Quadratic tranverse anisotropy term due to dislocations in Mn12 acetate crystals directly observed by EPR spectroscopy

High-sensitivity electron paramagnetic resonance experiments have been carried out in fresh and stressed Mn12 acetate single crystals for frequencies ranging from 40 GHz up to 110 GHz. The high number of crystal dislocations formed in the stressing process introduces a E(Sx2-Sy2) transverse anisotropy term in the spin Hamiltonian. From the behavior of the resonant absorptions on the applied transverse magnetic field we have obtained an average value for E=22 mK, corresponding to a concentration of dislocations per unit cell of c=10-3.

Correlation of the EPR properties of perchlorotriphenylmethyl radical and their efficiency as DNP polarizers

Water soluble perchlorinated trityl (PTM) radicals were found to be effective 95 GHz DNP (dynamic nuclear polarization) polarizers in ex situ (dissolution) 13C DNP (Gabellieri et al., Angew Chem., Int. Ed. 2010, 49, 3360). The degree of the nuclear polarization obtained was reported to be dependent on the position of the chlorine substituents on the trityl skeleton. In addition, on the basis of the DNP frequency sweeps it was suggested that the 13C NMR signal enhancement is mediated by the Cl nuclei. To understand the DNP mechanism of the PTM radicals we have explored the 95 GHz EPR characteristics of these radicals that are relevant to their performance as DNP polarizers. The EPR spectra of the radicals revealed axially symmetric g-tensors. A comparison of the spectra with the 13C DNP frequency sweeps showed that although the solid effect mechanism is operational the DNP frequency sweeps reveal some extra width suggesting that contributions from EPR forbidden transitions involving 35,37Cl nuclear flips are likely. This was substantiated experimentally by ELDOR (electron-electron double resonance) detected NMR measurements, which map the EPR forbidden transitions, and ELDOR experiments that follow the depolarization of the electron spin upon irradiation of the forbidden EPR transitions. DFT (density functional theory) calculations helped to assign the observed transitions and provided the relevant spin Hamiltonian parameters. These results show that the 35,37Cl hyperfine and nuclear quadrupolar interactions cause a considerable nuclear state mixing at 95 GHz thus facilitating the polarization of the Cl nuclei upon microwave irradiation. Overlap of Cl nuclear frequencies and the 13C Larmor frequency further facilitates the polarization of the 13C nuclei by spin diffusion. Calculation of the 13C DNP frequency sweep based on the Cl nuclear polarization showed that it does lead to an increase in the width of the spectra, improving the agreement with the experimental sweeps, thus supporting the existence of a new heteronuclear assisted DNP mechanism.

Determinació de la ubicació estructural dels ions Yb3+ i Nb3+ en Yb:RTP, Nb:RTP i (Nb,Yb):RTP

Estudi elaborat a partir d’una estada al Stony Brook University al juliol del 2006. El RbTiOPO4 (RTP) monocristal•lí és un material d' òptica no lineal molt rellevant i utilitzat en la tecnologia làser actual, químicament molt estable i amb unes propietats físiques molt destacades, entre elles destaquen els alts coeficients electro-òptics i l'alt llindar de dany òptic que presenta. En els últims anys s’està utilitzant tecnològicament en aplicacions d'òptica no lineal en general i electro-òptiques en particular. En alguns casos ja ha substituït, millorant prestacions, a materials tals com el KTP o el LNB(1). Dopant RTP amb ions lantànids (Ln3+) (2-4), el material es converteix en un material làser auto-doblador de freqüència, combinant les seves propietats no lineals amb les de matriu làser. El RTP genera radiació de segon harmònic (SHG) a partir d’un feix fonamental amb longituds d’ona inferiors a 990 nm, que és el límit que presenta el KTP.La determinació de la ubicació estructural i l’estudi de l'entorn local del ions actius làser és de fonamental importància per a la correcta interpretació de les propietats espectroscòpiques d’aquest material. Mesures de difracció de neutrons sobre mostra de pols cristal•lí mostren que els ions Nb5+ i Ln3+ només substitueixin posicions de Ti4+ (8-9). Estudis molt recents d'EPR (electron paramagnetic resonance) semblen indicar que quan la concentració d'ió Ln3+ es baixa, aquest ió presenta la tendència a substituir l'ió alcalí present a l'estructura (10).Després dels resultats obtinguts en el present treball a partir de la tècnica EXAFS a la instal•lació sincrotò del Brookhaven National Laboratory/State University of New York (Stony Brook) es pot concloure definitivament que els ions Nb s’ubiquen en la posició Ti (1) i que els ions Yb3+ es distribueixen paritariament en les dues posicions del Ti (1 i 2). Aquests resultats aporten una valuosa informació per a la correcta interpretació dels espectres, tant d’absorció com d’emissió, del material i per la avaluació dels paràmetres del seu comportament durant l'acció làser.

Desenvolupament d'hidrogels superficials que contenen motius d'adhesió cel·lular

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Departament d’Enginyeria Química del Massachusetts Institute of Technology entre abril i octubre del 2006. S’ha dissenyat i sintetitzat uns nous films polimèrics, amb aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, utilitzant la tècnica anomenada iCVD (initiated Chemical Vapor Deposition), prèviament desenvolupada pel grup receptor. Es tracta d’uns hidrogels superficials de gruix controlable, que incorporen un monòmer fluorat, el qual s’havia estudiat extensament en el grup d’origen. Aquest monòmer es caracteritza per reaccionar molt fàcilment amb pèptids, de manera que aquests queden units covalentment a la superfície. Diferents estratègies pel desenvolupament d’aquests copolímers han estat avaluades, tant des del punt de vista purament sintètic com de la pròpia aplicació. Les condicions de polimerització han estat optimitzades i els hidrogels s’han caracteritzat químicament per tècniques espectroscòpiques (FTIR, XPS), i físicament per angle de contacte i el·lipsometria. D’aquesta manera, s’ha estudiat la capacitat dels hidrogels d’absorbir aigua i alhora augmentar el seu gruix, depenent de la quantitat d’agent reticulant introduït i de la incorporació del nou monòmer. A continuació, s’han optimitzat les condicions de reacció d’aquestes superfícies amb pèptids que incorporen una molècula fluorescent, la qual permet detectar fàcilment per microscòpia de fluorescència si la reacció ha tingut lloc. Una vegada la plataforma ha estat posada a punt, s’han iniciat assajos cel·lulars tant amb fibroblasts embriònics de ratolí com amb cèl·lules humanes umbilicals. Els resultats preliminars suggereixen una morfologia diferent de les cèl·lules segons si es cultiven sobre films modificats amb pèptids que promouen l’adhesió cel·lular o sobre les seves seqüències permutades no actives. Però, el més interessant és que també s’han observat certes diferències depenent si els films contenen el component hidrogel o no, fet que suggeriria un paper actiu d’aquests noves superfícies en el comportament cel·lular.