Workshop-ul „Nano Sisteme Dinamice: de la Concepte la

Aplicatii Senzoristice”

Centrul International de Biodinamica

22-23 SEPTEMBRIE 2010

2

CUPRINS

PROGRAM ......................................................................................................................... 5

BIOMATERIALE MICRO- SI NANOSTRUCTURATE OBTINUTE PORNIND DE LA POLIMERI FUNCTIONALI ................................................................................................. 7

Bogdan C. Simionescu ...................................................................................................................................................... 7 1Catedra Polimeri Naturali si Sintetici, Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi”, Iasi, Romania

NANOSTRUCTURI CATALITICE CONTINAND METALE NOBILE: SINTEZA, CARACTERIZARE SI COMPORTARE CATALITICA ....................................................... 8

Vasile Parvulescu .............................................................................................................................................................. 8 Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti, Romania

Maria Zaharescu .............................................................................................................................................................. 9 Institutul „I.G. Murgulescu” Bucuresti, Romania

ARHITECTURI MOLECULARE SUPERIOR ORGANIZATE: CONCEPTE PENTRU BIOSENZORI ................................................................................................................... 10

Sorin Melinte .................................................................................................................................................................. 10 Universitatea Catolica din Louvain la Neuve, Belgia

SENZORII BIOMAGNETICI BAZAND PE MAGNETO-REZISTENTA ............................ 11

Adrian Ionescu................................................................................................................................................................ 11 Universitatea Cambridge, Marea Britanie

PERSPECTIVE PENTRU UN NOU BIOCATOD DE POTENTIAL RIDICAT – NOI PROPRIETATI ALE ENZIMELOR REDOX IMOBILIZATE PE NANOSTRUCTURI COMPOZITE DE GRAFIT ................................................................................................ 12

Leonard Stoica ................................................................................................................................................................ 12 Ruhr-University Bochum, Germaia

STUDIUL CELULELOR UTILIZAND SENZORI OPTICI IN DOMENIUL UV-VIS ............ 13

M.Bercu1, D.P.Poenar

2 ................................................................................................................................................... 13

1 Facultatea de Fizica, Universitatea Bucuresti, ,Romania .......................................................................................... 13

2Microelectronics Center, Nanyang Technological University, Singapore

BIOSENZORI CELULARI: INTEGRAREA ELEMENTELOR NANO-BIO INTR-O PLATFORMA ANALITICA UNITARA .............................................................................. 14

S. David, C. Polonschii, A. Olaru, I. Marcu, D. Cucu, D. Bratu, T. Sandu, M. Gheorghiu, S. Gaspar, E

Gheorghiu ....................................................................................................................................................................... 14 Centrul International de Biodinamica, CIB, Bucuresti, Romania

REGULARITATI ASCUNSE SI CORELATII IN NANO-BIOSTRUCTURI........................ 16

M. Popescu, A. Velea ...................................................................................................................................................... 16 INCDFM, Bucuresti, Romania

3

CONCENTRORI PARABOLICI PENTRU SEMNALE RAMAN ....................................... 17

Vlad Stolojan .................................................................................................................................................................. 17 Universitatea din Surrey, Marea Britanie

DEZVOLTAREA MULTIFUNCTIONALA A NANOSENZORILOR PLASMONICI PENTRU APLICATII BIOANALITICE.............................................................................................. 18

Simion Astilean ............................................................................................................................................................... 18 Universitatea Babes-Bolyai, Cluj-Napoca, Romania

NANOSISTEME MAGNETICE DE TIPUL MIEZ-COAJA PENTRU IMAGISTICA DE REZONANTA MAGNETICA ............................................................................................ 19

Jenica Neamtu,Wilhelm Kappel, Gabriela Georgescu, Teodora Malaeru ................................................................ 19 Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica,“ICPE-CA”, Bucuresti, Romania

AUTORECUNOASTEREA CELULARA MEDIATE DE GLICONECTINE ....................... 20

Octavian Popescu ........................................................................................................................................................... 20 Academia Romana, Institutul de Biologie, Bucuresti, Romania

NOI BIOSENZORI PE BAZA UNUI DESIGN RATIONAL AL INTERFETEI BIOMOLECULA-SUPORT ............................................................................................... 21

Camelia Bala ................................................................................................................................................................... 21 Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti, Romania

STUDII MOLECULARE ASUPRA UNOR TULPINI DE BACTERII LACTICE CU POTENTIAL PROBIOTIC ................................................................................................ 22

Diana Pelinescu ............................................................................................................................................................... 22 Facultatea de Biologie, Universitatea din Bucuresti, Romania

INTERACTIUNEA INTRE MOLECULE CU RELEVANTA FARMACOLOGICA, STRUCTURI PROTEICE SI MEMBRANE LIPIDICE ARTIFICIALE ................................ 23

Tudor Luchian ................................................................................................................................................................ 23 Universitatea “A.I. Cuza” – Iasi, Romania

CHIMIE METALOSUPRAMOLECULARA SI MATERIALE MOLECULARE................... 24

Marius Andruh ............................................................................................................................................................... 24 Universitatea din Bucuresti, Facultatea de Chimie, Bucuresti, Romania

AUTOASAMBLAREA - O ETAPA IN DEZVOLTAREA MATERIEI SUPERIOR ORGANIZATE .................................................................................................................. 25

Valeria Harabagiu .......................................................................................................................................................... 25 Institutul de Chimie Macromoleculara “Petru Poni”, Iasi, Romania

MATERIALE NANOSTRUCTURATE: APLICATII PRACTICE IN NANOMEDICINIA SI BIO-SENZORISTICA ....................................................................................................... 26

M. Simion, A. Radoi, R. Gavrila, A. Dinescu, M.Danila, M. Miu, D. Dascalu .......................................................... 26 Institutul National de Cercetare – Dezvoltarea pentru Microtehnologie “IMT - Bucuresti”, Romania

4

LIBRARII CONSTITUTIONALE DINAMICE APLICATE LA DESCOPERIREA DE INHIBITORI AI ANHIDRAZEI CARBONICE .................................................................... 27

Claudiu Supuran ............................................................................................................................................................ 27 Departamentul de Chimie Universitatea din Florenta, Italia

PRECURSORI ELECTROACTIVI SI MATERIALE CHIRALE ......................................... 28

Narcis Avarvari .............................................................................................................................................................. 28 Universitatea din Angers, Franta

PARTEA I: INVATAMANT SI CERCETARE: UN MODEL ELVETIAN ........................... 29

PARTEA II: STEREOSELECTIVE SYNTHESIS OF SELF-ASSEMBLED CHIRAL NANOSTRUCTURES ...................................................................................................... 29

Olimpia Mamula Steiner ............................................................................................................................................... 29 Universitatea de Stiinte Aplicate din Vestul Elvetiei, Fribourg, Elvetia

SISTEME CRISTALINE LICHIDE BAZATE PE LIPIDE CU APPLICATII IN ELIBERAREA CONTROLATA A COMPUSILOR TERAPEUTICI ........................................................... 30

Dr. Catalin Nistor ........................................................................................................................................................... 30 Institutul Camurus AB, Suedia

ADMINISTRAREA TRANSCUTANATA A MEDICAMENTELOR: O ABORDARE MICROTEHNOLOGICA ................................................................................................... 31

Dr. Ciprian Iliescu .......................................................................................................................................................... 31 Institutul de Bioinginerie si Nanotehnologie, Singapore

10 ANI DE DIAGNOSTIC SI CERCETARE GENETICA IN ROMANIA ........................... 33

Lorand Savu.................................................................................................................................................................... 33 Genetic Lab, Bucuresti, Romania

INDEX PARTICIPANTI .................................................................................................... 34

5

Program

Miercuri, 22 Septembrie 2010

8:30-9:00

Cuvant de deschidere:

Andrei Ruckenstein, Universitatea Boston, S.U.A.

Mihai Barboiu, Institutul European de Membrane, Montpellier, Franta

Eugen Gheorghiu, Centrul International de Biodinamica, Bucuresti

09:00- 11:00

Sesiunea 1 Materiale supramoleculare, Materiale Nanostructurate &Filme subtiri

Moderator: Marius Andruh, Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti

9:00-9:30 Biomateriale micro- si nanostructurate obtinute pornind de la polimeri functionali - Bogdan

Simionescu, Institutul „Petru Poni” Iasi

9:30-10:00 Nanostructuri catalitice continand metale nobile: sinteza, caracterizare si comportare catalitica -

Vasile Parvulescu, Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti

10:00-10:30 Structura si proprietatile filmelor de HfO2 obtinute prin metoda sol-gel

Maria Zaharescu, Institutul „I.G. Murgulescu” Bucuresti

10:30-11:00 Arhitecturi Moleculare Superior Organizate: Concepte pentru Biosenzori

Sorin Melinte, Universitatea Catolica din Louvain la Neuve, Belgia

11:00-11:30 # Pauza cafea

11:30-13:30 Sesiunea 2: Biosenzori: Dezvoltarea de sisteme analitice/transductie avansate

Moderator: Andrei Ruckenstein, Universitatea Boston, S.U.A.

11:30-12:00 Senzorii biomagnetici bazati pe magneto-rezistenta

Adrian Ionescu, Universitatea Cambridge, Marea Britanie

12:00-12:30 Perspective pentru un nou biocatod de potential ridicat – noi proprietati ale enzimelor redox

imobilizate pe nanostructuri compozite de grafit

Leonard Stoica, Universitatea Ruhr, Bochum, Germania

12:30-13:00 Studiul celulelor utilizand senzori optici in domeniul UV-Vis

Mircea Bercu, Facultatea de Fizica, Universitatea din Bucuresti

13:00-13:30 Biosenzori celulari: integrarea elementelor nano-bio intr-o platforma analitica unitara - Eugen

Gheorghiu, Centrul International de Biodinamica Bucuresti

13:30-14:30 # Pauza pranz

14:30-16:30 Sesiunea 3: Nano structuri analitice

Moderator: Wilhelm Kappel, ICPE, Bucuresti

14:30-15:00 Regularitati ascunse si corelatii in nano-biostructuri

Mihai Popescu, Alin Velea, INCDFM Bucuresti

15:00-15:30 Concentrori parabolici pentru semnale Raman

Vlad Stolojan, Universitatea din Surrey, Marea Britanie

15:30-16:00 Dezvoltarea multifunctionala a nanosenzorilor plasmonici pentru aplicatii bioanalitice Simion

Astilean, Universitatea “Babes-Bolyai”, Cluj-Napoca 16:00-16:30 Nanosisteme magnetice de tip miez-coaja pentru Imagistica de Rezonanta Magnetica - Wilhelm

Kappel, Jenica Neamtu, ICPE, Bucuresti

16:30-17:00 # Pauza cafea

17:00-19:00 Sesiunea 4: Biosenzori: Noi abordari privind intelegerea si utilizarea componentei „Bio” &

Chimiei legarii structurilor afine Moderator: Olimpia Mamula Steiner, Universitatea de Stiinte Aplicate din Vestul Elvetiei,

Fribourg

17:00-17:30 Auto recunoasterea de catre Gliconectine Octavian Popescu, Universitatea “Babes-Bolyai”, Cluj-

Napoca / Institutul de Biologie, Academia Romana, Bucuresti

17:30-18:00 Noi biosenzori pe baza unui design rational al interfetei biomolecula-suport Camelia Bala,

Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti

18:00-18:30 Studii moleculare asupra unor tulpini de bacterii lactice cu potential probiotic

Diana Pelinescu, Facultatea de Biologie, Universitatea din Bucuresti

18:30-19:00 Interactiunea intre molecule cu relevanta farmacologica, structuri proteice si membrane lipidice

artificiale – Tudor Luchian, Universitatea “A.I. Cuza” – Iasi

19:00 – 19:30 Masa Rotunda: Structuri Biomimetice- Probleme deschise

Moderator: Octavian Popescu, Universitatea “Babes-Bolyai”, Cluj-Napoca / Institutul de Biologie,

Academia Romana Bucuresti

20:00 Eveniment de Networking

6

Joi, 23 Septembrie 2010

8:30- 11:00 Sesiunea 5: Materiale supramoleculare, Materiale Nanostructurate & Filme subtiri - II

Moderator: Mihai Barboiu, Institutul European de Membrane, Montpellier, Franta

8:30-9:00 Chimie metalosupramoleculara si materiale moleculare

Marius Andruh, Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti

9:00-9:30 Autoasamblarea - o etapa in dezvoltarea materiei superior organizate

Valeria Harabagiu, Institutul "Petru Poni", Iasi

9:30-10:00 Materiale nanostructurate: aplicatii practice in nanomedicina si biosenzoristica Antonio Radoi, IMT

Bucuresti

10:00-10:30 Librarii constitutionale dinamice aplicate la descoperirea de inhibitori ai anhidrazei carbonice -

Claudiu Supuran, Universitatea din Florenta, Italia

10:30-11:00 Precursori electroactivi si materiale chirale

Narcis Avarvari, Chargé de Recherches, CNRS, Université d'Angers, Franta

11:00-11:30 # Pauza cafea

11:30-13:30 Sesiunea 6: De la concept la aplicatii practice

Moderator: Eugen Gheorghiu, Centrul International de Biodinamica Bucuresti

11:30-12:00 A. Invatamant si cercetare: un model elvetian; B. Sinteza stereoselectiva de nanostructuri chirale

autoasamblate - Olimpia Mamula Steiner, Universitatea de Stiinte Aplicate din Vestul Elvetiei,

Fribourg

12:00-12:30 Sisteme cristaline lichide bazate pe lipide cu aplicatii in eliberarea controlata a compusilor terapeutici

- Catalin Nistor, Institutul Camurus AB, Suedia

12:30-13:00 Administrarea transcutanata a medicamentelor: o abordare microtehnologica

Ciprian Iliescu, Institutul de Bioinginerie si Nanotehnologie, Singapore

13:00-13:30 Genetic Lab : 10 ani de diagnostic si cercetare genetica in Romania

Lorand Savu, Genetic Lab, Bucuresti

13:30-14:30 # Pauza pranz

14:30- 16:30 Sesiunea 7 Moderator: Marius Andruh, Universitatea din Bucuresti, Coordonator Panel Grup de

Domenii in cadrul proiectului DSE

Dezbatere ”Criteriile de evaluare a cercetarii stiintifice din universitati, pe domenii specifice ”-

Proiect FSE „Doctoratul in Scoli de Excelenta- Evaluarea calitatii cercetarii in universitati si

cresterea vizibilitatii prin publicare stiintifica"”

16:30-17:00 Pauza cafea

17:00-18:00 Sesiune speciala Moderator: Marius Andruh, Universitatea din Bucuresti, Coordonator Panel Grup

de Domenii in cadrul proiectului DSE

Dezbatere ”Criteriile de evaluare a cercetarii pe domenii specifice in universitati”- Proiect FSE

„Doctoratul in Scoli de Excelenta- Evaluarea calitatii cercetarii in universitati si cresterea vizibilitatii

prin publicare stiintifica"”

# Pauzele vor permite Vizite, Discutii & Demonstratii Practice in cadrul laboratoarelor Centrului

International de Biodinamica

7

Biomateriale micro- si nanostructurate obtinute pornind de la polimeri

functionali

Bogdan C. Simionescu1,2

1Catedra Polimeri Naturali si Sintetici, Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi”, Iasi,

Romania

2Institutul de Chimie Macromoleculara “Petru Poni” Iasi

Lucrarea prezinta rezultate recente privind utilizarea polimerilor functionali (telomeri,

macromonomeri) drept elemente de constructie/intermediare in prepararea materialelor polimere

sau hibride directionate spre aplicatii biomedicale – suporturi purtatoare de medicamente, sisteme

de diagnoza, matrici pentru ingineria tisulara, etc. Sunt prezentate exemple referitoare la copolimeri

bloc sau grefati, retele macromoleculare interpenetrate, micro-/nanoparticole, materiale poroase

biodegradabile pe baza de colagen si nanocompozite poliuretan-montmorilonit. Prepararea acestor

materiale se bazeaza pe polimeri functionali naturali si sintetici – colagen, poli (2-alchil-2-

oxazoline), poli (ε-caprolactona), poli (butil cianoacrilat).

8

Nanostructuri catalitice continand metale nobile: sinteza, caracterizare si

comportare catalitica

Vasile Parvulescu

Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti, Romania

Utilizarea nanostructurilor in cataliza prezinta interes de mai bine de 40 de ani. Ultimii zece ani au

adus insa noi provocari in acest domeniu privind controlul dimensiunii particulelor, al geometriei

acestora, si al controlului starii de oxidare al diferitelor specii. In plus, interesul s-a extins asupra

sintezei unornanoaliaje. O atentie deosebita in acest context a fost adresata aurului. In stare nano,

acest element a demonstrat propietati catalitice unice in numeroase reactii de sinteza finala.

Actuala prezentare isi propune sa prezinte realizari recente in sinteza si caracterizarea unor

structuri nano incluzand metale nobile precum: Pt, Pd, Ir, Au sau Rh si caracterizarea lor prin

diverse tehnici specifice. Deasemenea se vor prezenta aplicatii catalitice folosind astfel de sisteme

in hidrogenari chemo, region sistereoselective de legaturi duble C=C si C=O in compusi aromatici

sau structuri alilice, reactii sucesive incluzand izomerizari, cicloizomerizari si hidrogenari selective,

hidrogenoliza selectiva sau reactii fotocatalitice in medii conventionale dar si in solventi ionici sau

conditii de dioxid de carbon supercritic.

9

Structura si proprietatile filmelor de HfO2 obtinute prin metoda sol-gel

Maria Zaharescu

Institutul „I.G. Murgulescu” Bucuresti, Romania

Dioxidul de hafnium (HfO2) este un material cu refractaritate ridicata care prezinta excelente

proprietati chimice si fizice. O mare parte a aplicatiilor recente ale HfO2, necesita materiale sub

forma de filme, ca: materiale cu constanta dielectrica ridicata (dielectrici high-k pentru dispozitive

electronice), fabricarea filmelor mesoporoase, ghiduri de unda, materiale de protectie improtiva

oxidarii/coroziunii, isolatori dielactrici pentru dispozitive de memorie tip DRAM sau filme pentru

aplicatii electroluminiscente (TFEL).

Filmele de HfO2 pot fi preparate prin diferite metode ca: Atomic Layer Deposition, Pulsed Laser

Deposition, Chemical Vapor Deposition, Radio Frequency Sputtering, Plasma Oxidation of Hf

film. Toate aceste tehnici necesita temperaturi ridicate de tratament, care pot sa deterioreze

performantele si fiabilitatea dispozitivelor. O alternativa pentru evitarea acestor deteriorari o poate

constitui metoda sol-gel.

In cadrul presentarii se vor discuta comparativ proprietatile micro-structurale si optice ale filemelor

de HfO2, obtinute prin metoda sol-gel utilizand precursori difieriti. S-a urmarit stabilirea unei

corelatii intre precursorii de hafnou, rugositatea, propositatea, indicele de refractie si formarea unui

SiO2 la interfata suport film de HfO2.

Prprietatile dielectrice ca si utilizarea unor asemenea filme in obtinerea unor tranzistori pe baza de

pentacene vor fi de asemenea discutate.

10

Arhitecturi Moleculare Superior Organizate: Concepte pentru Biosenzori

Sorin Melinte

Universitatea Catolica din Louvain la Neuve, Belgia

Introducem un protocol de avangarda pentru nanostructurarea polianilinei, cu o rezolutie de

suprafata fara precedent, echivalenta unei densitati de pixeli de cca. 0.25 teradot/inch2. Un proces

simplu, in doua etape, este prezentat sub forma unei metodologii ierarhice in vederea construirii

unei mari varietati de structuri de polianilina functionale pe orice tip de substrata - flexibile sau

rigide. Folosind micro- si nano-structuri metalice pre-definite, prin intermediul proprietatilor

catalitice ale elementelor de Pt, un procedeu inovativ de crestere electroless produce retele ordonate

de nanofire de polianilina distincte, cu un diametru tipic de 15 nm si raport de aspect

(lungime/diametru) mai mare de 20. Controlul tridimensional al arhitecturilor moleculare este

obtinut prin transfer direct folosind un concept nou de litografie cu fascicul de electroni cu resist si

doza-modulate.

Metoda este scalabila si ofera o abordare generica pentru aplicatii de tip lab-on-chip.

Diferite aspecte ale mecanismului de crestere al polianilinei la scara nanometrica sunt discutate si

rezolutia masica a metodei de fabricatie (sub-picogram) este scoasa in evidenta. Proprietatile

optoelectronice acordabile si dinamice ale sistemelor polimerice tridimensionale, obtinute prin

intermediul unei tehnici simple de dopaj si dedopaj a polianilinei, sunt subliniate. Nanofirele de

polianilina cu o morfologie modulara sunt determinate sa se auto-asambleze in arhitecturi de tip

cheie de blocare (key-lock), fenomenologia procesului de auto-asamblare fiind orchestrata de

asimetria structurala si non-uniformitatea fortelor capilare. Topografia de tip re-entrant a

nanostructurilor fabricate (discuri si forme patrate axial modulate, precum si nanofire ramificate si

hiper-ramificate) pot induce blocarea liniei de contact in cazul unui lichid care se evapora. Acest

comportament amplifica fortele capilare exercitate intre nanofire si produce nanoasamblaje de tip

angrenaj. Compatibilitatile structurale ale modulatiilor favorizeaza impachetarea compacta cu

interstitii minime intre nano-structurile individuale. Aceasta asimetrie ofera nanofirelor de

polianilina un potential real de a fi exploatate in macroasamblaje sferice, tubulare sau elicoidale

functionale. Combinand proprietatile optoelectronice modulabile si actionarea mecanica a

polianilinei, aceste macro-ansamblaje ar putea juca un rol important in elaborarea de materiale de

tip stimul-receptor inteligente pentru dezvoltarea biosenzorilor.

11

Senzorii biomagnetici bazand pe magneto-rezistenta

Adrian Ionescu

Universitatea Cambridge, Marea Britanie

In ultimul deceniu un nou camp de cercetare, Biomagnetronics, s-a dezvoltat din necesitatea de a

accelera analizele medicale. Aceste analize sunt de obicei facute prin „bioassays” folosindu-se de

fluorescenta, e.g. enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Concentratia necesara de

detectare find intre un pM pana la un nM are nevoie de amplificatia analiticului care impreuna cu

problemele intrinseci al metodelor fluorescente, e.g. photo-albire și auto-fluorescenta, rezulta in

pierderea timpului pana se poate emite o diagnoza. Aicea se pune intrebarea daca nu exista alte

alternative pentru a scurta timpul analizelor. Avansuri din alte domenii de cercetare, cum ar fi de

exemplu din „Spintronics”, care se folosește cu mare succes in tehnologia informatiei, prezinta in

acest scop o posibila solutie [1].

In aceasta prezentare discut in scurt principu si aplicatele senzorilor bazandu-se pe magneto-

rezistenta care se folosesc in bioassays magnetice. Aceste bioassays identifica analiticul prin o

eticheta magnetica, de obicei o nano particula. Mai ales, prezint rezultate noastre obtinute prin

detectarea entitatilor magnetice, organice și anorganice, de marime intre 50 nm [2] pana la zeci de

micrometri [3], prin utilizarea senzorilor bazandu-se pe tunel magneto-rezistenta. Senzori sunt

incorporat intru-n sistem micro-fluidic care permite si manipularea particulelor magnetice. Alte

alternative de manipulare prin metode optice si prin magnetic resonance imaging (MRI) o-sa fie de

asemenea prezentate [4].

Referinte [1] J. Llandro, J.J. Palfreyman, A. Ionescu and C.H.W. Barnes, „Magnetic biosensor technologies for medical

applications: a review”, Med. Biol. Eng. Comput. (2010), DOI 10.1007/s11517-010-0649-3

[2] A. Ionescu, N.J. Darton, K.N. Vyas and J. Llandro, „Detection of endogenous magnetic nanoparticles with a TMR

sensor”, Phil. Trans. R. Soc. A (2010), DOI:10.1098/rsta.2010.0137

[3] B. Hong, J.-R. Jeong, J. Llandro, T.J. Hayward, A. Ionescu et al., „High throughput biological analysis using multi-

bit magnetic digital planar tags”, in „Biomagnetism and magnetic biosystems based on molecular recognition

processes” edited by A. Ionescu and J.A.C. Bland, A.I.P. Conf. Proc. 1025, 74 (2008)

[4] N.J. Darton, A.J. Sederman, A. Ionescu et al., „Manipulation and tracking of superparamagnetic nanoparticles

using MRI”, Nanotechnology 19, 395102 (2008)

12

Perspective pentru un nou biocatod de potential ridicat – noi proprietati ale

enzimelor redox imobilizate pe nanostructuri compozite de grafit

Leonard Stoica

Ruhr-University Bochum, Germaia

Cresterea puterii pilelor enzimatice de combustie reprezinta doar una dintre provocarile acestor

surse de energie alternativa, si care poate fi adresata specific prin largirea eficienta a suprafetei

active a electrodului, si implicit marirea cantitatii de enzima active immobilizata pe electrode care

sa permita schimbul direct de electroni dintre electrode si centrul activ al enzimelor redox

implicate.

Recentul material compozit (3D-CNT) [1], alcatuit dintr-o retea tridimensionala de

nanotuburi si microfiber de carbon crescute printr-un protocol de chemical vapor deposition

(CVD), este actualmente transferat pe suprafata unui electrode normal de grafit. Acest nou electrod

demonstreaza calitati excelente atat in directia largirii suprafetei active a electrodului cat si a

cantitatii de enzima. In primul rand, acesta demonstreaza imensul potential ce nanomaterialele il

poate aduce pentru descoperirea de noi proprietati ale enzimelor redox, referindu-ne aici de noi

modalitati de a schimba electroni la interfete polarizate. In cazul de fata, electrodul de grafit

modificat cu 3D-CNT a fost caracterizat prin modificarea cu peroxidaza din hrean (HRP) sau/si

prin includerea glucozoxidazei (GOX). In ciuda faptului ca sistem enzimatic ales este unul intens

studiat pana in prezent, concluziile experimentelor indica faptul ca HRP este capabila sa accepte

electroni direct de la electrodul 3D-CNT la un potential foarte apropiat de limita termodinamica

(+750 mV vs. Ag|AgCl). Practic, sistemul HRP/3D-CNT este capabil sa reduca apa oxigenata la un

potential de +600 mV vs Ag|AgCl, ceea ce poate fi perceput ca un excelent candidat pentru

implementarea unui nou biocatod.

Meritoriu pentru acest nou biocatod il reprezinta faptul ca, in comparatie cu prezentele enzime

folosite pentru biocatod, precum lacaza sau bilirubinoxidaza, HRP si GOX sunt complet

compatibile cu conditiile in-vivo, operand la pH de 7.4 si in prezenta ionilor Cl-, si pastrand

totodata un potentialul ridicat la electrod.

Studiile recent publicate [2], in legatura cu acest nou biocatod, vor fi prezentate pe larg.

Referinte [1] N. Li, X. Chen, L. Stoica, W. Xia, J. Qian, J. Aßmann, W. Schuhmann, M. Muhler Adv. Mater. 19 2957 (2007).

[2] W. Jia, S. Schwamborn, C. Jin, W. Xia, M. Muhler, W. Schuhmann, L. Stoica PCCP 12 (2010) 10088.

13

Studiul celulelor utilizand senzori optici in domeniul Uv-Vis

M.Bercu1, D.P.Poenar

2

1 Facultatea de Fizica, Universitatea Bucuresti, ,Romania

2Microelectronics Center, Nanyang Technological University, Singapore

Studiul asupra celulelor de tip Saccharomyces cerevisiae sau Escherichia-coli a fost realizat cu

ajutorul unor sensori optici profesionalizati, cu sensibilitate inalta, avand facilitatea de depunere a

probelor chiar pe cip sau in vecinatatea imediata a acestuia. Lumina este transferata prin cablu optic de

la monocromator catre sistemul proba-senzor. Spectrele UV-Vis au fost analizate cu un program de

extractie a benzior de absorptie pentru determinarea urmatorilor parametrii: -pozitie in spectru,-

largime la semiinaltime,-intensitate integrala relativa,-deplasare spre rosu. Analiza componentelor

spectrale s-a facut considerand profilul gaussian, lorentian sau o combinatie dintre acestea. Studiul a

vizat si extractia de parametrii din imagini asociate difractiei luminii LASER de catre celule

individuale cat si de catre ansambluri ale acestora. Senzorul optic a fost construit in tehnologia planara

fiind format dintr-o jonctiune superficiala p+/n- cu adancimea la 0.7 µm intr-un strat epitaxial cu

grosimea de 7.5 µm crescut peste un substrat de siliciu dopat cu o concentratie ridicata de fosfor (1018

cm-3

). Prezenta interfetei n/n+ asigura o sensibilitate ridicata datorata colectarii prin difuzie a

purtatorilor de sarcina fotogenerati in regiunea neutra a jonctiunii [1]. Contributia proceselor de

colectare prin drift cat si prin difuzie a fost investigata din spectrele dupa amplitudine a impulsurilor

generate de particule alfa cu parcurs controlat in siliciu. Acest tip de caracterizare a senzorului s-a

efectuat prin modificarea energiei pierdute in aer de catre particulele alfa ca urmare a variatiei

distantei dintre sursa radioactiva si senzor. Spectrele optice au fost inregistrate in transmisie pentru

domeniul spectral 250-500 nm pentru diferite concentratii de celule, intre 6×106 si 2×10

8 celule/ml.

Principalele benzi de absorptie au fost gasite la lungimile de unda de 310, 350, 400 si 427 nm.

Maximele in absorptie prezinta deplasari spre rosu neliniare ale lungimii de unda in functie de

concentratia de celule in mediu apos (buffer). Aceasta crestere monotona a deplasarii benzilor de

absorptie se satureaza de la concentratii mai mari de 5.0 x 107 celule/ml pentru care s-au constatat

formarea de clustere celulare. Studiul a evidentiat posibilitatea de monitorizare a concentratiei

celulelor cat si prezenta clusterilor prin analiza benzii de absorptie de la 427 nm care manifesta cea

mai mare “sensibilitate “in acest sens. Rezultatele experimentale sugereaza dezvoltarea unui

microsistem pentru caracterizarea probelor biologice asistat de programe de prelucrare a datelor

necesare la efectuarea de masuratori spectrometrice cantitative1.

1O parte dintre aceste rezultate au fost obtinute in cadrul unei colaborari bilaterale intre Universitatea din Bucuresti si

Nanyang Technoogical University din Singapore

14

Biosenzori celulari: integrarea elementelor nano-bio intr-o platforma analitica

unitara

S. David, C. Polonschii, A. Olaru, I. Marcu, D. Cucu, D. Bratu, T. Sandu, M. Gheorghiu, S.

Gaspar, E Gheorghiu

Centrul International de Biodinamica, CIB, Bucuresti, Romania

Utilizarea unor senzori cu celulele vii, sau membrane lipidice, interfatate cu traductori

electrochimici, sau/si optici (i.e. biosenzori celulari) se dovedeste eficienta pentru analiza

interactiilor dintre diferite clase de compusi (inclusiv agenti nocivi, unii necunoscuti) si bio-

sisteme. Prezentam rezultate recente obtinute in cadrul CIB, utilizand biosenzori celulari pentru

descrierea interactiei dintre celule, sau sisteme biomimetice si compusi nocivi [1-6]. Au fost

dezvoltate sisteme senzoristice electro-optice, ce cuprind retele de microelectrozi si elemente de

microfluidica.

Acesti senzori, pentru realizarea carora au fost utilizate proceduri de nano si micro-

fabricatie, permit realizarea de studii asupra starii si dinamicii celulare prin analize combinate,

electrochimice (amperometrice, sepctroscopie de impedanta) si optice (Microscopie de

Fluorescenta utilizand Reflexia Totala Interna, sau Rezonanta Plasmonilor de Suprafata).

Evidentierea si descrierea interactiilor dintre celule, sau structuri biomimetice (membrane lipidice)

si compusi tinta este o etapa esentiala in vederea “exploatarii” lor in aplicatii biosenzoristice

(detectie). Vor fi abordate aspecte teoretice si exprimentale privind analize electro-optice ale unor

sisteme celulare si membrane lipidice supuse actiunii unor factori de stres (e.g. Oxalat de Calciu,

metale grele, patogeni, peptide antimicrobiene, compusi formatori de pori).

Mentionam sprijinul financiar primit prin Proiectele Nationale: BIOSADN, DEMENTJUNCTION,

ELBIOARCH, IDEI (844/2007), PROPETHAD si RONANOMAGMA.

Bibliografie

1. T. Sandu, D. Vrinceanu, E. Gheorghiu “Linear dielectric response of clustered living cells”, Phys. Rev. E 81

(2010), 021913 1-11

2. S. Gaspar, C. Niculite, D. Cucu, I. Marcu, "Effect of calcium oxalate on renal cells as revealed by real-time

measurement of extracellular oxidative burst", Biosensors and Bioelectronics 25 (2010), 1729-1734

3. C. Polonschii, S. David, S. Tombelli, M. Mascini, M. Gheorghiu, "A novel low-cost and easy to develop

functionalization platform. Case study: Aptamer-based detection of thrombin by surface plasmon resonance"

Talanta 80 (2010) 2157–2164

4. A. Olaru, M. Gheorghiu, S. David, T. Wohland, E. Gheorghiu, "Assessment of the multiphase interaction between

a membrane disrupting peptide and a lipid membrane", Phys Chem B 113 (2009), 14369-14380

5. M. Gheorghiu, A. Olaru, A. Tar, C. Polonschii, E. Gheorghiu "Sensing based on assessment of non-monotonous

effect determined by target analyte: Case study on pore-forming compounds", Biosensors and Bioelectronics. 24

(2009) 3517-3523

15

6. E. Gheorghiu, M Gheorghiu, S David, C Polonschii, "Biodynsensing: sensing through dynamics of hybrid

affinity/cellular platforms; towards appraisal of Environmental and Biological Risks of Nanobiotechnology" in

NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics , Magarshak Y.; Kozyrev S.; Vaseashta

A. K. (Eds.) (2009), ISBN: 978-90-481-2522-7, 293-317

16

Regularitati ascunse si corelatii in nano-biostructuri

M. Popescu, A. Velea

INCDFM, Bucuresti, Romania

Cunoasterea ordonarii unitatilor fundamentale ale materiei vii (aminoacizii) este de foarte mare

importanta pentru intelegerea proprietatilor si functiilor sistemelor biologice. Ordonarea

aminoacizilor in biosubstante (de ex. Colagen) a fost investigata pe baza unor metode statistico-

matematice. S-au evidentiat regularitati configurationale folosind seriile Fourier si tehnicile

corelationale. A fost analizata distributia aminoacizilor in lantul α1 si s-a aratat importanta

rfunctiilor de corelatie de perechi (PCF) pentru caracterizarea lanturilor lungi. Transformarea

Fourier a functiei de distributie de perechi pentru diversi aminoacizi (alanina, prolina, hyprolina)

prezinta periodicitati la jumatate din secventa de impachetare (“pitch-ul”) lantului α1. Prolina este

caracterizata de periodicitati de 7, 10, 16 si 40 de aminoacizi. Alanina prezinta doar doua

periodicitati semnificative de 8 si 14 aminoacizi. Calculul coeficientilor de corelatie pentru PCF

aplicat la diferiti aminoacizi arata ca alanina si hyprolina sunt corelate pozitiv in timp ce alanina si

prolina sunt corelate negativ.

Corelatii specifice au fost observate si in nano-biomolecule de interferon. Se prezinta, de

asemenea, rezultate asupra clusterilor organici si anorganici de dimensiuni nanometric.

17

Concentrori parabolici pentru semnale Raman

Vlad Stolojan

Universitatea din Surrey, Marea Britanie

Folosind tehnici avansate de fabricare cu Microscopul de Ioni (Focused Ion Beam Microscope),

demonstram modul de producere in trei dimensiuni al structurilor parabolice de mici dimensiuni

(micron si sub-micron). Aceste structuri au numeroase potentiale aplicatii in cresterea eficientei de

conversie a energiei solare dar si in spectroscopie Raman, in special in situatii ce necesita controlul

dozei de iradiere cu laser. In aceasta prezentare vom discuta eficienta concentratorilor fabricati in

Siliciu si eficienta lor in masurarea nivelului de glucoza in apa.

18

Dezvoltarea multifunctionala a nanosenzorilor plasmonici pentru aplicatii

bioanalitice

Simion Astilean

Universitatea Babes-Bolyai, Cluj-Napoca, Romania

Suprafata rezonante Plasmon sunt oscilatii colective de electroni liberi induse de lumina, in nobile

metal nanostructuri. Plasmonics este o ramura noua emergente din biophotonics cu scopul de a

exploata aceste rezonante Plasmon suprafata in cercetarea biomedicala. In prezent, exista o nevoie

de a proiecta nanomateriale biocompatibile plasmonice sa functioneze ca sonde versatil si

instrumente la interfata nano-bio. In aceasta prezentare vom raporta rezultatele noastre recente

privind fabricarea plasmonice nanostructurilor cu o dimensiune a controlat si forma (tije, prisme, in

forma de stele) printr-o varietate de metode de nanolithography coloidal la sinteza chimica [1,2].

Ca de exemplu, vom angaja auto-asamblate nanosfere ca masti litografice sa depuna, din metal si

pentru a genera retele periodica a nanoparticulelor sau, alternativ, vom folosi asistat chimic rute

pentru a genera nanoparticule biocompatibil si biofunctional aur. Am demonstra

multifunctionalitatii plasmonice fabricate in nanostructuri moleculare de detectie prin spectroscopie

de suprafata imbunatatita Raman (SER), suprafata consolidata de absorbtie IR (SEIRA),

fluorescenta metal-imbunatatit (MEF) si rezonante localizate Plasmon de suprafata (LSPR). Recent,

am studiat transportatorii nou SER-activa de tag-uri Raman pentru aplicarea in imagistica celulare

si a evaluat potentialul lor pentru terapia fototermica localizate de celule canceroase. SER fabricate

si SEIRA-activa substraturi completate cu LSPR si masuratori ale Ministerului Economiei si

Finantelor poate sa detina un potential semnificativ pentru romanul de detectie biomedicale,

imagistica si a metodelor de diagnosticare.

Referinte:

[1] M. Potara, D. Maniu, S. Astilean, Nanotehnologie 20, 315602 (2009) [2] SC Boca, S. Astilean, Nanotehnologie 21,

235601 (2010)

Aceasta lucrare a fost sustinuta de CNCSIS-UEFISCSU, proiect numarul PNII - ID_PCCE_129/2008

19

Nanosisteme magnetice de tipul miez-coaja pentru Imagistica de Rezonanta

Magnetica

Jenica Neamtu,Wilhelm Kappel, Gabriela Georgescu, Teodora Malaeru

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica,“ICPE-CA”, Bucuresti,

Romania

Metodele de imagistica rapide si accesibilitatea hard-ului necesar pentru tomografia de rezonanta

magnetica (TRM) au condus la reducerea semnificativa a timpilor de achizitie date dela cateva ore

la cateva minute. Cu aceste dezvoltari Imagistica de Rezonanta Magnetica a devenit unul dintre

cele mai importante instrumente in diagnosticul clinic. Dimensiunile, forma si compozitia

nanoparticulelor magnetice le fac atractive pentru utilizare in diagnosticarea tumorilor canceroase

si tratamentul tintit.

In aceasta lucrare prezentam cercetarile noastre in domeniul nanosistemelor magnetice tip

miez-coaja care au aplicatii posibile in diagnosticarea tumorilor maligne.

Acestea sunt nanoparticule de tipul miez-coaja din cobalt, nichel-cobalt si magnetita. Examinarea

de microscopie electronica prezinta forma de tipul miez-coaja a particulelor si in cazul particulelor

de magnetita dimensiuni medii de 20-200 nm.

Masuratorile magnetice ale nanoparticulelor de tipul miez-coaja, efectuate la temperatura camerei

utilizand magnetometrul cu proba vibranta (VSM), evidentiaza un camp coercitiv cuprins intre 20-

100 Oe.

20

Autorecunoasterea celulara mediate de gliconectine

Octavian Popescu

Academia Romana, Institutul de Biologie, Bucuresti, Romania

Universitatea Babes-Bolyai, Cluj-Napoca, Romania

Aparitia primelor organisme multicelulare a fost strans corelata cu capacitatea acestora de a-si

pastra integritatea anatomica si de a face diferenta intre propriu („self”) si alogen sau xenogen

(„non-self”). Proteoglicanii de suprafata celulara cu masa moleculara mare, cum sunt

gliconectinele, ar fi putut indeplini aceste functii fundamentale de recunoastere si adeziune. Pentru

a intelege mecanismul molecular al autorecunoasterii primordiale si al identificarii elementelor

straine, ne-am concentrat atentia pe rolul gliconectinelor in interactiunile celulare xenogenice la

Porifera (spongieri sau bureti de mare), cel mai compatibil model experimental (din punct de

vedere evolutiv) pentru stramosii Metazoarelor. Gliconectinele sunt diferite de glicoconjugatii

clasici de la mamifere si reprezinta o noua clasa de molecule primordiale de adeziune celulara. Am

izolat gliconectinele de la trei specii de bureti de mare (Clathria prolifera – gliconectina 1,

Halichondria panicea – gliconectina 2, si Cliona celata – gliconectina 3) si am efectuat analizele

fizico-chimice si biochimice ale glicanilor din structura acestora. Cu ajutorul microscopiei de forta

atomica am demonstrat ca intensitatea cu care se asociaza gliconectinele 1 genereaza fortele de

coeziune celulara esentiale pentru buretele de mare C. prolifera, asa cum s-a presupus anterior prin

investigatii functionale. Studiile de spectrometrie de masa si RMN au evidentiat ca fiecare

gliconectina contine secvente de glicani inedite si cu o foarte mare specificitate de specie. In toate

cele trei gliconectine exista domenii glucidice distincte rezistente si sensibile la pH acid. Aceste

diferente sunt suficiente pentru a explica specificitatea de specie a separarii in vitro a microsferelor

tapetate cu glicani, pe de o parte, si a sortarii celulelor de spongieri in vivo, pe de alta parte.

Mecanismul molecular al interactiunilor homofilice ale gliconectinelor mediate de glicani se

bazeaza pe asocieri cu o mare specificitate de specie si dependente de ionii de calciu, si se

aseamana cu selectivitatea sistemului de recunoastere caracteristic superfamiliei imunoglobulinelor,

sistem mult mai perfectionat din punct de vedere evolutiv. Astfel, interactiunile gliconectinelor, un

veritabil sistem „nano-velcro”, pot reprezenta un nou model pentru autorecunoasterea moleculara.

Evolutia moleculelor de proteoglicani asemanatoare gliconectinelor, cu capacitatea de

autorecunoastere si adeziune, ar fi putut fi conditia necesara si suficienta pentru aparitia primelor

organisme multicelulare, precum si pentru diversificarea ulterioara a speciilor.

21

Noi biosenzori pe baza unui design rational al interfetei biomolecula-suport

Camelia Bala

Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti, Romania

Biosenzorii, priviti ca instrumente analitice, prezinta un interes deosebit pentru lumea stiintifica,

deoarece sunt capabili sa detecteze analitul de interes, intr-o matrice naturala, fara o separare

anterioara, in mod continuu, selectiv si reversibil. Deasemenea, procesele de recunoastere

moleculara a analitului, prin intermediul componentei biologice, confera unui biosenzor

selectivitate sporita, in comparatie cu metodele de analiza, cum ar fi cele microbiologice. Un

biosenzor este prin definitie un instrument analitic care incorporeaza o componenta biologic activa

numita bioreceptor, integrata sau in contact direct cu un traductor fizico-chimic care transforma

semnalul biologic intr-un semnal electric digital continuu sau semicontinuu. Semnalul analitic

inregistrat este proportional cu concentratia compusului sau clasa de compusi, ce prezinta interes

analitic.

Interfata biorceptor – traductor joaca un rol determinan in stabilirea performantelor biosenzorilor.

In ultimii ani s-a inregistrat un interes deosebit pentru utilizarea materialelor nanostructurate cum ar

fi nanotuburi de carbon (CNTs), nanofibrelor de carbon (CNFs) si a nanoparticule magnetice in

proiectarea de noi sisteme bioanalitice. Conferinta isi propune s-a analizeze rolul acestor materiale

in construirea de senzori electrochimici, care catalizeaza oxidarea eficienta a nicotinamid adenin

dinucleotidei. Caracterizarea electrochimica a acestor materiale nanostructurate a fost investigata in

termeni de sensibilitate, limita de detectie si stabilitatea fata de oxidarea NADH. Deasemenea,

raportam un nou format de nanoparticule magnetice/ anticorp pentru detectia atrazinei si a

micotoxinelor.

22

Studii moleculare asupra unor tulpini de bacterii lactice cu potential probiotic

Diana Pelinescu

Facultatea de Biologie, Universitatea din Bucuresti, Romania

Progresul realizat in ultimele decenii in domeniul biologiei moleculare a condus la obtinerea de

informatii valoroase privind ecosistemele microbiene, inclusiv tractul gastrointestinal si urogenital,

precum si mecanismele moleculare implicate in interactiunile complexe dintre microorganisme de

la nivelul microbiotei si organismul gazda. Aceste studii au vizat atat analiza microorganismelor

patogene si-sau potential patogene cat si a celor cu efect benefic asupra starii de sanatate a

organismului gazda, cum este cazul bacteriilor lactice.

In cadrul studiilor realizate de noi, cercetarile au vizat izolarea de tulpini de bacterii lactice din nise

ecologice specifice (produse lactate fermentate traditionale, fecale de nou nascut, vegetale

fermentate, tract digestiv animal, etc.), caracterizarea si identificarea tulpinilor prin tehnici de

taxonomie polifazica si caracterizarea din punct de vedere al efectului probiotic.

Pentru incadrarea taxonomica riguroasa a tulpinilor nou izolate au fost aplicate atat tehnici

conventionale (API, BIOLOG), cat si tehnici de taxonomie moleculara (ARDRA, RFLP, REP-

PCR, etc).

Studiile privind evidentierea caracteristicilor implicate in efectul probiotic al unor tulpini de

bacterii lactice, si anume: activitatea antimicrobiana corelata cu biosinteza de acizi organici si/sau

bacteriocine, capacitatea de aderenta, competitia pentru situsurile de aderenta (testata pe celule

HeLa cultivate in vitro, separat, precum si in prezenta unor microorganisme patogene), experimente

de modulare imunitara, ca si testarea pe modele in vivo, au permis selectarea a doua tulpini

interesante din punct de vedere biotehnologic si anume: Lb. paracasei ssp. paracasei CMGB 18

(potential aplicabila ca bacterie lactica de tip probiotic de uz uman) si E. faecium CMGB 8

(potential aplicabila ca probiotic de uz zootehnic).

23

Interactiunea intre molecule cu relevanta farmacologica, structuri proteice si

membrane lipidice artificiale

Tudor Luchian

Universitatea “A.I. Cuza” – Iasi, Romania

Pentru detectarea mai eficienta a unor diferiti compusi de interes farmacologic sau toxicologic, in

ultimii ani s-a incercat conceperea de biosenzori bazati pe structuri proteice ce formeaza pori in

membranele lipidice reconstituite. In laboratorul nostru, folosind ca metoda de lucru

electrofiziologia moleculara, am aratat ca utilizarea unui complex molecular format din -

hemolizina si -ciclodextrina permite detectarea si diferentierea a trei antibiotice distincte din

familia -lactamicelor. Aceasta metoda poate fi utilizata deasemenea si pentru detectarea altor

analiti cu aplicatii farmacologice. Un alt aspect, cu aceeasi relevanta in biofizica, a fost studierea

fenomenelor de permeatie a peptidelor antimicrobiene prin structuri proteice ce se gasesc in

membranele externe ale bacteriilor Gram-negative. Peptidele antimicrobiene se gasesc in toate

organismele vii si sunt compusi activi ce au rol esential in manifestarea si functionarea sistemului

imunitar. Acestea sunt capabile sa distruga factorii patogeni, iar spectrul lor de actiune este foarte

larg, incluzand aici: bacterii Gram-pozitive si negative, celule tumorale, fungi etc. Prin experimente

realizate la nivel de singura molecula, am studiat interactiunea a doua peptide antimicrobiene

diferite, magainina 2 si HPA3P (analog al peptidei antimicrobiene HP(2–20)) cu proteina OmpF

din membrana externa a bacteriei E coli. Datele obtinute de noi au demonstrat abilitatea peptidei

HPA3P de a interactiona cu OmpF-ul, interactiuni ce depind atat de diferenta de potential aplicata

membranei in care se gaseste inserata proteina OmpF, cat si de concentratia peptidei, ceea ce nu

exclude existenta unui nou mecanism mediat de OmpF prin care asemenea peptide pot ajunge in

spatiul periplasmatic al bacteriilor Gram-negative. Peptida HPA3 este un alt analog al peptidei

antimicrobiene HP(2–20), capabila sa interactioneze cu membranele lipidice zwiterionice si sa

genereze pori. Din datele obtinute atat la nivel de singura molecula cat si la nivel macroscopic, am

concluzionat ca formarea porilor de HPA3 este favorizata de aplicarea unui potential

transmembranar negativ, iar aceasta peptida transloca prin membrane dupa dezintegrarea porilor

formati in membrana. Deasemenea, am obtinut rezultate conform carora descresterea potentialului

de dipol membranar al membranei lipidice conduce la cresterea activitatii membranare a peptidei

HPA3. Experimentele realizate cu membrane lipidice artificiale formate din lipide cu una (POPC)

sau doua (DOPC) lanturi hidrocarbonate mononesaturate, au demonstrat ca un grad mai mic de

impachetare al lipidelor permite membranelor formate din DOPC sa favorizeze o activitatea

electrica mai mare a porilor formati de HPA3, si deasemenea augumenteaza difuzia acestei peptide

prin membrane lipidice.

24

Chimie metalosupramoleculara si materiale moleculare

Marius Andruh

Universitatea din Bucuresti, Facultatea de Chimie, Bucuresti, Romania

Chimia supramoleculara a influentat profund modul de gindire al chimistilor in ultimii douazeci de

ani.2 Introducerea ionilor metalici in procesele de auto-asamblare a revolutionat chimia

coordinativa clasica, generind o noua ramura: chimia metalosupramoleculara.2 Ionii metalici joaca

un dublu rol: unul structural, dirijind arhitectura finala a edificiului supramolecular, si unul

functional, fiind purtatorii unor proprietati importante si esentiale pentru crearea unui material

molecular (proprietati magnetice, luminescenta, proprietati redox, etc.).3 Tinzind catre sisteme

moleculare cu proprietati utile (materiale), chimia metalosupramoleculara devine o parte

importanta a vastului domeniu al ingineriei cristaline.

Laboratorul nostru dezvolta proiecte de cercetare in domeniul ingineriei cristaline prin utilizarea de

unitati de constructie (building-blocks) si strategii originale, bazate in special pe utilizarea ca

tectoni a complecsilor oligonucleari homo- si heterometalici.3,4

S-au obtinut astfel primii

nanomagneti moleculari pe baza a trei ioni metalici paramagnetici diferiti;5 nanomagneti moleculari

de tip Single Molecule Magnets organizati in clusteri sau polimeri de coordinare;6 noi materiale

luminescente;7 cristele moleculare prezentind canale care pot fi hidratate/deshidratate reversibil.

8

Referinte

1 J. M. Lehn, Supramolecular Chemistry, Wiley, VCH, Weinheim, 1995.

2 (a) E. C. Constable, Pure Appl. Chem., 1996, 68, 253; (b) E. C. Constable, in J.-M. Lehn, L. Atwood, J. E. D. Davis,

D. D. MacNicol, F. Vögtle (Eds.), Comprehensive Supramolecular Chemistry, Pergamon, Oxford, 1996, Vol. 9, p. 213. 3 (a)

M. Andruh, Chem. Commun., 2007, 2565 (Feature Article); M. Andruh, Pure Appl. Chem., 2005, 77, 1685.

4 (a) M. Andruh, D. G. Branzea, R, Gheorghe, A, M. Madalan, CrystEngComm., 2009, 11, 2571 (Highlight); (b) G.

Marinescu, M. Andruh, M. Julve, F. Lloret, Coord. Chem. Rev., doi: 10.1016/j.ccr2010.08.004.

5 (a) R. Gheorghe, A, M. Madalan, J.-P. Costes, W. Wernsdorfer, M. Andruh, Dalton Trans., 2010, 39, 4734; (b) D.

Visinescu, A. M. Madalan, M. Andruh, C, Duhayon, J.-P. Sutter, L. Ungur, W. Van den Heuvel, L. Chibotaru, Chem.-

Eur. J., 2009, 15, 11808. 6 (a) T. D. Pasatoiu, A. M. Madalan, M. U. Kumke, C. Tiseanu, M. Andruh, Inorg. Chem., 2010, 49, 2310; (b) G.

Marinescu, G. Marin, A. M. Madalan, A. Vezeanu, C. Tiseanu, M. Andruh, Cryst. Growth &. Des., 2010, 10, 2096. 7 T. D. Pasatoiu, M. Etienne, A. M. Madalan, M. Andruh, R. Sessoli, Dalton Trans., 2010, 39, 4802.

8. C. D. Ene, A, M. Madalan, C. Maxim, B. Jurca, N. Avarvari, M. Andruh, J. Am. Chem.. Soc., 2009, 131, 4586.

25

Autoasamblarea - o etapa in dezvoltarea materiei superior organizate

Valeria Harabagiu

Institutul de Chimie Macromoleculara “Petru Poni”, Iasi, Romania

Prezentarea este axata pe autoasamblarea compusilor organici sau macromoleculari, perceputa ca o

etapa posibila in evolutia materiei de la entitati izolate la sisteme superior organizate, functionale

(incluzand organismele vii si inteligente). Stadiul actual al chimiei supramoleculare nu este discutat

in mod exhaustiv ci, mai degraba, exemplificat prin rezultatele obtinute in cadrul Institutului de

Chimie Macromoleculara “Petru Poni” in obtinerea si caracterizarea polirotaxanilor, a filmelor LB,

a materialelor nanodimensionate.

26

Materiale nanostructurate: aplicatii practice in nanomedicinia si bio-

senzoristica

M. Simion, A. Radoi, R. Gavrila, A. Dinescu, M.Danila, M. Miu, D. Dascalu

Institutul National de Cercetare – Dezvoltarea pentru Microtehnologie “IMT - Bucuresti”,

Romania

Scopul acestei lucrari il reprezinta prezentarea rezultatelor experimentale recente obtinute in IMT-

Bucuresti privind fabricarea suprafetelor nanostructurate (siliciu poros, Au) precum si a diverselor

tipuri de nanoparticule (Au, Pt, Ag, SiO2, siliciu poros-PS) ce pot fi utilizate ca suport in realizarea

bio-senzorilor.

Au fost realizate morfologii diferite de PS, si a fost analizat comportamentul acestora ca suport

pentru imobilizarea biomoleculelor, precum si ca traductor pentru interactiunile bio-electro-

chimice. Prin urmare, au fost investigate proprietatile fotoluminiscente ale siliciului nanoporos

comparativ cu cele ale Si nemodificat. Diferite structuri (mezo- si macro-PS) au fost investigate

pentru eficientizarea gradului de imobilizare a proteinelor (albumina serica umana, proteina

reactiva C, etc.) prin tehnici tip microarray. O alta posibila aplicatie a structurilor mezo- si macro-

PS o reprezinta utilizarea acestui material versatil ca substrat pentru biosenzori bazati pe detectia

tip SERS. Studiul interactiilor biomoleculelor, precum si al procesele de hibridizare tip ADN, a fost

realizat si prin spectroscopie de impedanta (EIS).

Deasemenea in IMT au fost realizate experimente pentru obtinerea unor straturi subtiri de Au

orientat 111, in vederea utilizarii acestora ca suport pentru analize biomoleculare prin microscopia

de baleiaj cu efect tunel (STM). Pentru obtinerea unui Au(111) cu planaritate atomica s-a utilizat

tehnica „template-stripped gold”. Albumina serica umana (HSA) a fost folosita drept model

experimetal fiind imobilizata covalent pe suprafata Au(111).

Au fost folosite tehnici moderne de analiza, precum microscopia optica si de scanare electronica

(SEM) precum si STM sau AFM (microscopie de forta atomica), pentru investigarea probelor din

punct de vedere morfologic. Caracterizarea proprietatilor fizice a fost efectuata cu ajutorul difractie

de raze X, (de exemplu crsitalinitatea si gradul de orientare, etc), spectroscopia Raman, etc.

27

Librarii constitutionale dinamice aplicate la descoperirea de inhibitori ai

anhidrazei carbonice

Claudiu Supuran

Departamentul de Chimie Universitatea din Florenta, Italia

Anhidrazele carbonice (CAs, EC 4.2.1.1) sunt enzime gasite in organisme din intregul arbore

filogenetic, care catalizeaza hidratarea CO2 la bicarbonat si protoni. Inhibitia lor este exploatata din

punct de vedere clinic de multi ani pentru diverse clase de diuretice si agenti antiglaucomatosi

sistemici. In ultimii ani noi aplicati ale inhibitorilor CA (CAIs) au aparut, ca de exemplu agentii

antiglaucomatosi topici, anticonvulsantele, agenti antiobesitate, anti-dolorifici, si antitumorali

/agenti diagnostici in cancer.1,2

Acesti CAIs au ca si target diverse isoenzime dintre cele 13 cu

activitate catalitica dintre isoformele a-CA presente in mamifere. CAs apartinand claselor a-, b-, g-,

d-, si z- au fost gasite in multe organisme all, si inhibitia lor a fost studiata in cazul unor protozoa

patogenice (Plasmodium falciparum), fungi (Cryptococcus neoformans, Candida albicans,

Candida glabrata, si Saccharomyces cerevisiae), si bacterii (Helicobacter pylori, Mycobacterium

tuberculosis, si Brucella suis). Chemotipuri noi si de interes, in afara sulfonamidelor si a

sulfamatilor cu actiune de CAIs, ca de exemplu cumarinele, fenolii, si fullerenele, au fost raportate

de recent, impreuna cu mecanismul de inhibitie la nivel molecular. Aceste clase de inhibitori

enzimatici demonstreaza asadar un mare interes pentru obtinerea de agenti farmacologici cu diverse

actiuni, si cercetarile in acest domeniu pe plan mondial sunt deosebit de dinamice. Recent, in

colaborare cu M. Barboiu am generat librari constitutionale dinamice (CDL) de CAIs

(sulfonamide), utilizand interconversia amino-carbonil/imina ca si chimie reversibila, combinata cu

legarea noncovalenta in situsul activ al CAs (diverse isoforme mamaliane au fost utilizate in

experimente).3 Am utilizat apoi un screening constitutional paralel al CDL pentru a descoperi CAIs

cu afinitate buna si selectivitate pentru diversele isoforme de interes medical. Am demonstrat in

acest fel ca este posibil sa utilizam un astfel de approach inovativ pentru descoperirea de compusi

cu activitate farmacologica excelenta.

Referinte

1. Supuran, C.T. Nature Rev. Drug. Discov. 2008, 7, 168-184.

2. Supuran, C.T. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2010, 20, 3467-3474.

3. Nasr, G, Petit, E, Vullo, D, Winum, JY, Supuran, CT, Barboiu, M. J. Med. Chem. 2009, 52, 4853-4859.

28

Precursori electroactivi si materiale chirale

Narcis Avarvari

Universitatea din Angers, Franta

Introducerea chiralitatii in sisteme conductoare reprezinta un domeniu de cercetare de mare interes,

deoarece permite accesul la materiale multifunctionale in care chiralitatea poate modula dezordinea

structurala sau se poate exprima prin efectul electric magneto-chiral anisotrop. In consecinta,

accesul la diversi precursori electroactivi chirali este de o importanta deosebita. Foarte recent am

introdus doua noi familii de tetratiafulvalene chirale in care informatia chirala este de diverse tipuri.

Acesti precursori, impreuna cu proprietatile si materialele derivate, vor fi prezentati si discutati in

aceasta conferinta.

29

Partea I: Invatamant si cercetare: un model elvetian

Partea II: Stereoselective synthesis of self-assembled chiral nanostructures

Olimpia Mamula Steiner

Universitatea de Stiinte Aplicate din Vestul Elvetiei, Fribourg, Elvetia

Cercetarea si invatamantul elvetian sunt performante nu numai datorita mijloacelor financiare puse

la dispozitie. Organizarea acestui sistem va fi prezentata pe scurt iar cateva posibilitati de

colaborare intre Universitatea noastra si parteneri din Romania vor fi evidentiate.

Partea stiintifica va fi consacrata sintezei de nanostructuri chirale pe baza de lanthanide utilizand

liganzi de tip pinenbipiridina enantiopuri. Structuri helicale tri- si tetranucleare [1] au fost obtinute

si caracterizate in stare solida (raze X, IR) si solutie (RMN, dichroism circular, MS, etc).

Comportamentul dinamic in solutie a acestor sisteme ca si capacitatile lor de recunoastere

chirala[2] vor fi prezentate.

Referinte

[1] Mamula et al., Inorg. Chem., 2008, 47 (18), 8000–8015

[2] Mamula et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2006, 45, 4940-4944.

30

Sisteme cristaline lichide bazate pe lipide cu applicatii in eliberarea controlata a

compusilor terapeutici

Dr. Catalin Nistor

Institutul Camurus AB, Suedia

Sistemele cristaline lichide bazate pe lipide sunt nanostructuri tridimensionale continand atat

domenii lipofile, cat si hidrofile, presente fie ca o retea de canale continue, fie ca structuri izolate.

Datorita naturii chimice particulare, aceste sisteme cristaline pot solubiliza si ingloba un numar

relative mare de agenti terapeutici cu proprietati fizicochimice relativ diferite, precum substante

hidrofobe de dimensiuni mici, peptide, sau proteine.

O proprietate esentiala a sistemului FluidCrystal® bazat pe lipide care il diferentiaza de alte

sisteme similare este ca structura functionala lichid-cristalina continind agentul terapeutic se

formeaza prin auto-asociere imediat dupa administrarea in vivo. Flexibilitatea sistemului si

posibilitatea eliberarii substantelor active in mod controlat in vivo vor fi illustrate prin prezentratea

profilurilor farmacocinetice corespunzatoare, obtinute dupa administrarea sistemului FluidCrystal®

in diferite specii de animale.

31

Administrarea transcutanata a medicamentelor: o abordare microtehnologica

Dr. Ciprian Iliescu

Institutul de Bioinginerie si Nanotehnologie, Singapore

Prezentarea se dezvolta pe analogia dintre administrarea transdermica a unor produsi farmaceutici

si cateva dintre procesele specifice microfabricatiei, subliniind contributiile autorului in domeniul

administrarii transdermice a mediamentelor. Problemele asociate administrarii transdermice sunt

prezentate, analizate si doua solutii originale sunt propuse.

Infuzia transdermica a medicametelor folosind clasicele “patch-uri” in care se afla medicamentul in

solutie concentrata (sursa de difuzie) sunt deja disponibile pe piata. Eficienta acestora este insa

limitata in primul rand datorita structurii pielii si indeosebi a stratului cornos. Stratul cornos

prezinta o structura lipidica, cu o groime de 10-20µm, cu o permeabilitate scazuta pentru

majoritatea solutiilor farmaceutice. Din acest punct de vedere, stratul cornos poate fi considerat ca

o “masca” ce limiteaza procesul de difuzie a medicametelor.

Cum poate fi imbunatatita difuzia transdermica a medicametelor?

Avand ca sursa de inspiratie microfabricatia, raspunsul poate fi: un process de microlitografiere a

stratului cornos. Arii de microace ascustite, fabricate prin microprelucrare pot fi utilizate pentru

penetrarea stratului cornos, prin deschiderea de “ferestre” in acesta. Prin aceste ferestre compusul

farmaceuitc poate fi mai usor difuzat. Aceste microace sunt fabricate din siliciu si au diametre de

ordinul zecilor de microni, principalul dezavantaj fiind acela ca ruperea lor ar putea genera infectii.

O solutie propusa de autor ar fi inlocuirea siliciului cu un material biodegradabil, iar solutia

propusa este siliciul poros.

Alte probleme legate de administrarea trasdermica a produsilor farmaceutici sunt :

- Cantitatea de medicament care poate fi administrata. Similar difuziei in

semiconductoare, exista o stopare a procesului indata ce s-a atins nivelul de concentratie

al sursei. Adancimea si profilul difuziei sunt stabilite de cele doua legi Fick ale difuziei.

- Livrarea de compusi macormoleculari este limitata (similar, dimensiunile elementului

care difuzeaza este esential).

Cum poate fi crescuta eficienta procesului de difuzie?

Raspunsul poate fi: imbunatatind coeficientul de difuzie. Coeficientul de difuzie este o functie de

energia de activare si temperatura. Sigur, cresterea temperaturii nu este o solutie pentru

imbunatatirea difuziei in cazul administrarii transdermice a medicamentelor (pot aparea arsuri ale

32

pielii sau degradarea compusilor farmaceutici). O alta solutie ar fi cresterea energiei de activare.

Aceasta poate fi realizata prin folosirea ultrasunetelor. O metoda noua, patentata: SEMA

(“sonophoretic enhanced microneedles array”), a fost dezvoltata pentru inbunatatirea administrarii

transdermice a produsilor farmaceutici. Aceasta metoda ar putea avea ca echivalent, in

microfabricatie, “implantarea ionica”.

33

10 ani de diagnostic si cercetare genetica in Romania

Lorand Savu

Genetic Lab, Bucuresti, Romania

Genetic Lab SRL s-a infiintat in anul 2000 cu dorinta de a implementa in Romania pentru prima

oara diagnosticul prenatal. Lipsa unor solutii viabile de diagnostic in domeniul geneticii a dus la

abordarea de catre compania Gentic Lab SRL a unor tehnologii noi de biologie moleculara care a

facut ca sa se creasca numarul de analize la aproximativ 200. Realizarea acestora a implicat

dezvoltarea unei infrasctructuri care sa fie in concordanta cu standardele internationale de lucru.

Aceasta infrastructura a permis implicarea companiei si in numeroase proiecte de cercetare

nationale si europene.

34

INDEX PARTICIPANTI

Antonio Radoi

Institutul National de Cercetare – Dezvoltarea pentru Microtehnologie “IMT - Bucuresti” ....................................... 26

Adrian Ionescu

Universitatea Cambridge, Marea Britanie ................................................................................................................... 11

Bogdan C. Simionescu

Universitatea Tehnica “Gheorghe Asachi” Iasi ............................................................................................................. 7

Camelia Bala

Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti ...................................................................................................... 21

Catalin Nistor

Institutul Camurus AB, Suedia .................................................................................................................................... 30

Ciprian Iliescu

Institutul de Bioinginerie si Nanotehnologie, Singapore ............................................................................................. 31

Claudiu Supuran

Departamentul de Chimie Universitatea din Florenta, Italia ....................................................................................... 27

D.P.Poenar

Technological University, Singapore .......................................................................................................................... 13

Diana Pelinescu

Facultatea de Biologie, Universitatea din Bucuresti .................................................................................................... 22

Eugen Gheorghiu

Centrul International de Biodinamica, CIB, Bucuresti, Romania ................................................................................ 15

Jenica Neamtu

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica,“ICPE-CA”, Bucuresti .................................. 19

Leonard Stoica

Ruhr-University Bochum ............................................................................................................................................ 12

Lorand Savu

Genetic Lab, Bucuresti, Romania ................................................................................................................................ 33

Mihai Popescu

INCDFM, Bucuresti .................................................................................................................................................... 16

M.Bercu

Facultatea de Fizica, Universitatea Bucuresti .............................................................................................................. 13

Mamula Steiner

Universitatea de Stiinte Aplicate din Vestul Elvetiei, Fribourg, Elvetia ..................................................................... 29

Maria Zaharescu

Institutul „I.G. Murgulescu” Bucuresti .......................................................................................................................... 9

Marius Andruh

Universitatea din Bucuresti, Facultatea de Chimie, Bucuresti, Romania .................................................................... 24

Narcis Avarvari

Universitatea din Angers, Franta ................................................................................................................................. 28

Octavian Popescu

Academia Romana, Institutul de Biologie, Bucuresti .................................................................................................. 20

Simion Astilean

Universitatea Babes-Bolyai, Cluj-Napoca, Romania ................................................................................................... 18

Sorin Melinte

Universitatea Catolica din Louvain la Neuve, Belgia .................................................................................................. 10

Tudor Luchian

Universitatea “A.I. Cuza” – Iasi, Romania .................................................................................................................. 23

Valeria Harabagiu

Institutul de Chimie Macromoleculara “Petru Poni”, Iasi, Romania ........................................................................... 25

.Vasile Parvulescu

Facultatea de Chimie, Universitatea din Bucuresti ........................................................................................................ 8

Vlad Stolojan

Universitatea din Surrey, Marea Britanie .................................................................................................................... 17

Wilhelm Kappel

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrica,“ICPE-CA”, Bucuresti .................................. 19