Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, three methods of synthesis were proposed for formation of mesoporous material type MCM-41 functionalized with aminopropyltrimethoxisylane (APTS) by direct (in situ) and indirect (after synthesis) routes. The FTIR spectra showed characteristic vibrations referring to the connections of silica mesostructures of kind MCM-41. The materials obtained presented adsorption and desorption isotherms of type IV N2, exhibited properties of mesoporous materials according to IUPAC classification. The Xray diffractograms of MCM-41 (R1a) and MCM-NH2 (R1b) showed a hexagonal structure according to a presence of reflection planes (100), (110) and (200), already for the mesoporous functionalized in situ (R2 and R3), this behavior was not observed. The thermal stability of the materials was verify from the TG curves. Subsequently, carbon paste electrodes (EPC) and chemically modified electrodes (EPCMs) were prepared by immobilizing the synthesized materials for applications in Cu2+ detection. The modified electrode obtained by immobilization of functionalized mesoporous R2 (EPCM / R2), presented better sensitivity for the detection of copper ions. The use of 10% in the paste composition at pH 6.0, applying -0.5 V (vs. Ag / AgCl) during 600 s preconcentration and 10 mV s-1 scanning speed favored the analytical signal in terms of intensity and resolution. The method presented a linear range of 0.99 to 11.80 μmol L-1 (R2 = 0.994), sensitivity (LD=0.16 μmol L-1; LQ=0.48 μmol L- 1), precision (DPRmáx = 10.62%), accuracy (92.24%) e selectivity in the presence Zn2+, Cd2+, Fe2+, Mn2+, Pb2+ satisfactory. The method developed proved to be efficient for monitoring Cu2+ in sugar cane liquor, presenting content comparable to that obtained by AAS. The analyzed sugar cane liquor showed amount of Cu2+ within the limit established by legislation. / Neste trabalho, foram propostos três métodos de síntese para a formação do material mesoporoso do tipo MCM-41 funcionalizado com aminopropiltrimetoxisilano (APTS) por métodos diretos (in situ) e indiretos (póssíntese). Os espectros de Infravermelho com transformada de Fourier revelaram vibrações características das ligações de mesoestruturas de sílica do tipo MCM-41. Os materiais obtidos apresentaram isotermas de adsorção e dessorção de N2 do tipo IV, exibindo propriedades texturais características de materiais mesoporosos de acordo com a classificação da IUPAC. Os difratogramas de raios-X do MCM-41 (R1a) e MCM-NH2 (R1b) evidenciaram estrutura hexagonal de acordo com a presença dos planos de reflexão (100), (110) e (200), já para os mesoporosos funcionalizado in situ (R2 e R3) não foram observados esse comportamento. A estabilidade térmica dos materiais foi comprovada a partir das curvas termogravimétricas. Posteriormente, foram preparados eletrodos de pasta de carbono (EPC) e eletrodos quimicamente modificados (EPCMs) imobilizando os materiais sintetizados, para aplicação na detecção Cu2+. O eletrodo modificado obtido pela imobilização do mesoporoso funcionalizado R2 (EPCM/R2), apresentou melhor sensibilidade para a detecção de íons cobre. A utilização de 10% de R2 na composição da pasta, em pH 6,0 aplicando -0,5 V (vs. Ag/AgCl) durante 600 s de pré-concentração e velocidade de varredura de 10 mV s-1, favoreceram o sinal analítico em termos de intensidade e resolução. O método apresentou faixa linear 0,99 a 11,80 μmol L-1 (R2 = 0,994), sensibilidade (LD=0,16 μmol L-1; LQ=0,48 μmol L-1), precisão (DPRmáx = 10,62%), exatidão (Recuperaçãomín = 92,24%) e seletividade na presença Zn2+, Cd2+, Fe2+, Mn2+, Pb2+ satisfatórias. O método desenvolvido mostrou-se eficiente para monitoramento de Cu2+ em cachaça, apresentando teor comparável com o obtido por AAS. A cachaça analisada apresentou quantidade de Cu2+ dentro do limite estabelecido pela legislação. / São Cristóvão, SE

La presente tesis se ha desarrollado combinando conceptos de química supramolecular y ciencia de los materiales. En concreto, se planteó la Tesis Doctoral sobre la idea de desarrollar sensores sobre superficies silíceas para detectar especies de interés ambiental. En primer lugar, se ha llevado a cabo el desarrollo de un nuevo método colorimétrico en dos pasos para la detección de surfactantes aniónicos en aguas, en el cual no es necesario el uso de disolventes clorados. Para ello, se ha diseñado y preparado un sólido silíceo funcionalizado con una unidad coordinante de aniones como es el grupo imidazol. Tras producirse la interacción de dichas unidades con los surfactantes aniónicos, en un segundo paso se produce la extracción de un colorante desde la disolución al sólido preparado. La coloración del sólido es función de la concentración de surfactante presente en la muestra inicial, por lo que permite la detección a simple vista de la presencia de surfactantes en una muestra. En vista de los resultados obtenidos, se diseñó un nuevo material que fuera capaz de determinar surfactantes catiónicos. Para ello, se utilizó como unidad coordinante un derivado con un grupo sulfonato. Además de realizar un estudio de la respuesta de dichos materiales y la caracterización de los mismos, se han analizado muestra reales que indica la viabilidad de dichos sistemas para la detección de surfactantes. Basándose en los resultados anteriores, en segundo lugar se planteó la posibilidad de diseñar y preparar un material capaz de retener y eliminar surfactantes aniónicos de muestras acuosas. Se trabaja en este caso con sólidos mesoporosos que presentan una mayor superficie específica, lo que permite el anclaje de un mayor número de unidades coordinantes y por tanto eliminar mayor cantidad de surfactantes. Se estudió la capacidad de retención de los materiales funcionalizados en su superficie con grupos imidazol, amina y piridina. / Coll Merino, MC. (2010). Superficies químicamente modificadas para la detección colorimétrica y eliminación de aniones de interés medioambiental en aguas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8723

The development of micro-mesoporous hybrid aims to obtain materials with improved characteristics, since it tries to bring together to high acidity and thermal and hydrothermal stability of zeolites, with larger pore system and consequently better chance of diffusion of molecules within the mesoporous materials. Micro-mesoporous hybrid materials of ZSM-12/MCM-41 type with different micro and mesoporosity contributions were prepared by a procedure that uses the desilicalization of the zeolite in an alkaline medium, followed by recrystallization on the mesostructure, where the zeolite is used as the silica source in the formation of mesoporous phase. The ZSM-12 pure zeolite and MCM-41 pure were also prepared. The materials were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption at 77 K, scanning electron microscopy, infrared absorption spectroscopy and thermal analysis. The catalytic activity of these was analyzed in the catalytic cracking of cumene. The results shown that the methodology utilized is efficient to obtain hybrid materials of ZSM-12/MCM-41 type with micro-and mesoporosity optimized, and catalytic tests showed that the hybrid have the potential for cracking reactions, showing better results than the pure materials, pointing to it, the existing synergistic effect in these. / O desenvolvimento de híbridos micro-mesoporosos visa a obtenção de materiais com características melhoradas, uma vez que busca unir a elevada acidez e estabilidade térmica e hidrotérmica das zeólitas, com o maior sistema de poros e consequentemente melhor possibilidade de difusão de moléculas dos materiais mesoporosos. Materiais híbridos micro-mesoporosos do tipo ZSM-12/MCM-41 com diferentes contribuições de micro e mesoporosidade foram preparados por meio de um procedimento que se utiliza da dessilicalização de zeólitas em meio alcalino, seguida de recristalização em mesoestrutura, onde a zeólita é utilizada como fonte de sílica na formação da fase mesoporosa. A zeólita ZSM-12 pura e o MCM-41 puro também foram preparados. Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios-X, adsorção-desorção de nitrogênio a 77 K, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de absorção na região do infravermelho e análise termogravimétrica. A atividade catalítica destes foi analisada no craqueamento catalítico do cumeno. Os resultados obtidos através das técnicas de caracterização mostraram que a metodologia utilizada é eficiente para a obtenção de materiais híbridos do tipo ZSM-12/MCM-41 com contribuição de micro e mesoporosidade otimizadas, e os testes catalíticos mostraram que os híbridos têm potencial em reações de craqueamento, apresentando melhores resultados que os materiais puros, evidenciando com isso, o efeito sinérgico existente nestes.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KesiaKV.pdf: 2272602 bytes, checksum: 46f23a52fbc9d4e74dfd9f25d2f58e11 (MD5) Previous issue date: 2009-02-19 / In present work, mesoporous materials of the M41S family were synthesized, which were discovered in the early 90s by researchers from Mobil Oil Corporation, thus allowing new perspectives in the field of catalysis. One of the most important members of this family is the MCM-41, which has a hexagonal array of mesopores with pore diameters ranging from 2 to 10 nm and a high surface area, enabling it to become very promising for the use as a catalyst in the refining of oil in the catalytic cracking process, since the mesopores facilitate the access of large hydrocarbon molecules, thereby increasing the production of light products, that are in high demand in the market. The addition of aluminum in the structure of MCM-41 increases the acidity of the material, making it more beneficial for application in the petrochemical industry. The mesoporous materials MCM-41 and Al-MCM-41 (ratio Si / Al = 50) were synthesized through the hydrothermal method, starting with silica gel, NaOH and distilled water. CTMABr was used as template, for structural guiding. In Al-MCM-41 the same reactants were used, with the adding of pseudoboehmite (as a source of aluminum) in the synthesis gel. The syntheses were carried out over a period of four days with a daily adjustment of pH. The optimum conditions of calcination for the removal of the organic template (CTMABr) were discovered through TG / DTG and also through analysis by XRD, FTIR and Nitrogen Adsorption. It was found that both the method of hydrothermal synthesis and calcination conditions of the studies based on TG were promising for the production of mesoporous materials with a high degree of hexagonal array. The acidic properties of the materials were determined by desorption of n-butylamine via thermogravimetry. One proved that the addition of aluminum in the structure of MCM-41 promoted an increase in the acidity of the catalyst. To check the catalytic activity of these materials, a sample of Atmospheric Residue (RAT) that is derived from atmospheric distillation of oil from the Pole of Guamar?- RN was used. This sample was previously characterized by various techniques such as Thermogravimetry, FTIR and XRF, where through thermal analysis of a comparative study between the thermal degradation of the RAT, the RAT pyrolysis + MCM-41 and RAT + Al- MCM-41. It was found that the Al-MCM-41 was most satisfactory in the promotion of a catalytic effect on the pyrolysis of the RAT, as the cracking of heavy products in the waste occurred at temperatures lower than those observed for the pyrolysis with MCM-41, and thereby also decreasing the energy of activation for the process and increasing the rates of conversion of residue into lighter products / No presente trabalho, foram sintetizados materiais mesoporos da fam?lia M41S que foram descobertos no in?cio dos anos 90 por pesquisadores da Mobil Oil Corporation, possibilitando assim novas perspectivas no ramo da cat?lise. Um dos mais importantes membros desta fam?lia ? o MCM-41, que possui um arranjo hexagonal de mesoporos com di?metros de poros entre 2 a 10 nm e uma alta ?rea superficial, tornando-o bastante promissor para ser utilizado como catalisador no refino do petr?leo para o craqueamento catal?tico, j? que seus mesoporos facilitam o acesso de mol?culas grandes de hidrocarbonetos, aumentando assim a produ??o de produtos leves com uma alta demanda no mercado. A adi??o de alum?nio na estrutura do MCM-41 aumenta a acidez do material, tornando-o mais positivo para aplica??o na ind?stria petroqu?mica. Os materiais mesoporosos do tipo MCM-41 e Al-MCM- 41 (raz?o Si/Al=50) foram sintetizados atrav?s do m?todo hidrot?rmico partindo da S?lica gel, NaOH e ?gua destilada. Como direcionador estrutural foi utilizado CTMABr. Para o Al- MCM-41 utilizaram-se os mesmos reagentes acrescentando a pseudobohemita (fonte de alum?nio) no gel de s?ntese. As s?nteses foram realizadas durante um per?odo de quatro dias com corre??o di?ria de pH. As melhores condi??es de calcina??o para remo??o do direcionador org?nico (CTMABr) foram otimizadas por TG/DTG e atrav?s de an?lises por DRX, FTIR e adsor??o de nitrog?nio verificou-se que tanto o m?todo de s?ntese hidrot?rmica como as condi??es de calcina??o baseado nos estudos por TG foram promissores para produ??o de materiais mesoporosos com alto grau de ordena??o hexagonal. As propriedades ?cidas dos materiais foram determinadas pela dessor??o de n- butilamina via termogravimetria. Comprovou-se que a adi??o de alum?nio na estrutura do MCM-41 promoveu um aumento na acidez deste catalisador. Para verificar a atividade catal?tica desses materiais utilizou-se uma amostra do Res?duo Atmosf?rico (RAT) que ? proveniente da destila??o atmosf?rica do petr?leo proveniente do P?lo de Guamar?- RN previamente caracterizado por v?rias t?cnicas como: Termogravimetria, FTIR e FRX, realizando-se atrav?s da an?lise t?rmica um estudo comparativo entre a degrada??o t?rmica do RAT, pir?lise do RAT+MCM-41 e RAT+Al-MCM-41. Verificou-se que o Al-MCM-41 promoveu um efeito catal?tico mais satisfat?rio na pir?lise do RAT, j? que o craqueamento dos produtos pesados presentes no res?duo ocorreu em temperaturas inferiores ?s observadas para a pir?lise com MCM-41 e com isso diminuindo tamb?m a energia de ativa??o para o processo, bem como aumentando os valores de convers?o do res?duo em produtos leves

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / factor responsible for climate change worldwide. In recent years, several research are intended to developing new methods and technologies to capture and separation CO2. The use of the adsorption method for separating CO2 is a promising alternative in view of the potential to reduce energy costs by eliminating aqueous solutions and providing capture and regeneration rates adequate. In this context, this paper presents the synthesis of composite type materials ZSM-12 / MCM-41 and ZSM-12 / MCM-48, seeking to combining the properties of the zeolitic material to the structural advantages of mesoporous materials, resulting in obtaining materials with high CO2 adsorption capacity. For this, the materials were synthesized by hydrothermal method and mechanosynthesis. The materials were characterized by XRD, absorption spectroscopy in the infrared, thermal analysis, adsorption-desorption analysis of N2 A 77 K, SEM and TEM. The CO2 adsorption capacity of these materials were investigated by gravimetric analysis. The results obtained from the characterization techniques showed that the synthesis methodology, used for desilication phase of ZSM-12, was efficient in obtaining a composite material with integrated micro and mesoporous phases. On the other hand, the results showed that by mechanosynthesis was possible to obtain materials formed by mixing between the micro and mesoporous phases. Also, comparing the results of adsorption CO2 the obtained composite materials by hydrothermal method with those obtained by mechanosynthesis it was concluded that the adsorption capacity is influenced by crystallinity and amount of the phase ZSM-12. The results showed from adsorption, in general, ZM48-75 samples, ZM41 A/MH R3 and ZM41-50 showed higher adsorption capacity than pure zeolitic and mesoporous materials, respectively. Thus, the composite materials of the type ZSM-12/ZSM-41 and MCM-12/MCM-48 are promising adsorbents for CO2 separation. / O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera é apontado como o principal fator responsável pelas mudanças climáticas em escala mundial. Nos últimos anos, várias pesquisas têm por finalidade o desenvolvimento de novos métodos e tecnologias para captura e separação de CO2. A utilização do método de adsorção para separação de CO2 é uma alternativa promissora, tendo em vista o potencial para reduzir os custos energéticos, eliminando soluções aquosas e proporcionando captura e taxa de regeneração adequadas. Nesse contexto, neste trabalho apresenta-se a síntese de materiais compósitos do tipo ZSM-12/MCM-41 e ZSM-12/MCM-48, visando combinar as propriedades do material zeolítico com as vantagens estruturais dos materiais mesoporosos, resultando na obtenção de materiais com elevadas capacidades de adsorção de CO2. Para isto, os materiais foram sintetizados pelo método hidrotérmico e por mecanosíntese. Os materiais obtidos foram caracterizados por DRX, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise térmica, analise de adsorção-desorção de N2 A 77 K, MEV e TEM. A capacidade de adsorção de CO2 destes materiais foi investigadas através da análise gravimétrica. As técnicas de caracterização mostraram que a metodologia de síntese adotada via dessilicalização da fase ZSM-12 foi satisfatória na obtenção de um material compósito com as fases micro e mesoporosas integradas. Por outro lado, os resultados evidenciaram que através da mecanosíntese foi possível obter materiais formados pela mistura entre as fases micro e mesoporosas. Além disso, comparando-se os resultados de adsorção de CO2 dos materiais compósitos obtidos via método hidrotérmico com os obtidos via mecanosíntese foi possível concluir que a capacidade de adsorção é influenciada pela cristalinidade ou teor da fase ZSM-12. Considerando-se os resultados de adsorção apresentados, de maneira geral, as amostras ZM48-75, ZM41-A/R3-MH e ZM41-50, apresentaram maior capacidade de adsorção que os materiais zeolíticos e mesoporosos puros, respectivamente. Sendo assim, os materiais compósitos do tipo ZSM-12/MCM-41e ZSM-12/MCM-48 são promissores adsorventes para separação de CO2.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / factor responsible for climate change worldwide. In recent years, several research are intended to developing new methods and technologies to capture and separation CO2. The use of the adsorption method for separating CO2 is a promising alternative in view of the potential to reduce energy costs by eliminating aqueous solutions and providing capture and regeneration rates adequate. In this context, this paper presents the synthesis of composite type materials ZSM-12 / MCM-41 and ZSM-12 / MCM-48, seeking to combining the properties of the zeolitic material to the structural advantages of mesoporous materials, resulting in obtaining materials with high CO2 adsorption capacity. For this, the materials were synthesized by hydrothermal method and mechanosynthesis. The materials were characterized by XRD, absorption spectroscopy in the infrared, thermal analysis, adsorption-desorption analysis of N2 A 77 K, SEM and TEM. The CO2 adsorption capacity of these materials were investigated by gravimetric analysis. The results obtained from the characterization techniques showed that the synthesis methodology, used for desilication phase of ZSM-12, was efficient in obtaining a composite material with integrated micro and mesoporous phases. On the other hand, the results showed that by mechanosynthesis was possible to obtain materials formed by mixing between the micro and mesoporous phases. Also, comparing the results of adsorption CO2 the obtained composite materials by hydrothermal method with those obtained by mechanosynthesis it was concluded that the adsorption capacity is influenced by crystallinity and amount of the phase ZSM-12. The results showed from adsorption, in general, ZM48-75 samples, ZM41 A/MH R3 and ZM41-50 showed higher adsorption capacity than pure zeolitic and mesoporous materials, respectively. Thus, the composite materials of the type ZSM-12/ZSM-41 and MCM-12/MCM-48 are promising adsorbents for CO2 separation. / O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera é apontado como o principal fator responsável pelas mudanças climáticas em escala mundial. Nos últimos anos, várias pesquisas têm por finalidade o desenvolvimento de novos métodos e tecnologias para captura e separação de CO2. A utilização do método de adsorção para separação de CO2 é uma alternativa promissora, tendo em vista o potencial para reduzir os custos energéticos, eliminando soluções aquosas e proporcionando captura e taxa de regeneração adequadas. Nesse contexto, neste trabalho apresenta-se a síntese de materiais compósitos do tipo ZSM-12/MCM-41 e ZSM-12/MCM-48, visando combinar as propriedades do material zeolítico com as vantagens estruturais dos materiais mesoporosos, resultando na obtenção de materiais com elevadas capacidades de adsorção de CO2. Para isto, os materiais foram sintetizados pelo método hidrotérmico e por mecanosíntese. Os materiais obtidos foram caracterizados por DRX, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise térmica, analise de adsorção-desorção de N2 A 77 K, MEV e TEM. A capacidade de adsorção de CO2 destes materiais foi investigadas através da análise gravimétrica. As técnicas de caracterização mostraram que a metodologia de síntese adotada via dessilicalização da fase ZSM-12 foi satisfatória na obtenção de um material compósito com as fases micro e mesoporosas integradas. Por outro lado, os resultados evidenciaram que através da mecanosíntese foi possível obter materiais formados pela mistura entre as fases micro e mesoporosas. Além disso, comparando-se os resultados de adsorção de CO2 dos materiais compósitos obtidos via método hidrotérmico com os obtidos via mecanosíntese foi possível concluir que a capacidade de adsorção é influenciada pela cristalinidade ou teor da fase ZSM-12. Considerando-se os resultados de adsorção apresentados, de maneira geral, as amostras ZM48-75, ZM41-A/R3-MH e ZM41-50, apresentaram maior capacidade de adsorção que os materiais zeolíticos e mesoporosos puros, respectivamente. Sendo assim, os materiais compósitos do tipo ZSM-12/MCM-41e ZSM-12/MCM-48 são promissores adsorventes para separação de CO2.

En el presente trabajo se ha estudiado la actividad catalítica de diferentes tamices moleculares sólidos con acidez de Lewis, sintetizados en el Instituto de Tecnología Química, utilizándolos como catalizadores en reacciones de Mukaiyama y de tipo Mukaiyama, que son reacciones con formación de enlaces C-C de gran interés en catálisis i química fina. Los catalizadores desarrollados han sido diversos tamices moleculares microporosos como zeolitas, mesoporosos del tipo MCM-41 i macroporosos como zeolitas deslaminadas, todos ellos con diferentes metales con propiedades de ácido Lewis incorporados en la red. Los resultados obtenidos, rendimientos prácticamente cuantitativos en tiempos de reacción muy cortos, son de especial interés en catálisis i química fina ya que los materiales desarrollados permitirían llevar a cabo reacciones con formación de enlaces C-C de forma sencilla, en condiciones heterogéneas muy suaves i con reutilización del catalizador, cumpliendo en gran medida los criterios de la química verde. Este hecho posibilitaría la aplicación industrial del proceso así como abriría una puerta hacia el desarrollo de nuevos materiales catalíticos todavía más activos y selectivos. / Garro Martínez, R. (2007). Catalitzadors sòlids àcids de Lewis en reaccions de mukaiyama i de tipus mukaiyama. Un exemple d'aproximació a la química verda [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1835

[ES] La presente tesis doctoral titulada "New nanostructured suports with signal amplification features for the detection of molecules and biomolecules of interest" se centra en el diseño y preparación de nuevos materiales híbridos orgánicos-inorgánicos constituidos por puertas moleculares soportadas sobre alúmina mesoporosa con el objetivo de desarrollar nuevos sistemas sensores con aplicaciones potenciales en el campo de la diagnosis y del control alimentario. En el primer capítulo de la tesis se introducen los conceptos en los que están basados los estudios realizados y los materiales preparados. A continuación, en el segundo capítulo se describen los objetivos generales de la tesis que serán abordados en los siguientes apartados. En el tercer capítulo se presenta el diseño y optimización de un nanodispositivo para la detección de la bacteria Mycoplasma fermentans. En primer lugar, los poros de una placa de alúmina mesoporosa se cargan con un indicador fluorescente (rodamina B). Seguidamente, la superficie es funcionalizada con una secuencia de ADN complementaria a una región altamente conservada de la subunidad ribosomal 16S de la bacteria Mycoplasma fermentans. El impedimento estérico generado por las secuencias de ADN ancladas al exterior de los poros impide la salida del indicador encapsulado. Únicamente en presencia de DNA de la bacteria Mycoplasma fermentans, se produce la apertura de los poros permitiéndose la difusión de la carga (rodamina B) que es posteriormente medida mediante espectroscopía de fluorescencia. En el capítulo cuatro se diseña de un nanodispositivo capaz de detectar de forma rápida, sensible y selectiva la bacteria Staphylococcus aureus. Para la preparación del material sensor, un soporte de alúmina mesoporosa es, en primer lugar, cargado con el indicador fluorescente rodamina B. A continuación, los poros del soporte son tapados mediante el anclaje de un aptámero que reconoce de forma específica la bacteria. Solamente en presencia de Staphylococcus aureus se produce la liberación del indicador encapsulado, que es posteriormente medido mediante espectroscopía de fluorescencia. Además, la respuesta obtenida es específica para Staphylococcus aureus. Este sistema ha sido ensayado en muestras reales. En el sexto capítulo, diseña un nanodispositivo híbrido orgánico-inorgánico consistente en un material de alúmina mesoporosa cubierto con una secuencia de ADN específica para la detección de ADN del hongo Pneumocystis jirovecii. En este caso, el soporte de alúmina cargado con rodamina B se recubre con una secuencia de ADN específica para el reconocimiento de este hongo. En presencia del organismo, la horquilla hibrida con el ADN del hongo, lo que resulta en una conformación triplex con elevada afinidad y estabilidad que induce, al mismo tiempo, el desplazamiento de este complejo de la superficie. Como consecuencia de este reconocimiento la carga se libera y es cuantificada mediante espectroscopía de fluorescencia. El sistema ha sido satisfactoriamente validado. En el séptimo capítulo, se diseña un sistema sensor con la capacidad de detectar gluten de forma rápida y sencilla en extractos de alimentos procesados y no procesados. Para ello, un soporte de alúmina mesoporosa se carga con rodamina B y los poros se recubren con un aptámero específicamente diseñado para la detección de la proteína gliadina, que constituye el 50 % del total del clúster de elementos que forman el gluten. La elevada afinidad y especificidad entre el aptámero y la proteína en cuestión hacen que en presencia de ésta se produzca un desplazamiento de la puerta molecular que permite la difusión del colorante encapsulado que es finalmente monitorizado mediante espectroscopía de fluorescencia. Finalmente, en el capítulo octavo se discuten de forma conjunta los resultados obtenidos en los capítulos anteriores y la potencial aplicación de los sistemas desarrollados en el actual sistem / [CA] La present tesi doctoral, titulada "New nanostructured supports with signal amplification features for the detection of molecules and biomolecules of interest", es centra en el disseny i preparació de nous materials híbrids orgànics-inorgànics constituïts per portes moleculars suportades sobre alúmina mesoporosa amb l'objectiu de desenvolupar nous sistemes sensors amb potencials aplicacions en el camp de la diagnosi i del control alimentari. En el primer capítol de la tesi s'introdueixen els conceptes en què estan basats els estudis realitzats i els materials preparats. A continuació, en el segon capítol es descriuen els objectius generals de la tesi que seran abordats en els següents apartats. En el tercer capítol es presenta el disseny i optimització d'un nanodispositiu per a la detecció de la bactèria Mycoplasma fermentans. Primerament, els porus d'una placa d'alúmina mesoporosa són carregats amb un indicador fluorescent (rodamina B). Seguidament, la superfície és funcionalitzada amb una seqüència d'ADN complementaria a una regió altament conservada de la subunitat ribosomal 16S de la bactèria Mycoplasma fermentans. L'impediment estèric generat per les seqüències d'ADN ancorades a l'exterior dels porus impedeix l'alliberament de l'indicador encapsulat. Únicament en presencia d'ADN de la bactèria Mycoplasma fermentans, es produeix l'obertura dels porus permetent la difusió de la càrrega (rodamina B) que és posteriorment mesurada mitjançant fluorescència. En el capítol quatre es dissenya un nanodispositiu capaç de detectar de forma ràpida, sensible i selectiva la bactèria Staphylococcus aureus. Per a la preparació del material sensor, el suport d'alúmina mesoporosa és, primerament, carregat amb l'indicador fluorescent rodamina B. A continuació, els porus del suport són tapats mitjançant l'ancoratge d'un aptàmer que reconeix de forma específica a la bactèria. Solament en presència de Staphylococcus aureus es produeix l'alliberament de l'indicador encapsulat, que és posteriorment mesurat mitjançant espectroscòpia de fluorescència. A més a més, la resposta obtinguda és específica per Staphylococcus aureus. Aquest sistema ha sigut validat amb mostres reals de pacients. En el sisè capítol, es dissenya un nanodispositiu híbrid orgànic-inorgànic consistent en un material d'alúmina mesoporosa cobert amb una seqüència d'ADN específica per a la detecció de l'ADN del fong Pneumocystis jirovecii. En aquest cas, el suport d'alúmina carregat amb l'indicador fluorescent rodamina B és recobert amb una seqüència d'ADN específica per al reconeixement d'aquest fong. En presència de l'organisme, la forquilla hibrida amb l'ADN del fong, resultant en una conformació triplex amb elevada afinitat i estabilitat, que indueix, al mateix temps, el desplaçament d'aquest complex de la superfície. Com a conseqüència d'aquest reconeixement la càrrega és alliberada i quantificada mitjançant espectroscòpia de fluorescència. El sistema ha sigut validat com a mètode diagnòstic mitjançant l'anàlisi de mostres reals de pacients. En el seté capítol, es dissenya un sistema sensor amb la capacitat de detectar gluten de forma ràpida i senzilla en extractes d'aliments processats i no processats. Per a això, un suport d'alúmina mesoporosa es carrega amb indicador fluorescent rodamina B i posteriorment és recobert amb un aptàmer específicament dissenyat per a la detecció de la proteïna gliadina, que constitueix el 50 % del total del clúster d'elements que formen el gluten. L'elevada afinitat i especificitat entre l'aptàmer i la proteïna en qüestió fa que en presència d'aquesta es produesca un desplaçament de la porta molecular que permet la difusió de la càrrega encapsulada i que serà finalment monitoritzada mitjançant espectroscòpia de fluorescència. Finalment, en el capítol vuité es discuteixen de manera conjunta els result / [EN] The PhD thesis hereby presented and entitled "New nanostructured supports with signal amplification features for the detection of molecules and biomolecules of interest", focuses in the design and preparation of new hybrid organic-inorganic materials constituted by molecular gates supported over mesoporous alumina with the aim of developing new sensor probes of potential applications in the fields of diagnosis and food control. In the first chapter, the concepts in which studies and prepared materials are based, are introduced. Next, the second chapter describes the general objectives of this thesis, which will be approached in the following sections. In the third chapter, it is presented in detail the design and optimization process of a nanodevice applied for the detection of Mycoplasma fermentans bacterium. First of all, mesoporous alumina porous films are charged with a fluorescent indicator (rhodamine B). Then, the surface is functionalized with a DNA sequence complementary to a highly conserved region of the 16S ribosomal subunit of the bacterium Mycoplasma fermentans. Steric hindrance generated by DNA sequences on the surface inhibits the release of the encapsulated indicator. Only in the presence of bacterium Mycoplasma fermentans DNA, molecular gates open, allowing payload diffusion to the solution, which is measured by fluorescence spectroscopy. In chapter four, it is carried out the design and optimization of a nanodevice able to detect Staphylococcus aureus bacterium in a fast, sensitive and selective way. For the sensor preparation, alumina mesoporous support is, first, loaded with the rhodamine B fluorescent dye. Then, the mesoporous are blocked through the attachment of an aptamer that recognises specifically this bacterium. Exclusively in the presence of Staphylococcus aureus it is accomplished the release of the encapsulated dye, which is later monitored by fluorescence spectroscopy. The response obtained is specific for Staphylococcus aureus. This system has been validated in real samples. In the sixth chapter, it is detailed the design and optimization process of a hybrid organic-inorganic nanodevice based on a capped mesoporous alumina material for the detection of Pneumocystis jirovecii fungus DNA. In this case, the mesoporous alumina support is loaded with a fluorescent dye and decorated with a specific oligonucleotide sequence designed for the recognition of Pneumocystis fungus. In the presence of the target organism, the fork-like oligonucleotide hybridises with the DNA of the fungus, which results in the adoption of a triplex conformation with high affinity and stability that induces, at the same time, the displacement of this complex from the surface. Consequently, the payload diffused to the solution is quantified through fluorescence spectroscopy. The system has been successfully validated. In the seventh chapter, it was developed a sensor system for gluten detection, in a quick and easy way, in processed and non-processed food extracts. For this, a mesoporous alumina support is loaded with the fluorescent dye rhodamine B, and later was functionalized with an aptamer specifically designed for the detection of gliadin, a protein that constitutes 50 % of average cluster elements that forms gluten. The protein-aptamer high affinity and specificity induce the displacement of the capping aptamer and cargo delivery, which is monitored through fluorescence spectroscopy. Finally, in the eighth chapter, the results obtained in the previous chapters and the potential application of the systems developed as health and food control system are discussed. / We thank the Spanish Government projects MAT2015-64139-C4-1-R, AGL2015-70235-C2-2-R, and TEC2015-71324-R (MINECO/FEDER, UE), the Generalitat Valenciana (project PROMETEOII/2014/047), the Catalan authority (project AGAUR 2014SGR1344), and ICREA under the 2014 ICREA Academia Award for support. This study was supported by the Spanish Government projects RTI2018-100910-B-C41 and SAF2017-82251-R (MCUI/AEI/FEDER, UE), the Generalitat Valenciana (project PROMETEO/2018/024), the Universitat Politècnica de València−Instituto de Investigación Sanitaria La Fe (B02-MIRSA project), CIBER-BBN (NANOPATH and valorization project CANDI-EYE) and co-financed by the EU through the Valencian Community ERDF PO 2014-2020. This research was funded by the Spanish Government, projects RTI2018-100910-B-C41 (MCUI/AEI/FEDER, UE) and CTQ2017-84415-R / Pla Blasco, L. (2021). New nanostructured supports with signal amplification features for the detection of molecules and biomolecules of interest [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166500

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

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T00:09:02Z No. of bitstreams: 1 ADRIANO ALMEIDA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2007..pdf: 7776744 bytes, checksum: a4b6408d0ab547fef02c597096ae750b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T00:09:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADRIANO ALMEIDA SILVA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2007..pdf: 7776744 bytes, checksum: a4b6408d0ab547fef02c597096ae750b (MD5) Previous issue date: 2007-07-30 / Com a crise energética mundial e com o aquecimento do planeta Terra, tomou-se interessante a busca por combustíveis alternativos, limpos, biodegradáveis, renováveis e com menores custos na sua produção em relação ao óleo diesel, onde esse combustível alternativo é chamado de biodiesel. Esta dissertação tem como objetivo principal avaliar e desenvolver o processo de transesterificação com auxílios de catalisadores heterogéneos do tipo MCM - 41 de óleo vegetal de soja na obtenção do biodiesel. Para isto, foi necessário sintetizar e caracterizar o catalisador MCM - 41, impregnar diferentes percentagens de óxido de molibdênio sobre o suporte da MCM-41, analisar a eficiência dos processos de transesterificação de biodiesel pela rota homogénea e heterogénea e finalmente caracterizar o óleo de soja e biodiesel. A fase da MCM-41 foi obtida após a síntese; Por análises de DRX comprova-se a manutenção de fase da MCM-41 após a calcinação onde observouse aumento da intensidade no DRX indicando uma maior ordenação da MCM-41; Foi mantida a ordenação da MCM-41 após a calcinação e a mistura física com o Molibdênio (Mo) através da MET; Foi obtido o biodiesel na rota homogénea com a reação de transesterificação a partir do óleo de soja e utilizando o álcool etílico com o catalisador NaOH numa conversão (teor de ésteres) de 60,89%, com as especificações de acordo com as normas da ANP; Foi obtido o biodiesel utilizando os catalisadores heterogéneos MCM-41, 5%MoMCM-41, 10%MoMCM-41 e 15%MoMCM-41 com rendimentos superiores do obtido pelo óxido de nióbio e por fim que os catalisadores MCM-41, 5%MoMCM-41 apresentaram conversões na produção do biodiesel aproximadamente 96% e 49%, respectivamente, inferiores as zeólitas ácidas. / With world-wide the energy crisis and the heating of the planet Land, the search for alternative, clean, biodegradable fuels became interesting, renewed and with lesser costs in its production in relation to the oil diesel, where this alternative fuel is called biodiesel. This dissertation has as objective main to evaluate and to develop the process of transesterification with aids of heterogeneous catalysts of type MCM - 41 of vegetal oil of soy in the attainment of biodiesel. For this, it was necessary to synthesize and to characterize catalysts MCM - 41, to impregnate different molybdenum oxide percentages on the support of the MCM-41, to analyze the efficiency of the processes of transesterification of biodiesel for the homogeneous and heterogeneous route and finally to characterize the oil of soy and biodiesel. The results had shown that a phase of the MCM-41 was gotten synthesize after DRX analysis proves the maintenance of phase of the MCM-41, after the calcinations increased the intensity in the DRX indicating a bigger ordinance of the MCM-41; The ordinance of the MCM-41 was kept after the calcinations and the physical mixture with the Molybdenum (Me) through the MET; Biodiesel in the homogeneous route with the reaction of transesterification from the soy oil was gotten and using the et synthesize etilic alcohol with the NaOH catalysts a convertion of 60.89%, with the specifications in accordance with the norms of the ANP; Biodiesel was gotten using the heterogeneous catalysts MCM-41, 5%MoMCM-41, 10%MoMCM-41 and 15%MoMCM-41 with superior incomes of the gotten one for the o I oxidation finally of niobium and the catalysts MCM-41, 5%MoMCM-41 had approximately presented conversions in the production of biodiesel 96% and 49% respectively inferiors the acid zeolites.