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Title in Portuguese: Micro e nanopartículas de carbono obtidas por carbonização hidrotérmica: preparação, caracterização e interação com proteína
Author: Castro, Manuela Oliveira de
Advisor(s): Ferreira, Odair Pastor
Keywords: Carbonização hidrotérmica
Carvão hidrotérmico
Lectinas
Adsorção
Hemaglutinação
Nanopartículas
Carbono
Fotoluminescência
Issue Date: 2017
Citation: CASTRO, M. O. Micro e nanopartículas de carbono obtidas por carbonização hidrotérmica: preparação, caracterização e interação com proteína. 2017. 136 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Materiais carbonáceos são atrativos devido à versatilidade e abundância do elemento carbono, características que possibilitam o desenvolvimento de novas estruturas, por diversas metodologias de preparação, dotadas de propriedades físico-químicas variadas e que, deste modo, oferecem possibilidades de aplicação em diversos ramos da ciência e da tecnologia. Dentre estas técnicas de preparação, a carbonização hi-drotérmica tem se destacado por possibilitar a obtenção de micro e nanoestruturas carbonáceas de forma sustentável e rápida, através do uso de biomassa, resíduos de biomassa e carboidratos como precursores, sem o uso de reagentes tóxicos. Tal fato torna os materiais carbonáceos produzidos por esta metodologia alternativas poten-ciais para aplicações biológicas como, por exemplo, para o desenvolvimento de bio-dispositivos e suporte para biocatalisadores. Nesta tese, micro e nanopartículas de carbono foram preparadas por carbonização hidrotérmica de glicose, caracterizadas físico-quimicamente e submetidas à interação com a lectina ConBr, por meio de me-todologias covalente e não covalente, a fim de verificar a possibilidade de utilização destes materiais como suporte para a biomolécula. A lectina ConBr é uma proteína vegetal que possui a capacidade de aglutinar eritrócitos. Após as preparações, as micropartículas foram submetidas à lavagem com água e secagem em estufa, enquan-to as nanopartículas foram purificadas por diálise. As análises realizadas indicaram que as micropartículas são constituídas por esferas individualizadas e coalescidas, dotadas de potencial zeta negativo, diâmetro hidrodinâmico médio de, aproximada-mente, 1 μm, compostas por carbono, hidrogênio e oxigênio. As nanopartículas, obti-das utilizando diferentes parâmetros reacionais, apresentam-se em aglomerados na-nométricos com diferentes diâmetros hidrodinâmicos e potencial zeta negativo. De-pendendo dos referidos parâmetros, as nanopartículas apresentam fotoluminescência na região do visível e suspensões aquosas sem precipitação ou turbidez por, pelo menos, dois meses. Aquelas com diâmetro hidrodinâmico médio em torno de 30 nm mostraram-se estáveis sob variação de pH entre 4,35 e 9,44 e nas soluções salinas tampão fosfato (PBS) e NaCl 0,9%. Ambos os materiais foram submetidos à interação com a lectina ConBr por reação de amidação com auxílio de carbodiimida e por adsorção. Os resultados obtidos, tanto para os conjugados com micropartículas quanto para aqueles com nanopartículas, indicaram que foi possível imobilizar a lectina nas partículas de modo que esta mantivesse sua atividade biológica de agluti-nação de eritrócitos.
Abstract: Carbonaceous materials are attractive due to the versatility and abundance of the carbon element, characteristics that enable the development of new structures, by different preparation methods, with a manifold of physicochemical properties. In this way, this type of material could offer possibilities of application in different branches science and technology. Among the preparation techniques, hydrothermal carbonization has been outstanding on the attainment of carbonaceous micro and nanostructures in a sustainable and fast way, through the use of biomass, biomass residues and carbohydrates as precursors, without toxic reagents. This makes carbonaceous materials produced by this methodology potential alternative for biological applications such as development of biodevices and support for biocatalysts. In this thesis, carbon micro and nanoparticles were prepared by hydrothermal carbonization of glucose, physically and chemically characterized and their use as support for ConBr lectin was evaluated using covalent and non-covalent methodologies. ConBr lectin is a plant protein that has the ability to agglutinate erythrocytes. After the preparations, the microparticles were washed with deionized water and dried in an oven, while the nanoparticles were purified by dialysis. The analyses performed indicated that the microparticles were formed by individualized and coalesced spheres with negative zeta potential, average hydrodynamic diameter of approximately 1 μm and were composed of carbon, hydrogen and oxygen. The nanoparticles, obtained using different reaction parameters, appeared as nanometric agglomerates with different hydrodynamic diameters and negative zeta potential. Depending on these parameters, the nanoparticles had photoluminescence in the visible region and aqueous suspensions without precipitation or turbidity for at least two months. Those with a mean hydrodynamic diameter around 30 nm were stable under pH variation between 4,35 and 9,44 and in saline solutions phosphate buffer (PBS) and NaCl 0,9%. Both materials were subjected to interaction with ConBr lectin by amidation reaction with the aid of carbodiimide and by adsorption. The results obtained for both the microparticle and nanoparticle conjugates indicated that it was possible to immobilize the lectin in the particles so that it maintained its biological activity of erythrocyte's agglutination. Hydrochar; hydrothermal carbonization; ConBr lectin; amidation; adsorption; hemagglutination; C-dots; carbon nanoparticles; photoluminescence;
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/32214
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