Emerging Theranostic Nanomaterials in Diabetes and Its Complications

Diabetes mellitus (DM) refers to a group of metabolic disorders that are characterized by hyperglycemia. Oral subcutaneously administered antidiabetic drugs such as insulin, glipalamide, and metformin can temporarily balance blood sugar levels, however, long-term administration of these therapies is associated with undesirable side effects on the kidney and liver. In addition, due to overproduction of reactive oxygen species and hyperglycemia-induced macrovascular system damage, diabetics have an increased risk of complications. Fortunately, recent advances in nanomaterials have provided new opportunities for diabetes therapy and diagnosis. This review provides a panoramic overview of the current nanomaterials for the detection of diabetic biomarkers and diabetes treatment. Apart from diabetic sensing mechanisms and antidiabetic activities, the applications of these bioengineered nanoparticles for preventing several diabetic complications are elucidated. This review provides an overall perspective in this field, including current challenges and future trends, which may be helpful in informing the development of novel nanomaterials with new functions and properties for diabetes diagnosis and therapy.Peer reviewe

Caracterização interfacial e resposta eletrocatalítica de nanocompósitos NixCoy(OH02 sonoeletrodepositados

Orientador : Prof. Dr. Marcio VidottiDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 18/12/2015Inclui referências : f. 53-64Área de concentração: Físico-QuímicaResumo: O presente trabalho descreve a síntese sonoeletroquímica de nanocompósitos formados por hidróxido de níquel e cobalto, sendo produzidos eletrodos modificados com diferentes proporções de Ni2+ e Co2+, e os mesmos foram comparados a eletrodos modificados nas mesmas proporções sem a influência da radiação ultrassônica. Os eletrodos modificados foram caracterizados por técnicas eletroquímicas, como voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Com a finalidade de estudar as propriedades eletrocatalíticas dos eletrodos visando o desenvolvimento de sensores eletroquímicos, a glicose foi utilizada como sonda eletroquímica, e a sensibilidade de detecção foi investigada. Os eletrodos de nanocompósitos mostraram uma excelente sensibilidade, sendo que os eletrodos modificados sonoquimicamente apresentaram sensibilidade superior se comparados aos eletrodos modificados em condições de silêncio. A caracterização por VC mostrou que o Co(OH)2 puro tem baixas propriedades eletrocatalíticas para a oxidação da glicose e ao mesmo tempo permitiu afirmar que a oxidação dessa molécula é realizada primordialmente pelos sítios de NiIIIOOH. Os parâmetros cinéticos foram avaliados utilizando o eletrodo de disco rotatório (EDR). Ambos resultados de EDR e EIE indicaram que as propriedades interfaciais desempenham o papel mais importante na reação eletrocatalítica, onde as superfícies dos eletrodos modificados foram analisadas usando microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de EIE também mostraram que a incorporação do Co2+ na matriz do Ni(OH)2 causa um aumento na condutividade do material, comprovado pela diminuição nos valores de Rct do eletrodo modificado pelo material compósito, a formação do CoIIIOOH irreversível também contribui para a capacitância da dupla camada, conforme corroborado pelos valores de Cdl. Sendo assim, os resultados do presente trabalho contribuem para o desenvolvimento da tecnologia de sensores baseados em superfícies modificadas com materiais exclusivos, eletrocatalíticos nanoestruturados, sintetizado em um único passo, com a influência da radiação ultrassônica. Palavras chave: Hidróxido de níquel. Hidróxido de cobalto. Compósitos. Eletrocatálise. Radiação ultrassônica.Abstract: This work describes the sonoelectrochemical synthesis of nickel and cobalt hydroxide nanocomposites. The electrodes were modified with different proportions of Ni2+ and Co2+ in order to achieve different composites electrodeposited under ultrasonic radiation and in silent conditions. The modified electrodes were characterized by electrochemical techniques such as Cyclic Voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). In order to study the electrocatalytic properties of the modified electrodes, aiming the development of electrochemical sensors, glucose was employed as electrochemical probe and both kinetic and analytical parameters were investigated. The nanocomposite electrodes showed an excellent sensitivity and the ultrasonic radiation produced more sensible electrodes when compared with that ones synthesized under silent conditions. The characterization by CV showed that the Co(OH)2 pure has low electrocatalytic properties for oxidation of glucose being the NiIIIOOH the preferential sites for the glucose catalytic oxidation. The kinetic parameters were evaluated by using Rotating Disk Electrode (RDE) measurements. Both RDE and EIS results indicated that the interfacial properties play the most important role on the electrocatalytic reaction where the surfaces of the modified electrodes were analyzed by using Scanning Electronic Microscopy (SEM). The EIS results also show that incorporation of the Co2+ in the matrix of the Ni(OH)2 causes an increase in conductivity of the material, evidenced by the decrease in value Rct of the electrode modified by composite material, also the irreversible CoIIIOOH formation also contributes to the double layer capacitance, as corroborated by the values of Cdl. Thus, the results of this study contribute in the sensor technology on the achievement of unique nanostructured electrocatalytic surfaces, synthesized in a single step with the influence of the ultrasonic radiation. Keywords: Nickel hydroxide. Cobalt hydroxide. Composites. Electrocatalysis. Ultrasonic radiation

Otimização da resposta eletrocatalítica apresentada por eletrodos modificados por ligas Ni/Cu e Ni/Co

Orientador : Prof. Dr. Marcio VidottiCo-orientadora : Profª Drª Noemi NagataDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 21/02/2013Inclui referênciasResumo: Este trabalho refere-se a deposição de ligas metálicas de Ni/Cu e Ni/Co sobre a superfície de eletrodos visando o desenvolvimento de materiais eletrocatalíticos. As ligas Ni/Cu foram obtidas por dois métodos diferentes: na primeira a deposição foi realizada sobre eletrodos de cobre, sendo este a fonte de íons Cu2+ em uma solução eletrolítica contendo íons Ni2+, e a segunda, ocorre por redução direta dos íons sobre superfície de eletrodo de platina a partir de sais de sulfato. A conversão das ligas metálicas para a forma eletrocatalítica do material foi realizada por voltametrias cíclicas em meio alcalino. Diferentes parâmetros experimentais foram estudados, tais como, tempo de deposição e proporção de níquel e cobre ou níquel e cobalto na formação das ligas. Os eletrodos modificados foram caracterizados por técnicas eletroquímicas e espectroscópicas, além de MEV. O desempenho eletrocatalítico dos eletrodos modificados foi estudado utilizando a glicose como substrato. Eletrodos modificados por Ni/Co também foram estudados, empregando a otimização multivariada, através de um planejamento fatorial 22 com ponto central, que possibilitou determinar o melhor material nessa região de estudo para determinação de glicose, sendo o tempo de deposição de três segundos na proporção 55 Ni:45 Co mol/mol. A caracterização eletroquímica mostrou que a formação de ligas Ni/Co apresenta deslocamento significativo do potencial de obtenção da forma eletrocatalítica para 0,35 V comparado a materiais formados por ligas Ni/Cu que ocorre em torno de 0,6 V. As propriedades estruturais e morfológicas dos óxidos mistos via síntese química foram caracterizadas por infravermelho e raio-X, sugerindo que o material formado não é apenas uma simples mistura de óxidos de níquel e cobre ou níquel e cobalto, essas análises sugerem a formação de compósitos formados por óxidos de Ni/Cu e Ni/Co. As imagens de MEV mostraram a formação de nanocompósitos metálicos constituídas por ligas Ni/Cu e Ni/Co. Os eletrodos modificados exibiram propriedades eletrocatalíticas notáveis na determinação de carboidratos, apresentando sensibilidade de 195.3 ? 9.5; 262.0 ? 2.0 e 139.5 ? 1.5 ?A mmol L-1 cm-2 para eletrodos de cobre modificados por ligas Ni/Cu com tempo de oxidação de 10 s, eletrodos de platina modificados por ligas 50Ni:50Cu (mol/mol) e 55Ni:45Co (mol/mol), respectivamente, indicando sua aplicação no desenvolvimento de sensores eletroquímicos.Abstract: This work concerns the deposition of Ni/Cu and Ni/Co metal alloys on the electrode surface aiming the development of high performance electrocatalytic materials. The Ni/Cu alloys were obtained by two different methodologies: the first one comprises the deposition on copper electrodes playing role as the source of Cu2+ and the second one the direct reduction of the metallic ions on the platinum electrode surface from sulfate salts. The conversion from the metallic alloys to the electrocatalytic material was done by cyclic voltammetry in alkaline media. Different experimental parameters were studied, such as deposition time and proportion of Nickel and Cobalt or Nickel and Copper in the alloy formation. The modified electrodes were characterized by electrochemical and spectroscopic techniques besides SEM. The electrocatalytic performance of the modified electrodes were studied by employing glucose as electrochemical probe. Ni/Co modified electrodes were also studied by employing the multivariate optimization by using the factorial design 22 with center point that possibilited determine the great material this study region for glucose determination, being three seconds deposition time in the 55 Ni : 45 Co mol/mol. The electrochemical characterization showed the Ni/Co alloys formation presents significant potential shifted for way electrocatalyctic form 0.35 V compared to materials Ni/Cu alloys formed thats occurs arround 0.6 V. The structural and morphological properties of chemically synthesized mixed oxides were characterized infrared and X-ray diffraction suggesting that material formed is not simple misture between nickel and copper oxides or nickel and cobalt, this analysis propose the formation of composites by Ni/Cu and Ni/Co oxides formed. The SEM images showed the formation of metal nanocomposites formed by Ni/Cu and Ni/Co alloys. The modified electrodes showed notable electrocatalytic properties in the carbohydrates, apresented sensibility of 195.3 ? 9.5; 262.0 ? 2.0 e 139.5 ? 1.5 ?A mmol L-1 cm-2 for copper modified electrodes by Ni/Cu alloys with ten seconds oxidation time, platinum modified electrodes by 50Ni:50Cu (mol/mol) alloys at ten seconds depositon time and 55Ni:45Co (mol/mol) alloys at three seconds deposition time, respectively, indicating its application for the development of electrochemical sensors

Laser-Induced Carbonisation for Biosensing

Das Internet of Things hat das Ziel, ein globales Netz von Geräten zur Überwachung einer Vielzahl von Parametern aufzubauen, um z.B. Gefahren in verschiedenen Bereichen vorzubeugen und Risiken für Menschenleben, Infrastrukturen und die Umwelt zu verringern. Zu den am schnellsten wachsenden Themen in diesem sich entwickelnden Bereich gehören biomedizinische Point-of-Care-Geräte, die rechtzeitig Hilfe für Menschen leisten, die sich in einer persönlichen oder externen Gefahr befinden. Sie werden in Form von Sensorfeldern entwickelt, die hauptsächlich aus flexibler Elektronik bestehen und in der Lage sind, spezielle Analyten zu erkennen. Diese neuen Geräte sollten die folgenden Kriterien erfüllen: Sie sollten einfach herzustellen und wirtschaftlich umsetztbar sein und einen geringen ökologischen Fußabdruck aufweisen. Von der Vielzahl der entwickelten Sensoren zeichnen sich die kohlenstoffbasierten Geräte durch ihre Robustheit, hohe Biokompatibilität, hervorragende Reaktionseffizienz und chemische Inertheit aus. Die neuartige Herstellungsmethode, die durch die laserinduzierte Karbonisierung von Polymervorläufern ermöglicht wird, erlaubt im Vergleich zu pyrolytischen Standardmethoden eine schnelle Herstellung von kohlenstoffreichen porösen Filmen, die direkt in flexible Substrate eingebaut werden, und erfüllt alle gesetzten Ziele. Dieses neuartige Material, das mit halbindustriellen Lasersystemen hergestellt wird, ist noch relativ unerforscht. Diese hier durchgeführte Untersuchung wird an zwei weit verbreiteten Polymervorläufern umgesetzt, die in industriellen Anwendungen verwendet werden, nämlich Kapton und Nomex. Das thermische Modell für die Karbonisierung und Entwicklung des Vorläufers wurde modifiziert und auf einen breiten Bereich der getesteten Lasereingangsparameter angewendet. Die wichtigsten Erkenntnisse über die Entwicklung des Laserkohlenstofffilms stimmen mit den simulierten Ergebnissen überein. Das Modell liefert eine gute Annäherung an die Karbonisierung, erfordert aber noch Verbesserungen bei der Darstellung der volumetrischen Parameter, die durch den Anstieg der Porosität beeinflusst werden. Die Laser-Kohlenstoff-Filme wurden auf ihre kristallinen und oberflächenchemischen Eigenschaften hin untersucht, die sich für die Analyse von Grenzflächen eignen und mit nachvollziehbaren Methoden für den selektiven Nachweis der spezifischen Analyten eingestellt werden können. Auf diese Weise wurden biomedizinische Sensoren für den passiven Nachweis von Harnstoff über eine Chitosan-Zwischenschicht für das Enzym Urease und aktive nicht-enzymatische Sensoren, die über ein Cu/CuO-Komposit für den spezifischen Nachweis von Glukose verankert sind, entwickelt. Dies ebnet den Weg für die Herstellung abgestimmter Biosensoren und chemischer Sensoren in einem halbindustriellen Maßstab, der mit Rolle-zu-Rolle-Verfahren kompatibel ist

Sensores amperométricos nanoestruturados para determinação de H2O2 em amostras de uso cosmético e de higiene pessoal

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2015.Realizou-se neste trabalho a determinação de peróxido de hidrogênio (H2O2) em amostras comerciais utilizando sensores eletroquímicos baseados em nanopartículas de análogos de azul da Prússia (NPAP). As amostras comerciais analisadas foram: creme para clareamento dental de uso doméstico, enxaguante bucal, solução antisséptica e creme para descoloração de pelos e cabelos. Fez-se a modificação de um eletrodo de carbono vítreo (GCE) com as NPAP, que eram encapsuladas por diferentes complexos de melanina-Mn+ (Mn+ = Fe3+, Cu2+, Ni2+ ou Co2+). Os sensores obtidos foram usados na detecção de H2O2 e aqueles que apresentaram os melhores resultados foram empregados na determinação de H2O2 nas amostras comerciais. As NPAP foram caracterizadas com uso de microscopia de transmissão eletrônica (TEM). A caracterização das modificações feitas no GCE ocorreu por voltametria cíclica (CV) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Utilizou-se os eletrodos modificados para determinação de H2O2 e curvas de calibração foram obtidas na faixa de 0,1 a 13 mmol L-1. Obtiveram-se os melhores resultados para modificações contendo complexos de melanina-Fe3+ com limite de detecção (LD) e de quantificação (LQ) de respectivamente 0,14 e 0,42 ?mol L-1. O LD é um dos mais baixos encontrados na literatura para sensores não-enzimáticos de H2O2. Os parâmetros de validação analisados, além de LD e LQ, foram a seletividade, linearidade, sensibilidade, exatidão, precisão e robustez. O processo de validação do método analítico mostrou-se satisfatório quanto aos parâmetros avaliados.Abstract : The detection of hydrogen peroxide (H2O2) in commercial samples was performed in this work, utilizing electrochemical sensors based on melanin-capped Prussian blue nanoparticles analogs (PBNP). The samples analyzed were tooth whitening gel, mouth rinse solution, antiseptic solution and hair bleaching cream. A glassy carbon electrode was modified with BPNP, capped with different melanin-Mn+ complexes (Mn+ = Fe3+, Cu2+, Ni2+ or Co2+). The sensors were used on the detection of H2O2 and the determination of H2O2 in commercial samples was realized by those sensors which presented best results. PBNP were characterized using transmission electron microscopy (TEM). The modification made on GCE was characterized by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Calibration curves were obtained on the linear range of 0.1 to 13.0 mmol L-1. The best results were obtained for melanin-Fe3+ capped PBNP, and the detection (DL) and quantification limits (QL) were 0.14 and 0.42 ?mol L-1, respectively. This DL is among the lowest ever published for non-enzymatic H2O2 sensors. The validation parameters analyzed, besides DL and QL, were selectivity, linearity, sensibility, accuracy and robustness. The analytical method validation seemed to be satisfactory regarding the analyzed parameters

Polymers and Ionic Liquids

The main objective of polymer materials scientists is to develop and design high performance polymer-based materials via the introduction of block copolymers, ionomers or inorganic-organic hybrids, in order to introduce functionalities such as mechanical reinforcement, gas barrier properties, fire retardancy, shape memory behavior or self-healing ability. In the last ten years, ionic liquids have demonstrated huge potential as new components within polymer-based materials, leading to a wide range of applications. Due to their many physical-chemical properties, as well as their various possible combinations, ionic liquids represent a new path to produce multifunctional materials

Synthesis and characterization of ZnO-based/derived nanoparticles as promising photocatalysts

Biocompatibility and the ability to create tumor-killing reactive oxygen species have drawn increasing attention to zinc oxide (ZnO) based/derived nanoparticles for photodynamic treatment. There are several variables that may affect the performance of ZnO-based NPs in PDT that can be manipulated by doping and compositing. Among these variables are the charge separation, the absorption potential, and the bandgap engineering. In this thesis, we reviewed designed and developed improved photodynamic performance ZnO based/derived nanoparticles

Nanopartículas coloidais de cobre-ouro : considerações sobre a formação da liga e aplicação na reação de oxidação de CO

Orientador: Daniela ZanchetTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: A catálise é uma área de plena ascensão no cenário científico atual. Desta forma, o desenvolvimento de novos catalisadores e a compreensão das modificações do material durante o processo catalítico tornam-se áreas de pesquisa extremamente atrativas. Diante deste panorama, o objetivo geral deste trabalho foi a utilização do sistema bimetálico cobre-ouro (AuCu) como um catalisador modelo para aplicação em catálise heterogênea, buscando a compreensão dos mecanismos envolvidos na formação da liga AuCu e sua posterior aplicação em catálise. Primeiramente buscou-se a síntese, caracterização e compreensão do mecanismo de formação da liga AuCu, pelo método coloidal utilizando a estratégia one-pot. Durante esta etapa do projeto foram realizados ensaios de absorção de raios-x in situ durante a formação das nanopartículas identificando as etapas cruciais no processo de formação de AuCu. Após a identificação dos pontos críticos envolvidos durante a síntese foi possível aperfeiçoar o processo obtendo partículas esféricas e homogêneas com diâmetro em torno de 14 nm e composição de Au0,75Cu0,25, Au0,60Cu0,40 e Au0,50Cu0,50 alterando a temperatura final de reação. Utilizando diversas técnicas de caracterização, foi possível identificar o mecanismo de formação como um processo digestion ripening-like, onde uma fase enriquecida com cobre é formada juntamente com nanopartículas de ouro e, com o andamento da reação, esta fase é completamente digerida e a partícula enriquecida com cobre pela difusão em estado sólido. Após a compreensão dos aspectos fundamentais envolvidos na síntese, as partículas produzidas foram suportadas em sílica e alumina e aplicadas em reação de oxidação de CO, onde as amostras apresentaram elevada conversão e estabilidade em condições reacionais. Ensaios alternando ciclos reacionais e pré-tratamentos redox comprovaram o processo de segregação da liga AuCu, fato que está intimamente relacionado à sua capacidade catalítica bem como à estabilidade do catalisador em condições reacionais Combinando as técnicas de absorção e difração de raios-x in situ foi possível comprovar o efeito do suporte no processo de segregação/ re-formação da liga AuCu durante condições reacionais e pré-tratamentos, uma característica extremamente importante que abre novos horizontes para a aplicação de ligas metálicas na catálise heterogêneaAbstract: Catalysis is n important area in the current scientific scenario. Thus, the development of new catalysts and understanding of the material changes during the catalytic process becomes an extremely attractive research area. Since this, the aim of this work was the use of gold-copper (AuCu) nanoparticles as a model catalyst for use in heterogeneous catalysis, seeking to understand the mechanisms involved in the AuCu alloy formation and its subsequent application in catalysis. Firstly, the AuCu alloy was synthesized characterized to understand the formation mechanism of AuCu alloy by the colloidal method using the one-pot approach. During this step of the project were performed tests using the X-Ray Absorption in situ on the formation of nanoparticles identifying the crucial steps in the AuCu nanoparticles formation process. After the identification of the the critical steps involved in the synthesis it was possible to improve the process obtaining spherical and homogeneous nanoparticles with a diameter of around 14 nm and composition Au0,75Cu0,25, Au0,60Cu0,40 and Au0,50Cu0,50 changing the reaction final temperature. Using different characterization techniques, it was possible to identify the mechanism of formation as a digestion ripening-like process where a copper-riched phase is formed with gold nanoparticles, and with the progress of the reaction, this phase is completely digested and the particle enriched with copper by the solid state diffusion. After understanding fundamental aspects involved on the synthesis, the AuCu nanoparticles were supported on alumina and silica and applied to CO oxidation reaction, where the samples showed high conversion and stability at reaction conditions. Were performed tests alternating reaction cycles and redox pretreatments that proved the process of segregation of AuCu alloy, which is closely related to the catalytic potential and the stability of the catalyst in the reaction conditions. Combining the techniques of of x-ray absorption and diffraction in situ it was possible to prove the effect of the support on the process of alloying/ dealloying of AuCu nanoparticles during reaction conditions and pretreatments, an extremely important feature that opens new horizons for the application of metallic alloys in heterogeneous catalysisDoutoradoQuimica InorganicaDoutora em Ciências870359/1997-599999.01376/2013-02CNPQCAPE

The 1st International Electronic Conference on Chemical Sensors and Analytical Chemistry

The 1st International Electronic Conference on Chemical Sensors and Analytical Chemistry was held on 1–15 July 2021. The scope of this online conference was to gather experts that are well-known worldwide who are currently working in chemical sensor technologies and to provide an online forum for the presention and discussion of new results. Throughout this event, topics of interest included, but were not limited to, the following: electrochemical devices and sensors; optical chemical sensors; mass-sensitive sensors; materials for chemical sensing; nano- and micro-technologies for sensing; chemical assays and validation; chemical sensor applications; analytical methods; gas sensors and apparatuses; electronic noses; electronic tongues; microfluidic devices; lab-on-a-chip; single-molecule sensing; nanosensors; and medico-diagnostic testing

B-Complex Vitamins

This book provides the most current information on the effects of vitamin B deficiency as well as the roles of niacin (vitamin B3), pyridoxine (vitamin B6), folate (vitamin B9), and vitamin B12 in numerous disorders. Chapters discuss novel applications of B-complex vitamins, such as thiamin in patients with critical conditions, dietary supplements in the prevention of renal stones, and treatment of COVID-19. Throughout, the authors discuss the effects of vitamin B deficiency from retrospective, perspective, and prospective points of view