Interação entre modelos de biomembrana baseados em filmes de Langmuir e vesículas unilamelares gigantes (GUVs) com herbicidas triazínicos e detecção via espectroscopia SERS - Rubira, Rafael Jesus Gonçalves [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
Esta tese é dividida em duas vertentes, sendo uma biológica estudando a interação entre herbicidas triazínicos e modelos simples da membrana celular, e outra ambiental tratando da detecção destes herbicidas em meio aquoso. Na primeira vertente foram conduzidos estudos de dois sistemas miméticos simples da estrutura lipídica da membrana plasmática: filmes de Langmuir (monocamadas lipídicas) e vesículas unilamelares gigantes (GUVs – bicamadas lipídicas). Os efeitos causados pelos herbicidas ametrina (AMT), atrazina (ATZ) e prometrina (PRM) no fosfolipídio dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) foram estudados em ambos os sistemas miméticos. As interações entre o fosfolipídio e os herbicidas foram analisadas por meio de filmes de Langmuir de DPPC com os herbicidas dissolvidos na subfase aquosa e caracterizados por isotermas de pressão de superfície vs área molecular média (isotermas π-A), microscopia de ângulo de Brewster (BAM) e espectroscopia no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS). Já as GUVs de DPPC foram produzidas através da técnica de eletroformação e caracterizadas por microscopia de contraste de fase. Ambos os modelos simples mostraram que os herbicidas AMT, ATZ e PRM afetam a estruturação do DPPC nas mono e nas bicamadas. A AMT foi o herbicida que induziu mudanças mais drásticas nesta estruturação: 85% das GUVs perderam o contraste de fase (tais valores foram de 38% e 30% para ATZ e PRM, respectivamente) e nas monocamadas de Langmuir foi o herbicida que mais deslocou as isotermas π-A de monocamadas de filmes de Langmuir para maiores valores de áreas (seguida por ATZ e PRM, nesta ordem) e também o único a causar ruptura nesta monocamada. Na vertente ambiental foi estudada a detecção dos herbicidas (PRM, AMT e ATZ) por meio da técnica de espalhamento Raman amplificado em superfície (SERS) em meio aquoso. Como plataforma SERS foram utilizados coloides de prata (nanopartículas esféricas de prata - AgNP) caracterizados por espectroscopia de extinção no UV-Vis, espalhamento dinâmico de luz (DLS) e potencial zeta. Foi observado que os herbicidas sofrem hidroxilação em ambientes ácidos e isto interfere diretamente na afinidade com a superfície das AgNP (adsorção), crucial em SERS. Em pH < 5, a PRM e a AMT interagem com as AgNP através do C=O enquanto que em pH > 5 a interação se dá através do nitrogênio protonado. Não foi possível obter espectros SERS da ATZ em pH > 2, provavelmente devido à baixa afinidade com a superfície metálica em virtude da presença do cloro (Cl) na estrutura molecular da ATZ que dificulta a adsorção no metal. Na análise quantitativa, a PRM apresentou isotermas de adsorção do tipo Langmuir enquanto a AMT isotermas do tipo sigmoidal. O limite de detecção (LOD), determinado no intervalo linear de cada isoterma de adsorção, foi de 9,2 ppb para a PRM e 3 ppb para a AMT, concentrações essas abaixo do limite máximo de resíduo permitido para água potável, tanto no Brasil quanto na Europa.

This thesis is divided in two aspects, the interaction between herbicides and simple model of the plasma membrane (biological aspect) and the detection of these herbicides (environmental aspect). The biological aspect of the work contains the results of two mimetic systems of the lipid structure of the plasma membrane: Langmuir films (DPPC monolayers) and giant unilamellar vesicles (GUVs - DPPC bilayers). The effects caused by the herbicides ametryn (AMT), atrazine (ATZ) and prometryn (PRM) on phospholipid dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) for both mimetic systems were studied. The interactions between phospholipid and herbicides were analyzed by means of DPPC Langmuir films with the herbicides in the aqueous subphase characterized by surface pressure isotherms vs average molecular area (π-A isotherms), Brewster angle microscopy (BAM) and Infrared reflection absorption spectroscopy with polarization modulation (PM-IRRAS). DPPC GUVs were produced using the electroforming technique and characterized by phase contrast microscopy. Both simple models of mimicry showed that the herbicides AMT, ATZ and PRM have some effect on the structuring of DPPC. However, in both systems, AMT was the herbicide that induced the most dramatic changes in this structure: 85% of the GUVs lost their phase contrast (these values were 38% and 30% for ATZ and PRM, respectively) and in the aqueous subphase it was the herbicide that most displaced the π-A isotherms of Langmuir film monolayers to greater values of areas (followed by ATZ and PRM) and also the only one to cause rupture in this monolayer. In the environmental aspect, the detection of herbicides (PRM, AMT and ATZ) was carried out using the surface-enhanced Raman scattering (SERS). As SERS platform, silver nanoparticles (AgNP) were used, characterized by UV-Vis absorption spectroscopy, dynamic light scattering (DLS) and zeta potential. Herbicides suffer hydroxylation in acidic environments and this directly interferes in the affinity with the surface of AgNP, crucial in SERS. At pH < 5, PRM and AMT interact with AgNP through C = O, while at pH > 5 the interaction occurs in the protonated nitrogen. It was not possible to obtain SERS spectra from ATZ at pH > 2, probably due to the low affinity with the metallic surface, the chlorine (Cl) present in its molecular structure hinders the adsorption on the metal. In the quantitative analysis, the PRM presented adsorption isotherms of the Langmuir type while the AMT showed isotherms of the sigmoidal type. The detection limit (LOD), determined in the linear range of each isotherm, was 9.2 ppb for PRM and 3 ppb for AMT, these concentrations are below the limit allowed by the regulatory agencies for drinking water, in Brazil, and in Europe.
Interaction between biomembrane models based on Langmuir films and giant unilamellar vesicles (GUVs) with triazine herbicides and detection via SERS spectroscopy
Keywords: Herbicidas triazínicos; GUVs; SERS; Detecção analítica; Triazine herbicide; Analytical detection