membranas dos ovários. Várias interações foram observadas entre o Al e Mn, demonstrando casos de antagonismo, potenciação e até mesmo de sinergismo entre estes metais, dependendo do parâmetro fisiológico analisado, evidenciando que a exposição de fêmeas vitelogênicas a estes metais pode ser prejudicial ao processo reprodutivo principalmente devido à ação observada, inclusive nos ovários / The impact of metals in fish physiology has been considered worrying due to their high potential of entering in the organism, to accumulate and be transferred through the food chain and many studies have shown the effects on several functions in animals, when exposed to these metals. The Paraíba do Sul river showed aluminum (Al) and manganese (Mn) concentrations above the values allowed by the Brazilian law and moreover abiotic factors, such as acidic water, can contribute to changing the toxicity potential and can result in damage to aquatic biota. The answers triggered by the animals to these environmental changes can lead to a stress state which has a high energetic cost due to the substrate reallocation, initially designated to activities with high energetic demand, as growth and reproduction, to activities that need to be intensified, to reestablish the homeostasis. The main goals of this study were to evaluate the effects of the metals Al and Mn in acidic pH, alone and in combination, during 96 hours (acute test) in the gills and in metabolic substrates in Astyanax bimaculatus vitelogenic females and, additionally, verify the ability of the animals to recover in the absence of the metals after the 96 hours in clear water. The animals were divided in 5 groups : CTR in neutral pH; acidic pH; Al; Mn; and Mn+Al. The results showed that when the animals were exposed to the isolate metals, there was a decrease in the Na+/K+ ATPase pump activity and in the amount of chloride cells, however when combined, these effects were not observed. Al, isolated or in association with Mn, promoted phospholipids peroxidation in gill membranes. Furthermore, in the animals exposed to both metals together, there were an increase in monounsaturated fatty acids (MUFA) and saturated fatty acids (STA) and decrease in polyunsaturated fatty acids (PUFA) which may have avoided alterations in pump activity and in the amount of chloride cells. In the metabolic substrates, Al exposition decreased plasma and ovaries protein concentration, muscle glycogen, and altered the percentage of MUFA and PUFA in the liver, and PUFA in the ovaries. Al also promoted liver lipoperoxidation, and in the recovery period lipid content decreased in most tissues analyzed. Mn exposition promoted a decrease in total protein content in all tissue analyzed, both in the acute and recovery periods, and there was no recovery of this substrate in liver and ovaries; Mn promoted lipoperoxidation in liver phospolipids and, in association with Al, interfered in the PUFA dynamic in ovaries membranes. Many interactions were observed between Al and Mn, evidencing antagonism, potentiation and also synergism, depending on the physiologic parameter analyzed, showing that the exposition of vitellogenic females to these metals can be harmful to reproductive process due to the observed actions, including in ovaries

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O desempenho SERS depende de alguns parâmetros, como: tamanho e forma das nanoestruturas metálicas e natureza do metal. Para evitar agregação e deposição das nanopartículas, uma nova metodologia é proposta nessa dissertação: recobrir a NPs com materiais inertes, como SiO2 e MnO2. A esta metodologia dá-se o nome de SHINERS. Outra técnica que tem ganhado notoriedade devido às aplicações em sistemas biológicos é o efeito SEF. Para que o SEF seja observado é necessário um espaçamento entre o fluoróforo e as NPs, que também pode ser realizado pelo recobrimento com óxidos inertes, quando se utiliza a denominação SHINEF. O distanciamento da superfície provoca um decaimento do sinal; logo, as camadas devem ter alto controle da espessura para que os resultados sejam otimizados. Para o fim de obter desempenho otimizado SHINERS e SHINEF, nessa dissertação foram preparadas NPs de Au e Ag recobertas por camadas ultrafinas de SiO2 e MnO2 de diferentes espessuras. Foi possível caracterizar o recobrimento das NPs metálicas pelos óxidos utilizando TEM. Verificou-se o recobrimento com camadas de 2-6 nm de espessura. O recobrimento das NPs causa um deslocamento para maior comprimento de onda das bandas LSPR das nanopartículas sem recobrimento quando comparadas às NPs com recobrimento, atribuído à mudança do índice de refração local sobre as NPs. Os nanomateriais resultantes tiveram seu desempenho estudado utilizando o corante IR820, que teve seu espectro vibracional atribuído nessa dissertação, como moléculaprova para os dois efeitos de intensificação. Verificou-se uma diminuição da intensidade SHINERS com o aumento da espessura do recobrimento em relação à intensidade SERS, atribuída ao aumento da distância entre adsorbato e superfície das NPs. Para o efeito SHINEF, verificou-se que ocorre uma intensificação apreciável da emissão de fluorescência quando o corante IR-820 na presença das NPs recobertas foi excitado em 785 nm. Os resultados obtidos são promissores para a aplicação das metodologias de preparação de NPs metálicas recobertas como substratos de alto desempenho para as técnicas SHINERS e SHINEF / The studies to aimed the interface metal/molecule resulted in the discovery of the SERS effect. The SERS effect was discovered accidentally and can increase the intensity of scattering adsorbed species ca. 106 times. The SERS performance depends on several parameters such as: size, shape and nature of the metallic nanostructures. To avoid aggregation and deposition of nanoparticles, a new methodology is proposed in this dissertation: coat the NPs with inert materials like SiO2 and MnO2. The cited methodology receives the name of SHINERS. Another technique that has been receiving great notoriety due to applications in biological systems is the SEF effect. A specific spacing between the fluorophore and NP is necessary for the SEF effect to occur and it can be accomplished by coating with inert oxides, which takes the denomination of SHINEF. The distance from the surface causes a decay of the signal, therefore, the layers are supposed to be ultrathin with precise thickness control for optimized results. In order to obtain a good SHINERS and SHINEF performance, in this dissertation, Ag and AuNPs coated with ultrafine layers of SiO2 and MnO2 to different thicknesses were prepared. It had been possible to characterize the coating of metal oxide NPs by using TEM. It has been determined covering oxide layer thickness of 2-6 nm. The coating of NPs causes a shift of LSPR bands for higher wavelength of the coating nanoparticles compared to uncoated NPs, assigned to increasing changes in the local refractive index of the NPs with the oxide layer thickness. The resulting nanomaterials performances for SHINERS and SEF effect were studied using IR-820 dye, which had its vibrational spectrum assigned. There has been observed a decrease in the SHINERS intensity with the increasing thickness of the coating in relation to the SERS intensity attributed to the increasing distance of the adsorbate from the NPs surface. For SHINEF effect, it has been found that a significant enhancement of fluorescence emission occurs when IR- 820 dye in the presence of the coated NPs excited at 785 nm. The preparative methodologies proposed in this dissertation are promising for the application of coated Ag and Au NPs as substrates for high performance SHINERS and SHINEF techniques.

Orientador: Alan Stewart Hazell / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-25T22:16:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FaimFerreira_Samantha_M.pdf: 1383020 bytes, checksum: 557a29a1393de153dfad4f2c4815defa (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A neurotoxicidade por manganês (Manganismo) leva a uma disfunção neurológica caracterizada pelo desenvolvimento de ataxia, hipocinesia, rigidez e tremores. Evidências sugerem que os astrócitos desempenham um papel importante na disfunção cerebral nesta desordem, pois acumulam manganês e sequestram o metal na mitocôndria, o que inibe a oxidação fosforilativa. A exposição aguda ao manganês leva ao acúmulo focal do metal e perda neuronal no cerebelo. No entanto, a relação entre esta deposição localizada de manganês e as manifestações neurológicas não são claras. Neste estudo, foram caracterizados os efeitos do manganês na marcha e no equilíbrio após um tratamento subagudo em ratos adultos da linhagem Sprague-Dawley (CEMIB ¿ UNICAMP). Os animais foram divididos em três grupos: Controle; tratado com Mn e tratado com Mn + NAC (N - acetilcisteína), um anti-oxidante. Os ratos do grupo Mn receberam cloreto de manganês (II) (50 mg/kg de peso corporal, i.p.) diariamente durante 4 dias, enquanto os ratos do grupo Mn + NAC foram co-tratados diariamente com o cloreto de manganês (II) e NAC (163 mg/kg, i.p.). Na análise da marcha o grupo tratado com Mn demonstrou alteração na marcha, vizualizados pela diminuição da área da impressão plantar (comprimento x largura), do comprimento da passada e da base de suporte. Apesar das alterações observadas nesses parâmetros, os animais não apresentaram mudanças na pressão exercida pela pata durante a marcha. O grupo co-tratado com NAC não demonstrou essas alterações, apresentando-se semelhante ao controle. Nos estudos de imonohistoquímica, imunofluorescência, histoquímica e Western blotting o grupo tratado com Mn apresentou morte neuronal, aumento da reatividade astrocítica na camada granular, desarranjo na camada das células de Purkinje e aumento na expressão do transportador de glutamato GLT-1a. Estes resultados corroboram com as importantes alterações na função motora de animais tratados com Mn. O co-tratamento com o antioxidante NAC foi capaz de impedir parcialmente esses danos, exercendo uma ação protetora na área do cerebelo e na função motora. Em conclusão, demonstramos que a intoxicação por manganês gera alterações morfo-funcionais no cerebelo, as quais podem ser principalmente revertidos pelo uso do antioxidante NAC / Abstract: Manganese (Mn) neurotoxicity (Manganism) leads to a neurological disorder characterized by the development of ataxia, hypokinesia, rigidity and tremors. Evidence suggests that astrocytes play an important role in brain dysfunction in this disorder because accumulate manganese and sequester metal in the mitochondria, where it inhibits oxidative phosphorylation. Acute exposure to manganese leads to focal accumulation of the metal and neuronal loss in the cerebellum. However, the relationship between this localized deposition of manganese and neurological manifestations are unclear. In this study, we characterized the effects of manganese in gait and balance after a subacute treatment in Sprague - Dawley rats (CEMIB - UNICAMP). The animals were divided into three groups: control, treated with Mn and Mn + treated with NAC (N - acetylcysteine). The rats from manganese group were administered with manganese (II) chloride (50 mg / kg body weight , ip) daily for 4 days, whereas rats of the group Mn + NAC daily were co- treated with manganese chloride (II) and NAC (163 mg / kg , ip). In Catwalk test group treated with manganese showed changes in gait and balance, leading to a reduction of the area of the paw (length and width), the stride length and the base of support. Despite the changes observed in these parameters, the animals showed no changes in pressure exerted by the leg during gait. The group co-treated with NAC showed no such changes, keeping similar to the control group. In studies of immunohistochemistry, immunofluorescence, western blotting and histochemistry group treated with showed neuronal death, an increase in signal astrocytic reactivity in the granular layer, a derangement in the Purkinje cell layer and an increase in the expression of glutamate transporter GLT - 1a. These results suggest significant changes in motor function in animals treated with Mn. The co - treatment with the antioxidant NAC was able to partially prevent this damage, exerting a protective action in the area of the cerebellum and motor function. In conclusion, we demonstrated that manganese poisoning produces morphological and functional changes in the cerebellum, which can principally be reversed by the use of the antioxidant NAC / Mestrado / Fisiopatologia Médica / Mestra em Ciências