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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2020.tde-27082020-142027
Document
Auteur
Nom complet
Weliton Pedro Batiston
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2020
Directeur
Jury
Carrilho, Emanuel (Président)
Bottoli, Carla Beatriz Grespan
Oliveira, Regina Vincenzi
Pereira Filho, Edenir Rodrigues
Gozzo, Fábio Cesar
Lanças, Fernando Mauro
Titre en portugais
Explorando os fundamentos da cromatografia líquida e espectrometria de massas para integração entre proteômica, microfluídica e quimiometria
Mots-clés en portugais
bottom-up, top-down
shotgun
biomoléculas
colunas cromatográficas monolíticas
cromatografia multidimensional
desenvolvimento analítico
equação termodinâmica
estatística
microchip
peptídeos
proteínas
separações
validação
Resumé en portugais

Esta tese preocupou-se em proporcionar aos leitores, algumas tendências científicas decorrentes da química analítica, aplicada a solução e desenvolvimento de instrumentação, para análises proteômicas. Neste âmbito, o Capítulo 1 descreve uma nova estratégia quimiométrica para otimização de técnicas analíticas hifenizadas, a qual permite maior identificação de espécies amostrais (>80%). Como consequência deste estudo, no Capítulo 2 nós propormos três modelos com informações tridimensionais validadas: i) químicas, ii) físicas e iii) instrumentais; as quais permitem melhoras nas figuras analíticas de mérito para analises proteômicas shotgun e bottom-up. Descobrimos que dentre todas as propriedades físico-químicas dos peptídeos, a hidrofobicidade da biomolécula em conjunto com parâmetros físicos instrumentais (pressão, solubilidade e temperatura) permitiram identificação recorde de peptídeos (>60k). No Capítulo 3, é abordado o desenvolvimento de colunas cromatográficas capilares monolíticas híbridas de nanofluxo, para separações de biomoléculas (aminoácidos, peptídeos e proteínas intactas). Demostramos a multifuncionalidade deste produto, tais como aplicações para trap, em elevada percentagem de solvente orgânico (95%) ou utilização em sistemas cromatográficos multidimensionais, evidenciando análises rápidas por meio da separação de 7 peptídeos em menos de 10 minutos. No Capítulo 4, é discutido e experimentado, estratégias para o desenvolvimento de µchip para separações multidimensionais, acoplado ao espectrômetro de massas. Por fim, no Capitulo 5, elaboramos uma equação que prevê por meio de princípios termodinâmicos, o alargamento de bandas de biomoléculas em separações provenientes de colunas de troca iônica. Este artifício matemático, acrescenta conhecimento à ciência de separações e justifica as análises proteômicas eficientes de sistemas cromatográficos multidimensionais, com parada de fluxo na primeira dimensão. A proposta desta tese é de caráter multidisciplinar com agregação de conhecimentos nas áreas de química, matemática, engenharia e biologia. Em especial nos Capítulos 3 e 4, propomos um viés de mercado, por meio do desenvolvimento de produtos de inovação tecnológica.

Titre en anglais
Exploring the fundamentals of liquid chromatography and mass spectrometry for integration between proteomics, microfluidics and chemometrics
Mots-clés en anglais
bottom-up
shotgun,top-down
analytical development
biomolecules
hybrid organo-silica monolithic capillary columns
microchip
multidimensional chromatography
peptides
proteins
separation
statistic
thermodynamic equation
validation
Resumé en anglais

This thesis proposes to readers some scientific trends in analytical chemistry applied to the solution and instrumental development to proteomics analysis. Thus, in Chapter 1   we described a new chemometrics strategy to the optimization of hyphenated analytical techniques. It achieving greater identification of sample compounds (>80%).  Consequently, in Chapter 2, we propose three models with validated tridimensional information: i) chemistry; ii) physics and iii) instrumental; which one improved some analytical figures of merit applied to shotgun and bottom-up proteomics analysis. Our findings indicate that among all physic-chemical properties from peptides, the hydrophobicity of biomolecule linked to specific instrumental physics parameters (pressure, solubility, and temperature) achieved record identification of peptides (>60k).  Chapter 3 approaches the development of hybrid monolithic capillary columns for nanoflow in liquid chromatography, applied to the separation of biomolecules (amino acids, peptides, and intact proteins). We tested the multifunctionality of this product, such as trap application using a high percentage of organic solvent (95%) or using it as a multidimensional chromatography system, showing the fast separation of 7 peptides in less than 10 minutes.  Chapter 4, is discussed and experimented, strategies for the development of µchip for multidimensional separation coupled to a mass spectrometer. At last, Chapter 5, we elaborated on a thermodynamic equation to predict of the broadening peak from biomolecules separation in the ion exchange column.  This mathematical operation, add knowledge in separation science and justify efficient proteomics analysis from multidimensional chromatography systems with stop flow in the first dimension. The purpose of this thesis is from a multidisciplinary character in the area from chemistry, mathematic, engineering, and biology. In special, Chapters 3 and 4, we propose a market bias in terms of the development of technology innovation products. 

 
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Date de Publication
2020-08-31
 
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