Doutorado em Química

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Amostragem direta de sorvente sólido magnético em espectrometria de absorção atômica com chama para a determinação de chumbo em água.
(Universidade Federal de Alfenas, 2022-10-27) Costa, Lucimara Mendonça; Figueiredo, Eduardo Costa De; Luccas, Pedro Orival; Santos, Mariane Gonçalves; Rodrigues, Jairo Lisboa; Lopes, Aline Soriano
Esta tese propõe um sistema inédito de amostragem direta de sorvente sólido magnético para análises por espectrometria de absorção atômica por chama (DMSS- FAAS, do inglês direct magnetic solid sampling flame atomic absorption spectrometry). Um aerogel magnético de óxido de grafeno (M-GOA) foi sintetizado e caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão, porosimetria de sorção de gases, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourrier, Raman, análise termogravimétrica, raio-X e magnetômetro de amostra vibratória. O material foi então empregado na extração em fase sólida dispersiva magnética (d-MSPE) de chumbo em amostras de água. Em seguida, uma haste metálica magnetizada por um ímã de neodímio foi mergulhada no frasco de amostras e as partículas de M-GOA foram capturadas em sua ponta. A haste metálica foi então inserida na base da chama do FAAS, as partículas foram aquecidas perdendo a suscetibilidade magnética, arrastadas pelo fluxo da chama, e o chumbo foi atomizado, absorvendo radiação proporcional a sua concentração. pH e volume da amostra, massa de sorvente e tempo de agitação foram otimizadas por planejamento fatorial 2 4 e matriz de Doehlert. O estudo dos íons interferentes foi conduzido por planejamento fatorial 24 e 23 para avaliar a influência de Al3+, Cr3+, Co2+, Cu2+, Fe3+, Mn2+, Ba2+, Mg2+ , Li+ , Na+ , K+ , Ca2+, F- , NO3 - , SO4 2- , NO2 - , CN- e Cl- na determinação de chumbo. Nenhuma interferência foi significativa nas concentrações dos respectivos íons em amostras reais. O método foi validado e os seguintes parâmetros analíticos foram obtidos: faixa linear de 5 a 180 μg L-1 ; LD de 1,30 μg L -1 e LQ de 4,34 μg L -1 . A sensibilidade do método DMSS-FAAS foi 41 vezes maior quando comparada a análise de chumbo pelo método convencional em que o chumbo foi eluído e analisado por FAAS via sistema de nebulização sem a etapa de pré- concentração. A detectabilidade do método proposto foi suficiente para a determinação de chumbo em águas, de acordo com os limites estabelecidos pela portaria GM/MS, no 888/2021, Ministério da Saúde (10 μg L-1 para água potável), podendo ser equiparada a outras técnicas analíticas com sensibilidades superiores como GFAAS e TS-FF-AAS. O desempenho do método também foi avaliado para íons cádmio, cobre e chumbo empregando os materiais nanotubos magnéticos de carbono (M-CNTs), nanotubos magnéticos de carbono de acesso restrito (M-RACNTs), ácido metacrílico-co- etilenoglicol dimetacrilato) (M-PMA), nanopartículas magnéticas revestidas com casca de laranja em pó (M-OPP) e nanopartículas cobertas com SiO2 (M-TEOS). Os sinais analíticos obtidos aumentaram significativamente quando comparados ao método tradicional de detecção por FAAS evidenciando alta aplicabilidade do método proposto. As principais vantagens apresentadas por este método foram simplicidade, baixo custo, alta frequência analítica, alta detectabilidade, reprodutibilidade e alto potencial para a determinação de metais em amostras de água.
Acesso aberto (Open Access)
Nanopartículas magnéticas revestidas para depleção de albumina de soro sanguíneo humano
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-02-24) Carvalho, Diailison Teixeira De; Figueiredo, Eduardo Costa De; Silva, José Maurício Schneedorf Ferreira Da; Tarley, César Ricardo Teixeira; Hirata, Daniela Battaglia; Beijo, Luiz Alberto
No presente trabalho foi desenvolvido um processo de separação de proteínas de soro humano por adsorção utilizando-se nanopartículas magnéticas de magnetita (Fe3O4) com diferentes revestimentos. Na primeira etapa do processo obtém-se um sobrenadante de menor complexidade em que a albumina humana (HSA) pode ser depletada em diferentes quantidades. Ao contrário dos kits comerciais disponíveis, os quais descartam as proteínas adsorvidas nessa etapa de depleção, o método proposto permite a recuperação das proteínas codepletadas nas nanopartículas (depletoma) e da própria HSA, de modo que as amostras obtidas podem ser usadas para estudos do depletoma e até mesmo do albuminoma, que é a fração de proteínas que se ligam na HSA. As nanopartículas magnéticas (magnetita, Fe3O4) foram sintetizadas pelo método de coprecipitação e revestidas com tetraetilortosilicato (Fe3O4@TEOS) e albumina de soro bovino (Fe3O4@TEOS@BSA) e caracterizadas por difratometria de raio-X, termogravimentria, espectroscopia na região do invravermelho por transformada de Fourier, potencial zeta, microscopia eletrônica de varredura, as quais confirmaram as modificações na superfície, revelaram alta estabilidade térmica e uma dependência da carga superficial em relação ao pH. As nanopartículas obtidas foram utilizadas para o desenvolvimento de métodos de preparo de amostras de depleção de albumina de soro humano (HSA). Os estudos de otimização da adsorção da HSA nas nanopartículas foram feitos utilizando-se o delineamento composto central rotacional (DCCR) e os resultados mostraram que o pH, a massa de nanopartícula e a concentração de HSA influenciam no processo de adsorção, sendo os pHs ótimos de adsorção de 3,5 e 4,5 para as Fe3O4@TEOS@BSA e Fe3O4@TEOS respectivamente. Para ambas as nanopartículas, a cinética de adsorção foi descrita pelo modelo de ordem fracionária de Avrami, sendo o tempo de equilíbrio alcançado em 10 minutos. Com relação aos dados de equilíbrio de adsorção, os modelos que melhor se ajustaram foram as isotermas de Freundlich e Sips para as Fe3O4@TEOS@BSA e de Freundlich e Harkins-Jura para as Fe3O4@TEOS. As capacidades máximas de adsorção de HSA pelas nanopartículas foram estimadas pela isoterma de Langmuir em aproximadamente 11,93 e 14,89 mg g -1 respectivamente. As condições de dessorção das proteínas adsorvidas nas superfícies e a reutilização das nanopartículas também foram otimizadas com DCCRs. Para ambas as nanopartículas a dessorção foi influenciada pelo pH (ótimos de dessorção de 9,2 e 8,3 respectivamente) e volume do eluente de dessorção, mas as porcentagens de recuperações de HSA foram baixas, o que faz com que a reutilização das nanopartículas ainda seja inviável. As eletroforeses em gel de poliacrilamida contendo dodecil sulfato de sódio (SDS-PAGE) mostraram padrões diferenciados das bandas de proteínas do soro quando se realizam depleções consecutivas utilizando- se as nanopartículas. Foi evidente que as Fe3O4@TEOS apresentaram maior afinidade pela HSA e eficiência na depleção. Uma característica importante apresentada pelo processo é a sua versatilidade, em que a quantidade de HSA a ser depletada pode ser controlada variando-se a massa de nanopartícula utilizada. Em suma, este estudo mostrou que a depleção, utilizando-se as nanopartículas, principalmente as Fe3O4@TEOS, provou ser uma técnica de preparo de amostras para a depleção rápida (em torno de 1 hora), confiável e específica de HSA, mesmo que tenham demonstrado codepleção de outras proteínas, conforme os estudos de SDS-PAGE. No entanto, na eletroforese do depletoma das proteínas dessorvidas das nanopartículas, boa parte destas proteínas codepletadas puderam ser recuperadas, o que reforça a eficiência e viabilidade das nanopartículas.
Acesso aberto (Open Access)
Nanotubos de carbono magnéticos funcionalizados: Avaliação da proteína corona em soro humano, estudos de citocompatibilidade e permeação em modelo biomimético
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-07-10) Rosa, Mariana Azevedo; Figueiredo, Eduardo Costa De; Jesus, Jemmyson Romario De; Virtuoso, Luciano Sindra; Azevedo, Luciana; Fernandes, Christian
Os nanotubos de carbono (CNTs) têm se destacado em aplicações nanomédicas devido às suas características favoráveis e possibilidades de funcionalizações. Quando esses nanomateriais entram em contato com a corrente sanguínea assumem uma nova identidade devido à formação da proteína corona. Além disso, ensaios para assegurar a citocompatibilidade dos sistemas devem ser realizados. Nessa tese foram sintetizados três materiais: CNTs magnéticos (M-CNTs), M-CNTs recobertos por albumina sérica bovina (M-CNTs-BSA) e M-CNTs funcionalizados com os monômeros hidrofílicos hidroxietilacrilato e glicerol dimetacrilato (M-CNTs-HL). Esses materiais foram amplamente caracterizados e o perfil de adsorção de albumina foi avaliado, obtendo-se valores entre 13,2 e 19,9 mg g -1 , com isotermas de Freundlich e Sips explicando o comportamento adsortivo. Ensaios mostraram que os nanotubos exerceram um efeito de supressão na fluorescência de uma solução de albumina, indicando que essa proteína pode mudar seu estado conformacional após a interação com a superfície dos materiais. Diferentes concentrações de nanotubos foram aplicadas para os estudos de citotoxicidade, metabolismo celular, estresse oxidativo e apoptose utilizando Caco-2 como modelo celular. Citocompatibilidade para concentrações de até 100 µg mL-1 foram obtidas para todos os materiais. Ensaios de permeação em modelo biomimético foram conduzidos sob ação de ímãs por até 8 h e as nanopartículas magnéticas presentes nos nanotubos foram utilizadas para estimar a concentração de materiais que atravessaram as Caco-2. Valores entre 0,50 e 7,19 e entre 0,27 e 9,30 ng foram obtidos para as células expostas e não expostas aos ímãs, respectivamente. Ensaios de eletroforese em gel foram realizados para comparar o perfil de proteínas eluidas dos materiais, após a exposição deles a amostras de soro humano diluído. Mudanças na concentração de proteínas totais foram verificadas, além de alterações discretas no perfil observado no gel de eletroforese. A otimização de condições distintas para a eluição de proteínas de cada nanotubo foi uma outra evidência de que os materiais interagem de forma diferente com as proteínas. Estudos mais conclusivos, utilizando um espectrômetro de massas, ainda estão sendo realizados. Juntos os resultados obtidos indicam que os materiais sintetizados são promissores para as áreas biomédicas e biotecnológicas. Ademais, ainda não há na literatura a comparação desses dois tipos de funcionalização para nanotubos.
Acesso aberto (Open Access)
Síntese e caracterização de nanotubos de carbono de acesso restrito magnético e seu uso para extração de chumbo e cádmio em amostras de leite
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-06-06) Castilho, Leandro Rossi; Figueiredo, Eduardo Costa De; Luccas, Pedro Orival; Rodrigues, Rafaela Figueiredo; Ramos, Paulize Honorato; Gomes, Raphael Antônio Borges
Nesse trabalho é proposta uma aplicação inédita para os nanotubos de carbono magnético de acesso restrito (M-RACNTs) na extração de cádmio e chumbo em leite. Esses materiais foram obtidos pela modificação de nanotubos de carbono (CNTs) comerciais com nanopartículas de magnetita e a subsequente funcionalização de superfície com uma camada quimicamente reticulada de albumina de soro bovino (BSA). Os M-RACNTs foram empregados como sorventes para a extração e pré-concentração de Pb2+ e Cd2+ diretamente em amostras de leite, utilizando a técnica de extração em fase sólida dispersiva magnética. A mineralização da amostra não foi necessária. Por serem materiais magnéticos, os M-RACNTs puderam ser separados da amostra com auxílio de um ímã de neodímio, e os íons metálicos foram determinados por espectrometria de absorção atômica com chama. Os parâmetros de extração foram avaliados por otimização multivariada (planejamento fatorial e matriz de Doehlert). O método validado mostrou-se simples, rápido, sensível, seletivo, robusto e preciso. Além disso, coeficientes de determinação ≥ 0,99 e limites de quantificação de 10 μg L -1 foram obtidos, tanto para os íons Pb2+ quanto para os íons Cd2+. O método desenvolvido foi capaz de determinar ambos os metais em concentrações abaixo dos limites máximos de resíduos estabelecidos pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (20 e 50 μg L-1 para Pb2+ e Cd2+, respectivamente), demonstrando que M-RACNTs são materiais promissores para extração de metais de amostras complexas, sem a necessidade de procedimentos de mineralização.
Acesso aberto (Open Access)
Síntese, caracterização e emprego de Polímeros Molecularmente Impressos na extração de fármacos em amostras humanas de plasma e urina
(Universidade Federal de Alfenas, 2015-12-02) Santos, Mariane Gonçalves; Figueiredo, Eduardo Costa De; Luccas, Pedro Orival; Trevisan, Marcello Garcia; Silva, Flávio Soares Da; Nassur, Maria Eugênia Queiroz
A análise de compostos orgânicos em matrizes complexas requer a aplicação de metodologias com boa seletividade e detectabilidade, que levem a resultados confiáveis. Baseando-se nesta demanda, a química analítica tem proposto soluções viáveis e inovadoras para tornar esses ensaios mais dinâmicos. Dentre elas podemos destacar as técnicas cromatográficas, a espectrometria de massas e os sistemas multidimensionais. Acompanhando este desenvolvimento, sorventes seletivos como os polímeros de impressão molecular (MIP), os materiais de acesso restrito (RAM), os polímeros de impressão molecular de acesso restrito revestidos com monômeros hidrofílicos (RAMIP) e os polímeros de impressão molecular de acesso restrito revestidos com monômeros hidrofílicos e albumina sérica bovina (RAMIP-BSA) vêm sendo adotados com sucesso no preparo de amostras. Neste contexto, essa tese de doutorado teve como objetivo sintetizar, caracterizar e avaliar as potencialidades do emprego de diferentes tipos de polímeros molecularmente impressos na extração fármacos em amostras biológicas, bem como associar estes materiais a técnicas de preparo de amostras online à cromatografia e/ou espectrometria de massas. O primeiro artigo trata de um estudo comparativo de polímeros de impressão molecular seletivos a beta- bloqueadores. Os polímeros foram sintetizados pelo método de precipitação utilizando ácido metacrílico como monômero funcional, hidróxi-etilmetacrilato e glicidil dimetacrilato, como comonômeros hidrofílicos, etilenoglicol dimetacrilato como agente de ligação cruzada, 2,2-azoisobutironitrila como iniciador radicalar e acetonitrila como solvente. Parte dos materiais obtidos foi revestida com BSA (albumina sérica bovina). Os polímeros foram caracterizados e pode-se concluir que a maneira pela qual a síntese dos materiais é conduzida influencia na forma e tamanho de partículas e que a adição de co-monômeros hidrofílicos, bem como o revestimento com BSA não altera a estrutura química dos mesmos. Os estudos de adsorsão mostraram que os polímeros alcançam o equilíbrio de adsorção em 60 min, que o revestimento com BSA não altera o perfil de adsorção dos mesmos, que é evidente a diferença de adsorção entre polímeros impressos e não impressos e que o modelo que melhor se adequa, a fim de descrever o perfil de adsorção, é o modelo de Langmuir. O RAMIP foi o polímero que melhor adsorveu os beta-bloqueadores, comparado à MIP, MIP-BSA (polímero molecularmente impresso revestido com BSA) e RAMIP-BSA, sendo esta a razão pela qual ele foi escolhido para o desenvolvimento da metodologia que é trazida no segundo artigo, no qual beta-bloqueadores são analizados em urina para monitoramento de doping. No método desenvolvido, uma pré-coluna de HPLC vazia foi preenchida com RAMIP e utilizada para a montagem de um sistema Column Switching acoplado à espectrometria de massas. As fases móveis utilizadas foram tampão formiato de amônio 10 mmol L-¹, como fase de carregamento e recondicionamento e uma solução ácido fórmico 0,01% - metanol (v/v) na proporção 30:70 (v/v) como fase de eluição e lavagem; ambas a uma vazão de 0,4 mL min-¹. O sistema foi utilizado para a extração online e simultânea de oxprenolol (1,0-75,0 µg L-¹), atenolol, propranolol, nadolol, pindolol, labetalol e metoprolol (todos na faixa de 3,0-50,0 µg L-¹), em amostras de urina. O coeficiente de correlação foi superior a 0,99 para todos os analitos. O método foi otimizado, validado e apresentou todos os parâmetros em conformidade com o que exigido pela legislação. No terceiro artigo um RAMIP seletivo a antidepressivos tricíclicos foi sintetizado pelo método in bulk, usando amitriptilina como molécula modelo, ácido metacrílico como monómero funcional e glicidilmetacrilato como co-monômero hidrofílico. Posteriormente, foi realizada a abertura do anel epóxido e o polímero foi recoberto com BSA. Uma pré-coluna de HPLC foi preenchida com RAMIP-BSA e foi acoplada a um detector de ultravioleta/visível e a um espectrômetro de massas. Foram usadas água como fase de carregamento e recondicionamento e uma solução aquosa de ácido acético a 0,01% (v/v) - acetonitrila 30:70 (v/v) como fase de eluição. O sistema foi utilizado para a extracção online e identificação/quantificação de nortriptilina, desipramina, amitriptilina, imipramina, clomipramina (faixa de 15,0 a 500,0 µg L-¹), simultaneamente, a partir de amostras de plasma. O coeficiente de correlação foi superior a 0,99 para todos os analitos. Os valores de desvio padrão relativo variaram de 1,34% a 19,13% para precisão intra-dias e de 1,32% a 19,77% para precisão inter-dias. Os valores de erro relativo variaram de -19,15% a 19,51% para exatidão intra-dias e -9,04% a 16,22% para exatidão inter-dias.
Analysis of organic compounds in complex matrices requires the application of methods with good selectivity and detectability, to lead reliable results. Based on this demand, analytical chemistry has proposed viable and innovative solutions to make these tests more dynamic. Among them, we can highlight the chromatographic techniques, mass spectrometry and multidimensional systems. Following this development, selective sorbents such as molecularly imprinting polymers (MIPs), restricted access materials (RAM), restricted access molecularly imprinting polymers obtained by covering the surface with hidrofilic comonomers (RAMIP) and restricted access molecularly imprinting polymers obtained by covering the surface with hidrofilic comonomers and bovine serum albumin (RAMIP-BSA), have been successfully used in sample preparation. In this context, this PhD thesis aimed to synthesize, characterize and evaluate the different types of molecularly imprinted polymers potentialities for drugs extraction from biological samples and associate these materials with online sample preparation techniques, combined to chromatography and/or mass spectrometry. In paper one we proposed a comparative study of different molecularly imprinted polymers selective to beta-blockers. The polymers were synthesized by precipitation method using methacrylic acid as functional monomer, hydroxy-ethyl methacrylate and glycidyl dimethacrylate, as hydrophilic co-monomer, ethylene glycol dimethacrylate as crosslinking agent, 2,2-azoisobutironitrile as radical initiator and acetonitrile as solvent. One part of the obtained materials was coated with BSA (bovine serum albumin). The polymers were characterized and it was possible to conclude that the synthesis procedure influences the size and shape of particles and that hydrophilic co-monomer addition as well as coating with BSA do not alter the chemical recognition ability of the material. The difference between imprinted and non-imprinted polymers’ adsorption was evident (suggesting that imprinted polymers have a better capacity to bind the template than the non-imprinted ones). The Langmuir model presents the best fit to describe the materials’ adsorption profile. The polymer covered with hydrophilic monomers presented the best adsorption for the template in an aqueous medium, probably due to a hydrophilic layer on its surface. We also concluded that an association of the hydrophilic monomers with the BSA coating is important to obtain materials with higher capacity of macromolecule exclusion. In paper two, the RAMIP selective to oxprenolol was chosen as sorbent in a online method for beta blockers analyses from human urine for doping monitoring. A column filled with RAMIP was coupled to an LC-MS/MS instrument under the multidimensional configuration, with 10.0 mmol L−¹ ammonium formate buffer (pH 5.0) as the loading and reconditioning mobile phase and a 0.01% formic acid aqueous solution – methanol (30:70 v/v) as the elution mobile phase. The system was used for on-line extraction and quantization of oxprenolol (from 1.0 to 75.0 μg L−¹), atenolol, propranolol, nadolol, pindolol, labetalol and metoprolol (all from 3.0 to 50 μg L−¹) simultaneously, from urine samples. The correlation coefficient was higher than 0.99 for all the analytes. Suitable precision and accuracy were obtained. In paper three a RAMIP, selective to tricyclic antidepressant, was synthesized by the in bulk method. Amitriptyline was used as template molecule, methacrylic acid as the functional monomer and glycidyl methacrylate as hydrophilic co-monomer. Afterwards the epoxide ring opening was made and the polymer was covered with BSA. A column filled with RAMIP-BSA was coupled to an MS/MS instrument under the multidimensional configuration, with water as the loading and reconditioning mobile phase and a 0.01% acetic acid aqueous solution - acetonitrile at 30:70 as the elution mobile phase. The system was used for online extraction and quantization of nortriptyline, desipramine, amitriptyline, imipramine and clomipramine, simultaneously, from plasma samples. The correlation coefficient was higher than 0.99 for all the analytes. The RSD (relative standard deviation) values ranged from 1.34% to 19.13% for intra assay precision and 1.32% to 19.77% for inter assay precision. The E% (relative error) values ranged from -19.15% to 19.51% for intra assay accuracy and from -9.04% to 16.22% for inter assay accuracy.

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