Após a inseminação artificial, as fêmeas apresentam reação inflamatória transitória e fisiológica, que pode resultar em alterações na vascularização uterina. A ultrassonografia Doppler colorido é uma técnica não invasiva, que vem sendo utilizada para estudar a hemodinâmica do trato reprodutivo de bovinos. Os objetivos deste trabalho foram verificar a resposta inflamatória uterina por ultrassonografia Doppler colorido e a taxa de fertilidade em bovinos após inseminação artificial (IA) com sêmen avaliado por sondas fluorescentes. Para isso foram delineados dois experimentos. O experimento 1 foi realizado para estudar a hemodinâmica uterina por ultrassonografia Doppler colorido em bovinos após a IA. Foram utilizadas 18 vacas da raça Nelore, submetidas a um protocolo para a inseminação artificial em tempo fixo (IATF) e divididas em dois grupos: Grupo não inseminado (controle, GC, n=9) e grupo submetido à inseminação artificial (GIA, n=9). Avaliações por ultrassonografia foram realizadas em cinco momentos em modo espectral (30 horas antes da IA, 4, 24, 48 e 168 horas após a IA) para avaliar o índice de resistência (RI) da artéria uterina e em quatro momentos em modo color Doppler (4, 24, 48 e 168 horas após a IA) para avaliar a vascularização dos cornos uterinos. O diagnóstico de gestação foi feito após 30 dias da IA. No experimento 2 objetivou-se verificar se o percentual de espermatozóides com integridade das membranas plasmática e acrossomal e função mitocondrial (PIAIC) avaliadas por sondas fluorescentes influencia a fertilidade e estudar a hemodinâmica uterina após a deposição do sêmen com diferentes percentuais de espermatozóides PIAIC. Foram utilizadas 182 vacas paridas da raça Nelore, submetidas a um protocolo para IATF e divididas em três grupos de acordo com a qualidade do sêmen: Bom (B) 44,5%, Médio (M) 23% e Regular (R) 8,5% de espermatozóides PIAIC/palheta. Uma amostra de 30% das fêmeas (54, sendo 18 de cada grupo) foram submetidas a avaliações com ultrassonografia Doppler colorido 30 horas antes da IA, 4 e 24 horas após a IA. Foram considerados os RI das artérias uterinas direita (AD) e esquerda (AE) e vascularização subjetiva dos cornos uterinos direito (CD) e esquerdo (CE). Posteriormente, foram separados levando em consideração o lado do ovário contendo o folículo dominante para comparar RI das artérias ipsi (AI) e contralateral (AC) e vascularização subjetiva dos cornos uterinos ipsi (CI) e contralateral (CC). O diagnóstico de gestação foi realizado 30 dias após a IA. Para a análise estatística foi utilizado o programa SAS versão 9.2 (SAS 2010). As variáveis foram analisadas pelo PROC MIXED, utilizando modelo linear misto para medidas repetidas no tempo. Foram considerados os efeitos fixos de grupo, tempo e interação grupo x tempo. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e ao teste de Duncan, pelo PROC GLM. A análise de Qui-Quadrado foi utilizada para determinar a taxa de prenhez, de acordo com a qualidade do sêmen pelo PROC FREQ. O nível de significância considerado foi de 5%. No experimento 1 não foram observadas diferenças dos parâmetros avaliados por ultrassom Doppler entre GIA e GC, mas foram notados efeitos do tempo para RI, sendo mais baixos 4 horas após a IA. Quando os dados foram avaliados de acordo com o lado do folículo dominante foi observado que 4 e 24 horas após a IA, RI da AC do GIA foi mais baixo do que o GC. No experimento 2 não houve diferença entre os animais inseminados com sêmen B, M ou R quanto a hemodinâmica uterina, mas houve efeito do tempo, sendo que 4 horas após a IA verificou-se menor valor de RI e maior fluxo sanguíneo. A taxa de prenhez dos animais inseminados com o sêmen B (64,7%) foi maior quando comparada ao sêmen R (36,2%), sendo que ambos não diferiram do sêmen M (50,0%). Pode-se concluir que não é possível detectar por ultrassonografia Doppler alterações na hemodinâmica uterina devido à IA em fêmeas bovinas. A deposição de sêmen com diferentes qualidades não altera a hemodinâmica uterina de forma detectável por ultrassonografia Doppler em bovinos. Por outro lado, é possível detectar por ultrassonografia Doppler mudanças na perfusão sanguínea do útero em relação ao tempo da IA, o que pode ser devido a alterações hormonais que ocorrem durante o ciclo estral. Por fim, a IA com sêmen contendo menor percentual de espermatozoides PIAIC causa redução na taxa de fertilidade em bovinos. / After insemination, females have physiological and transient inflammatory reaction, which can result in changes in the uterine vasculature. The color Doppler ultrasound is a noninvasive technique that has been used to study the hemodynamics of cattle reproductive tract.The purposes of this work were to verify uterine inflammatory response by color Doppler ultrasound and fertility rate in cattle after artificial insemination (IA) with semen evaluated by fluorescent probes. For this, two experiments were delineated. The first experiment was conducted to study the uterine hemodynamic by color Doppler ultrasound in cattle after AI. Were used 18 Nellore cows that were subjected to a protocol for fixed timed artificial insemination (IATF). The animals were divided in two groups: Not inseminated group (control, GC, n=9) and inseminated group (GIA, n=9). Ultrasonografic evaluation were done in five moments on spectral mode (30 hours before AI, 4, 24, 48 e 168 hours after IA) to evaluate the resistence index (RI) of uterine artery and in four moments in color Doppler mode to evaluate the uterine horns vascularization. The pregnancy diagnostic was done 30 days after IA. In the second experiment the objective was to evaluate whether the percentage of sperm with plasma membrane integrity and acrossomal and mitochondrial function (PIAIC) assessed by fluorescent probes influences fertility and study the uterine hemodynamic after the deposition of semen with different percentages of PIAIC sperm. Were used 182 caved Nellore cows submitted to a protocol for IATF and divided into three groups according to semen quality: Good (B) 44.5%, Medium (M) 23% and Regular (R) 8,5% of PIAIC sperm/blade. A sample of 30% of female (54, 18 in each group) were submitted to evaluation by color Doppler ultrasound 30 hours before IA, 4 and 24 hours after IA. Were considered RI of right (AD) and left (AE) uterine arteries and subjective vascularization of right (CD) and left (CE) uterine horns. Later, they were separated taking into account the side of the ovary containing the dominant follicle to compare RI of ipsi (AI) and contralateral (AC) arteries and subjective vascularization of ipsi (CI) and contralateral (CC) uterine horns. The pregnancy diagnostic was done 30 days after IA. Statistical analysis was performed using the program SAS version 9.2 (SAS 2010). The variables were analyzed by PROC MIXED, using mixed linear model for repeated measures in time. We considered effects of group, time and group x time interaction. The data obtained were submitted to ANOVA and Duncan test, using PROC GLM. The chi-square analysis was used to determine pregnancy rate, according to the quality of semen by PROC FREQ. the significance level was 5%. In experiment 1 there were no differences of the parameters evaluated by Doppler ultrasound between GIA and GC, but time effects were noted for RI, it was lower four hours after IA. When the data were evaluated according to the side of the dominant follicle was observed that 4 and 24 hours after IA, RI of AC of GIA was lower when it was compared with GC. In experiment 2 there was no difference between animals inseminated with semen B, M or R about uterine hemodynamics, but there were effects of time, so that 4 hours after IA showed lower value of RI and increased blood flow. The pregnancy rate of animals inseminated with semen B (64.7%) was higher when compared with semen R (36.2%), both of them did not differ of semen M (50.0%). It can be concluded that is not possible to detect uterine hemodynamic changes by Doppler ultrasound due to IA in cattle. The deposition of semen with different qualities does not change the uterine hemodynamics enough to be detectable by Doppler ultrasonography in cattle. On the other hand, is possible to detect changes in blood perfusion of the uterus in relation to the time of IA by Doppler ultrasound, which may be due to hormonal changes that occur during the estrous cycle. Finally, IA with semen containing a lower percentage of PIAIC sperm causes a reduction in fertility rate in cattle.

Após a inseminação artificial, as fêmeas apresentam reação inflamatória transitória e fisiológica, que pode resultar em alterações na vascularização uterina. A ultrassonografia Doppler colorido é uma técnica não invasiva, que vem sendo utilizada para estudar a hemodinâmica do trato reprodutivo de bovinos. Os objetivos deste trabalho foram verificar a resposta inflamatória uterina por ultrassonografia Doppler colorido e a taxa de fertilidade em bovinos após inseminação artificial (IA) com sêmen avaliado por sondas fluorescentes. Para isso foram delineados dois experimentos. O experimento 1 foi realizado para estudar a hemodinâmica uterina por ultrassonografia Doppler colorido em bovinos após a IA. Foram utilizadas 18 vacas da raça Nelore, submetidas a um protocolo para a inseminação artificial em tempo fixo (IATF) e divididas em dois grupos: Grupo não inseminado (controle, GC, n=9) e grupo submetido à inseminação artificial (GIA, n=9). Avaliações por ultrassonografia foram realizadas em cinco momentos em modo espectral (30 horas antes da IA, 4, 24, 48 e 168 horas após a IA) para avaliar o índice de resistência (RI) da artéria uterina e em quatro momentos em modo color Doppler (4, 24, 48 e 168 horas após a IA) para avaliar a vascularização dos cornos uterinos. O diagnóstico de gestação foi feito após 30 dias da IA. No experimento 2 objetivou-se verificar se o percentual de espermatozóides com integridade das membranas plasmática e acrossomal e função mitocondrial (PIAIC) avaliadas por sondas fluorescentes influencia a fertilidade e estudar a hemodinâmica uterina após a deposição do sêmen com diferentes percentuais de espermatozóides PIAIC. Foram utilizadas 182 vacas paridas da raça Nelore, submetidas a um protocolo para IATF e divididas em três grupos de acordo com a qualidade do sêmen: Bom (B) 44,5%, Médio (M) 23% e Regular (R) 8,5% de espermatozóides PIAIC/palheta. Uma amostra de 30% das fêmeas (54, sendo 18 de cada grupo) foram submetidas a avaliações com ultrassonografia Doppler colorido 30 horas antes da IA, 4 e 24 horas após a IA. Foram considerados os RI das artérias uterinas direita (AD) e esquerda (AE) e vascularização subjetiva dos cornos uterinos direito (CD) e esquerdo (CE). Posteriormente, foram separados levando em consideração o lado do ovário contendo o folículo dominante para comparar RI das artérias ipsi (AI) e contralateral (AC) e vascularização subjetiva dos cornos uterinos ipsi (CI) e contralateral (CC). O diagnóstico de gestação foi realizado 30 dias após a IA. Para a análise estatística foi utilizado o programa SAS versão 9.2 (SAS 2010). As variáveis foram analisadas pelo PROC MIXED, utilizando modelo linear misto para medidas repetidas no tempo. Foram considerados os efeitos fixos de grupo, tempo e interação grupo x tempo. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e ao teste de Duncan, pelo PROC GLM. A análise de Qui-Quadrado foi utilizada para determinar a taxa de prenhez, de acordo com a qualidade do sêmen pelo PROC FREQ. O nível de significância considerado foi de 5%. No experimento 1 não foram observadas diferenças dos parâmetros avaliados por ultrassom Doppler entre GIA e GC, mas foram notados efeitos do tempo para RI, sendo mais baixos 4 horas após a IA. Quando os dados foram avaliados de acordo com o lado do folículo dominante foi observado que 4 e 24 horas após a IA, RI da AC do GIA foi mais baixo do que o GC. No experimento 2 não houve diferença entre os animais inseminados com sêmen B, M ou R quanto a hemodinâmica uterina, mas houve efeito do tempo, sendo que 4 horas após a IA verificou-se menor valor de RI e maior fluxo sanguíneo. A taxa de prenhez dos animais inseminados com o sêmen B (64,7%) foi maior quando comparada ao sêmen R (36,2%), sendo que ambos não diferiram do sêmen M (50,0%). Pode-se concluir que não é possível detectar por ultrassonografia Doppler alterações na hemodinâmica uterina devido à IA em fêmeas bovinas. A deposição de sêmen com diferentes qualidades não altera a hemodinâmica uterina de forma detectável por ultrassonografia Doppler em bovinos. Por outro lado, é possível detectar por ultrassonografia Doppler mudanças na perfusão sanguínea do útero em relação ao tempo da IA, o que pode ser devido a alterações hormonais que ocorrem durante o ciclo estral. Por fim, a IA com sêmen contendo menor percentual de espermatozoides PIAIC causa redução na taxa de fertilidade em bovinos. / After insemination, females have physiological and transient inflammatory reaction, which can result in changes in the uterine vasculature. The color Doppler ultrasound is a noninvasive technique that has been used to study the hemodynamics of cattle reproductive tract.The purposes of this work were to verify uterine inflammatory response by color Doppler ultrasound and fertility rate in cattle after artificial insemination (IA) with semen evaluated by fluorescent probes. For this, two experiments were delineated. The first experiment was conducted to study the uterine hemodynamic by color Doppler ultrasound in cattle after AI. Were used 18 Nellore cows that were subjected to a protocol for fixed timed artificial insemination (IATF). The animals were divided in two groups: Not inseminated group (control, GC, n=9) and inseminated group (GIA, n=9). Ultrasonografic evaluation were done in five moments on spectral mode (30 hours before AI, 4, 24, 48 e 168 hours after IA) to evaluate the resistence index (RI) of uterine artery and in four moments in color Doppler mode to evaluate the uterine horns vascularization. The pregnancy diagnostic was done 30 days after IA. In the second experiment the objective was to evaluate whether the percentage of sperm with plasma membrane integrity and acrossomal and mitochondrial function (PIAIC) assessed by fluorescent probes influences fertility and study the uterine hemodynamic after the deposition of semen with different percentages of PIAIC sperm. Were used 182 caved Nellore cows submitted to a protocol for IATF and divided into three groups according to semen quality: Good (B) 44.5%, Medium (M) 23% and Regular (R) 8,5% of PIAIC sperm/blade. A sample of 30% of female (54, 18 in each group) were submitted to evaluation by color Doppler ultrasound 30 hours before IA, 4 and 24 hours after IA. Were considered RI of right (AD) and left (AE) uterine arteries and subjective vascularization of right (CD) and left (CE) uterine horns. Later, they were separated taking into account the side of the ovary containing the dominant follicle to compare RI of ipsi (AI) and contralateral (AC) arteries and subjective vascularization of ipsi (CI) and contralateral (CC) uterine horns. The pregnancy diagnostic was done 30 days after IA. Statistical analysis was performed using the program SAS version 9.2 (SAS 2010). The variables were analyzed by PROC MIXED, using mixed linear model for repeated measures in time. We considered effects of group, time and group x time interaction. The data obtained were submitted to ANOVA and Duncan test, using PROC GLM. The chi-square analysis was used to determine pregnancy rate, according to the quality of semen by PROC FREQ. the significance level was 5%. In experiment 1 there were no differences of the parameters evaluated by Doppler ultrasound between GIA and GC, but time effects were noted for RI, it was lower four hours after IA. When the data were evaluated according to the side of the dominant follicle was observed that 4 and 24 hours after IA, RI of AC of GIA was lower when it was compared with GC. In experiment 2 there was no difference between animals inseminated with semen B, M or R about uterine hemodynamics, but there were effects of time, so that 4 hours after IA showed lower value of RI and increased blood flow. The pregnancy rate of animals inseminated with semen B (64.7%) was higher when compared with semen R (36.2%), both of them did not differ of semen M (50.0%). It can be concluded that is not possible to detect uterine hemodynamic changes by Doppler ultrasound due to IA in cattle. The deposition of semen with different qualities does not change the uterine hemodynamics enough to be detectable by Doppler ultrasonography in cattle. On the other hand, is possible to detect changes in blood perfusion of the uterus in relation to the time of IA by Doppler ultrasound, which may be due to hormonal changes that occur during the estrous cycle. Finally, IA with semen containing a lower percentage of PIAIC sperm causes a reduction in fertility rate in cattle.

Resumo: Algumas avaliações da capacidade de fecundação como a produção in vitro de embriões (PIV) e a coloração vital indicam que a sexagem de espermatozóides por centrifugação em gradiente de densidade pode causar diminuição nas taxas de desenvolvimento embrionário, entretanto, não são conclusivas quanto à avaliação da integridade das membranas espermáticas. Com o intuito de obter dados mais precisos em relação à viabilidade espermática pós-sexagem, foram descongeladas doses de sêmen de 6 touros diferentes, e avaliadas quanto aos danos espermáticos causados pela centrifugação em gradiente descontínuo de Percoll (com densidade variando de 1,111g/mL a 1,123g/mL). Antes e após a centrifugação dos espermatozóides, além das avaliações de concentração, motilidade e morfologia, o sêmen foi ainda avaliado quanto à integridade das membranas plasmáticas, acrossomal e mitocondrial pela associação das sondas fluorescentes: Iodeto de Propídio (PI), aglutinina de Pisum Sativum conjugado a Isotiocianato de flurosceína (FITC-PSA) e Iodeto de 5,5',6,6'-tetracloro- 1,1,3,3'-tetraetilbenzimidazolilcarbocianina (JC-1). Os resultados demonstraram que o processo de separação de espermatozóides X e Y por centrifugação em gradiente de densidade promoveu uma melhora nas características associadas à motilidade progressiva, além de uma significativa diminuição na incidência de defeitos maiores. Ainda nas amostras pós-centrifugação, foi observado um aumento no percentual de células com Membrana Plasmática Intacta e com Alto Potencial Mitocondrial. No entanto, o percentual de células com Membrana Acrossomal Intacta foi sensivelmente diminuída provavelmente devido ao fenômeno de reação acrossomal desencadeado pela centrifugação. / Abstract: Some fecundity evaluations as the in vitro embryo production (IVP) and the vital stains have indicating that the density gradients centrifugation techniques can reduce the embryo development rates. However they are not conclusive for the integrity of spermatic membranes. Wit the purpose of obtain more precise sperm viability data after the sexing procedure, frozen semen samples from six different bulls were thawed and assessed for spermatic damage caused by centrifugation in discontinuous Percoll gradient (with density varying from 1,111g/mL to 1,123g/mL). Before and after the separation of X-bearing bovine sperm, were evaluated the sperm concentration, motility and morphology. Moreover the semen samples were assessed for integrity of plasma, acrosome and mitochondrial membranes by fluorescent probes association: propidium iodide (PI), fluorescein isothiocyanate-Pisum sativum agglutinin (FITC-PSA) and 5,5',6,6'-tetrachloro-1,1',3,3'-tetraethylbenzimidazolcarbocyanine iodide (JC-1). The results demonstrated that the X-bearing sperm separation process by density gradient centrifugation caused an increase in the progressive motility parameters and a decrease in the major defects incidence. In addition, it was observed an increase in the cells categories with Intact Plasma Membrane and High Mitochondrial Membrane potential in the post-centrifugation samples. Nevertheless, the percentage of cells with Intact Acrossome Membrane was reduced probably due to the acrosome reaction phenomenon induced by centrifugation. / Orientadora: Vera Fernanda Martins Hossepian de Lima / Coorientador: Rubens Paes de Arruda / Banca: Gisele Zoccal Mingoti / Banca: Eneiva Carla Carvalho Celeghini / Mestre

[ES] La presente tesis doctoral titulada "Detección óptica de especies químicas de importancia ambiental y biológica utilizando sensores moleculares y materiales híbridos" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación de sensores químicos moleculares. El trabajo realizado se puede dividir en dos partes: (i) síntesis de sensores de cationes metálicos en disolución y (ii) síntesis y caracterización de nanopartículas híbridas orgánico-inorgánicas para el reconocimiento de especies químicas y biológicas. En el primer capítulo se introduce el marco en el que se engloban los fundamentos teóricos de la química supramolecular en que se basan los estudios prácticos realizados durante la presente tesis doctoral. A continuación, en el capítulo dos, se presentan los objetivos generales de la tesis. En el tercer capítulo se presenta un quimiodosímetro cromo-fluorogénico, capaz de detectar selectivamente cationes trivalentes entre cationes y aniones monovalentes y divalentes mediante una reacción de deshidratación en agua. En el cuarto capítulo se presenta una unidad (BODIPY) conectada electrónicamente con un macrociclo dithia-dioxa-aza. Las soluciones de acetonitrilo y agua-acetonitrilo 95: 5 v / v de la sonda mostraron una banda ICT en la zona visible y son casi no emisivas. Cuando se utilizó acetonitrilo como disolvente, la adición de Hg (II) y cationes metálicos trivalentes indujo un cambio hipsocrómico de la banda de absorción y mejoras moderadas de la emisión. Se obtuvo una respuesta altamente selectiva al utilizar medios competitivos como agua-acetonitrilo 95:5 v/v. En este caso, sólo el Hg (II) indujo un cambio hipsocrómico de la banda de absorción y una mejora marcada de la emisión. El quinto capítulo explora el desarrollo de sensores para berberina y amantadina. Dos moléculas de interés biológico por su uso como fármacos. Se han preparado tres sistemas de sensores basados en la aproximación de puertas moleculares. En concreto, sobre nanopartículas MCM-41 cargadas con rodamina B como unidad de señalización, se ha llevado a cabo la funcionalización con diversas aminas y el bloqueo de poros con cucurbituril CB7. Las aminas utilizadas son ii ciclohexilamina, bencilamina y amantadina. Los materiales obtenidos se han caracterizado por técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión confirmando la estructura mesoporosa de las nanopartículas. Los materiales preparados muestran una respuesta a la berberina y la adamantina, quitando el tapón y liberando el tinte fluorescente al medio. La respuesta de los materiales a las dos sustancias de interés (berberina y amantadina) depende de la estructura química de cada uno de los materiales en función de las constantes de afinidad entre el analito y CB7. Los resultados obtenidos abren el camino al uso de puertas moleculares como sensores de berberina y amantadina. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Detecció òptica d'espècies químiques d'importància ambiental i biològica utilitzant sensors moleculars i materials híbrids" se centra en el disseny, preparació, caracterització i avaluació de sensors químics moleculars. El treball realitzat es pot dividir en dues parts: (i) síntesi de sensors de cations metàl·lics en dissolució i (ii) síntesi i caracterització de nanopartícules híbrides orgànic-inorgànics per al reconeixement d'espècies químiques i biològiques. En el primer capítol s'introdueix el marc en el qual s'engloben els fonaments teòrics de la química supramolecular en què es basen els estudis pràctics realitzats durant la present tesi doctoral. A continuació, en el capítol dos, es presenten els objectius generals de la tesi. En el tercer capítol es presenta un quimiodosímetro crom-fluorogénic, capaç de detectar selectivament cations trivalents entre cations i anions monovalents i divalents mitjançant una reacció de deshidratació en aigua. En el quart capítol es presenta una unitat (BODIPY) connectada electrònicament amb un macrocicle dithia-dioxa-aza. Les solucions de acetonitril i aigua-acetonitril 95:5 v/v de la sonda van mostrar una banda ICT a la zona visible i són gairebé no emisivas. Quan es va utilitzar acetonitril com a dissolvent, l'addició de Hg (II) i cations metàl·lics trivalents va induir un canvi hipsocròmic de la banda d'absorció i millores moderades de l'emissió. Es va obtenir una resposta altament selectiva a l'utilitzar mitjans competitius com aigua-acetonitril 95:5 v/v. En aquest cas, només el Hg (II) va induir un canvi hipsocròmic de la banda d'absorció i una millora marcada de l'emissió. El cinquè capítol explora el desenvolupament de sensors per berberina i amantadina. Dues molècules d'interès biològic pel seu ús com a fàrmacs. S'han preparat tres sistemes de sensors basats en l'aproximació de portes moleculars. En concret, sobre nanopartícules MCM-41 carregades amb rodamina B com a unitat de senyalització, s'ha dut a terme la funcionalització amb diverses amines i el bloqueig de porus amb cucurbituril CB7. Les amines utilitzades són ciclohexilamina, bencilamina i amantadina. Els materials obtinguts s'han caracteritzat per tècniques iv de difracció de raigs X i microscòpia electrònica de transmissió confirmant l'estructura mesoporosa de les nanopartícules. Els materials preparats mostren una resposta a la berberina i la adamantina, llevant el tap i alliberant el tint fluorescent a l'mig. La resposta dels materials a les dues substàncies d'interès (berberina i amantadina) depèn de l'estructura química de cada un dels materials en funció de les constants d'afinitat entre l'anàlit i CB7. Els resultats obtinguts obren el camí a l'ús de portes moleculars com a sensors de berberina i amantadina. / [EN] The present doctoral thesis entitled "Optical detection of chemical species of environmental and biological importance using molecular sensors and hybrid materials" focuses on the design, preparation, characterization and evaluation of molecular chemical sensors. The work carried out can be divided into two parts: (i) synthesis of metal cation sensors in solution and (ii) synthesis and characterization of hybrid organic-inorganic nanoparticles for the recognition of chemical and biological species. The first chapter introduces the framework that encompasses the theoretical foundations of supramolecular chemistry on which the practical studies carried out during this doctoral thesis are based. Next, in chapter two, the general objectives of the thesis are presented. In the third chapter, a chromium-fluorogenic chemodosimeter is presented, capable of selectively detecting trivalent cations by means of a dehydration reaction in water. The fourth chapter presents a new compound containing a BODIPY unit electronically connected with a dithia-dioxa-aza macrocycle. Acetonitrile and water-acetonitrile 95:5 v/v solutions of the probe showed an ICT band in the visible zone and were nearly non-emissive. When acetonitrile was used as a solvent, addition of Hg(II) and trivalent metal cations induced an hypsochromic shift of the absorption band and moderate emission enhancements. A highly selective response was obtained when using competitive media such as water- acetonitrile 95:5 v/v. In this case only Hg(II) induced a hypsochromic shift of the absorption band and a marked emission enhancement. The fifth chapter explores the development of sensors for berberine and amantadine; two molecules of biological interest due to their use as drugs. Three sensing systems based on a "molecular gate" approximation have been prepared. Specifically, MCM-41 nanoparticles were loaded with Rhodamine B as a signalling unit, functionalized with various amines and capped with cucurbituril CB7. The amines used are cyclohexylamine, benzylamine and amantadine., The materials obtained were characterized by X-ray diffraction techniques and transmission vi electron microscopy, confirming the mesoporous structure of the nanoparticles. The prepared materials showed a response to berberine and adamantine, which induced release of the fluorescent dye to the medium. The response of the materials to the two substances of interest (berberine and amantadine) depends on the chemical structure of the capping ensemble and it is a function of the affinity constants between the analyte and CB7. The results obtained open the way to the use of gated materials as berberine and amantadine probes. / We thank the Spanish Government (MAT2015-64139-C4-1-R) and Generalitat Valenciana (PROMETEOII/2014/047). M. L. P. thanks Generalitat Valenciana for her Grisolia fellowship. Thanks are also due to Fundação para a Ciência e Tecnologia (Portugal) for financial support to the Portuguese NMR network (PTNMR, Bruker Avance III 400-Univ. Minho), FCT and FEDER (European Fund for Regional Development)-COMPETEQREN- EU for financial support to the research centre CQ/UM [PEst-C/ QUI/UI0686/2013 (FCOMP-01-0124-FEDER-037302)], and a post- doctoral grant to R. M. F. Batista (SFRH/BPD/79333/2011). / Lo Presti, M. (2021). Optical detection of chemical species of environmental and biological relevance using molecular sensors and hybrid materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172664 / TESIS

A utilização de sondas fluorescentes para marcação ou detecção de biomoléculas de interesse em processos biológicos distintos, vem recebendo grande atenção em pesquisas biomédicas, de análises clínicas e biologia celular. Em geral, estas sondas fluorescentes são constituídas por moléculas orgânicas pequenas, as quais apresentam características fluorescentes e capacidade de conjugar-se com estas biomoléculas. Desta forma, esta dissertação descreve inicialmente a síntese de compostos 2-aril ou 2,5- diarilfuranos e tiofenos (3, 5, 7 e 9a-i), a partir de espécies orgânicas de telúrio (1, 4, 6 e 8) e sais de ariltrifluoroboratos de potássio (2a-i), via reação de acoplamento cruzado tipo Suzuki-Miyaura, sob catálise de paládio [ver a figura no arquivo original]. Em seguida, descreve a síntese de um derivado 2,5-diarilfurano assimétrico, o 2-(3-aminofenil)-5-(4-metoxifenil)furano 11, o qual apresenta propriedades químicas e luminescentes adequadas para atuar como uma nova e promissora sonda fluorescente em processos de marcação ou detecção biológica. A síntese desta nova sonda, também chamada de 3-AFA (3-AnililFuranoAnisol), foi realizada a partir da reação de acoplamento cruzado tipo Suzuki-Miyaura, sob catálise de paládio, entre o ácido (3-aminofenil) borônico 5e e o 2- (butiltelanil)-5-(4-metoxifenil)furano 10 em 65 % de rendimento. Esta nova sonda 3-AFA 11 foi conjugada com uma série de L-aminoácidos 12a-l, a partir de uma reação de acoplamento peptídico para formação dos respectivos produtos 13a-l em rendimentos satisfatórios. Estes produtos conjugados 13a-l, apresentam potencial para marcação fluorescente de enzimas proteolíticas de interesse [ver a figura no arquivo original]. Adicionalmente, foram caracterizadas propriedades fotofísicas importantes desta nova sonda 3-AFA 11, entre as quais seus espectros eletrônicos de absorção e emissão de fluorescência, que obtiveram valores de λex a 320 nm e λem a 400 nm, respectivamente. Por fim, foi testado o potencial de acúmulo intracelular da sonda 3-AFA 11 em sistemas celulares tais como: eritrócitos infectados com Plasmodium chabaudi e amastigotas de Leishmania L. amazonensis, sendo possível observar em todos os casos a marcação fluorescente dos respectivos parasitas. / The use of fluorescent probes for labeling or detection of biomolecules of interest in different biological processes, has received much attention in biomedical, clinical testing and cell biology research. In general, these fluorescent probes are composed of small organic molecules, which have fluorescent features and ability to combine with these biomolecules. Thus, this work initially describes the synthesis of 2-aryl or 2,5-diarylfurans and thiophenes (3, 5, 7 and 9a-i) from organic species of tellurium (1, 4, 6 and 8) and potassium organotrifluoroborate salts (2a-i) by palladium catalyzed Suzuki-Miyaura crosscoupling reaction [see the figure in the original file]. After describe the synthesis of a unsymmetrical 2,5-diarylfuran derivative, the 2-(3-aminophenyl)-5-(4-methoxyphenyl)furan 11, which presents chemical and luminescent properties appropriate to act as a promising new fluorescent probes in processes of marking or biological detection. The synthesis of this new probe, also called 3-AFA (3-AnilylFuranAnisole), was performed from palladium catalyzed Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction, between (3- aminophenyl) boronic acid 5e and 2-(butyltellanyl)-5-(4-metoxyphenyl)furan 10 in 65 % yields. This new probe 3-AFA 11 was combined with a series of Lamino acids 12a-l from a peptidic coupling reaction to obtain their products 13a-l in satisfactory yield. These combined products 13a-l show a potential for fluorescent marking of proteolitic enzymes [see the figure in the original file]. Additionally, important photo physical properties of this new probe 3-AFA 11 were characterized. These include their electronic spectra of absorption and fluorescence emission, who obtained values of λex to 320 nm and λem to 400 nm, respectively. Finally, we tested the potential of probe 3-AFA 11 for intracellular accumulation in cellular systems such as: erythrocytes infected with Plasmodium chabaudi and amastigotes of Leishmania L. amazonensis, in all cases the fluorescent uptake cellular of their parasites can be observed.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-01-17Bitstream added on 2014-06-13T19:24:36Z : No. of bitstreams: 1 sousa_db_dr_botfmvz.pdf: 488884 bytes, checksum: cee00747e11c814a32c18443659e8194 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Várias pesquisas foram desenvolvidas visando a melhoria da congelabilidade do sêmen ovino. Contudo, ainda não houve progressos significativos na fertilidade do sêmen congelado após a inseminação artificial cervical. Diversos sistemas de análise computadorizada do movimento espermático (CASA) têm sido propostos e aplicados na tentativa de quantificar características específicas do movimento espermático, podendo ainda determinar a presença e a cinética das subpopulações de espermatozóides. Muitos testes para avaliar a função espermática foram desenvolvidos, permitindo analisar simultaneamente diferentes aspectos da função espermática. Análise da função mitocondrial oferece uma maneira de acessar a motilidade espermática. Foram objetivos otimizar o sistema CASA na avaliação do sêmen congelado; determinar parâmetros da cinética espermática que expressem analogia com as características da avaliação das membranas plasmática, acrossomal e mitocondrial (IP, FITC-PSA e JC-1; MITO; R-123) e utilizar conjuntamente os parâmetros fornecidos pelo sistema CASA e pelas sondas fluorescentes para agrupar as amostras de maneira qualitativa. Vinte e seis amostras de sêmen congelado de diferentes carneiros foram estudadas pelo CASA obtendo-se para os parâmetros VCL, VAP, VSL, ALH, BCF, LIN, STR, ELONG dados médios e individuais para cada espermatozóide e por sondas fluorescentes para a avaliação simultânea da integridade de membrana plasmática, reação acrossomal e potencial de membrana mitocondrial. Estatisticamente aplicou-se a análise exploratória de técnicas multivariadas obtendo-se três fatoriais sendo o primeiro fator F1 positivo e alto para as variáveis VAP, VSL, STR e LIN, que é interpretado com um fator relacionado à progressividade. Para o segundo fator F2, associam as variáveis VCL, ALH e MT, que representam um fator de deslocamento... / Many researches were developed to improve the ram semen criopreservation. However, no significant advances in the fertility rates with the frozen semen were observed with cervical artificial insemination. Several computer-assisted motility assessments (CASA) systems have been considered and applied in the attempt to quantify specific characteristics of the sperm motion and still them being able to determine the spermatozoa presence and subpopulations kinematics. A large number of sperm functions evaluation had been developed, making it possible to analyze different aspects of the sperm function simultaneously. Analysis of the mitochondrial function offers a way to have access the sperm motility. The aim of this study was to optimize the CASA system in the evaluation of the ram frozen semen; determine parameters of the sperm kinematics that express analogy with the characteristics of the evaluation of plasmatic, acrossomal and mitochondrial membranes (PI, FITC-PSA and JC-1; MITO; R-123) and use CASA parameters together with the fluorescent probes to group samples in a qualitative way. Twenty and six frozen semen samples of different rams were evaluated by CASA system for mean and individual sperm motion parameters VCL, VAP, VSL, ALH, BCF, LIN, STR, ELONG and for fluorescent probes leads for the simultaneous evaluation of the integrity of plasmatic, acrossomal membranes and membrane mitochondrial potential. The statistic applied was multivariate analysis getting to three different factorials. The first factor was positive and high (F1 factor) for variables VAP, VSL, STR and LIN, that were interpreted with the forward displacement. For F2 factor, there were associate variables VCL, ALH and MT that represent the displacement. The F3 factor, whose interpretation has to do with available energy, was associated with variables BCF, MITO and ELONG...(Complete abstract, click electronic address below)

A utilização de sondas fluorescentes para marcação ou detecção de biomoléculas de interesse em processos biológicos distintos, vem recebendo grande atenção em pesquisas biomédicas, de análises clínicas e biologia celular. Em geral, estas sondas fluorescentes são constituídas por moléculas orgânicas pequenas, as quais apresentam características fluorescentes e capacidade de conjugar-se com estas biomoléculas. Desta forma, esta dissertação descreve inicialmente a síntese de compostos 2-aril ou 2,5- diarilfuranos e tiofenos (3, 5, 7 e 9a-i), a partir de espécies orgânicas de telúrio (1, 4, 6 e 8) e sais de ariltrifluoroboratos de potássio (2a-i), via reação de acoplamento cruzado tipo Suzuki-Miyaura, sob catálise de paládio [ver a figura no arquivo original]. Em seguida, descreve a síntese de um derivado 2,5-diarilfurano assimétrico, o 2-(3-aminofenil)-5-(4-metoxifenil)furano 11, o qual apresenta propriedades químicas e luminescentes adequadas para atuar como uma nova e promissora sonda fluorescente em processos de marcação ou detecção biológica. A síntese desta nova sonda, também chamada de 3-AFA (3-AnililFuranoAnisol), foi realizada a partir da reação de acoplamento cruzado tipo Suzuki-Miyaura, sob catálise de paládio, entre o ácido (3-aminofenil) borônico 5e e o 2- (butiltelanil)-5-(4-metoxifenil)furano 10 em 65 % de rendimento. Esta nova sonda 3-AFA 11 foi conjugada com uma série de L-aminoácidos 12a-l, a partir de uma reação de acoplamento peptídico para formação dos respectivos produtos 13a-l em rendimentos satisfatórios. Estes produtos conjugados 13a-l, apresentam potencial para marcação fluorescente de enzimas proteolíticas de interesse [ver a figura no arquivo original]. Adicionalmente, foram caracterizadas propriedades fotofísicas importantes desta nova sonda 3-AFA 11, entre as quais seus espectros eletrônicos de absorção e emissão de fluorescência, que obtiveram valores de λex a 320 nm e λem a 400 nm, respectivamente. Por fim, foi testado o potencial de acúmulo intracelular da sonda 3-AFA 11 em sistemas celulares tais como: eritrócitos infectados com Plasmodium chabaudi e amastigotas de Leishmania L. amazonensis, sendo possível observar em todos os casos a marcação fluorescente dos respectivos parasitas. / The use of fluorescent probes for labeling or detection of biomolecules of interest in different biological processes, has received much attention in biomedical, clinical testing and cell biology research. In general, these fluorescent probes are composed of small organic molecules, which have fluorescent features and ability to combine with these biomolecules. Thus, this work initially describes the synthesis of 2-aryl or 2,5-diarylfurans and thiophenes (3, 5, 7 and 9a-i) from organic species of tellurium (1, 4, 6 and 8) and potassium organotrifluoroborate salts (2a-i) by palladium catalyzed Suzuki-Miyaura crosscoupling reaction [see the figure in the original file]. After describe the synthesis of a unsymmetrical 2,5-diarylfuran derivative, the 2-(3-aminophenyl)-5-(4-methoxyphenyl)furan 11, which presents chemical and luminescent properties appropriate to act as a promising new fluorescent probes in processes of marking or biological detection. The synthesis of this new probe, also called 3-AFA (3-AnilylFuranAnisole), was performed from palladium catalyzed Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction, between (3- aminophenyl) boronic acid 5e and 2-(butyltellanyl)-5-(4-metoxyphenyl)furan 10 in 65 % yields. This new probe 3-AFA 11 was combined with a series of Lamino acids 12a-l from a peptidic coupling reaction to obtain their products 13a-l in satisfactory yield. These combined products 13a-l show a potential for fluorescent marking of proteolitic enzymes [see the figure in the original file]. Additionally, important photo physical properties of this new probe 3-AFA 11 were characterized. These include their electronic spectra of absorption and fluorescence emission, who obtained values of λex to 320 nm and λem to 400 nm, respectively. Finally, we tested the potential of probe 3-AFA 11 for intracellular accumulation in cellular systems such as: erythrocytes infected with Plasmodium chabaudi and amastigotes of Leishmania L. amazonensis, in all cases the fluorescent uptake cellular of their parasites can be observed.

[pt] Nesta dissertação foram estudadas as propriedades ópticas, eletroquímicas, elétricas e morfológicas de novos compostos fluorescentes para o desenvolvimento de OLEDs. Para isto, foram estudadas algumas sondas moleculares fluorescentes utilizadas na área biomédica como agentes antitumorais e marcadores ópticos fluorescentes: a) N,N - diisonicotinoil-2-hidroxi-5 metilisoftaldeído diidrazona (DMD); b) 2-(5 -isotiocianato-2 -hidroxifenil)benzoxazol, (5ONCS); c) 1,1 -dipireno (DIPI) e d) 7,7 -terc-butil-1,1- dipireno (TDIPI). Todos estes compostos foram sintetizados por Grupos de pesquisa brasileiros e depositados termicamente em forma de filmes finos no nosso Laboratório. No decorrer do estudo de fabricação dos OLEDs, os dispositivos bicamada baseados no DMD e no 5ONCS se mostraram pouco eficientes devido principalmente à baixa condutividade do DMD e à elevada rugosidade da camada de 5ONCS. A solução destes problemas foi encontrada na técnica de codeposição, que consiste na evaporação simultânea de uma matriz orgânica e de um dopante (DMD ou 5ONCS) numa única camada. Desta forma, foi possível alcançar um aumento da mobilidade das cargas nas camadas co-depositadas alem de favorecer a transferência de energia da matriz para o dopante. Os OLEDs fabricados nestas condições permitiram observar, pela primeira vez, a eletroluminescência dos compostos DMD e 5ONCS. Já os OLEDs baseados nas moléculas DIPI e TDIPI apresentaram eletroluminescência sem a necessidade da co-deposição. Em particular, no caso do OLED baseado no TDIPI foi possível alcançar uma luminância de 1430 cd/m2 com uma eficiência de 2,65 porcento a 1mA. Os resultados deste trabalho evidenciam a potencialidade do uso destes materiais para a fabricação de OLEDs para aplicações na área de iluminação. / [en] In this study the optical, electrochemical, electrical and morphological properties of new fluorescent compounds were studied in order to develop OLEDs based upon these materials. For this purpose some fluorescent molecular probes used in the biomedical field as antitumor agents and fluorescent optical probes were studied: a) N,N diisonicotinoyl-2-hydroxy-5-methylisophthalaldehyde dihydrazone (DMD ), b) 2 - (5 -isothiocyanato -2-hydroxyphenyl) benzoxazole ( 5ONCS ), c) 1,1 - dipyrene (DIPI) and d) 7,7 -tertbutyl- 1,1-dipyrene (TDIPI ). All these compounds were synthesized by Brazilian research groups and then thermally deposited as thin films in our Laboratory. During the study for the fabrication of OLEDs, bilayer devices based on DMD and 5ONCS proved to have low efficiency mainly due to the low conductivity of the DMD and the high roughness of the 5ONCS layer. The solution of these problems was found in the codeposition technique, which consists in the simultaneous evaporation of an organic matrix (host) and a dopant (guest) (5ONCS or DMD) in a single layer. Thus, it was possible to achieve an increase in the charge mobility in the co-deposited layers as well as energy transfer from the guest to the host. The OLEDs fabricated in these conditions allowed the observation, for the first time, of the electroluminescence of DMD and 5ONCS. On the other hand, the DIPI and TDIPI based OLEDs presented good electroluminescence without the need for co-deposition. In particular, in the case of the TDIPI it was possible to achieve a luminance of 1430 cd/m2 with an efficiency of 2.65 percent at 1 mA. The results of this work showed the potential of these materials for the fabrication of OLEDs for lighting applications.