Técnicas de limpeza química ou mecânica são comumente empregadas para evitar a formação de biofilmes e problemas associados com a colonização de superfícies por micro-organismos. Neste trabalho, amostras de aço inox 304L foram submetidas a ensaios acelerados de crescimento de biofilme, o qual foi posteriormente removido por tratamentos de limpeza e desinfecção (choque térmico com água a 70°C por 1h, limpeza com ácido fosfórico 20 % v/v por 30min e desinfecção com peróxido de hidrogênio 0,17 % v/v por 1h). Com o objetivo de verificar a influência destes tratamentos na remoção do biofilme, este foi caracterizado (por quantificação microbiana e análises de espectroscopia de impedância eletroquímica - EIE), antes e após a aplicação dos tratamentos. Dois casos foram estudados. No primeiro caso, simularam-se condições presentes em tubulações de ambientes hospitalares e sistemas de distribuição de água quente. O micro-organismo utilizado foi a bactéria Serratia marcences. O processo de formação de biofilme e posterior limpeza e desinfecção foi realizado de modo contínuo durante 15 semanas. Os resultados de quantificação microbiana e de EIE mostraram que desde a primeira semana de exposição e ao longo dos ensaios, formou-se um biofilme aderente à superfície do aço e que o emprego dos tratamentos de limpeza e desinfecção não foi eficaz na remoção do biofilme. Em um segundo caso, simularam-se condições presentes em tubulações da indústria de água mineral, empregando-se a bactéria Pseudomonas aeruginosa. Neste caso, as técnicas de limpeza e desinfecção foram aplicadas individualmente e em conjunto. A aplicação de choque térmico, assim como da limpeza ácida, sobre um biofilme com 72 h de formação foi capaz de eliminar as bactérias viáveis, presentes na superfície do aço. Entretanto, a desinfecção com peróxido de hidrogênio não foi capaz de eliminá-las. Nas duas condições, porém, as análises de EIE do sistema aço/biofilme mostraram que o mesmo não foi completamente removido da superfície do metal. Correlacionando os dois casos, pode-se inferir que a superfície do aço inox 304L é rapidamente colonizada pelas duas espécies microbianas e que as técnicas de limpeza e desinfecção são capazes de reduzir e até eliminar as células viáveis, embora não removam completamente o biofilme da superfície. Por outro lado, é importante ressaltar que fatores como a arquitetura, espessura e porosidade do biofilme, e propriedades intrínsecas da superfície, são fatores que afetam os valores de impedância medidos, sendo necessário considerá-los na análise, tanto da formação do biofilme, quanto dos efeitos dos procedimentos de limpeza e desinfecção

Biofilmes são formados por comunidades de células sésseis aderidas a uma superfície e entre si, embebidas por uma matriz de substâncias poliméricas extracelulares (SPE). Estas substâncias são produzidas pelos próprios micro-organismos com a finalidade de aumentar sua sobrevivência em um determinado meio. O crescimento e a adesão indesejada de biofilmes afetam uma grande diversidade de habitats microbianos, tais como instrumentos médicos, trocadores de calor e sistemas de distribuição de água potável. Em uma indústria de água mineral, por exemplo, as bactérias podem formar biofilmes em toda a superfície que está em contato com a água, podendo contaminá-la através da produção de metabólitos, causando sabor e odor desagradáveis. Sérios problemas de saúde pública podem ainda ser gerados se houver o desprendimento do biofilme da tubulação, principalmente se este for composto por micro-organismos patogênicos. Quando crescidos sobre superfícies metálicas, outro problema ocorre, pois estes biofilmes podem acelerar processos corrosivos, alterando o tempo de vida útil de materiais metálicos. Este trabalho tem como objetivo investigar a formação de biofilmes de Pseudomonas aeruginosa sobre superfícies de aço inox 304L, utilizado na indústria de água mineral, e como removê-los da superfície metálica, através de tratamentos com misturas de agentes químicos oxidantes e surfactantes/neutralizantes. Também pretende analisar, através do emprego da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e de microscopia eletrônica de varredura (MEV), as condições eletroquímicas e a morfologia dos corpos de prova, antes e após a aplicação destes tratamentos químicos. Os tempos de contatos e as concentrações dos agentes químicos foram organizados como uma matriz de planejamento experimental 23 com ponto central, a fim de obter uma resposta em termos de percentual de remoção dos micro-organismos. As análises de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foram realizadas em meio de NaNO3 0,5 mol. L-1, antes e depois da formação do biofilme, bem como após o tratamento químico, a fim de verificar o estado da superfície do aço inox nas condições mencionadas. Houve redução no número de células viáveis do biofilme de P. aeruginosa, após a aplicação do tratamento químico, em todas as condições estudadas com as misturas testadas (1 e 2), com influência significativa dos parâmetros estudados. Os resultados de EIE sugerem que a interação entre os parâmetros e os componentes das misturas estudadas influenciou também no comportamento eletroquímico da superfície. Contudo, não foi possível analisar isoladamente as variáveis e encontrar uma relação direta entre o % de remoção de células bacterianas e a condição eletroquímica da superfície

A embriogénese somática é um processo complexo em que uma célula ou um tecido, sob estímulos específicos, origina um embrião somático que pode germinar numa planta. Embora este processo ocorra naturalmente em algumas plantas, é maioritariamente estudado e utilizado como um protocolo in vitro para diversas aplicações biotecnológicas, como a propagação clonal de plantas e modificação genética, bem como para estudos fundamentais. Este processo foi descrito em muitas espécies e estudado com várias metodologias. Além da completa elucidação dos mecanismos moleculares subjacentes a este processo, tem-se procurado detetar biomarcadores da competência embriogénica. O tamarilho é uma solanácea arbórea na qual a embriogénese somática tem sido amplamente descrita e estudada. Em particular, um processo de indução indireta, no qual calos embriogénicos e não embriogénicos são formados a partir do mesmo explante inicial, tem sido extensivamente utilizado para estudar os diversos aspetos moleculares subjacentes a este processo. Nesta tese, foram aplicadas várias técnicas para estudar o mecanismo molecular da embriogénese somática do tamarilho, particularmente em termos de metabolitos primários e secundários e, partir destes, identificar possíveis biomarcadores de potencial e competência embriogénica. Os níveis endógenos de auxinas, especificamente o ácido indol-3-acético (IAA), foram investigados por técnicas moleculares, químicas e bioquímicas, indicando um perfil distinto entre calos embriogénicos e não embriogénicos, com uma maior concentração de IAA nos calos embriogénicos e uma taxa de degradação mais baixa, juntamente com genes relacionados com as auxinas apresentando uma expressão distinta. Estes resultados mostram que os níveis endógenos de IAA são um potencial biomarcador de embriogénese somática. O metaboloma primário, nomeadamente em termos de metabolismo de hidratos de carbono, também é distinto entre os dois tipos de calo, com monossacarídeos resultantes da hidrólise da sacarose (glicose e frutose) e os seus produtos catabólicos mais comuns no fenótipo embriogénico. Em termos de metabolitos secundários, particularmente ácidos fenólicos e flavonoides, o perfil das folhas ex vitro e in vitro é também distinto, o que pode ser explicado por fatores ambientais, enquanto a presença de flavonoides parece influenciar a desdiferenciação dos explantes foliares. Estes resultados sugerem que os metabolitos secundários são importantes na embriogénese somática e podem ser potenciais biomarcadores de competência embriogénica. Por fim, uma técnica biofísica, a espectroscopia de impedância eletroquímica, foi utilizada para avaliar o crescimento e o perfil fisiológico de calos não embriogénicos (principalmente devido à importância biotecnológica desta linha), mostrando uma boa correlação com a taxa de crescimento e a fisiologia celular. Estudos em curso estão a aplicar esta técnica a calos embriogénicos. De forma geral, os resultados mostram que os níveis endógenos de IAA, as razões frutose/glicose ou lactato são bons potenciais biomarcadores de competência embriogénica. Além disso, os metabolitos secundários, particularmente os ácidos fenólicos, são fundamentais nas fases iniciais de desdiferenciação e podem ser usados para inferir o potencial embriogénico de um explante. A espectroscopia de impedância eletroquímica também demonstrou ser uma técnica adequada para estudar, de forma direta e não destrutiva, os calos não embriogénicos.

Electrochemical impedance spectroscopy is finding increasing use in electrochemical sensors and biosensors, both in their characterisation, including during successive phases of sensor construction, and in application as a quantitative determination technique. Much of the published work continues to make little use of all the information that can be furnished by full physical modelling and analysis of the impedance spectra, and thus does not throw more than a superficial light on the processes occurring. Analysis is often restricted to estimating values of charge transfer resistances without interpretation and ignoring other electrical equivalent circuit components. In this article, the important basics of electrochemical impedance for electrochemical sensors and biosensors are presented, focussing on the necessary electrical circuit elements. This is followed by examples of its use in characterisation and in electroanalytical applications, at the same time demonstrating how fuller use can be made of the information obtained from complete modelling and analysis of the data in the spectra, the values of the circuit components and their physical meaning. The future outlook for electrochemical impedance in the sensing field is discussed.

A simple and sensitive electrochemical impedance spectroscopy (EIS) biosensor was designed for the determination of lipopolysaccharide (LPS). The gold nanoparticles (GNPs) were electrochemically deposited on the glassy carbon electrode as a base electrode and the biosensor was fabricated by self-assembling a special peptide (GIGKLHSAGKF) used as molecular recognition onto the GNPs surface according to the Au–S bond. Polyethylene glycol and 6-mercapto-1-hexanol were used to block the remaining sites of the modified electrode surface. When binding of LPS, the biosensor had a good response to different concentrations of LPS and the charge transfer resistance of the biosensor was directly related to the logarithm of LPS concentrations in the range of 0.01 pg mL-1-1.0 ng mL-1 with a limit of detection of 2.0 fg mL-1. The characteristics of the electrochemically deposited GNPs and the optimization concentration and the self-assembly time of peptide, as well as the performance of the EIS biosensors for LPS were investigated. The biosensor was used for real serum sample determination with satisfactory results.

Chemically modified electrodes have been studied to obtain new and better electrochemical sensors. Transparent conductive oxides, such as fluorine-doped tin-oxide (FTO), shows electrical conductivity comparable to metals and are potential candidates for new sensors. In this work, FTO was modified by gold electrodeposition from chlorine-auric acid solution using cyclic voltammetry (CV) technique. A set of different materials were produced, varying the scan number. Scanning electron microscopy and electrochemical impedance spectroscopy were performed for the characterization of electrodes surfaces. From this analysis was possible to observe the resistive, capacitive and difusional aspects from all kind of modified electrodes produced, establishing a relationship between this parameters and the scan number. The electrode with 100 scans of CV presented better characteristics for an electrochemical sensor; it has the lowest global impedance and rising of capacitive behavior (related to electrical double layer formation) at lower frequencies. This electrode was tested for paracetamol and caffeine detection. The results showed a high specificity, decreased oxidation potential (0.58 V and 0.97 Vvs. SCE, for paracetamol and caffeine, respectively) and low detection limits (0.82 and 0.052 µmol L-1).

The influence of ethanol, sulfuric acid and chloride on the corrosion resistance of 316L stainless steel was investigated by means of polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy measurements. Over the studied range, the steel corrosion potential was independent of H2SO4 and NaCl concentrations in aqueous solution. On the other hand, in solution containing 65 wt.% ethanol and 35 wt.% water, the corrosion potentials were higher than those obtained in aqueous solution. Besides, the steel corrosion potential was affected by the addition of H2SO4 and NaCl in solution. In solutions with and without ethanol, plus 0.35 wt.% NaCl, the presence of 1 wt.% H2SO4 inhibited the appearance of pitting corrosion.

Research in biosensing currently occupies an important role among biomolecular detection techniques, especially with respect to medical diagnoses. Is this sense, the development of biosensors based on the localized surface plasmon resonance (an optical transducer) or electrochemical transductions have been highlighted. However, optical and electrochemical detection working together enable more versatile detections in biosensing. Thus, we propose a dual sensor, which incorporates these two mechanisms on the same platform. The sensor shared the same transducer that was based on a glass-indium thin oxide (ITO) surface covered with gold nanoparticles. The transducer was prepared by the immobilization of gold nanoparticles on (3-aminopropyl)triethoxysilane-activated glass-ITO. The substrate ability to respond to physical surface variations was assessed. For this, measurements of the gold nanoparticles band redshift (plasmonic transduction) and charge transfer resistance from impedance spectra (electrochemical transduction) were performed. The platform was able to detect streptavidin immobilized on the surface by both mechanisms demonstrating its applicability as a device for biodetection in dual detection mode.

In this study, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is evaluated as a novel application in the biodiesel purification process. EIS is proposed as a tool to study the behavior of charge carriers produced from side reactions or dissociations of some impurities during the gravitational separation of glycerol dispersed in crude biodiesel after the transesterification process. In the present study, EIS combined with a simple capacitor of two parallel plates made of stainless steel ASTM 304 with an area of 7.0 cm2 and a gap between the plates of 0.8 mm is demonstrated to be a promising technique to monitor the biodiesel/glycerol separation as a function of time. From the analysis of the impedance data, collected during the separation process, it was found that the biodiesel resistance increases up to a maximum value and then decreases to a value which corresponds to the final equilibrium state. Considering that the maximum resistance represents the less contaminated biodiesel as a criterion, the proper average biodiesel/separation time of 4 h 14 min ± 1 h 11 min was determined. Another finding from the EIS results suggests that a growing absorbed film exists on the plate surface of the capacitor used as an impedance sensor.

Nickel was electrodeposited from choline chloride (ChCl)-based deep eutectic solvents (DESs) containing ethylene glycol (EG) and urea (U) on Cu substrate. The influence of the temperature and of DESs nature was evaluated. The diffusion coefficients of nickel varied from 2.2 × 10-9 to 3.7 × 10-8 cm2 s-1 for ChCl:2U and from 1.3 × 10-8 to 5.8 × 10-8 cm2 s-1 for ChCl:2EG with increasing temperature. The nucleation process of Ni on Cu at 70 °C was determined as instantaneous in ChCl:2EG and progressive in ChCl:2U using Scharifker and Hills model. The SEM characterization showed that with increasing temperature, more compact coatings were obtained. Linear polarization and electrochemical impedance spectroscopy were used to evaluate the corrosion performance of the obtained deposits in 3.5% NaCl. The coatings were more protective as higher the temperature of deposition, with polarization resistance (Rp) values from 3.53 to 19.11 kΩ cm2.